电磁振动上供料器的工作原理

电磁振动上供料器的工作原理
在电磁振动器作用下，料斗作扭转式上下振动，使工件沿着螺旋轨道由低到高移动，并自动排列定向，直至上部出料口而进入输料槽，然后由送料机构送至相应工位。

为方便分析，以直槽式上供料器为例，图1-40
电磁振动上供料器的工作过程，是由于电磁铁的吸引和支承弹簧的反向复位作用，使料槽产生高速、高频（50~100 次/秒）、微幅（0.5~1mm）振动，使工件逐步向高处移动。

**Ｉ=0 时，料槽在支承弹簧作用下向右上方复位，工件依靠它与轨道的摩擦而随轨道向右上方运动，并逐渐被加速。

**Ｉ>0 时，料槽在电磁铁的吸引下向左下方运动，工件由于受惯性作用而脱离轨道,继续向右上方运动(滑移或跳跃)。

??下一循环，周而复始→工件在轨道上作由低到高的运动。

1、工件在轨道上的受力分析* 工件在轨道上的受力：自重力、轨道反力、摩擦力、惯性力；* 摩擦力、惯性力与电磁铁的电流有关。

（1）Ｉ=0 时，支承弹簧复位，轨道以加速度a1 向右上方运动，工件力平衡如图1-41：
ma1cosβ+mgsinα=F=μN ma1sinβ+mgcosα=N
（2—1）（2—2）
（2）Ｉ>0 时，电磁铁吸引，轨道以加速度a2 向左下方运动，工件受力平衡如图1-42：ma2cosβ-mgsinα=F=μN ma2sinβ-mgcosα=-N
（2—3）（2—4）
2、工件在轨道上的运动状态分析（1）运动分析根据受力分析，工件在轨道上的运动有两种可能性：A、因惯性沿轨道下滑，此时Ｉ=0，且有ma1cosβ+mgsinα>μN
a1>g(sinα-μcosα)/(μsinβ-cosβ) （2—5）（2—6）
——当轨道向右上方运动的加速度a1 满足上式时，工件便会沿轨道下滑。

这对振动上供料机构是不希望出现的。

B、沿轨道上行，此时根据电磁铁吸合与否可得：Ｉ=0，a1≤g(sin α-μcosα)/(μsinβ-cosβ) Ｉ>0，a2≥g(sinα+μcosα)/(μsinβ+cosβ) （2—7）（2—8）
——电磁振动供料器要实现预定的上供料，轨道向右上方运动的加速度a1 和向左下方运动的加速度a2 必须满足上述工件沿轨道上行时的条件式。

工件沿轨道上行时的运动状态随多种条件而变。

（2）运动状态
图1-43 工件在料道上的运动状态
(a)连续跳跃；(b)断续跳跃；(c)连续滑移；(d)断续滑移
注：图示为料槽的两极限位置。

A、连续跳跃
3、运动过程：Ｉ=0、弹簧使料斗复位，工件依靠摩擦、空间位置从A 点上行到B 点；↓Ｉ>0、电磁铁吸合，由于惯性、工件由B 点跳跃起来↓（腾空时间≥料斗运行至最下方的时间）
Ｉ=0、工件再落至轨道上时已到达C 点→后又随轨道上行到D 点。

↓如此往复，工件“随轨道上行--跳跃--再随轨道上行?”→工件跳跃式前进，跳跃间距为AC 段。

* 特点：/工件具有大的供料速度，供料率高；/工件运动平稳性差，对定向不利；/适用于形状简单、定向要求不高的件料及供料速度较大的场合。

* 运行条件：电磁铁吸力、料槽振幅及抛射角较大。

但工件腾空时间过大→料斗复位时工件再落至轨道过晚→A 点与C 点的间距缩小，甚至落回原处而没有前移。

B、断续跳跃* 运动过程：Ｉ=0、弹簧使料斗复位，工件依靠摩擦、空间位置从A 点上行到B 点；↓Ｉ>0、电磁铁吸合，由于惯性、工件由B 点跳跃起来（腾空时间<料斗运行至最下方的时间）↓→工件很快落至轨道上的C 点、并随轨道下行到D 点；
Ｉ=0、工件再随轨道从空间位置D 点上行到E 点。

