刘青苑

(上海隧道工程有限公司机械制造分公司，上海 200120)

自动售货机在人们日常生活中扮演越来越重要的角色，可全天候工作，售货便利，无需专人看管，空间需求小，售货范围广。目前，应用于自动售货机上的商品送出机构种类较多，较经典的有弹簧推动式、转盘送出式、电磁铁夹持式等。弹簧推动式结构简单，是由螺旋式弹簧和连在弹簧1端的电机构成，电机转动1圈就带动弹簧转动1圈，同时推出1个易拉罐。缺点是每根弹簧所装的罐体数量有限，需要维护人员根据实时售出情况人工补充罐。转盘送出式机构有1个很大的喇叭状罐体存储容器，下面是1个周边有若干个圆槽的转盘，通过转盘的转动使罐体落入转盘周边槽内而被售出。该送出机构需要较大的转矩驱动，占用空间大，缺点是易卡死。电磁铁夹持式结构简单，反应灵敏，缺点是电磁铁夹持器成本高、易损坏、难维护[1-4]。

移动凸轮机构具有快速将转动转换成移动的功能，通过廓线可以控制移动从动件位移特性，可随时实现停留、逆向等动作，本设计采用双廓复合凸轮，用于大容量罐体存储容器的机械式出罐机构，其机械结构简单、制造成本低、售货反应快[5-8]。

1 移动凸轮出罐要求

该出罐机构采用凸轮驱动接罐板和挡罐板交替协同运动完成罐体的出罐，如图1所示。设接近储罐仓的方向为X方向，远离储罐仓的方向为-X方向，利用双廓复合移动凸轮完成出罐过程。圆柱凸轮旋转360°，依靠其双凸轮廓线的作用，接罐板和挡罐板按一定顺序完成隔罐、落罐、回挡、复位4个动作。

凸轮双凸轮廓线驱动2个单罐出罐循环时序图，如图2所示。移动凸轮廓线方程采用一次多项式运动和正弦运动组合，ab及de段采用一次多项式运动规律，bc及ef段采用正弦运动，具体廓线方程将后续研究。

图1 出罐运动示意图

(a)接罐板运动位移曲线

(b)挡罐板运动位移曲线图2 接罐板和挡罐板运动位移曲线

2 出罐机构设计

图3为双廓复合移动凸轮式出罐机构:步进电动机1固定安装在由钢板焊接而成的支撑架2上，输出轴通过联轴器3与圆柱凸轮6的伸出轴相连接，步进电动机1输出轴安装位置磁条4，附近安装有传感器5，圆柱凸轮6通过轴承安装在支撑架2上。圆柱凸轮6由两段直径不同的圆柱构成，大直径圆柱上开有凸轮槽A，小直径圆柱上开有凸轮槽B，下移动从动件8装有滚子7，滚子7安装在凸轮槽A中，上移动从动件10装有滚子9，滚子9安装在凸轮槽B中，大圆柱廓线的宽度与滚子7相一致，小圆柱廓线的宽度与滚子9相一致，在支撑架2上安装有下导套11和上导套12，下导套11对下移动从动件8起导向作用，上导套12对上移动从动件10起导向作用。下移动从动件8的右端装有接罐板13，上移动从动件10的右端装有挡罐板14。具有倾斜通道的储罐仓15安装在支撑架2上，储罐仓15内装有单排饮料罐。最下面的饮料罐编号为16，下面数第二个饮料罐编号为17。磁条4与传感器5检测标定位置：下移动从动件8位于X方向最远端，上移动从动件10位于X方向最近端。接罐板13接载储罐仓中的单排饮料罐。此时处于待售状态。

3 出罐工作过程

以重复单罐逐一供货方式完成多罐饮料的出罐过程，电动机1转一周360°可售出一罐饮料。待售状态下，当控制系统接到该饮料购买信号后，按购买数量编制多个单罐出罐控制信号。工作过程如下。

1)隔罐：步进电动机1由0°转至90°，如图4(a)所示。

当步进电动机1由0°转至90°，上移动从动件10向X方向运动到最远端，挡罐板14伸到16和17号饮料罐的中间，此过程中下移动从动件8处于休止状态，接罐板13不运动。

2)落罐：步进电动机1由90°转至180°，如图4(b)所示。

步进电动机1由90°转至180°，下移动从动件8向-X方向运动，随着接罐板13回缩到储罐仓出料罐口外部，使16号饮料罐落出储罐仓，此时上移动从动件10处于休止状态，挡罐板14隔住随之下落的17号饮料罐及上边所有的饮料罐。

3)回挡：步进电动机1由180°转至270°，如图4(c)所示。

步进电动机1按图中箭头方向由180°转至270°，上移动从动件10处于休止状态，挡罐板14静止，隔住17号饮料罐及上边所有的饮料罐，下移动从动件8运动到X方向最远端，接罐板13重新挡住储罐仓出料罐口。

4)复位：步进电动机1由270°转至360°，如图4(d)所示。

步进电动机1由270°转至360°，下移动从动件8处于休止状态，接罐板13继续挡住储罐仓出料罐口。上移动从动件10向-X方向运动，随着挡罐板14后退，17号饮料罐及上边所有的饮料罐在储罐仓下落，被接罐板13接住。

通过以上4个步骤,步进电机转过了360°,完成了单罐的出罐,装置自动恢复到初始状态。通过位置磁条4及附近安装的传感器5控制步进电机的初始状态，定位精度。如果一次购买多个罐,可通过控制系统设计在每个单罐的出罐中间有数秒的停歇，保证17号饮料罐充分落到接罐板13后再开始下一次单罐出罐。

(a)隔罐

(c)回档

(d)复位

图4 出罐工作过程

4 结语

围绕自动售货机的机械式出罐机构开展研究，一个复合双廓凸轮同时驱动2个从动件，通过廓线控制从动件交替工作，稳定完成出罐，凸轮仅仅360°转即可完成售罐，售货效率高。凸轮廓线方程采用一次多项式运动规律和正弦运动组合，从动件往返及停留处无冲击，移动圆柱凸轮廓线可使从动件反行程自锁，实现预定位置的挡罐板和接罐板的锁紧。该机构加工简单、成本低，可与蛇形大容量罐体存储仓配套，可以减少定期加罐次数，可应用于远地及人口密集处的售货。