膠囊檢測機傳動鏈條的優(yōu)化設計*

任 重

(長江工程職業(yè)技術學院 機械與電氣學院，湖北 武漢 430212)

0 引 言

膠囊檢測機主要是醫(yī)藥生產企業(yè)用來鑒別膠囊缺陷，并將問題膠囊分離的一種檢測儀器。其基本原理為通過振動裝置,將料倉中的膠囊一個個排列在傳動鏈條上，鏈條循環(huán)轉動每個膠囊依次經過圖像采集、缺陷識別及吹離裝置，將問題膠囊分離出去，獲取顏色、外觀合格的膠囊。為了保證所有的問題膠囊均能夠被分離出去，就必須要求放置在傳動鏈條上的膠囊在通過工業(yè)相機時不能抖動，否則將影響膠囊檢測機的檢測效果。目前,市場主流膠囊檢測機的傳動鏈條多數采用的是雙層結構，在實際應用中存在結構復雜、占用空間大等問題。

本研究將在完成規(guī)定功能的前提,以及滿足機器性能、效率、成本等要求下，對傳動鏈條的設計布局、結構形式、鏈板類型等提出優(yōu)化設計方案，并通過機構仿真對其進行驗證。

1 雙層結構傳動鏈條存在的問題

目前,市場主流膠囊檢測機雙層結構的傳動鏈條及其非標外鏈板如圖1所示。

圖1中，雙層結構的傳統(tǒng)傳動鏈條下面一層為兩根單排普通鏈條，與鏈輪配合實現傳動；上面一層由一個個固定在下層外側的兩個非標外鏈板之間的滾體組成，用來承載待檢測的膠囊。

圖1 雙層結構的傳統(tǒng)傳動鏈條及其非標外鏈板1—銷；2—標準外鏈板；3—雙層非標外鏈板；4—軸；5—標準內鏈節(jié)；6—滾體；7—開口擋圈；8—膠囊

這種雙層結構存在以下幾個問題：(1)結構復雜。每個鏈節(jié)除了基本的組成部件外，還需要將下層外側兩邊的標準外鏈板替換成雙層非標外鏈板[1]，并通過軸將其連接起來，然后將滾體套在軸上承載待檢測的膠囊；(2)所占空間比較大，機構不緊湊，長期不間斷工作后容易引起傳動鏈條上下左右抖動[2]；(3)由于滾體是安裝在外側非標外鏈板之間，軸和滾體長度尺寸較大，浪費材料，增加了制造成本。

通過上述分析可知，市場上主流的單層鏈條不光在結構上比較復雜，而且占用了較大的檢測空間，整臺設備重量較大。本文以最低的制造成本和最小的機器布局改動為前提，對雙層結構傳動鏈條進行了優(yōu)化。

2 單層結構傳動鏈條設計方案

為符合整體機器布局改動最小和盡量降低制造成本的優(yōu)化設計原則，兼顧優(yōu)化后的新型鏈條各組成部件能夠滿足裝配方便、容易制造成型的要求，筆者考慮將傳動鏈條原設計中的的雙層結構改為單層結構。

2.1 單層結構的新型傳動鏈條設計思路

單層結構傳動鏈條，是通過設計新型非標外鏈板將雙層結構的傳統(tǒng)傳動鏈條的上層(承載膠囊層)和下層(傳動層)合二為一，即可實現傳動和承載膠囊的雙重功效。

新型非標外鏈板和單層結構的新型傳動鏈條如圖2所示。

圖2 新型非標外鏈板和單層結構的新型傳動鏈條1—鏈輪銷；2—085-1型標準外鏈板；3—單層非標外鏈板；4—軸；5—標準內鏈節(jié)；6—滾體；7—開口擋圈；8—刷子；9—鏈輪；10—工業(yè)相機；11—滾子；12—膠囊；13—鏈輪轉軸；14—連接部

單層結構傳動鏈條設計思路為：首先將單層傳動鏈條兩外側的雙層非標外鏈板去除，更換為標準外鏈板；其次將單層傳動鏈條內側的標準外鏈板去除，更換為單層非標外鏈板，單層非標外鏈板是一個由連接部將兩個標準外鏈板連接在一起的結構；最后通過軸、滾體及非標外鏈板將兩根鏈條連為一個整體。