↓如此往复，工件“随轨道上行--跳跃后随轨道下行--再随轨道上行?”→工件断续跳跃式前进，跳跃间距为AD 段。

* 特点：/工件具有较大的供料速度，供料率较高；
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/工件运动平稳性一般。

* 运行条件：电磁铁吸力、料槽振幅及抛射角中等。

C、连续滑移* 运动过程：Ｉ=0、弹簧使料斗复位，工件依靠摩擦、空间位置从A 点上行到B 点；↓Ｉ>0、电磁铁吸合，由于惯性、工件沿轨道由B 点滑移↓（滑移时间≥料斗运行至最下方的时间）
Ｉ=0、工件停下时已滑移至C 点→后又随轨道上行。

↓如此往复，工件“随轨道上行--滑移--再随轨道上行?”→工件滑移式前进，滑移间距为AC 段。

* 特点：/工件具有较大的供料速度和供料率；/工件运动平稳，利于定向；/适用于形状较规则、有定向要求的件料及供料速度较大的场合。

* 运行条件：电磁铁吸力、料槽振幅及抛射角均较跳跃时的小。

D、断续滑移* 运动过程：Ｉ=0、弹簧使料斗复位，工件依靠摩擦、空间位置从A 点上行到B 点；↓Ｉ>0、电磁铁吸合，由于惯性、工件沿轨道由B 点滑移（滑移时间<料斗运行至最下方的时间）↓→工件很快停在轨道上的B?点、并随轨道下行到C 点；
Ｉ=0、工件再随轨道从空间位置C 点上行。

↓如此往复，工件“随轨道上行--滑移后随轨道下行--再随轨道上行?”→工件断续滑移式前进，滑移间距为AC 段。

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* 特点：/工件供料速度和供料率较小；/工件运动平稳，亦利于定向；/适用于有定向要求但供料速度要求不高的场合。

* 运行条件：电磁铁吸力、料槽振幅及抛射角均小。

综上：设计合理、参数选择恰当→不产生跳跃、平稳滑移、供料较快→首选连续滑移。

3、工件在轨道上滑移和跳跃的条件（1）滑移条件由前分析，工件沿轨道上行滑移的条件a1≤g(sinα-μcosα)/(μsinβ-cosβ) a2≥g(sinα+μcosα)/(μsinβ+cosβ) 如取α
=2°（常为1~2°），β=20°（常为15~25°），μ=0.41，则a1≤0.47g a2≥0.41g 所
以，只要合理设计，使轨道向左下方运行的加速度a2 满足一定条件，便可获得预定的滑移状态。

（2）跳跃条件工件在惯性力作用下产生跳跃，脱离轨道，此时受力式（2—4）为ma2sinβ-mgcosα=0 所以产生跳跃的条件为a2≥gcosα／sinβ同上取α=2°，β=20°，μ=0.41，则有a1≤0.47g a2≥2.92g 如将料槽受电磁力作用产生的振动视作简谐振动，其频率为f、振幅为A，则轨道最大加速度amax 为
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amax=2π?f?A 所以，当amax=2π?f?A=a2≥gcosα／sinβ，工件就会产生跳跃式前进。

★由上分析可知，连续跳跃所需加速度a2 最大，断续滑移时a2 最小。

★圆筒形料斗与直槽形的工作原理、件料运动状态完全相同，但振动形式有区别：直槽形料斗是往复直线式振动，而圆筒形是往复扭转式振动。

振动供料器（振动盘）的设计
（一）供料率Q * 振动上料器的供料率取决于供料器的给料速度；* 给料速度一般用工件在料道上移动的平均速度Vp 来估算，它与料槽的倾角α、振动升角β、工件物理特性、电磁振动参数等有关。

