直线式振动送料器研究现状与发展趋势

苏 江

（吉林大学珠海学院机电工程系，广东珠海 519000）

科技发展使企业的自动化程度越来越高。振动送料器是自动加工和自动装配系统中的一种供料装置，实现了工厂里的加工、装配、检查、计数和包装等工序的自动化和无人化，使零部件能够自动沿着一定方向作稳定供给。振动送料器按照输送方式可以分为直线式和旋转式。本文将从结构、原理、特点及应用范围方面分析直线式振动送料器技术研究现状，提出直线式振动送料器的未来发展趋势。

1 直线式振动送料器研究现状

1.1 直线式电磁振动送料器

直线式电磁振动送料器在国内外自动化生产线上获得了广泛应用，直线式电磁振动送料器结构如图1所示，主要由料盘、电磁铁、主振弹簧片、底座和橡胶底脚等组成。

其工作原理是:当电源接通，激振电磁铁产生吸力，在电磁吸力作用下，料盘（顶盘）偏离静平衡位置向下移动，并且迫使弹簧片产生弹性变形。当电磁吸力消失时，由于弹簧片已储存了足够的弹性变形能，迫使料盘急剧改变运动方向，并且超越原来的静平衡位置达到某一上限。如此上下循环往复，形成高频微幅振动，同时促使料盘内被供送物件沿着直线滑道作快速平稳的相对运动并自动定向排列，最后逐个由排料口排出［1］。

近年来由于电子技术的进步，国内外研制开发的送料器变频变压电源，使得直线式电磁送料器的输送速度可以进行调节，更好地满足了工业自动化生产线的要求。但目前的直线式电磁振动送料器仍然存在体积大、重量大;结构复杂，调整不方便;工作噪声大;消耗能源大等缺点。

1.2 直线式压电振动送料器

1977年日本科技人员利用压电陶瓷作为驱动源［2］，研制出直线式压电振动送料器，较好地解决了电磁振动送料器存在的问题。日本在压电振动送料装置的理论、设计与计算的研究比较深入完整，也推出了多种直线式压电振动送料装置。在国内，吉林大学压电驱动研究中心对直线式压电振动送料器进行了深入研究，并申请了送料器专利。目前研发的直线式压电振动送料器有四种形式:分别是直接驱动式、惯性驱动式、垂直驱动式和行波驱动式。

日本Sanki公司研制的直接驱动式压电振动送料器如图2所示，它由顶盘、压电双晶片、弹簧片和底座等组成。工作时在压电双晶片上施加交流电压使之弯曲振动，与压电双晶片固定连接的弹簧片随之弯曲振动从而带动顶盘偏离静平衡位置产生上下与左右摇摆的复合振动，从而使物料按照直线方向进行输送。

日本学者加藤一路等［3］研制的惯性驱动式压电振动送料器如图3所示，它由顶盘、压电双晶片、惯性块、支撑弹簧片和底座等组成。给顶盘上的压电双晶片施加交流电压，压电双晶片和惯性块组成的压电振子产生弯曲振动，其振动通过顶盘传递给支撑弹簧片，从而带动支撑弹簧片发生弹性变形，形成了上下与左右摇摆的复合振动，构成驱动物料输送的能力。

吉林大学的张长健等［4］人研制的垂直驱动式压电振动送料器如图4所示，它由顶盘、圆形压电双晶片、弹性调整片、支撑弹簧片和底座等组成。基本工作原理是:给圆形压电双晶片施加交流电压，圆形压电双晶片所产生的弯曲振动通过与弹性调整片配合垂直作用于顶盘，并带动支撑弹簧片发生弹性变形，形成顶盘表面的上下与左右摇摆的复合振动，从而构成驱动物料直线移动的能力。

台湾中原大学的Yung Ting教授［5］研制了一种行波驱动式压电振动给料器如图5所示，它由一组连接在一起的双压电晶片和固定在压电双晶片上的平板组成，通过给奇数和偶数位置压电双晶片施加相位不同的交流电压信号从而使其产生行波，带动物料产生椭圆运动，形成了直线输送物料的能力。其结构如图5所示。

直线式压电振动送料器，由于采用压电陶瓷元件作为其驱动部件，相比传统的电磁振动送料器具有以下特点:

