雙廓復(fù)合移動(dòng)凸輪式售貨機(jī)出罐機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

劉青苑

(上海隧道工程有限公司機(jī)械制造分公司，上海 200120)

自動(dòng)售貨機(jī)在人們?nèi)粘Ｉ钪邪缪菰絹?lái)越重要的角色，可全天候工作，售貨便利，無(wú)需專人看管，空間需求小，售貨范圍廣。目前，應(yīng)用于自動(dòng)售貨機(jī)上的商品送出機(jī)構(gòu)種類較多，較經(jīng)典的有彈簧推動(dòng)式、轉(zhuǎn)盤送出式、電磁鐵夾持式等。彈簧推動(dòng)式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，是由螺旋式彈簧和連在彈簧1端的電機(jī)構(gòu)成，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)1圈就帶動(dòng)彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)1圈，同時(shí)推出1個(gè)易拉罐。缺點(diǎn)是每根彈簧所裝的罐體數(shù)量有限，需要維護(hù)人員根據(jù)實(shí)時(shí)售出情況人工補(bǔ)充罐。轉(zhuǎn)盤送出式機(jī)構(gòu)有1個(gè)很大的喇叭狀罐體存儲(chǔ)容器，下面是1個(gè)周邊有若干個(gè)圓槽的轉(zhuǎn)盤，通過(guò)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)使罐體落入轉(zhuǎn)盤周邊槽內(nèi)而被售出。該送出機(jī)構(gòu)需要較大的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)，占用空間大，缺點(diǎn)是易卡死。電磁鐵夾持式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，反應(yīng)靈敏，缺點(diǎn)是電磁鐵夾持器成本高、易損壞、難維護(hù)[1-4]。

移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)具有快速將轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成移動(dòng)的功能，通過(guò)廓線可以控制移動(dòng)從動(dòng)件位移特性，可隨時(shí)實(shí)現(xiàn)停留、逆向等動(dòng)作，本設(shè)計(jì)采用雙廓復(fù)合凸輪，用于大容量罐體存儲(chǔ)容器的機(jī)械式出罐機(jī)構(gòu)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、售貨反應(yīng)快[5-8]。

1 移動(dòng)凸輪出罐要求

該出罐機(jī)構(gòu)采用凸輪驅(qū)動(dòng)接罐板和擋罐板交替協(xié)同運(yùn)動(dòng)完成罐體的出罐，如圖1所示。設(shè)接近儲(chǔ)罐倉(cāng)的方向?yàn)閄方向，遠(yuǎn)離儲(chǔ)罐倉(cāng)的方向?yàn)?X方向，利用雙廓復(fù)合移動(dòng)凸輪完成出罐過(guò)程。圓柱凸輪旋轉(zhuǎn)360°，依靠其雙凸輪廓線的作用，接罐板和擋罐板按一定順序完成隔罐、落罐、回?fù)酢?fù)位4個(gè)動(dòng)作。

凸輪雙凸輪廓線驅(qū)動(dòng)2個(gè)單罐出罐循環(huán)時(shí)序圖，如圖2所示。移動(dòng)凸輪廓線方程采用一次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)和正弦運(yùn)動(dòng)組合，ab及de段采用一次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律，bc及ef段采用正弦運(yùn)動(dòng)，具體廓線方程將后續(xù)研究。

圖1 出罐運(yùn)動(dòng)示意圖

(a)接罐板運(yùn)動(dòng)位移曲線

(b)擋罐板運(yùn)動(dòng)位移曲線圖2 接罐板和擋罐板運(yùn)動(dòng)位移曲線

2 出罐機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖3為雙廓復(fù)合移動(dòng)凸輪式出罐機(jī)構(gòu):步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1固定安裝在由鋼板焊接而成的支撐架2上，輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器3與圓柱凸輪6的伸出軸相連接，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1輸出軸安裝位置磁條4，附近安裝有傳感器5，圓柱凸輪6通過(guò)軸承安裝在支撐架2上。圓柱凸輪6由兩段直徑不同的圓柱構(gòu)成，大直徑圓柱上開有凸輪槽A，小直徑圓柱上開有凸輪槽B，下移動(dòng)從動(dòng)件8裝有滾子7，滾子7安裝在凸輪槽A中，上移動(dòng)從動(dòng)件10裝有滾子9，滾子9安裝在凸輪槽B中，大圓柱廓線的寬度與滾子7相一致，小圓柱廓線的寬度與滾子9相一致，在支撐架2上安裝有下導(dǎo)套11和上導(dǎo)套12，下導(dǎo)套11對(duì)下移動(dòng)從動(dòng)件8起導(dǎo)向作用，上導(dǎo)套12對(duì)上移動(dòng)從動(dòng)件10起導(dǎo)向作用。下移動(dòng)從動(dòng)件8的右端裝有接罐板13，上移動(dòng)從動(dòng)件10的右端裝有擋罐板14。具有傾斜通道的儲(chǔ)罐倉(cāng)15安裝在支撐架2上，儲(chǔ)罐倉(cāng)15內(nèi)裝有單排飲料罐。最下面的飲料罐編號(hào)為16，下面數(shù)第二個(gè)飲料罐編號(hào)為17。磁條4與傳感器5檢測(cè)標(biāo)定位置：下移動(dòng)從動(dòng)件8位于X方向最遠(yuǎn)端，上移動(dòng)從動(dòng)件10位于X方向最近端。接罐板13接載儲(chǔ)罐倉(cāng)中的單排飲料罐。此時(shí)處于待售狀態(tài)。

