基于振动盘的方形水准泡自动分选机构的设计与研究

俞龙杰，赫龙泽，李 白，颜晨欢，阮嘉宏，章超杰，江晓亮

(衢州学院 机械工程学院，浙江 衢州 324000)

0 引言

水准泡作为一种测量仪器，被用来测量水平或铅垂位置的精准度。水准泡分类主要包括普通式长水准泡、补偿式长水准泡、电子水准泡、电子补偿器、塑料水准泡等三百种具体品种，广泛应用于机械、设备和车床等大型设备的调平。

目前水准泡的市场开拓还在继续进行中，产品的创新、简洁和安全也在继续研究开发当中。水准泡对于我们机器设备的制造以及安装具有很大作用。没有水准泡的辅助，我们的机器设备制造会有很多不便之处。

水准泡的制备过程主要包括水准泡的分选、注水、加盖等。在水准泡的制作中，国内水准泡生产厂家制造工艺还比较落后，自动装配技术水平比较低，所以水准泡的分选主要依靠人工，分选速度慢，耗费人力物力，并且生产成本比较高。生产出来的水准泡存在精度差，且生产成本比较高以及生产效率低等缺点，在市场对水准泡需求大的情况下，有研制水准泡自动分选装置的必要。水准泡的自动化分选机构可以在很大程度上节约劳动力成本，进而降低企业的生产成本。

本文以方形水准泡作为研究对象，进行方形水准泡自动分选机构的设计与研究。通过研究自动化分选机器的原理，从而实现对方形水准泡的自动分选。通过对方形水准泡自动分选机构的设计，提高方形水准泡的分选效率、降低水准泡的生产成本，从而增加产品在市场上的竞争力。

1 方形水准泡装配现状

到目前为止方形水准泡生产装配技术主要有两种方式，即人工装配和半自动化的机器装配，而国内在水准泡的制造中还是以人工装配为主。我国现在的自动化生产的技术手段不高，使得国内市场大多的水准泡都是采用人工装配。

近年来，由于“机器换人”的提出以及我国自动化生产技术不断的提升，为了契合我国现代工厂自动化流水线对生产效率和成本的要求，并且可以进一步满足我国生产生活的需求，各种产品生产的自动化设计和研究都被提上日程。国内一些厂家也开始研究和设计水准泡的自动分选和自动装配，从而提高生产效率并且降低生产成本。到目前为止，国内厂家生产水准泡只能通过简单的机械半自动化装配的技术，在分拣过程中无法调整水准泡的方向，需要工作人员在旁边不断调整。

方形水准泡在测量仪器上的使用很广泛，水准泡的自动分选机构具有很好的发展前景。

2 方形水准泡自动分选机构的设计思路

根据自动分选需要，我们设计了一种方形水准泡分选机机构，如图1所示。以下简单概述该设计的工作流程。

图1 基于振动盘的方形水准泡自动分选机构

首先，振动盘部分的装料盘中需放入方形水准泡的物料，接着振动盘开始工作，在脉冲电磁铁的作用下，振动盘产生振动，料盘内的方形水准泡物料也随之产生振动，实现方形水准泡物料沿螺旋料槽通道上升的送料过程。方形水准泡物料与料槽通道间接触，利用接触产生的摩擦力带动方形水准泡物料向上输送，一直到方形水准泡物料来到分料区域。方形水准泡在振动盘中缓慢上升的时候，可以分为两种不同的状态，由于水准泡装配前两端不同，一端有一个直径为8 mm的深孔，可以根据方形水准泡结构设计分选结构。我们设计的分选结构主要是一个钩子的装置，钩子装置后面轨道比前段轨道高度低，使其调整方向，可以使水准泡以同一方向排列，从而实现方形水准泡的自动分选。

3 方形水准泡自动分选机构的工作原理

自动分选机构分选部分的合理设计对产品的生产成本减少和产品的生产效率有着重要影响，它的结构设计与送料模块以及装配机构相互作用，相互联系。通过产品的结构以及原理的设计，分选功能要包括对水准泡的准确快速的分选以及将水准泡准确地传送到下一环节。

