分析液压阀芯零件自动供料系统设计

卞浩

摘要：为了更好的满足综采作业面上液压阀芯智能化装配生产的实际需求，本课题设计研发了一套较完整的阀芯自动供料系统，及解读了该系统的技术要求、整个结构及关键部件设计等。基于现场运行发现，本系统能安全、准确的完成阀芯零件的自动化供料任务，明显提升了产品装配质量，和设计要求相吻合。

关键词：液压阀芯;自动供料;电动机;系统设计

引言

液压阀芯为液压支架电控系统的主要构成，有产品批量大、供货周期要求短暂等特征。人力手工装配是传统的生产模式，实施阶段暴露出生产效率低、产品装配质量波动性较大等问题，为了弥补以上不足及更好的满足液压阀芯持续增长的市场需求，笔者所在团队自主开发了一套完整的液压阀芯自动装配生产线，其较好的满足了全自动化供料需求，具有较宽广的应用前景。

1、自动供料技术

1.1振动式

这是当下金属小型零部件自动购料时的常用方式之一。振动盘与直线送料器等是其主要实现形式。电磁铁布置在其料斗下方，弹簧钢板将盘体和底座连接在一起，电磁铁控制器依照预设频率为电磁铁供电，诱导弹簧钢板生成振动力，进而使料斗绕着自身垂直轴进行扭摆振动。在扭摆力作用下，零件顺着料斗中的螺旋轨道转动，按设计姿态供料至出料口。

1.2滚筒式料仓

其工作原理可以做出如下阐述：电动机驱动系统内的滚筒持续运转，筒内特有结构拾取零件，当滚筒运转到顶端时，零件会自动坠落至传送机构导轨，此时导轨就可以利用倾斜或振动设计的方式，把部分工件运输到特定部位。

1.3提升式料仓

多使用该系统完成螺钉、金属弹片等零部件的供料任务，和振动式及滚筒式供料相比较，这种供料模式下零件之间的碰撞次数较少，故而不会对零件形成较大的损伤。系统的工作原理：利电动机或气缸应用多级抬升阶梯把料仓中的物料运输至出料口，有上料形式简易、系统稳定性优良等特征。

1.4托盘式

这是一种很传统的供料形式，在当下手工生产线多数金属零件供料领域中有较广泛应用，将这种供料方法用在自动生产线内，需要配置更多的智能化设施，改造成本偏高、占地空间较大等不足，但在灵敏性、柔性方面占据优势。

2、设计整个结构

综合以上供料系统的优劣势及设计技术要求，尤其是供料阶段严禁对零件及密封锥面造成多余损伤，以及符合供料节奏与兼顾装配精准度要求，本课题设计研发了一套旋转分度顶升供料系统（图1）[1]。本系统主要由物料旋转、顶升及上料系统三部分构成，其中物料旋转系统共计有16个工位，每次用尽单个工位的物料分度盘便会旋转一个工位，负责把下一个工位的物料供应给顶升系统;顶升系统主要是依照节律朝上推送物料;上料系统能利用安置在平移电缸上的气动三爪夹取特定部位的回液阀芯，使阀芯在制定位置蘸取适量润滑油，随后将其规范的装配至生产线工件中，此时一个供料工艺程序就结束了。

以上供料系统不仅能较好的满足设计技术要求，还具备如下几个优势[2]：（1）应用机械式的凸轮分度结构，能精准定位，运行可靠性较高;（2）在多功能传感器协助下实现定位于检测工件质量，使被装配产品方向的达标率得到更大保障;（3）系统是模块化设计，和生产线能达到快速拆卸与拼装;（4）系统运行噪声<40dB，符合国家现行标准，较好的保证了现场作业人员的身体健康。

