电热毯生产线针盘循环设备的结构设计

牟葆田 佟河亭 张宏翔

摘要：针对电热毯生产线的布局和生产要求，本文以针盘下降设备为例，对针盘的循环设备进行结构设计。介绍了组成针盘下降设备各个机构和原理，对针盘夹持下降装置和导轨开合装置进行分析。同时，为保证各部分机构实现相应的功能和顺序，对定位气缸、导轨开合装置和推动气缸的气动回路进行设计。该设计实现了针盘的自动循环以及与生产线其他设备的配合，形成完整的电热毯自动化生产线，提高了电热毯的生产效率，满足了厂家的生产要求。该研究有利于电热毯的自动化生产，具有较大的应用前景。

关键词：电热毯; 针盘; 循环设备; 气路控制

电热毯是一种柔性电热取暖产品[1]，经济实惠、使用方便[2]，在国际和国内拥有巨大的市场需求[3]。传统的电热毯生产主要是人工操作，费时费力，生产效率极低。近年来，随着工业自动化在工业生产中的广泛应用，许多专家学者对电热毯自动加工设备进行研究。东莞市利瀚机械有限公司[4]研制的电热毯加工机，能完成自动送料、自动布料、全自动绕线、超声波焊接、自动切边及横切的工序，但该设备无法实现流水作业，不适宜大规模批量生产[5];连建永[6]设计的电热毯自动生产装置，实现了随着布料传送随时铺线、随时热压粘合的机械化加工生产方式，但此设备采用热风焊接[7]的方式粘合电热毯底料与顶料，需要加胶，不够环保，焊接产品的效果并不理想[8];赵朋[9-11]设计的电热毯加工设备，能够完成自动上料，加热，复合工作，但此设备布线工序仍需要手工操作，效率较低。因此，本文利用cero2.0三维设计软件，对针盘循环设备[12]进行结构设计，并利用液压气动仿真软件对设备气动回路[13]进行设计。该设计实现了针盘的自动循环利用，同时能够与其它设备配合，实现电热毯生产线的整体运行，提高电热毯生产加工的效率。该设计具有实际应用价值。

1 针盘循环设备的结构与工作原理

根据场地条件，电热毯生产线采用一字型布局[14]，由底料放置，布线，顶料放置，超声波焊接，切割分离及针盘循环等生产设备组成。其中，针盘循环设备由针盘下降设备及针盘提升设备组成。电热毯在切割分离工位完成后，由输送带送至指定位置，而空针盘则传送至针盘下降工位。通过针盘下降设备，针盘从上层导轨下落到下层导轨。针盘底部带有齿条，经动力装置传送，针盘从针盘下降设备，运动到底料放置设备前端的针盘提升工位。

通过针盘提升设备，针盘从下层导轨提升到上层导轨，并运动到底料放置设备，开始新一轮电热毯加工。针盘下降和提升设备原理相同，工作方式相反。

1.1 针盘下降设备结构与工作原理

针盘下降设备主要由机架、气缸、傳感器、导轨开合装置、夹持下降装置和动力装置组成。针盘下降设备整体模型如图1所示。其工作原理为：针盘从左侧运动到下降设备后停止，光电传感器A检测到针盘后，定位气缸[15]开始工作，将针盘推动到预定位置，此时，针盘滚轮正好停留在上层开合导轨位置上，电机通过链传动，带动夹持装置中的V型块上升，托住针盘轮轴后继续上升，直至针盘滚轮脱离导轨，停止上升，然后导轨开合装置打开上层活动导轨。电机反转，夹持下降装置带动针盘下落，直至针盘滚轮落在下层导轨，V型块脱离针盘轮轴停止，此时传感器B检测到针盘到位，发出讯号，使上层导轨闭合，为下一个针盘到位做准备。同时，机架下部推动气缸推送针盘，使针盘底部齿条与动力装置中的齿轮啮合，动力装置再将针盘运送至下一工作单元。