振动盘对于产品的自动装配有着至关重要的作用，可以帮助零部件达到精确分选的目的。在方形水准泡自动分选机的设计中，采用振动盘来分选水准泡，可以有效的把方形水准泡挨个有序地排列在轨道上，从而实现自动装配的功能。

由图2所示水准泡振动盘的剖面图可知，在振动盘的装料盘底部有一块脉冲电磁铁，在脉冲电磁铁的作用下，装料盘随着电磁铁上下振动，并且在底部弹簧片支撑下使其在电磁铁的带动下作垂直的绕轴扭摆振动。装料盘中的水准泡可以在绕轴扭摆振动的作用下沿特定的轨道缓慢上升。沿轨道缓慢上升时经过钩子装置，使有深孔的一端可以被分选机构的钩子钩住(图3)，钩子可以绕轴转动，方形水准泡前进到低导轨时，另一端先下落(图4)，在摩擦力的作用下前进，而被钩子卡住的一端自然倾斜直至落到轨道上(图5)，这时，钩子在重力作用下自然复位。有孔的一端就朝向后面，而沿导轨上升前进的前端没有孔的方形水准泡不会被钩住(图6)，从而自然滑动到下一轨道(图7)，有孔一端自然朝后，从而可以做到分选的作用。

图2 振动盘结构图

图3 水准泡方向调整示意图朝向位置(1) 图4 水准泡方向调整示意图朝向位置(2)

图5 水准泡方向调整示意图朝向位置(3) 图6 水准泡方向调整示意图背向位置(1)

图7 水准泡方向调整示意图背向位置(2)

4 方形水准泡自动分选机构的确定

4.1 方形水准泡的规格大小及结构特点

图8 方形水准泡

我们以市场上常见的方形水准泡为基础，如图8所示，方形水准泡长40 mm，两端宽15 mm，一端没有加盖时是直径8 mm的深孔。

4.2 振动盘

根据方形水准泡的结构以及形状尺寸的分析，设计振动盘装料盘的直径为500 mm，设计振动盘螺旋槽轨道的宽度为25 mm，使方形水准泡能够按一定摆向沿螺旋槽轨道前进。

对于振动盘螺旋槽轨道斜面与振动盘料盘底面的夹角即轨道斜面倾角，倾角越大，给料量就越大，但通常倾角为0°～10°，为了实现方形水准泡的快速分选，我们设计轨道斜面倾角为10°。

图9 振动盘螺旋槽轨道

振动盘螺旋槽轨道通常的螺旋圈数为1.5～3.5圈。结合设计的装置的分选原理以及为提高分选效率，设计该振动盘螺旋圈数为2圈。如图9为振动盘螺旋槽轨道。

4.3 钩子及落差轨道

根据方形水准泡的结构以及形状的分析，设计钩子高90 mm，直径2 mm，钩子底端距轨道端面7 mm。钩子弯曲部分采用微圆弧设计，并且钩子端长度为14 mm，使钩子既能钩住方形水准泡，又能在方形水准泡落到低轨道并前行时方便脱落。钩子由螺栓连接固定在装料盘上方轨道上，并且可以绕螺栓转动一定角度。

图10 钩子模型图

为辅助分选，钩子后面是比前面轨道低一些的轨道，落差即高度差为20 mm。如图10是钩子的模型图，如图11和图12是落差轨道的平面模拟图。

图11 朝向位置的分选模拟流程图 图12 背向位置的分选模拟流程图

5 结语

本文通过对方形水准泡自动分选机构的原理进行深入的分析，并且借鉴现有自动生产技术的优势，根据方形水准泡在装配时存在的难点，设计了合理的功能方案原理，并在合理方案的基础上确定了主要零部件的尺寸和功能。

通过实际模拟测试，此方形水准泡分选机构，结构稳定，分选速度可达到30个/min。振动盘的传送功能良好，其分选机构的工作情况正常，可完整实现机构目的，分选准确度高，可解决人工分选效率低的弊端，降低人工成本，满足大批量生产的要求。