磁力输送线的探索与研究
摘 要：带式输送线作为远近距离物料输送技术得到了广泛的应用，对于爬坡输送受到了很大的局限性，市面上爬坡式输送线主要是链板带占据，但链式输送线存在较大的缺点。针对上述问题，基于磁悬浮理论，提出了将磁力与皮带结合作为物料爬坡输送线领域的设计方案，该技术是将磁盘中磁铁通过合理排列并于皮带通过合理接触输送铁质物品，特别是食品行业中的铁质罐体输送方面有了广泛的用途。
关键词：爬坡式输送线；磁悬浮；磁盘；铁质罐体
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.189
1 输送线磁盘原理
磁盘是利用磁通的连续性原理及磁场的叠加原理设计的，永磁吸盘的磁路设计成多个磁系，实现工作磁极面上磁场强度的相加，特别是中间运输物品的通道实现了磁性叠加，从而达到吸持铁质物品的目的[1]。其工作原理如下图所示，在爬坡状态下，N级和S级叠加正好吸附了铁质物品贴在输送带上，从而达到了物品不会在运输中出现脱落或者翻转，正好实现了爬坡输送机的目的。
设计永磁吸盘时，首先应精心设计磁路，良好的磁路结构可以尽量让更多的磁通量聚集在工作表面中去，满足输送重量的要求，而且可以尽量少用钕铁硼材料。同时，设计磁路时还应仔细考虑较易实现工作卸载。解决永磁吸盘吸力很大，物品在输送线过度中出現物品不移动等技术难点。强力磁盘的磁路设计有2种磁铁，分别为Y35铁氧体和N42钕铁硼磁钢两部分。强磁与普通磁铁的搭配正好达到了目的，同时降低价钱成本问题。
2 输送线中磁盘作用及其结构
一般磁铁磁极面的布置在所示的磁性盒中并列排着数列磁铁集磁板材料的选择根据磁感应强度H（是磁导率，H是磁场强度），集磁板的磁导率越大，产生的磁感应强度就越大。纯铁是理想的集磁板材料，在外加磁场作用下，能够产生很大的磁感应强度。但由于纯铁在提炼过程中，去除影响磁导率的杂质要花费很大代价，故价格太高。所以在满足磁性力要求下，可采用含碳量低的低碳钢来代替，一般可选用保证化学成分含量的乙类低碳钢B1与B2甲类钢A3含碳量较高，磁导率较差，应尽量避免采用。
磁性盒的回路组合在磁性盒中，漏磁对磁性的影响很大，所以在组成磁性盒时必须形成闭合回路，防止空气中磁场的损耗，故在磁性盒的底面需增加1块磁导率大的软钢，使磁性盒在吸住罐身底边时产生闭合回路。
磁铁与集磁板高度、集磁板间距和厚度的选择集磁板磁化后，在磁性盒的两端面形成N与S磁极。由于在集磁板的直角处产生的磁力线密度密，为了充分发挥直角处所产生的磁感应强度，故集磁板应比磁铁高出2～3mm.两块集磁板之间距离越大，所产生的磁力线高度越高，可以吸引较远的物体。由于磁性输送带传送中空罐的罐圈与磁性盒中集磁板距离比较近，所以集磁板之间距离适当近一些。集磁板之间的距离越近，产生的磁力线高度越低，密度越大，穿过罐身的磁力线越多，吸力就越大。集磁板太厚，磁化达不到饱和，虽然与集磁板厚度试验图罐底接触面可以增加，但单位面积产生的磁感应强度就小了；集磁板太薄，磁感应强度过饱和会限制磁能积的增强，同时还会减少罐身的接触面积，减小罐身的吸力。所以要注意选取集磁板将要达到磁饱和时的厚度。在选取集磁板厚度时，可采用所示的方法，用导磁体试A点的磁力，如磁力小，表示磁板未达到饱和，集磁板太厚；如A点的磁力大，表示集磁板磁场达到了饱和，集磁板太薄。
磁性盒的组装磁性盒组装时，盒内的磁铁与集磁板应相互夹紧。磁性盒的四周应与导磁材料空出一段距离，以防止磁性盒磁场散发，避免降低磁性盒的磁场强度。由于罐底离集磁板顶部越近，吸引力就越大，故磁性盒的顶面封板应选用0.5mm的薄不锈钢板。在满足强度条件下，也要采用较薄的平皮带，并使其紧边紧贴磁性盒输送。
3 磁力输送线的优点
（1）输送带运行平稳、不偏跑、工作效率高、安全可靠。由于是电磁力支撑工作并且有导向功能，能够连续稳定地支撑输送带悬浮运行，平稳地输送物料且不散落、不扬尘。（2）运行阻力小，所需张力小，输送带磨损很小，且无撕裂现象发生，输送带的使用寿命能够延长很多倍。（3）磁力输送线是目前耗能少，运行经济的输送线，且结构简单、便于维护。应用场合广泛，采用专用的食品级输送带，可满足食品、制药、日用化工等行业的要求。
4 磁力输送机设计及参数计算
已知条件：输送速度：24m/min，罐头外部尺寸：直径105mm，高度70mm，罐头质量：大约2斤。
4.1 输送带的选择
由于食品行业输送过程中缺少不了水和动植物油，皮带的选用应综合考虑环境对皮带的寿命影响及其输送能力为标准。食品行业用的最多的就是PU和PVC，最大的区别就是PU完全可以放心的用在食品行业，而PVC不可以，若长时间跟油类接触那就回导致塑化剂析出进入食物中对人身体产生巨大的危害。也就是说PU可以输送包装厚的食品，也可以输送未包装的，而PVC只能输送包装后的食品。
4.2 电机功率选择
根据设计公式：Fu=fLg[Qro+Qru+（2Qb+Qg）*cosθ]式中各参数含义：
f—模拟摩擦系数，一般取值0.25； L—输送机长度（头、尾滚筒中心距），m；g—重力加速度，g=9.8m/s2；Qb—每米长输送带的质量，kg/m；Qg—每米长输送物料的质量，kg/m；Qro—上分支托辊转动质量，kg/m；Qru—下分支托辊转动质量kg/m；根据P=Fu（v/u）（u为效率），确定功率，然后放大得到电机功率P1=P*（2～5）得到电机功率，查找手册确定，输送线长度6米，罐头直径105，得到输送线罐头输送数量为6000/105=57，根据Fu=fLg[Qro+Qru+（2Qb+Qg）*cosθ]得到Fu=215N，其中省略了托辊及其皮带质量由P=Fu（v/u）=98（w） P1=4P=0.4（kw），选择主动滚筒的外径为76mm，一分钟转的圈数n=24/（76*3.14）*1000=101圈，选用紫光电机，通过查找手册确定减速机的减速比，确定电机型号。
5 结语
本文主要阐述了磁力输送线的主要工作原理和设计方法，结合普通带式输送机的设计规范和相关设计手册，详细分析计算了磁力输送线主要部件基本参数，为食品厂磁力输送设备打下了基础。
参考文献：
[1]吕枭，唐敦兵，臧铁钢，施文仁.物料输送线磁力驱动器有限元分析[J].机电一体化，2011：44-48.
[2]宋凯，白迎召.金属罐磁力提升装置：CN105564903A，2014-10-08
[3]张钺主编.新型带式输送机设计手册[K].冶金工业出版社，2012（02）.