百業(yè)振動盤對壓電式振動給料機的技術(shù)反求

1、百業(yè)振動盤對壓電式振動給料機的技術(shù)反求1前言振動給料機是自動加工和自動裝配系統(tǒng)中的一種供料裝置。由于其整列定向性能優(yōu)良，供料效率薛， 通川性好，因而廣泛應(yīng)用于自動裝配，自動加工，自動包裝等各種機械上。以前的振動給料機，大都使用電磁鐵作為振動源，由于電磁鐵噪音較大，耗能較多，國內(nèi)外專家一直 在研究取代它的新型振動源。日木最早研制出了利用pef系列壓電陶瓷的逆圧電效應(yīng)作為振動源的壓電式 振動供料裝置。我們知道，壓電陶瓷是鐵電材料，它經(jīng)過一定的物理處理后，陶瓷體就變成了永久的壓電 晶體，在一定的條件下它可將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，或?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換為機械能。以壓電陶瓷代替電磁鐵，具冇 高效，低能耗，低噪音等諸多

2、優(yōu)點，這一研究方向，已成為振動給料機的一個新的發(fā)展趨勢。2樣機反求分析與設(shè)計百業(yè)振動盤壓電式振動給料機在我國尚屬研究階段，我們在已大量生產(chǎn)電磁振動料斗的基礎(chǔ)上，以日 本產(chǎn)的壓電式振動給料機為基型樣機，應(yīng)用反求工程的理論和方法進行實物反求，對它的設(shè)計原理、結(jié)構(gòu)、 材料、工藝裝備、包裝使用等進行分析研究，研制開發(fā)出我們自己的壓電式振動給料機。根據(jù)我們得到的產(chǎn)品及冇關(guān)資料，得到口本產(chǎn)壓電式振動給料機的參數(shù)如下：型號：pef-300a外殼言徑(mm) 410轆筒徑(mm) 300轆筒形式：300-cl, cr-al r 順時針方向l逆時針方向床電晶片型號：tpf-65100a壓電片組數(shù)：3工作 m(l

3、/kg)：(圓筒式)2.0/3.0輸入電壓(max, v)：250+10%工作電流(ma,于 250v)：165共振頻率(hz)：152mm(kg)： 32.6針對壓電陶瓷振動給料機的樣機，我們從以下幾個主要方面進行反求分析：2功能分析通過對壓電陶瓷振動給料機的分析，知其總功能為改變物料的輸送狀態(tài)(見圖1)。圖1振動給料機總功能的黑箱描述根據(jù)系統(tǒng)的可分解性，將總功能分解為相對獨立的功能組成部分：分功能，二級分功能等和功能元。壓電陶瓷振動給料機的功能可分解如下：總功能：改變物料狀態(tài)。分功能：物料進入，物料定位，物料輸出。功能元：裝載物料，料斗支撐，物料起振，機構(gòu)穩(wěn)定，信號控制，能源輸入，輸出。對

4、總功能的確定和對各功能元的深入具體的分析，使反求工作仃了理論依據(jù)和具體h標。這是我們進行反求設(shè)計的戢基木和重要的一環(huán)。2.2材料分析產(chǎn)品使用的材料有成千上力種，而每種材料都有自己的成分、性能特點和應(yīng)用范圍，在反求過程中運 用這些原則來確定反求產(chǎn)品使用材料的類型和主要工藝過程。(1) 材料的性能應(yīng)能滿足產(chǎn)品設(shè)計的要求;(2) 材料的工藝性應(yīng)能滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)耍求；(3) 耍求材料的成本和產(chǎn)品制造成本最低。依據(jù)這些原則和國內(nèi)生產(chǎn)水平及資源，可以確定壓電陶瓷振動給料機所用的材料的類型：壓電陶瓷：pzt-5底座：鑄鐵(ht200)支座：鑄鋁(zl103)減振器：橡膠彈簧(hg440066)支撐片:彈

5、簧鋼(65mn)2.3精度分析壓電陶瓷振動給料機的用途是實現(xiàn)物料定向、整列。由于用途較單一，因此精度分析也相對簡單。起 振部分，由于關(guān)系到整機功能的實現(xiàn)，故精度要求較高;支座部分，由于起支承及運動傳遞作用，耍求精度 較高;底座部分，主耍起穩(wěn)定作用，粘度耍求可以降低。2.4實物反求設(shè)計實物反求設(shè)計是一個認識產(chǎn)品，再現(xiàn)產(chǎn)品和創(chuàng)造性開發(fā)產(chǎn)品的過程。我們以輸送銀觸點(如圖2所示) 的振動給料機為例進行計算。耍求每分鐘供料不低于60個。圖2銀觸點根據(jù)參考文獻5計算并考慮實際情況修正得：(1)螺旋料槽升角0=1.75。，(2)螺旋槽間距t=12 mm, 料斗直徑d=125 mm, (4)支撐彈簧傾角卩=7

