包装机械输送线结构改进

卢志斌

（广州市轻工职业学校，广东广州 510650）

包装机械输送线结构改进

卢志斌

（广州市轻工职业学校，广东广州 510650）

产品包装要经过若干工序，通过输送线在不同的设备之间输送半成品。生产线组装或改造时，常发生被供送物件倾倒的故障。通过建立被供送物体的力学模型，求解其运动稳定性条件，得到输送线结构参数调整的方法，在实际应用中取得良好效果。

包装机械；输送线；变道对接；运动稳定性

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.10.31

1 问题及产生背景

产品的包装要经历灌装、密封、贴标喷码和装盒装箱等若干过程，每道工序用不同功能的设备来完成。上一道工序完成后，通过输送线把半成品输送至下一道工序。某调味品生产厂家为适应产品多样化的包装需求，添置了一台设备，其输出输送线采用变道对接方式进入下游设备。如图1所示，虚线表示输送线，上方是新增设备的输出输送线，下方为下游设的备输入输送线，两输送线速度调整为大小方向相同。采用引导挡板（倾斜的粗实线）来引导物件跨越上下游输送线，引导挡板的安装角度为α。设备调试时发生物件向前进方向的右侧倾倒的情况。根据常规经验，在右侧加装附加挡板后，解决了向右倾倒的问题，但却发生了向后倾倒的情况。

2 故障分析

图 1中，N是引导挡板施加给物件的正压力，F是N引起的摩擦力，F=μcN（μc是引导挡板与物件之间的摩擦因数）。取动坐标系y轴的方向与N一致，指向物件运动方向的右侧；z轴通过物件重心，方向与物体所受重力相反；x轴符合右手定则，与F方向相同（与物件速度v方向相反）。放置在输送线上的物件的重量为G，重心在z点（图2），左侧受到引导挡板施加的力N；底部受到与G大小相等方向相反的支承力Nd，作用点位于底面中心。物件在变道过程中与输送线之间发生相对运动，受到摩擦力 Fd，Fd=μdNd=μdG （μd是输送线与物件之间的摩擦因数），Fd可以分解为平行和垂直于输送线方向的两个分量F1和F2，N可以分解为平行和垂直于输送线的两个分力N1和N2（图1），N1=Nsinα，N2=Ncosα。在 N1的阻碍下，物件沿输送线运动方向的速度v1小于输送线的速度，发生向前的摩擦力F1；在N2的作用下，物件产生垂直输送线的速度v2，F2的方向与v2相反。物件平行于引导挡板的速度v是v1和v2的合成。

图1 输送线变道对接

图2中，F3、F4和F5是Fd在Y方向和X方向上的分解，F3=F1sinα+F2cosα，F4=F2sinα，F5=F1cosα。当物件沿引导挡板匀速运动时，在Y方向上，N-F3=0，在Z方向上，Nd-G=0。研究图2a，取d1为力矩中心，合成力矩M=Ndr+F3×0+Nh-Gr，其中，r是物件底部半径。将 Nd-G=0 代入 M=Ndr+F3×0+Nh-Gr，得 M=N×h。物件处于力矩不平衡状态，在顺时针力矩Nh的作用下发生绕d1的转动，导致物件向右倾倒的故障发生。加装附加挡板后（图2a虚线）后，附加挡板施加的正压力N′对d1产生逆时针力矩N′h′，防止了物件向右侧的倾倒。

由于设备和物件的多样性，加装附加挡板的方法在某些场合会引发向后倾倒的故障。在ZX平面（图 2b）上，引导挡板作用于物件的摩擦力F产生逆时针力矩Fh=μcNh，物件存在绕d2点转动向后倾倒的趋势。附加挡板加入后，又增加了逆时针力矩 F′h′=μbN′h（′μb是附加挡板与物件之间的摩擦因数），在 Fh 和F′h′的共同作用下，原来不至于发生倾倒的物件就有可能发生向后倾倒的故障。

图2 物件受力分析

3 改进及效果

通过研究具体情况决定弃用附加挡板，采用降低h的方法，原理如图2c所示。把引导挡板施加给物件的N和F合成总反力R，R=sqr（tN2+F2）。在顺时针力矩 Rh 作用下，当转动发生时，Nd的作用点移动至d（d的位置在物件前进方向的右后方，根据μc大小来确定），Nd与G构成逆时针力偶Gs。只要保证Rh＜Gs，物件将恢复到图2a，b的状态，忽略小幅摆动加速度的影响，物件将维持在小幅颠簸状态。由于s的最大值是物件底面半径r，理论上只要满足Rh＜Gr，物件将保持小幅颠簸状态而不倾倒。对于不同材料和形状的物件、不同材料和运动速度的输送线，以及不同材料和安装角度的引导版，安装高度h的最佳值不同。通过试验的方法来确定h，解决了物件向右倾倒的问题，同时不发生向后倾倒的故障。

TH6

B

〔编辑 凌 瑞〕