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浅析自动上料装置
胡可辉
摘要：
自动上料装置通常由供料器、隔离机构、分路机构、合路机构、上料机构及机构等所组成。
其中，供料器、隔离机构及上料机构是其最基本的三个组成部分。
各机构之间的连接通常使用料道或其它输送机构。
在实际应用中，上述各机构往往不是彼此独立的，有时一个机构既能将工件隔离又能将其分路，或既能将工件隔离又能上料。
本文从自动化机械入手，举例供料器、隔离机构、上料机构的一些实例和分析，以及国民生产中几个创新性实用性极高的自动上料机械以供学习交流。
1引言
工件机械加工的自动化可分为半自动、全自动、完全自动三种形式，半自动是指工件的装卸利用人工操作，只有加工过程自动化；
全自动话是以手工将工件填装入滑槽或料仓，装卸、加工全部自动化的机械；
完全自动化是用有工件整理能力的进料器、料斗等对滑槽或料仓供给工件，而且可一次对进料器供给大量工件。
以前设计机械，只需要满足机能，成本低廉即可，先进为了提高生产效率，还必须考虑自动化程度，设计成可自动化供给，在设计中工序越少越好。
虽然自动供给方式有众多优势，但并不是所有零件都适用，工件产量少、种类多、不允许外观有划痕破损等情况都不适合用自动供给装置，但可考虑半自动化。
2供料器
2.1振动式供料器
振动式进料器是漏斗式进料器中最常见的形式，其原理是给电磁铁通脉冲电压，电磁铁使旋涡盘振动，振动弹簧与旋涡盘配合实现垂直轴周围的角振动，工件借助与轨道的摩擦力和间歇性的振动过程实现工件的运送。
振动式供料器在工件进料器中通用性最大；
动作平稳，工件划伤程度低且易调整工件供给速度
图1与图2是两种种振动式供料器的举例，图3是振动供料器的一种直接应用，即电磁振动筛，常用于药片（锭状物）的筛分。
只需要将需筛选物大量投入料斗，将会自动从料斗下端依次流出进行筛分。
图1旋转式振动供料器图2直进式振动供料器
图3振动供料器的应用
2.2旋转式料斗供料器
旋转式供料器，一般情况下是料斗的旋转运动作为主运动，工件再以某种形态通过滑槽或者导轨进行运送，可供工件数量多，但工件间摩擦大，工件易产生磨痕。
以下是两种典型旋转式供料器。
图4滚筒型旋转供料器图5磁铁式旋转供料器
2.3往复式供料器
往复式供料器是通过机构的往复运动，将工件分离出来，再通过一定形状的滑槽，运送至加工机械，以下是两种往复式供料器。
图6为推上式供料装置，一带斜槽的垂直板在料斗内升降，工件由倾斜轨道带至最高处通过滑槽流出，适于圆筒状、环状、球状工件。
图7为掏上式供给装置，圆弧板以一点为中心上下往复运动，其他原理同推上式。
往复式供料器损伤少于旋转式，但也不能避免划伤。
图6推上式供料装置图7掏上式供料装置
以上介绍了三种常见供料器，另外还有喷气式、升降式、柱塞式等等，不再过多赘述。
3隔离机构
在自动上料装置中，自动排列整齐的工件在前往加工机械或装配机械时，需要工件的隔离过程，对各种形状工件自由进行隔离并非易事，必须依工件的形状、材质、重量等多方面进行设计。
3.1利用分度台的隔离装置
图8侧向分度台隔离装置图9纵向分度台隔离装置
上图为利用分度台的工件隔离装置，图8是从侧向，图9是从上方进行隔离供给。
侧向供给时，工件的移动是借助滑槽内工件重量推入分度台，纵向供给工件也是利用工件的重力供料。
3.2锚形隔离装置
图10饼状工件隔离装置图11带凸台轴类工件隔离装置
工件在滑槽中并列时，工件间若需要间隙，很适合锚形装置，锚的前指放开工件，后指阻挡后面的工件；
前指阻挡工件时，后指放开补充，周期性的逐个分离工件，还可改变锚的设计用以隔离2个或多个工件，其驱动设备可以是电磁、凸轮、气缸等。
3.3利用往复台的隔离装置
图12拉臂型往复隔离装置图13板弹簧往复隔离装置
拉臂型往复台隔离装置，拉臂上的分离槽运动至料仓下方时，工件嵌入分离槽中，往复运动，实现工件的隔离。
可修改分离槽的深度以适应每次分离工件的个数。
图13所示装置通过搬运台的分离槽将工件拉出，板弹簧的作用是防止后续工件流出，不需再另做分离剪，简单实用。
隔离装置的设计也有许多种，夹指型、蜗杆型、皮带型等等，根据不同的工件形态、要求有千千万万中设计，在这里着重介绍以上三种。
4上料机构
工件的上料通常是指将定向排列好的工件装入加工机械夹具中的作业，是自动上料装置中最为复杂的一环。
上料机构的设计，关键在于根据工件的形状、重量、特性及加工机械的夹具等选择最适当的上料方法。
下面介绍两种种典型的上料机构。
4.1顶杆式上料机构
图14为滑板顶杆式上料机构，滑板的端部铰接有带承料槽的托板，当料仓中的工件落入承料槽时，托板可沿逆时针转动微小角度，故冲击力不直接作用在滑板上。
随着滑板向前运动，承料槽中的工件与料仓中的其他工件分离，同时托板在弹簧片的作用下复位；
当工件被送至上料位置后，顶杆将其推入弹簧夹头中。
图14滑板顶杆式上料机构
图15为摇块顶杆式上料机构，当摇块顺时针摆动使其上的槽口对准料道出口时盖板将压板顶开，一个工件落入槽内。
当摇块逆时针摆动时，隔料圆弧将后续工件挡住，同时压板在弹簧的作用下将槽中工件夹紧；