6、5。，(5)料道傾角(1=86。，(6)底錐介3=160。有了以上的參數(shù)和 日本樣機的參數(shù)，我們就可以采川相似設(shè)計的理論和方法，進行進-步的參數(shù)設(shè)計。由于我們制作的給料 機和樣機幾何相似，相應(yīng)尺寸成比例，故可得相似比：式中：di日木樣機的料斗直徑；d2 自行設(shè)計的料斗的直徑。根據(jù)這個相似比，可以對給料機的各個部分進行相似設(shè)計，結(jié)果如下:支撐彈簧的尺寸):24x21x1.25 mm3;壓電晶片的參數(shù)為:24x15x1 mm3;支座的外徑d=100 mm;(4)底座的重量取為3.5 kg,外徑d=110 mm°2.5固有頻率計算固冇頻率計算采用參考文獻1提供的公式計算:式屮：n板式彈管組

7、數(shù)，取n=3;e板式彈簧彈性模雖，pa;b板式彈簧寬度，m;h板式彈費厚度，g丫板式彈費與底盤的夾角，度;m上料斗質(zhì)量，kg;1板丈彈簧k度，m;r支撐彈贊圓心距，m;j上料斗轉(zhuǎn)動慣量,kg.m2。由以上公式計算可得同有頻率為：611 = 130 hz。通過以上分析可知，設(shè)計階段所得出的數(shù)據(jù)和后來實 驗所得的數(shù)據(jù)基木上是吻介的。這說明我們的實物反求過程是成功的、有效的。3自制樣機經(jīng)過詳細的反求工作，加深了我們對先進產(chǎn)品的了解，為我們的自主開發(fā)和研究打下了堅實的基礎(chǔ)。依據(jù)這些資料我們試制了門己的一臺樣機，莫結(jié)構(gòu)簡圖如圖3。圖3壓電陶瓷振動給料機的結(jié)構(gòu)簡圖1支座2.支承彈簧3,壓電品體片4.鋼片5

8、底朋6.減振彈簧7.引線8.料斗在此基礎(chǔ)上，我們還設(shè)計了幾個實驗對其進行了一系列的測試。3實驗1給料機功率測定實驗器材:示波器,bs601型;萬用電表,mf47型;壓電陶瓷振動給料機;可調(diào)頻電源(口制)測量：使可調(diào)頻電源的輸入電壓為設(shè)定數(shù)值，改變輸出頻率，用力用電農(nóng)分別測定不同頻率下的電流 值，從而計算其功率。見農(nóng)i。表1電壓(v)丄作頻率(hz)電流(ma)視在功率(va)諧振頻率(hz)110 100 0.84 0.092 4 133110 133 1.11 0.122 1 133110 200 1.69 085 9 133220 87 2.06 0.453 2 133220 100 2.

9、20 0.484 0 133220 133 3.05 0.671 0 133220 200 4.49 0.987 8 133250 100 2.53 0.632 5 133250 133 339 0.847 5 133300 100 3.20 0.960 0 133300 133 4.21 1.263 0 133300 200 6.73 2.019 0 133350 100 3.50 1.225 0 133350 133 4.71 1.648 5 133400 100 4.43 1.772 0 133400 133 5.72 2.288 0 133450 100 5.07 2.281 5 13

10、3450 133 6.52 2.934 0 133結(jié)果分析：(1) 振動給料機的功率隨著電壓的增大而增大，亦隨著頻率的增大而增大。(2) 電壓固定時，振動機處于諧振狀態(tài)則振幅最大，過共振狀態(tài)下工作效率較低，而且過共振狀態(tài)的電 流較大，能耗也大，所以實用時應(yīng)當避免在過共振區(qū)工作。一般悄況下工作頻率在臨界點以下，接近諧振 頻率，這樣可以獲得最大的經(jīng)濟效益。(3) 壓電陶瓷振動給料機節(jié)能效果顯著。在進行木實驗的同時,我們正好生產(chǎn)相同大小的電磁振動給料 機，其工作頻率為50 hz,直流電阻690 q,工作電壓220 v,功率為4 va5 va,而壓電陶瓷樣機在220 v, 133 hz情況下視在功率僅0.67 va,兩者相差近10倍。3.2實驗2給料機負載運行實驗器材：同實驗1,另加料斗一個，物料(銀觸點)若干。實驗步驟：(1) 將料斗固定在支座上，在料斗屮加入物料；(2) 啟動電源開關(guān)，使電陶瓷振動給料機開始工作;(3) 交替改變可調(diào)頻電源的輸出電斥及輸出頻率，觀察物料的輸送情況。實驗結(jié)果：(1) 振動給料機負載工作時運行平穩(wěn)，噪聲非常低；(2) 物料的輸送速度易于改變，既可通過改變壓電陶瓷片的工作電壓，即工作振幅來實現(xiàn)，乂