直角运输轨道的研究

辛 静，赵高晖，杨 雷，白国振，杨培培

（上海理工大学 机械工程学院，上海 200093）

直角运输轨道的研究

辛 静，赵高晖，杨 雷，白国振，杨培培

（上海理工大学 机械工程学院，上海 200093）

介绍了目前物料运输轨道直角换轨方式的研究现状，并设计了一种新型的，便于自动化、数字化控制的直角换向运输系统。在相互垂直的轨道交叉点处不需要圆形转盘和提升装置，该系统的运输方式是通过伺服电机进行驱动，依靠其工作台底部的啮合齿与齿形带的齿条啮合，进行90°转弯换向，适用于要求数字化控制，运输精度高的自动化生产线上。

数字控制；直角轨道；单向换轨

1 概述

随着科学技术的发展和提高，企业生产循环输送流水线逐渐向自动化、数字化方向发展。在实际生产过程中，直角轨道运输方式主要有电动转盘换轨方式、双输送车换轨方式、交叉轨道转运车运输方式组成。这三种典型的直角运输轨道，实现了直角转弯运输，为工业生产带来了很大的便利，但较难达到精度要求高的直角回转运动，且空间需求大，适用于重工业或者精度要求不高的工业生产。目前工厂加工、装配、包装等生产线上依然倾向直线轨道来实现物料运输。直线运输方式优点是成本低，但不能在X/Y方向上独立分开运动，且精度难以控制。

2 直角轨道的研究现状

图1 电动转盘换轨运输

（1）电动转盘换轨方式运输。电动转盘换轨方式的运输方式如图1所示。电动转盘换轨主要是由蓄电池提供动力，直流电机作为牵引，采用电器控制系统来控制转运电动平车的运动过程。转运车沿着直行轨道行驶，转盘上的轨道与直行轨道对接，当转运车走到相互垂直的轨道交叉点，即转盘所在的位置处，电机驱动转盘转动90°，转盘上的轨道与另一条直线轨道对接从而实现90°换轨转向运输。

（2）双输送车换轨方式运输。双输送车换轨方式运输方式如图2所示，该转运方式主要靠上下两个电机驱动实现有轨转向。输送系统包括上下两层轨道、下层平板车和上层运输物料车。下层平板车台面上铺有与前进方向垂直的轨道，车体只有前进后退功能，上层电车带有四个滚轮。工作原理为下层的平板车在电机的驱动下沿着下层轨道前进，当平板车台面上的轨道与上层轨道对接时，上层转运车在电机的驱动下沿着上层轨道前进，从而实现90°转弯运输。

图2 双输送车换轨方式运输

图3 交叉轨道转运车运输

（3）交叉轨道转运车运输。交叉轨道转运车如图3所示，工作原理：车身的换轨控制模块与车身通过转动换向装置进行联动，当需要转向换轨时通过提升装置使车轮离开轨道，然后在人力或者电动马达的操作下将车轮转动90°，最后在另外一组轨道上定位落车，电机驱动转运车沿垂直轨道运行，可实现直角转弯的换轨运输功能。

以上三种直角转弯运输方式在一定程度上解决了直角转弯问题，适用场合为精度要求不高的重工企业，车间运输工件的各系列轨道。问题是铺设轨道需求面积较大，使用场地不够灵活，投入成本较高，不适合用于自动化和精度要求较高的运输和生产。在自动化和精度要求高的行业仍是通过运动部件在直线轨道上往复运动，实现自动化运输或加工，但又因为直线轨道受空间位置和行程的限制，使运动部件无法完成较为精确直角回转运动。

3 一种自动化直角轨道运输设计

现介绍一种NC（Numerical Control，数字控制）自动化直角轨道技术，总体设计图如图4所示。该NC自动化直角轨道可实现自动化、数字化运输，在相互垂直的轨道交叉点处不需要转盘、提升装置或其他装置，通过一种数字化控制的伺服电机来实现高精度。此换轨方式比较适合于要求数字化控制，运输精度要求高的自动化生产线上，在直角回转体的工作台上可以装配工业机器人来实现全自动集成循环运输的生产模式。