3 出罐工作過(guò)程

以重復(fù)單罐逐一供貨方式完成多罐飲料的出罐過(guò)程，電動(dòng)機(jī)1轉(zhuǎn)一周360°可售出一罐飲料。待售狀態(tài)下，當(dāng)控制系統(tǒng)接到該飲料購(gòu)買信號(hào)后，按購(gòu)買數(shù)量編制多個(gè)單罐出罐控制信號(hào)。工作過(guò)程如下。

1)隔罐：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1由0°轉(zhuǎn)至90°，如圖4(a)所示。

當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1由0°轉(zhuǎn)至90°，上移動(dòng)從動(dòng)件10向X方向運(yùn)動(dòng)到最遠(yuǎn)端，擋罐板14伸到16和17號(hào)飲料罐的中間，此過(guò)程中下移動(dòng)從動(dòng)件8處于休止?fàn)顟B(tài)，接罐板13不運(yùn)動(dòng)。

2)落罐：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1由90°轉(zhuǎn)至180°，如圖4(b)所示。

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1由90°轉(zhuǎn)至180°，下移動(dòng)從動(dòng)件8向-X方向運(yùn)動(dòng)，隨著接罐板13回縮到儲(chǔ)罐倉(cāng)出料罐口外部，使16號(hào)飲料罐落出儲(chǔ)罐倉(cāng)，此時(shí)上移動(dòng)從動(dòng)件10處于休止?fàn)顟B(tài)，擋罐板14隔住隨之下落的17號(hào)飲料罐及上邊所有的飲料罐。

3)回?fù)酰翰竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)1由180°轉(zhuǎn)至270°，如圖4(c)所示。

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1按圖中箭頭方向由180°轉(zhuǎn)至270°，上移動(dòng)從動(dòng)件10處于休止?fàn)顟B(tài)，擋罐板14靜止，隔住17號(hào)飲料罐及上邊所有的飲料罐，下移動(dòng)從動(dòng)件8運(yùn)動(dòng)到X方向最遠(yuǎn)端，接罐板13重新?lián)踝?chǔ)罐倉(cāng)出料罐口。

4)復(fù)位：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1由270°轉(zhuǎn)至360°，如圖4(d)所示。

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1由270°轉(zhuǎn)至360°，下移動(dòng)從動(dòng)件8處于休止?fàn)顟B(tài)，接罐板13繼續(xù)擋住儲(chǔ)罐倉(cāng)出料罐口。上移動(dòng)從動(dòng)件10向-X方向運(yùn)動(dòng)，隨著擋罐板14后退，17號(hào)飲料罐及上邊所有的飲料罐在儲(chǔ)罐倉(cāng)下落，被接罐板13接住。

通過(guò)以上4個(gè)步驟,步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)了360°,完成了單罐的出罐,裝置自動(dòng)恢復(fù)到初始狀態(tài)。通過(guò)位置磁條4及附近安裝的傳感器5控制步進(jìn)電機(jī)的初始狀態(tài)，定位精度。如果一次購(gòu)買多個(gè)罐,可通過(guò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)在每個(gè)單罐的出罐中間有數(shù)秒的停歇，保證17號(hào)飲料罐充分落到接罐板13后再開始下一次單罐出罐。

(a)隔罐

(c)回檔

(d)復(fù)位

圖4 出罐工作過(guò)程

4 結(jié)語(yǔ)

圍繞自動(dòng)售貨機(jī)的機(jī)械式出罐機(jī)構(gòu)開展研究，一個(gè)復(fù)合雙廓凸輪同時(shí)驅(qū)動(dòng)2個(gè)從動(dòng)件，通過(guò)廓線控制從動(dòng)件交替工作，穩(wěn)定完成出罐，凸輪僅僅360°轉(zhuǎn)即可完成售罐，售貨效率高。凸輪廓線方程采用一次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律和正弦運(yùn)動(dòng)組合，從動(dòng)件往返及停留處無(wú)沖擊，移動(dòng)圓柱凸輪廓線可使從動(dòng)件反行程自鎖，實(shí)現(xiàn)預(yù)定位置的擋罐板和接罐板的鎖緊。該機(jī)構(gòu)加工簡(jiǎn)單、成本低，可與蛇形大容量罐體存儲(chǔ)倉(cāng)配套，可以減少定期加罐次數(shù)，可應(yīng)用于遠(yuǎn)地及人口密集處的售貨。