3、设计重要结构

3.1凸轮分度系统

在自动供料系统内，设计凸轮分割器被公认为是一项重要的工作内容，本课题选用了盘输出精密凸轮间歇式分割器，工作原理：实现输入轴上方球形凸轮和输出轴上滚针轴承匀称分布的从动轮之间的无缝隙垂直啮合，凸轮轮廓面层的曲线段对从动轮的滚针轴承运转过程提供较大的驱动力，引领了输出轴转位，直线段的作用主要是使分割器静止，且完成精准定位与自锁定。大部分工况下，球面凸轮旋转一圈，输出轴就执行完一个转位与一个暂停的分度过程。精准定位、使用年限长久等均是凸轮分割器持有的优势，本系统选用了双导程分割器，分度精准性±60"，设计中空法兰盘能节约组装空间，为其他辅助装置的安装创造了便利条件。

在凸轮分割器自体实现合理选型设计的基础上，也要做好输入轴驱动电动机的设计工作，其内的关键一点是测算旋转电动机的功率值。本课题科技物料旋转部分的旋转盘半径R1=300mm，厚H=16mm，选用Q235A作为旋转盘材料，工件方位半径R2=320mm，各工位满载工况下工件总重量m1=2㎏，各工位夹具重m2=0.5㎏，旋转系统由16个工位构成，分割器导程数m=2，设计各工位旋转、景致静止时间分别是T1、T2，对应的时间分别是1s、1/3s，输入轴转速n=45r/min，选用三相异步电动机作为系统的电动机，额定电压220V，结合以上主要参数的设计情况，测算出驱动级的最小输出功率[3]：

分割器驱动角

旋转盘质量W0=35.27㎏;

工件总质量W1=32㎏;

工位夹具质量W2=32㎏。

据此能测算出旋转盘转动惯量、工件转动惯量及工位夹具转动惯量依次是1.59、3.48、0.87㎏/㎡，总转动惯量是5.94㎏/㎡。

輸出轴最大加速度是8.53rad/s²;

负载总力矩是54.09N/m，实际负载转矩108.18N/m;

测算出输入轴转矩8.92N/m;

最后，计算得出电动机的输入功率P=0.07kW。

结合以上的计算结果，选择系统旋转电动机起动环节的最大功率应在0.07kW以上，为确保系统运行过程的可靠性，结合经验值旋转分度系统取电动机功率200W。

3.2物料载体模块

参照设计要求，工件手工补料间隔时间应>2h且严禁发生停机补料情况，系统还要具备缺料预警功能。模块设计时，通常会把载体模块内的直线轴承和球头柱塞作为关键部件，其中直线轴承被安装在本体中，作用以定位为主;工装共计设计了3个球头柱塞，选用的球头柱塞内带有弹簧，可以对柱体形成一定维持力，同时规避发生柱体不能被拔出的情况。

和物料载体模块顶端相对应的设计以红外传感器检测系统为主，顶升气缸每向上运动一个位置，回液阀芯工件抵达检测位，红外传感器为能够自动检出是否存有工件，检测输出信号分别是1、0时，分别代表该位置存在、没有工件，把系统信号传输至顶升气缸，气缸朝上运动一个位置，如此反复循环[4]。若直至顶升气缸上限位依然没有检测到工件，那么气缸会下移至原始位，和下限位传感器完成冗余分析后，分割器旋转一个工位，按照这样的方式转动3个工位，上部检测传感器输出值依然是0时，系统就会发出缺料报警信号，提醒操作人员进行补料。

结束语：

本课题研发出的旋转分度顶升供料系统较好的解除了液压阀芯自动供料阶段容易损伤部分产品的问题，且使零件安装面的合格率达到了100%。本系统作为自动装配生产链上的重要构成，自投用以来，运行状态安稳，符合设计要求，值得推广。

参考文献：

[1]杨丰毓，杨胜强，郭策，等.煤矿液压阀芯的MPF制备与加工研究[J].煤矿机械，2020，v.41;No.387（05）：107-110.

[2]谢赛.论电液控换向阀阀芯自动装配生产线设计[J].中国设备工程，2020，No.445（09）：83-85.

[3]戚振红，徐明，荆兴亚，等.工程机械铸造多路阀阀体加工技术探究[J].液压气动与密封，2019，039（009）：94-96.

[4]覃杰，吴红光.某调速器插装式液压阀组节流问题浅析[J].水电站机电技术，2019，042（012）：65-67，74.