* 料斗结构确定之后，上料器的供料率为Q=60Vp·η/l=60πfA·k·η/l
k-速度损失系数
* 设计时，上料器生产率比自动机械的生产率大15%~20%。

（二）料斗设计1、料斗的结构设计料斗的结构多样，大多采用圆筒形结构，图1-44。

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▲
料斗筒体与轨道——一般料斗：筒体与螺旋轨道采用整体结构（车制轨道或整体铸造）。

大型料斗：常采用拼焊结构形式。

轨道的工作面一般与料斗内壁成直角，有时向上倾斜5°~10°。

为使工件顺利
▲
料斗筒体与筒底（料斗底盘）——一般分别加工，再用螺钉连接（是由于工艺原因）；筒体与筒底的连接须注意同心度和牢靠；筒底上部一般做成锥形（锥角160°~170°）。

使工件易向周边
料斗底盘与衔铁之间应装有隔磁板（铜或铝材），或用隔磁材料做底盘。

为防磁化工
▲
轨道及其出口——轨道最上部的出料口应以切线方向伸出一段距离。

为使工件顺利进入
出料口与输料槽的连接方法有对接法和承接法，且出料口（振动）与输料槽（静止）之间应留有间隙δ（如图1-45）。

以防出料口
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▲
料斗的零件材料选用——料斗应尽量做得轻巧→系统易起振。

重量轻、易加工、表面光洁，耐磨损、隔磁，成本低。

常用材料有：不锈钢——表面光洁、耐磨，但加工困难、成本高、比重大；铝合金——质轻、不会磁化，但表面不光；铜合金——加工方便、不会磁化，但比重也较大；硬塑料或有机玻璃——都较轻、表面光洁，但耐磨性较差。

2、振动料斗中工件定向方法*电磁振动上供料器中的单件在进入加工工位前，要求沿料道自下而上，并
自动排列、定向。

*自动定向常采用剔除法——根据工件形状、重心，在轨道上安置挡块、缺口、斜面、槽子等，以使不符合定向的工件被矫正或剔除，而符合定向的工件顺利通过，从而实现自动排列、定向。

3、料斗的尺寸计算A、料斗的螺旋升角α*α由升程及中径小决定：α越小→工件平均速度就高/但升程减小→料道螺旋圈数增加→料斗尺寸增大。

α太大→工件上料速度降低，甚至无法向上滑移。

*根据工件上行滑移的临界条件(a1<a2)可得tgα<μ?tgβ或α
max
<tg-1(μ?tgβ)
式中：μ——工件与料道间的摩擦系数；β——振动升角，工件抛射角。

★
料斗的螺旋升角α与工件抛射角β及工件与料道间的摩擦系数μ有
关（表1-3）。

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B、料斗的直径料斗内径DH——常取DH≥(8~10)l
工工
(mm)，
工
（l 为工件最大外形尺寸，DH-l 见表1-4）
料斗外径De——De=DH+2e (mm)，
（e 为筒体壁厚，一般取e=5~10mm）
料斗平均直径Dp——Dp=DH-B (mm)，
（B 为料道宽度，B=b+Δb，b 为工件直径或宽度，Δb 为余量：1~3mm）
C、料斗的螺距t t=πDp·tgα(mm) 又根据结构要求t≥1.5h+δ(mm)
（h-工件直径或高度，δ-料道厚度：4~8mm）
D、料斗的高度H H=nt (mm)
（n-螺旋料道的圈数：1.5~3.5）
考虑到料斗外观匀称，应使H=（1/4~1/2）D （三）振动升角（工件抛射角）的确定。

