刚性可调式无污染风能送料机研制

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送料机是传送物料的机器，是 自动化生产线关键设备。然而，传统送料机以电能为动力，在能源不断匮乏，温室效应对人类危害日趋严重，节能减排呼声日益高涨的今天，风能作为-种无污染、可循环重复利用的清洁能源已经引起世界各国的高度关注。本项目提出风能替代电能并研制风能作为动力的送料机，不但降低使用成本，同时达到节能减排的效果，具有科学现实意义，市场应用前景广泛1j。

在国内，送料机作为输送材料的机器，无论是轻工行业还是重工业都是不可缺少的设备。传统送料机是借助于机构运动的作用力对材料进行运输的机器↑代的送料机发生了-些变化，开始将超声波等先进技术用于送料技术中，自动化程度高的送料设备有：由电脑控制的动头式送料机、激光送料机等 。

在国外，已经研究开发生产-种投影送料机，这种设备的送台上设有感应器及 目察装置，用于对材料轮廓扫描。但是，无论在国内还是在国外，所研究和使用的送料机都是以电能作为动力，到目前为止，还没有看到国内外使用风能作为送料机动力的相关报道I2l。

1 研制要求按照 自动化生产线送料机功能的要求，给出如图l所示的送料机简图。驱动机构的顶出方向设计成垂直双方向顶出，在没有使用弹性元件的条件下往复运动；设计顶出位置可调，相位可调，频率可调；创新设计制造风能送料机达到刚性可调无污染传送物料的目的。

2 研制内容本项目对自动化生产线关键零部件送料机进行深层次的分析和研究，提出以 绿色环保风能作为送料机的动力”，按照送料机的功能要求，从动件在不使用弹性元件的情况下，巧妙设计机械部件，重点解决从动件作双向顶出，顶出位置可调、相位可调、频率可调，且结构精巧可靠的难点问题，创新设计刚性可调式无污染风能送料机，并通过数控多轴联动加工、现场装配和调试，送料机达到预期功能，不但降低成本，提高送料精度，同时达到节能减排的功效。

根据 自动化生产线送料机的功能要求，从动件作双向顶出，且送料机的行程、频率、相位刚性可调，如果按照传统的设计方法，要完成这些功能，零部件的结构十分复杂，制造困难，成本高，难以保证质量。本项目根据结构创新的组合原理，采用功能分析法对其设计研究，即在满足功能的前提下把复收稿日期：2012-10-29作者简介：林茂用(1966-)，男，辅平潭人，硕士，副教授，主要从事机械设计与制造、CAD/CAM/CAE、工程材料理论与工艺方面的研究。

许 (1960-)，男，台湾台北人，博士，教授，主要从事机械设计与切削加工工艺方面的研究。

32 洛阳理工学院学报(自然科学版) 第23卷杂零部件设计分块化、简单化，科学地解决了复杂零部件加工精度低，加工成本高等难题。

叶§图1 送料机徜图众所周知，机械结构设计具有实践性，它是机械结构设计创新的源泉与归宿。只有通过不断的实践，才能发现设计中的问题；只有通过实践，创新的设计才能转化为现实；机械结构设计具有细节性，在工程实际中，绝大多数机械故障、质量问题，不是因为工作原理，而是错误的或不合理的结构细节所致I3l，结构上的细节缺陷可能导致整个零件难以甚至无法制造或实现其功能；结构设计还具有设计的多样性，即满足同-设计要求的机械结构不是唯-的。因此，本项目采用三维仿真与JYCS验证相结合4l，在众多的可行结构方案中寻求最好的方案，并抓?械结构的每-个细节，通过数控加工、装配、调试 ，确保项目研究的实践性。

3 研制方法以机械原理作为理论依据，采用功能分析法对课题全方位研究，即对产品进行功能分析的方法，把对产品具体结构的思考转化为对产品功能的思考，从而可以撇开产品形式结构对思维的束缚，放开手脚搜寻-切能满足产品功能要求的工作原理，探索满足这些工作原理的技术装置--功能载体，并且通过对各种载体的组合和优选，找到能实现送料机功能要求并具有创造性的设计方案。这种紧紧围绕送料机功能进行分析、分解、求解、组合、优选的方案设计方法称为功能设计分析法I5l。其设计步骤和各设计阶段应用的主要方法如图2所示。

从功能设计法分析可知：功能分析法的首要任务是确定产品或技术系统功能。产品或技术系统的功能采用 黑箱法”求解。即将待求系统看作具体内容未知的 黑箱”，通过对黑箱的输入和输出内容- 能量流、物料流和信息流的比较，分析其差异与转换关系，构思出黑箱中的功能内容 l。

图3为自动化生产线关键部件送料机 黑箱”，通过输入、输出结果的分析、比较，可以将自动化生产线送料机的功能概括为从动件按预定的规律运动。根据结构创新的组合原理，在满足功能的前提下把复杂零部件设计分块化、简单化，科学地解决了复杂零部件加工精度低、加工成本高等难题I7l。

34 洛阳理工学院学报(自然科学版) 第23卷5.2 叶轮研制要点根据流体力学原理叶片形状设计成鸟翼型，以增大叶片风流量，减小噪声，采用三片叶有较好的动平衡H ，不易产生振荡，减少轴承的磨损，叶片的表面粗糙度和轮廓精度对整机性能影响较大H”，所以合理的加工程序的编制，合理选择切削用量和工装设备成为该零件加工精度的关键技术。本项目选用多轴数控加工，通过控制刀轴各个矢量方向的改变来加工各曲面，在编制程序时要注意各曲面刀路的衔接 。

根据叶身较长、叶片壁薄的特点，可采用型腔铣粗加工、固定轴轮廓铣半精加工和精加工，最后区域铣精加工，以提高叶片的加工精度和风动性能I1 。

6 结 语送料机作为 自动化生产线输送设备已得到广泛的应用。在能源不断溃乏的今天，风能送料机作为节能环保产品的研制，是-种崭新的课题，市场应用前景看好，在今后-段时间内必将引起广大科研工作者的关注。本项 目采用功能设计法，研制出风能的送料机 ，经现场制造、装配、调试后，实现双向顶出，且频率、相位、行程均可刚性调节的功能，达到节能减排、无污染传送物料的目的。项 目的完成为同类产品的研究提供方法和借鉴。