摇块摆至上料位置，顶杆由气缸驱动将工件推入弹簧夹头中。
由于工件在槽内被夹紧，故摇块能以较高速度摆动。
图15摇块顶杆式上料机构
4.2机械手式上料机构
下图为一种机械手式上料机构示意图，目的为向分度转台上料，机械手逆时针、向下运动，抓取工件，谈后上提，顺时针转动，到限位点向下，将工件安装在分度盘上。
这种上料方式机构稳定，定位十分准确。
图16机械手式上料机构
每一种不同的工件都可以为其设计对应的上料机构，以上两类极为常用。
除了这两类，还有推杆式、滑块式、真空吸盘式、凸轮驱动式等等，在这里不再一一概述。
5生产中自动上料装置设计
前面介绍了自动上料装置的三个重要组成部分，下面介绍几种在实际生产中创新性和实用性很强的几例上料装置。
5.1椰子剥衣机自动上料机构
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11
1
手工剥除椰衣效率低，危险性大，椰子剥衣机自动上料的实现提高了生产效率，降低了生产成本。
该椰子剥衣上料机构由传送机构、机械手、扫板机构组成。
机械手的作用是夹持拖动椰子，扫板机构用来清除剥下来的椰皮。
其结构简图如下所示：
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3
9
8
6
7
5
4
1.椰子2.传送机构侧挡板3.传送带4.信号发射器5.传送机构后挡板6.电动机
7.传送机构前挡板8.椰子剥衣机9.扫板机构10.机械手11.气动控制侧挡板
图17上料机构正视简图
椰子经过人工初选，大小一致的运送到传送带，由传送带带动椰子前进。
在遇到传送机构后挡板５时被挡住，等待挡板打开。
在传送机构后挡板５和前挡板７之间（称为待剥区）有一个待剥的椰子，将由一对机械手10抓取并运送至传送带正前方的椰子剥衣机８的托盘上。
当该椰子被放置于托盘上时由压力传感器产生信号使传送机构后挡板５快速开启闭合，允许下一个椰子通过并进入待剥区。
在剥衣机托盘上被剥完的椰子由扫板机构９的扫板扫入置于剥衣机左右两侧的收集箱中。
1.机械手运动纵导轨2.机械手3.气动控制侧挡板4.信号接收器
5.信号发射器6.机械手运动横导轨7椰子剥衣机8.扫板机构
图18上料机构俯视简图
该设计解决了某种椰子剥衣机的椰子上料环节因人工送料而带来的效率不高，自动化程度低等问题，带来了很高的经济效益，值得推广。
5.2禽蛋自动上料装置
为了打开国际市场，我们应该对禽蛋进行包括清洗、品质检测、分级、包装等工序在内的商品化处理。
现有一由弯道料斗、滑道和落蛋隔离机构组成的禽蛋自动上料装置。
结构简图如图19所示：
1.可调双头螺柱2.料斗支架3.料斗4.料斗门5.滑道6.落蛋平台
7.禽蛋8.落蛋隔离机构9.落蛋口10.分级机输送带
图19禽蛋自动上料装置简图
先在滑道中依次放置、布满禽蛋,启动主分级机,当蛋托上的禽蛋随输送带通过接近开关时,接近开关产生感应电信号,经集成定时器组成的单稳态触发器进行脉冲整形和定时控制,再输出信号启动推拉电磁铁动作,将落料口打开,滑道最右端落料口上的禽蛋便准确地落到输送带的蛋托上,进行下一步的分级操作;
电磁铁失电,落料口迅速关闭。
落下一个蛋后,滑道上的禽蛋在自重和后续推力作用下,沿水平方向依次向右滚动一个蛋的短轴距离料斗底部最下端的禽蛋在压力作用下从出蛋口滚到滑道上,以等待下一步运作,完成一个上蛋循环。
其中应注意几点：
上料前应在滑道内布满禽蛋，防止禽蛋因碰撞碎裂；
一个料斗没有禽蛋了后应立即更换装满禽蛋的料斗。
另外，为了避免堵蛋、碰撞、滞蛋情况的产生，将料斗及溜道、滑道做了以下设计：
（a）（b）（c）
图20（a）料斗及溜道（b）溜道上截面（c）滑道设计
该设计利用禽蛋本身的物理特性、运动学特性设计的自动上料装置，实现了上料自动化，值得推广。
6结论
当今工业发达国家，自动上料装置在各类制造业中比比皆是，生产过程的自动化不仅大大提高了生产率，把人们从繁重的劳动中解脱出来；
而且对提高产品质量，降低成本、促进产业结构的合理化起到了积极的作用。
在学习了机械制造自动化机构及其应用这门课程后，更是对自动化机构的设计产生了浓烈的兴趣，在生活中也有许多实用、巧妙的自动化装置值得去发现，去学习，也有很多问题等待我们去解决。
总之，在这门课程中，兴趣多多，收获多多。
希望自己将来能够在这个方面为社会创造价值。
参考文献
[1]黄越平，徐进.自动化机构设计构思实用图例.北京：
中国铁道出版社，1993
[2]姜文炳译.自动化机构图例.北京：
北京工业大学出版社，1976
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[5]王锐，樊军庆．椰子剥衣机自动上料机构的设计[J].食品与机械.2012，28（5）:
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[6]陈红，陈伟，文有先.禽蛋自动上料装置的研究[J].粮食加工与食品机械.2003,7:
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