·振动升角β由主振弹簧的安装角ψ及料道升角α确定。

·β的大小直接影响作用在工件上的惯性力，要选择合理：β选得太小——影响工件移动速度、所需电磁力增加；10
β选得太大——工件不易前进或只会上抛。

·根据受力分析可得：tgβ＝μ
，β
-μ关系见表1-5。

（四）支承弹簧的设计计算
支承弹簧的作用：电磁振动供料器的料斗通过其安装在基座上。

?圆筒形料斗一般采用三根弹簧支承。

?支承弹簧的截面有矩形和圆形：
矩形截面的称为板弹簧——宽度和厚度常不一致，其刚度在不同方向上差别较大，故安装要求较高，支座形式如图1-46a。

圆形截面的称为圆弹簧——圆柱弹簧杆加工容易，各向刚度一致，故安装调整方便,支座形式如图1-46b。

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支承弹簧的安装角ψ——支承弹簧处于静止时与垂直面的夹角。

·是保证工件获得抛射角β的结构性措施；·是影响工件在料道上的运动状态和供料速度的重要几何参数；·ψ与β和α及弹簧固结点有关：
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1）当弹簧固结点处在料斗中径圆上的
A 点，即OA=R，则
弹簧安装角ψ与直槽形料斗相同，ψ=β+α；
（2）对大型料斗（D≥500mm），为减少基座尺寸，则
将固结点设在半径r 处,
tgψ=R/rtg(β+α) →ψ=arctg［R/rtg(β+α)］
R——料道中径圆半径；r——弹簧固结点分布圆半径。

★在确定料道升角α、振动升角β及R 和r 之后，就可确定弹簧的安装角ψ。

支承弹簧尺寸计算170
·对振动料斗的弹性系统的要求：
（1）在输送较大较重工件时，弹簧刚度应选的低些
→保证料斗在共振状态下工作，可增大振幅、减少功耗；
（2）在输送小型或较轻工件时，弹簧刚度应选的大些
→允许料斗在强迫振动状态下工作，以保证送料平稳。

·板弹簧尺寸计算板弹簧厚度板弹簧长度板弹簧宽度h=(4π?fo?L?My/3Eb)1/3 L≥3.3y{π?f?E?My/〔[ζ-1]3b〕}1/3 b≈（6～10）h
fo—自振频率，(1.05-1.1)f
·圆柱弹簧尺寸计算弹簧杆的直径弹簧杆的长度d=2(4πfo?L?My/9E)? L≥4.48(π
f?E?y4My/[ζ-1]4)1/5
（五）电磁铁的设计计算
电磁铁由铁芯、线圈、衔铁等组成。

?电磁铁的频率和电压：
小而轻的工件、小型料斗（D≤100mm），f=100Hz 或50Hz、U=220v，也有
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用36v 的；中等尺寸工件、中型料斗（D≤300mm），f=50Hz、U=220v，也有用36v 的；大型料斗，f=50Hz、U=220v 。

电磁铁安装方式
·不同电磁铁安装方式所需电磁铁吸力不同：若电磁铁垂直于支承弹簧安装所需电磁铁吸力为F0；则电磁铁垂直于基座安装所需电磁铁吸力为F0/sinψ；而电磁铁水平安装所需电磁铁吸力为F0/cosψ。

·中小型料斗常用电磁铁垂直于基座安装方式→结构简单、调整方便，但所需电磁铁吸力相对较大；大型料斗常用电磁铁垂直于支承弹簧安装方式→减少电磁铁功率，但电磁铁数目一般与支承弹簧数相同→电磁铁间的协调要求较高。

电磁铁气隙
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·在电磁铁工作过程中，衔铁与铁芯的气隙δ对供料效果影响较大：δ太大→电磁铁吸力不足→影响正常工作；δ太小→因各种误差的存在→衔铁与铁芯相撞→产生噪声、破坏振动节奏→影响正常供料。