（1）结构设计。直角轨道如图4所示，该轨道运输方式包括支撑部分、驱动部分、传动部分和感应部分共4部分。具体如下：①支撑部分：形成直角的X向支撑部和Y向支撑部；②驱动部分：位于所述X向支撑部和所述Y向支撑部的端口，用于驱动所述运动部件运动；③传动部分：结构和所述运动部件底端的结构相匹配，用于引导所述运动部件运动；④感应部分：位于所述直角轨道的直角交叉口处，运动部件上有感应元件，两者配合使用可检测所述运动部件的位置。

图4 NC自动化直角轨道总图

（2）自动化直角轨道的工作原理。齿形带两末端安装的是伺服电机，线体在齿形带和钣金壳组合的轨道内部，NC自动化直角轨道包括X/Y轴，两个方向上均采用齿形带传送。直角轨道交叉处，工作台底面互相垂直的齿分别与相邻两轴的齿形带上的齿处于啮合状态，为保证工作台与齿形带啮合跳动带来的误差，在设计过程需要将工作台与X/Y轴轨道配合紧密，为了增加稳定性和导向性在直角内部设有万向轮。在换向处通过工作台碰撞X/Y轴上的触位点控制伺服电机的启动和停止，同时为保证在两垂直齿形换向成功，在触位点碰撞时，伺服电机所带动的齿形带有短暂的归零设置。可以根据实际情况，如实际需求精确较高的情况下，可以将齿形带改成丝杠、滑块机构。

具体步骤：假设工作台从X轴末端开始运动，即X轴末端伺服电机启动状态，此时Y轴末端的伺服电机是停止状态，在齿形带的牵引下，工作台如图5所示，沿X轴方向平稳运动，当工作台即将达到直角交叉口处，工作台上的触位点会与钣金壳上的触位点发生碰撞，同时传感器检测工作台位置，X/Y两轴轴方向的伺服电机会做一个短暂的归零处理，确保工作台Y轴啮合齿与钣金的Y轴啮合齿，在误差允许范围内啮合，同时工作台上的X轴啮合齿与钣金的X轴啮合齿，恰好脱离，此时工作台从Y轴方向开始运动，即Y轴端的伺服电机启动，X轴末端的伺服电机停止。当到达Y轴末端时，就达到周期的一半。同样的原理回程到X轴末端，进而达到循环往复的过程，与此同时由于数字控制的伺服电机交替动作和传感器的测量反馈，实现了工作台的自动化生产。

图5 工作台底部结构图

4 结语

对比现有的轨道直角转运方式和该NC自动化直角轨道转运方式,其最大的优点是在数字化控制的条件下运行精度较高，在需要换轨时工作台通过感应器的感应自动定位换轨而无需人工操作，省时省力、操作方便，降低了轨道的空间要求，适用于自动化生产流水线和轨道精度要求高的领域内。可以实现数字控制自动化换向，而且缩小了轨道空间和投入成本。

［1］葛兆星.在轨换向多功能货物输送车在交叉轨道场所输送中的运用［J］.现代涂料与涂装，2016，（11）：62-64.

［2］刘英华，周中平，刘鸣放.多种类型的直角转弯刮板输送机［J］.中州煤炭，1997，（3）：29-32.

［3］杨雷，白国振，杨培培，等.一种NC自动化直角轨道［P］.中国专利：201510024652.3，2015-06-17.

Research on Right-angle Transportation Track

XIN Jing，ZHAO Gao-hui，YANG Lei，BAI Guo-zhen，YANG Pei-pei
（School of Mechanical Engineering，University of Shanghai for Science&Technology，Shanghai 200093，China）

This paper introduces the current research situation of the right angle changing method of material transportation track，and designs a new type of right angle commutation transport system which is convenient for automation and digital control. There is no need for a circular turntable and a lifting device at a crossroads perpendicular to each other.The system is conveyed by a servo motor，turning ninety angle by the teeth corresponding to the toothed belt by means of the engaging teeth in the vertical direction of the bottom of the table.The system can be used for automated production lines that require digital control and high transport accuracy.

digital control；right angle orbit；one-way in rail

TP23

A

2095-980X（2017）02-0052-02

2017-02-25

辛静（1991-），山东安丘人，硕士研究生，主要研究方向：数控技术。