2.2 單層結構傳動鏈條工作原理

采用單層結構傳動鏈條后的膠囊檢測機傳動裝置包括兩個同軸轉動的鏈輪和兩根鏈條，通過每對鏈節(jié)之間的軸、滾體和非標外鏈板，將兩根鏈條連為一體用于搭載膠囊，兩個滾體之間可以搭載一個膠囊；滾體與軸之間是間隙配合，通過刷子的撥動，可以使?jié)L體在軸上進行轉動，從而能夠讓工業(yè)相機對膠囊進行360°全方位拍照，檢測膠囊是否有缺陷。

由于單層結構的新型傳動鏈條同時具備了循環(huán)傳動和搭載膠囊的雙重功能，該設計根據膠囊橫截面尺寸確定鏈節(jié)、外鏈板等采用085-1型鏈條標準部件[3]，通過查詢《簡明機械設計手冊》確定其參數，如表1所示。

表1 085-1型鏈條標準參數

筆者根據表1中085-1型鏈條標準參數節(jié)距P、滾子直徑d1、鏈板寬度T等，設計得到非標外鏈板零件尺寸參數。

非標外鏈板零件圖如圖3所示[4]。

圖3 非標外鏈板零件圖

非標外鏈板可以在完成前期鍛壓、熱處理、機械加工后，采用沖壓一體成型的工藝方案進行制造[5]，制造成本低。

2.3 單層結構傳動鏈條機構仿真

本文通過Pro/E軟件對整個鏈條傳動機構進行仿真，仿真結果顯示，該單層結構傳動鏈條運動平穩(wěn)，運動過程中無干涉現象[6]。

單層結構的新型傳動鏈條機構如圖4所示。

圖4中，單根鏈條由若干個鏈節(jié)組成，相鄰鏈節(jié)之間通過1個外鏈板、1個非標外鏈板進行連接；兩根鏈條之間通過軸和滾體相連成一個整體，軸端用開口擋圈進行固定，即為單層結構的新型傳動鏈條。

圖4 單層結構傳動鏈條機構1—非標外鏈板；2—膠囊；3—滾體

2.4 試驗結果分析

原雙層結構的傳統(tǒng)傳動鏈條分為上下兩層，下層為循環(huán)傳動層，上層為承載膠囊層，其動鏈條實物如圖5所示。

圖5 原雙層結構的傳統(tǒng)傳動鏈條實物

由圖5可以看出，其上下層之間高度方向所占空間較大，機構并不緊湊。另外，其承載膠囊層核心部件非標外鏈板被布置在兩根鏈條外側，中間通過軸和滾體連接為一體，增加了承載膠囊層寬度方向的尺寸，進一步占用了膠囊檢測機有限的內部空間，又額外浪費了軸、滾體的材料，增加了不必要的設備成本。

單層結構傳動鏈條在企業(yè)一方裝備后，并經試運行結果表明，采用單層結構傳動鏈條后，整個傳動鏈條在尺寸上都有顯著縮小，鏈傳動機構更加緊湊，制造成本得到壓縮；同時，減輕了重量，降低了長期工作下各部件松動引起抖動的風險[7]。另外，因鏈條型號、軸及滾體尺寸縮小所帶來的制造成本也相比之前降低了13%，達到了預期的設計目標。

優(yōu)化設計前后的各項設計參數對比如表2所示。

表2 原設計與優(yōu)化設計之間的各項設計參數對比

3 結束語

針對某膠囊檢測機上的傳動鏈條存在結構復雜、占地空間大、成本高等問題，本文提出了新的設計方案，對其關鍵部件建立了三維模型，并通過機構仿真驗證了設計的可行性[8-11]。

相比雙層結構，單層結構新型傳動鏈條所占空間變小；采用一體沖壓成型的新型非標外鏈板，使其既具有固定鏈節(jié)的普通標準外鏈板的作用，又具備原設計中將兩根鏈條連成一個整體的作用，機構更為緊湊；原來安裝在最外兩側非標外鏈板之間的軸和滾體改為安裝在最內側，縮短了長度尺寸、降低了制造成本。