包裝機械輸送線結構改進

盧志斌

（廣州市輕工職業學校，廣東廣州 510650）

包裝機械輸送線結構改進

盧志斌

（廣州市輕工職業學校，廣東廣州 510650）

產品包裝要經過若干工序，通過輸送線在不同的設備之間輸送半成品。生產線組裝或改造時，常發生被供送物件傾倒的故障。通過建立被供送物體的力學模型，求解其運動穩定性條件，得到輸送線結構參數調整的方法，在實際應用中取得良好效果。

包裝機械；輸送線；變道對接；運動穩定性

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.10.31

1 問題及產生背景

產品的包裝要經歷灌裝、密封、貼標噴碼和裝盒裝箱等若干過程，每道工序用不同功能的設備來完成。上一道工序完成后，通過輸送線把半成品輸送至下一道工序。某調味品生產廠家為適應產品多樣化的包裝需求，添置了一臺設備，其輸出輸送線采用變道對接方式進入下游設備。如圖1所示，虛線表示輸送線，上方是新增設備的輸出輸送線，下方為下游設的備輸入輸送線，兩輸送線速度調整為大小方向相同。采用引導擋板（傾斜的粗實線）來引導物件跨越上下游輸送線，引導擋板的安裝角度為α。設備調試時發生物件向前進方向的右側傾倒的情況。根據常規經驗，在右側加裝附加擋板后，解決了向右傾倒的問題，但卻發生了向后傾倒的情況。

2 故障分析

圖 1中，N是引導擋板施加給物件的正壓力，F是N引起的摩擦力，F=μcN（μc是引導擋板與物件之間的摩擦因數）。取動坐標系y軸的方向與N一致，指向物件運動方向的右側；z軸通過物件重心，方向與物體所受重力相反；x軸符合右手定則，與F方向相同（與物件速度v方向相反）。放置在輸送線上的物件的重量為G，重心在z點（圖2），左側受到引導擋板施加的力N；底部受到與G大小相等方向相反的支承力Nd，作用點位于底面中心。物件在變道過程中與輸送線之間發生相對運動，受到摩擦力 Fd，Fd=μdNd=μdG （μd是輸送線與物件之間的摩擦因數），Fd可以分解為平行和垂直于輸送線方向的兩個分量F1和F2，N可以分解為平行和垂直于輸送線的兩個分力N1和N2（圖1），N1=Nsinα，N2=Ncosα。在 N1的阻礙下，物件沿輸送線運動方向的速度v1小于輸送線的速度，發生向前的摩擦力F1；在N2的作用下，物件產生垂直輸送線的速度v2，F2的方向與v2相反。物件平行于引導擋板的速度v是v1和v2的合成。

圖1 輸送線變道對接

圖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。當物件沿引導擋板勻速運動時，在Y方向上，N-F3=0，在Z方向上，Nd-G=0。研究圖2a，取d1為力矩中心，合成力矩M=Ndr+F3×0+Nh-Gr，其中，r是物件底部半徑。將 Nd-G=0 代入 M=Ndr+F3×0+Nh-Gr，得 M=N×h。物件處于力矩不平衡狀態，在順時針力矩Nh的作用下發生繞d1的轉動，導致物件向右傾倒的故障發生。加裝附加擋板后（圖2a虛線）后，附加擋板施加的正壓力N′對d1產生逆時針力矩N′h′，防止了物件向右側的傾倒。

由于設備和物件的多樣性，加裝附加擋板的方法在某些場合會引發向后傾倒的故障。在ZX平面（圖 2b）上，引導擋板作用于物件的摩擦力F產生逆時針力矩Fh=μcNh，物件存在繞d2點轉動向后傾倒的趨勢。附加擋板加入后，又增加了逆時針力矩 F′h′=μbN′h（′μb是附加擋板與物件之間的摩擦因數），在 Fh 和F′h′的共同作用下，原來不至于發生傾倒的物件就有可能發生向后傾倒的故障。

圖2 物件受力分析

3 改進及效果

通過研究具體情況決定棄用附加擋板，采用降低h的方法，原理如圖2c所示。把引導擋板施加給物件的N和F合成總反力R，R=sqr（tN2+F2）。在順時針力矩 Rh 作用下，當轉動發生時，Nd的作用點移動至d（d的位置在物件前進方向的右后方，根據μc大小來確定），Nd與G構成逆時針力偶Gs。只要保證Rh＜Gs，物件將恢復到圖2a，b的狀態，忽略小幅擺動加速度的影響，物件將維持在小幅顛簸狀態。由于s的最大值是物件底面半徑r，理論上只要滿足Rh＜Gr，物件將保持小幅顛簸狀態而不傾倒。對于不同材料和形狀的物件、不同材料和運動速度的輸送線，以及不同材料和安裝角度的引導版，安裝高度h的最佳值不同。通過試驗的方法來確定h，解決了物件向右傾倒的問題，同時不發生向后傾倒的故障。

TH6

B

〔編輯 凌 瑞〕