★一般最佳的气隙为：衔铁吸合后，尚存余隙
δ
min
=0.1~0.3mm。

电磁铁的吸力与功率
选购电磁铁时一般按其吸力与功率进行。

F0=2πAfMyη/sinε（η—阻尼系数；ε—移相角）
N=9.8A?π?f?Myη×10-3 。

N=9.8A?π?f?Myη×10-3 （η—阻尼系数；ε—移相角）
电磁铁尺寸计算
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图1-51 铁芯尺寸e=(0.5~0.7)a
·铁芯截面积S=a·b=23×107×F/B2 式中：F—电磁铁吸力；B—气隙中磁感应强度，6000~10000（Gs）。

·线圈匝数Z=4500k1·k2·U/S 式中：k1—整流系数，不整流时为1，整流时为1.2~1.3；k2—气隙系数，δ=0 时k2=1，δ=0.5 时k2=1.3~1.5；U—电压。

·导线直径d=0.7I?=0.7(N/U)? 式中：I—电流；N—电磁铁功率。

（六）隔振器与基座的设计
按结构设计要求：
料斗应轻巧→易起振，提高振动效果；基座质量要较大→使其振幅减小，向基体传输的振动减弱→取其质量为料斗的2~10 倍，常采用铸铁。

为减少上料器基座的振动对机体的影响
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→在基座和机体间加设减振弹簧或橡胶柱脚作支承
（应注意根据共振条件即激振频率略高于固有频率选择和设计支承弹簧）。

基座可设外罩→将电磁铁、支承弹簧、电阻、接线开关等罩在其中
→防尘、安全、美观、整齐。

■电磁振动上供料器的有关设计参数如表
1-7。

振动盘底盘调整方法
振动盘底盘的调节是能否制作一台优质振动盘的关键。

除了设计、加工、选材需要严格按照规范进行，调试也是关键。

根据国内外多家知名企业多年积累的经验，总结出科学的
调试方法如下：振动盘制作完成后，打开控制器，调节振幅约在满刻度的35% to 40%，应该能看到部分零件开始运动，如果速度过低，缓慢增大振幅直至达到满意水平；如果调到了80%的水平，而没有达到满意效果，甚至发生过强的现象，需要检查振盘本体是否与其他东西接触，然后按照以下步骤调整振盘：1. 拧开一个簧片紧固螺丝，慢慢地，直至发生加速或减速现象发生，如发生加速，说明弹性过强，相对的一组簧片中，必须拆下最薄的簧片，更换簧片应该参照规范进行。

2. 如果出现弹性过弱的情况，应该补装簧片。

非常重要：为保持平稳送料，相对的簧片组，簧片数量应该相等。

3. 本体应当处于欠调谐，但其程度必须是有限的。

4. 簧片会随着时间推移而逐渐硬化，而导致过调谐，如1 所述检查振动状况。

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5. 如果增加簧片后，仍然感觉欠调谐，可能有簧片断裂，通常发生于簧片下半部和簧片支架的顶部，某些情况下，簧片的断裂不容易看出来，可以取下簧片，与硬物碰撞，看是否断裂。

6. 如要查找断裂的簧片，应先检查最薄的簧片。

7. 确认螺丝有足够长度将簧片拧紧到底座上。

8. 另一个影响调谐的因素是螺丝的延展性，一般使用5 级螺栓，可以保证持久的硬度。

9. 振体的以下部位如出现焊点开裂也会影响振动频率A、顶盘的安装法兰B、螺旋轨道C、返回盘的底部D、吊带、侧壁、回料区（一般地，这些部位会产生额外噪声，能够轻易感受到）10. 另一个经常发生但不易发现的情况是：橡胶底脚未拧紧并拐开，导致与安装台面发生硬接触，从而使谐振漂移，必须重新拧紧底脚。

