一种新型横向收集机的设计与研究

吕瑞毅

（东方机器制造（昆明）有限公司，云南 昆明 650217）

1 概述

目前，在各类盒装品自动包装生产线上，条状盒装品（其长度大于宽度、高度两倍以上，以下简称条状物）在输送线上大多是沿其纵向输送以节省输送线的占用空间。在进入下一步装箱工序前，又要求转换为沿其横向输送，这就需要一种被称为横向收集机的设备。横向收集机主要由纵向输入部和横向推出部，两大部分组成。在纵向输入部，要对多条通道上沿纵向无规则随机输送来的条状物，进行有序化收集整理，排列整齐后，送入横向推出部，由横向推板机构将条状物横向推出，完成横向收集过程。

2 技术领域及背景技术

现阶段在线运行的横向收集机，大多采用电气控制系统来实现对条状物的收集整理。但因电气控制必然存在控制检测元件，电气控制系统设计、编程较为复杂且动作停顿次数频繁，响应速度较慢，制约横向收集的速度，满足不了下工序装箱的提速要求，进而影响整条生产线的生产效率。

图1 设计方案示意图

在电子技术广泛应用于机电一体化产品的今天，能否对传统机械产品的设计作深度优化，超脱原有产品的形态特征，这就成为新的课题，值得深入探究。为了深层次挖掘机械设计的潜能，创造独特全新产品，从而简化产品设计，节约制造成本。本文提出一种全机械传动无级调速横向收集机的设计研究。

3 设计理念

横向收集机能够对多条通道上沿纵向输送来的条状物进行收集整理，排列整齐后，沿其横向输出，完成横向收集过程。实现这一过程的关键在于，如何在连续输送中，对多路无规则随机输送来的条状物进行有序化收集整理。为此，考虑采用“一抬”“二挡”“三推”三个步骤来实现。通过“一抬”，对条状物进行初步整理；经过“二挡”，使初步整理的条状物排列整齐，然后一起送入横向推板通道；进而完成“三推”。

4 设计方案

为实现设计理念，解决其技术问题所选取的设计方案是，通过两段输送机构与两组凸轮上抬机构和凸轮挡位机构相结合，再加上横向推板机构来实施。整机采用无级调速全机械传动的方式，每个机构之间的运动状态相互匹配并与条状物输送速度相匹配，以保证快速、协调运行, 设计方案如图1所示。

如图，上述两段输送机构，前段为皮带输送机构1，后段为辊筒输送机构2；在辊筒输送机构2之间安置凸轮上抬机构3和凸轮挡位机构4；辊筒输送机构2尾部为横向推板通道5；其上方为横向推板机构6。

整个设备采用一台电机驱动，通过传动机构使原动力传递到所有运动机构，按照各运动机构的需要，精确设计传动比，让所有运动机构协调运行。

n-减速机输出转速 （r/min）

η-传动效率

减速机特性如图2所示。

为了“以不变应万变”（传动比为“不变”， 无规则随机输送为“万变”），必须精确计算“一抬”的夹持与释放和“二挡”的档位与放行的时间和输送速度。收集整理及排列整齐的时间和相位，由对应凸轮的形状和相位决定并与输送速度相匹配，辊筒输送机构各辊筒的线速度与皮带输送机构的线速度并不完全相同，这些要素的协调匹配由精确设计的传动比确定，是“以不变应万变”的关键所在，参见图3。

机构线速度的计算公式为

式中Vn-V1V2V3V4各机构对应线速度 （mm/s）

Dn-D1D2D3D4各机构对应计算直径（mm）

π-圆周率

n -减速机输出转速（r/min）

in-i1i2i3i4各机构对应传动比

结语

设备启动时，所有运动机构同时运行。各机构之间连续不间断的协调配合，使整机能够“以不变应万变”，有效地解决了条状物横向收集速度慢的问题。而且整机运行无需任何控制检测装置，只保留必要的故障保护检测装置，因而整机运行可靠性提高，稳定性增强，故障率降低，可提高整线的生产能力。该设备可以在运行时，不停机进行速度调节，且速度调节平滑无跳跃。能够做到任意时刻、任意位置停机，再次启动，仍然能正常运行。由于简化了电气控制系统的设计，从而节省了电气元器件采购，节约了制造成本，节省了能源消耗。

图3 机构时序图

图2 减速机特性图

根据本文提出的设计研究，已经设计制造出全机械传动无极调速横向收集机（该产品已获国家专利，专利号：201320420024.3），现已投用于实际生产线，现场在线运行状况良好。实现了在提高产品技术性能的同时，增强了产品竞争能力。

[1]机械设计手册编委会.机械设计手册.北京：机械工业出版社，2004.

[2]黄靖远，高志，陈祝林.机械设计学（第3版）.北京：机械工业出版社，2006.

[3]王跃进.机械原理.北京：北京大学出版社，2009.

[4]牟致忠.机械可靠性—理论方法应用.北京：机械工业出版社，2011.