（1）结构简单，安装和维护更加方便;

（2）应用压电片作为驱动源，噪声小，无需电动机、电磁激振器等驱动装置，也无需轴、杆和皮带等机械传动部件，结构简单，易于加工制作;

（3）改变驱动信号中的幅值、脉宽及频率中的任意一个，都可以调节输送率，控制参数多，可控性好;

（4）不产生干扰电磁场，也不受电磁干扰信号的影响;

（5）在共振状态下工作，因此能量消耗少;

（6）驱动力略显不足，无法输送过重的料件，因此这类装置大多应用于物料的微量或精量输送。

1.3 直线式超声波振动送料器

近几年，随着超声波技术的发展，出现了新型的超声波振动送料装置。日本最早对超声波振动输送装置进行了研究，在实验研究和应用方面都处于领先地位。超声波振动输送装置是超声马达技术的延伸，是对传统振动送料装置的改进，但是在原理上远远不同于传统的送料装置。其原理是利用20 kHz以上频率的超声波代替传统振动方式驱动给料器工作，从而形成一种噪声小、无电磁干扰、输送速度快、能够输送轻薄细小物料而且不污染环境的新型振动给料技术。现在研究出的超声波输送装置主要有以下两种:

第一种超声波输送装置如图6所示，振动平台下固定两个换能器，一个发射声波，一个接收声波，通过在振动平台上形成的行波来输送物体［6］。

另一种是Takeh iro Takano教授［7］研制的基于超声波的粉体输送装置如图7所示。超声波粉体输送装置在原理上完全不同于传统的粉体输送装置，它是利用环形压电陶瓷片的逆压电效应产生的超声振动在输送管中激起衰减行波，该衰减行波导致输送管管壁质点产生椭圆运动从而驱动粉体运动。作为一种新型的粉体输送装置，行波型超声粉体输送装置具有结构简单、控制精度高和噪声小等优点，非常适合于少量或微量粉体物料的精确定量输送，在化工、食品和制药等工业领域具有广阔的应用前景。

2 直线式振动送料器发展趋势

通过对国内外直线式振动送料器发展现状分析，未来直线式振动送料器将朝着以下几个方向发展:

（1）驱动方式多样化。送料器从早期的单一电磁铁驱动发展到现在的压电、超声波等多种驱动方式，以适应不同物料的输送要求。

（2）驱动控制智能化。随着电子技术的发展，送料器控制器对送料器电压、频率等参数可以在较大范围内调整，通过增加传感器实现送料器输送的智能化控制。

（3）送料装置低噪声。早期的电磁铁驱动方式使得送料器在工作时产生了很大的噪声，最新研究的超声波驱动方式，由于系统工作在超声频率，送料器的工作噪声显著降低。

3 结语

本文对目前存在的多种直线式振动送料器逐一进行了分析比较，从结构、原理、特点及应用范围方面做了较为详细的论述，并展望了未来送料器发展趋势。在能源日益紧缺的当今世界，节能型低噪音振动送料器的研究日益受到各国科学家的重视，特别是压电振动送料器在国外一些生产线上得到了广泛应用。在全社会倡导节能和不断改善工人工作环境的的背景下，更多新型的振动送料器还有待于我们进一步研究和开发。

［1］汤瑞.轻工机械设计［M］.上海:同济大学出版社，1992:55－71.

［2］特殊陶业株式会社.压电振动搬送装置.日本，52－61087［P］.1977－5－4.

［3］加藤一路，藤井隆良.压电驱动型送料器以及压电元件驱动型送料器.日本，CN1380234A［P］.2002－11－20.

［4］张长健.垂直驱动式压电直线振动给料器的机理分析及实验研究［D］.长春:吉林大学，2007.

［5］Yung Ting，Ho－Chin Jar，Chung－Yi Lin，et al.A new typeof parts feeder driven by bimorph piezo actuator［J］.Ultrasonics，2005，43（7）:566－573.

［6］上羽贞行.超声波马达的理论与运用［M］.杨志刚，译.上海:上海科技出版社，1998:46－50.

［7］Takeh iro Takano，Yo sh iro Tomikawa.Excitation of a progressive wave in lossy ultrasonic transmission line and an application to a powder feeding device［J］.SmartStract，1998（7）:417－421.