铁板自动上料设备设计

2014-12-25韩以伦田延芳杜新业丁道山

机械工程师 2014年11期

韩以伦，田延芳，杜新业，丁道山

（山东科技大学机械电子工程学院，山东青岛266510）

0 引言

自动化生产线是保证大批量生产实现的基础，就食品生产而言，自动化生产的收尾步骤为食品的装箱。针对目前袋装小食品需要人工装箱，上料装置的上料速度影响整个生产线生产速度的市场现状，本文介绍了一种结构简单、装箱速度快、准确性高的食品装箱机。这种食品包装机适用于一般的真空包装袋装食品和纸盒装的小食品。

1 机械机构分析

整个装箱机主要分为两部分：放箱小车和装箱部分。图1为整个装箱机的整体结构示意图。

图1 铁板自动上料机整体结构图

放箱小车作为暂时存放货箱的平台，放箱小车可以在支架安放的导轨上滑动，从而将板料推到自动上料部分的工作区域。自动装箱部分主要由平动横梁、提升横梁、提升气缸、前推气缸、真空吸盘和传感器构成，主要靠提升气缸、前推气缸和吸盘的配合实现其功能。当两个气缸动作，真空吸盘带到袋装食品上方时，就可吸起食品。同样，当吸盘带着食品运动到放箱小车上方时，就可将食品放到预先放在放箱小车上的箱子中，实现装箱、上料动作。

提升横梁上安装了4个真空吸盘，对称排列,如图2。采用超声波传感器，其主要作用是检测吸盘与箱底之间的距离，将距离转化为电信号，输入到控制系统中，进而控制吸盘铁的通电与断电。

图2 电磁铁安装结构剖面图

通常情况下，一种机械结构只能实现一种功能，或是只能提升特定质量。为了扩大使用范围，在提升横梁上开了4个电磁铁滑槽，如图3所示。4个滑槽对称分布，大小相同。为了使电磁铁在使用中不出现滑动和偏移，在安装电磁铁时，安装紧固垫片和紧固螺母，如图2，紧固垫片的直径要比电磁铁滑槽的开口直径大。本文采用电磁铁上料，电磁铁与板料之间存在缝隙，而非直接接触，整个过程中振动不大，紧固垫片就可实现对电磁铁的紧固。

2 电磁铁的电磁力计算与选型

电磁铁是通电产生电磁的一种装置，其吸附物体的能力取决于其产生电磁力的大小。电磁力过小无法吸起铁板，电磁力过大就会将整摞铁板同时吸起［1］，所以电磁铁的选用要进行验证。

图3 提升横梁的俯视图

吸力是电磁铁的主要参数之一［2］。电磁吸力的大小与磁感应强度的平方和气隙的横截面积成正比。电磁铁的吸力计算公式为

式中：F 为电磁吸力，N；μ0为真空磁导率，μ0＝4π×10-7H/m；B为气隙的磁感应强度，T；S为磁极端界面的横截面积；

磁导率是一个用来表示磁场媒质磁性的物理量，也就是用来衡量物质导磁能力的物理量［3］。它与磁场强度的乘积就等于磁感应强度，因此，气隙中的磁感应强度公式为

式中：μ0为真空磁导率，A/m；H为气隙中磁场强度，H/m。

对磁路进行分析与计算，常用到一些基本的定律，其中最基本的是磁路的欧姆定律，其公式为

式中：W为磁通势，A；N为线圈匝数；I为线圈中电流，A；L为磁路闭合回线的长度，mm。

假定电磁铁线圈的匝数N和电流I都为常数，铁心中闭合回线的长度为L1，铁质薄板的闭合回线为L2，电磁铁和铁质薄板的间隙距离为δ0，则总磁通为

把式（2）和式（4）代入式（1），可得出吸力公式为

由式（6）可知，当电磁铁型号选定和接通电流一定时，电磁铁的吸力和电磁铁与物料之间间隙距离的平方成反比，也就是说电磁吸力会随着两者的距离增大而急剧减少。无论堆放整齐的铁板之间贴合多么紧密，理论上两板之间仍有间隙［4］。这种间隙一般在微米级至毫米级之间，根据式（6）可见，即使这样小的距离也可以使电磁铁对第二块薄板的吸力急剧下降。综合以上分析，实现电磁铁吸起第一块铁板的同时，而不粘连第二块铁板，是可以实现的。因此，采用电磁铁上料从理论上是个可行的方案。

上料之前，板料小车上整齐堆放一摞板料。当一个电磁铁恰好能够吸取一张板料，每张板料重M，则电磁铁的最小吸力为