11. 特别注意的是顶盘与振体的连接必须牢固，当重新安装或搬移顶盘时，使用铁管作助力扳手。

（使用力矩扳手，效果更好）12. 另外，不要向外拉顶盘，哪怕是轻轻的，从紧固螺栓拉向已装好的送料轨道，可以另外使用千斤顶。

如果顶盘不水平，会导致零件掉落、零件从料道上滑走而不进入定位料座，并导致卡料、掉向、降低送料率，送料器必须保持水平，方能保证送料平稳。

13. 千万不要忽视簧片间垫片的作用，往往在更换簧片时容易发生遗漏。

这些垫片的作用等同于簧片，如果遗漏就难以准确调整好振盘。

14. 如果振盘安装到机器上，没有把橡胶脚固定好，也会影响送料效果。

15. 如果振动盘附加了滑道或者直线轨道，依靠振盘的驱动力送料，可能会产生副作用。

解决的办法是使用独立的直线驱动单元。

16. 如果振盘多处出现死点，通常需要检查这些死点的对角处。

一般地，需要重新调整配重，线圈气隙也要重调，也可能有焊点开裂，簧片断裂，簧片紧固螺栓松动等现象。

振动盘及驱动器的故障原因及其处理
●振动盘不工作的可能原因
1、电源电压不足
2、振动盘与控制器间的连线断裂
3、控制器保险丝烧断
4、线圈烧断
5、线圈与骨架间隙过小或过大
6、有零件卡在线圈与骨架间
7、振动盘抵住硬物，顶盘或底盘碰到其他设备●振动盘振动乏力或过慢，零星地或不规则地送料，可能是由于：1. 弹簧断裂
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2. 底板过薄
3. 安装台面有缺陷，缺少硬度。

如果悬吊于设备台面，会造成振动过弱，台面厚度应该至少达到1-1/2"，这样才不会吸振，圆柱式撑脚必须配备三角支撑片。

4. 台面不水平
5. 盘内有杂物
6. 线圈气隙应尽可能小（以调到最大振幅刚好不发生碰撞为准）
7. 机器节奏过快导致零件从振盘滑落。

8. 电网波动
9. 控制器需要重新调整以适应电网波动。

10. 11. 12. 13. 14. 零件问题：超差、弯曲、含油等盘与底座紧固螺丝不紧或位置不对。

零件过多底盘调整不当物料变更，应当重新修整盘面并重调底盘
15. 在使用气吹的场合可能会产生一些问题，可能存在：气压不稳、气源污染、含水或油，这些污染物会滞留在振盘表面，导致送料速度减慢甚至不走。

气源必须清洁、干燥，配备独立的调压器、过滤器。

不要使用刚性的管子会降低送料性能。

应当使用柔韧的软管。

16. 控制器频率不对（如半波/全波选择开关）●振动盘存在死点1 死点的存在是由于重量失衡，其表现是盘中某点工件运动速度低于其他地方，
可以通过增加配重、调整簧片来解决。

配重应当置于死点的对面，查找丢失的配重，查看死点是否是由于增加或改动盘面而引起，是否由于簧片断裂引起。

德国教授布置了一个作业，其中有个步骤需要自动化拧螺钉，“拧”实现起来容易，但是让螺钉对上螺丝刀，这是个问题！首先必须使螺钉都朝一个方向才好，怎么办呢，，，我花了许多时间才知道这个东西：振动盘（料斗）
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看到没，上方的螺钉个个都“吊头”实现了定向。

料斗内部是一个螺旋形斜面，螺钉沿着这个斜面乖乖地向上“走”。

图片下方有个缺口，可以让姿势不对（大头朝圆心）的螺钉掉回料斗，姿势正确的螺钉继续走，直到实现“吊头”。

怎样才能让螺钉在螺旋斜面上“走”呢？这就是振动料斗的关键技术。

它的原理是：料斗下面有个脉冲电磁铁，可以使料斗垂直方向振动，由于弹簧的作用，同时还使料斗绕其垂直轴做扭摆振动。

料斗内零件，由于受到这种振动，而沿螺旋轨道上升，直到送到出料口。

而最关键的还是“机关”的设计，也就是如何让物料规范起来。

△适合各种不同工作的定向输送。