1.2 针盘夹持下降装置

为了实现针盘平稳下放，需保证4个夹持V型块运动的同步性。同时，考虑针盘质量较大（约150 kg），所以采用链传动的方式。链传动是在2个或者多于2个链轮之间用链作为挠性拉曳元件的一种啮合传动形式[16]。链传动的主要优点是无弹性打滑和整体打滑现象，能保持准确的平均传动比，传动效率较高，传动尺寸比较紧凑，不需要很大的张紧力[17]。针盘夹持下降装置整体模型如图2所示。电机经减速器驱动传动轴上的4个链轮。其中，外侧的2个链轮通过链条A带动右侧4个链轮转动，传动比为1∶1。底部内侧4个链轮通过链条B带动顶部4个链轮转动，传动比为1∶1。夹持V型块通过销轴固定在链条B上。整个下降装置采用一个电机驱动，保证4个夹持块运动的同步性。为避免针盘下降时产生高度方向的倾斜，夹持块上有滚轮，嵌入到铝合金型材的凹槽内导向，防止夹持块运动旋转，保证针盘运行平稳。针盘利用气缸定位存在一定的误差，影响精度，夹持块设计成V型结构可以很好的解决这一问题。

1.3 导轨开合装置

导轨开合装置实现活动导轨的打开和闭合，导轨开合装置如图3所示。导轨连接板和销轴B通过焊接的方式与活动导轨固定。销轴A焊接在固定导轨上，活动导轨与固定导轨以及活动导轨与气缸利用销连接。夹持V型块托住针盘轮轴后，气缸缩回带动活动导轨完全打开，（见图3b）。针盘滚轮落到下层导轨后，气缸伸出推动活动导轨闭合。由销轴B运动轨迹线和活动导轨顶点运动轨迹线[18]可知，要实现导轨开合，活动导轨与固定导轨的接触面应设计为带有一定倾斜角度，同时气缸选型时，安装方式选用摆动底座式[19]。

2 气动回路设计

为保证各部分机构实现相应的功能和顺序，需要对相关机构气动回路进行设计[20]。气动控制原理图如图4所示。

2.1 定位气缸气路设计

定位气缸工作原理：当接收到位置传感器A发送的信号，2DT通电，压缩空气经气动二联件1、减压阀2、电磁换向阀3左位进入气缸5无杆腔，活塞杆伸出推动针盘到预定位置。有杆腔的空气通过单向节流阀4、电磁换向阀3排出。气缸推力由减压阀2控制，运动速度由单向节流阀4控制。夹持块托住针盘轮轴后，气缸5复位。

2.2 导轨开合装置气路设计

导轨开合装置工作原理：当针盘定位完成后，向电磁换向阀8发送延时信号，4DT通电，压缩空气经减压阀7、二位五通换向阀8右位，进入4个气缸的有杆腔，气缸10活塞杆带动导轨下移，导轨打开。气缸无杆腔的空气通过单向节流阀9、电磁换向阀8排出。气缸推力大小由减压阀7控制，运动速度由单向节流阀9控制。接收位置传感器B发送的信号，气缸10复位。

2.3 推动气缸气路设计

推动气缸工作原理：当收到位置传感器B发送的信号，6DT通电，压缩空气经电磁换向阀12左位，进入气缸14无杆腔，活塞杆推动针盘，使针盘底部齿条与动力装置中齿轮啮合。有杆腔的空气通过单向节流阀13、电磁换向阀12排出。运动速度由单向节流阀13控制。动力装置开始工作，气缸14复位。

3 结束语

本文主要对电热毯生产线针盘循环设备的结构进行研究。根据电热毯生产线的布局与生产要求，利用creo2.0设计了针盘循环设备的三维结构。同时，利用气动仿真软件对设备的气动回路进行仿真，保证机构功能与顺序的实现。该设计可以与电热毯生产线其它设备衔接，形成电热毯自动化生产线，减少人力成本，提高产能。该研究具有较高的实际应用价值。

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