高溫玻璃挑料機械手的研究

王建立

摘 要：本文主要針對加工玻璃器皿的高溫工況，分析了人工挑料操作對產品質量、生產效率的影響，為改善工人勞動強度，提高生產效率，本文研究一種挑料的機械手，能夠代替人工完成高溫玻璃溶液的挑起、澆注等工作。

關鍵詞：高溫；玻璃；挑料；機械手

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.21.057

為了滿足市場上對高性能玻璃挑料機械裝置的需求，有效的提高玻璃挑料的質量、效率，本項目要研發一種新型的玻璃挑料機械手，底座采用圓形結構，上有可旋轉圓臺，能夠360°自由轉動，可解決玻璃胎具位置的靈活調整；同時，實現電氣自動化控制，便于工人安全操作，把工人從高溫、充滿灰塵和高強度的體力勞動中解放出來，提高生產效率，創造經濟效益，為行業快速發展助力。

1 現狀分析

玻璃器具在我們日常生活中是最常用的環保容器，尤其在化學研究領域更是檢測與實驗中必不可少的一種玻璃器皿，而玻璃容器的生產制造過程，需要1100°-1200°高溫玻璃溶液在胎具中澆注成型，一直以來因高溫惡劣的工作環境直接影響操作工人的安全，且人工操作不穩定，更影響了產品的質量，生產效率低。為解決此問題，一般玻璃制造企業設計簡易的機械手來輔助工人完成玻璃溶液的挑料工作。但是，目前在玻璃制造行業中，對一些器型較大的產品，挑料的方式依然主要是依靠人工在高溫爐口逐個生產，無論產品質量，質量穩定性，還是工人的勞動環境、勞動強度，生產效率等都難以滿足生產需要。

目前市場上常見的玻璃挑料機械裝置主要采用框架式結構，存在的主要問題是框架固定不能轉動，整個裝置的挑料桿只能在垂直平面內擺動，設備自由度少，這樣就限制了玻璃器皿胎具安放位置以及工人操作的方便性。

2 挑料機械手的機構設計

玻璃挑料裝置基本結構如上圖所示，主要由固定座1、回轉盤2 、機架3、搖臂4、桿座5、挑料桿6、曲柄7、拉桿8、回轉電機9、搖臂電機10、拉桿電機11、搖臂軸17、齒圈18、齒輪20 等組成。

玻璃挑料機械手的設計參照國內外先進技術，旨在設計一種結構緊湊、合理，能夠適用于不同挑料重量和胎具安裝位置的高效率的玻璃挑料機械手，完成市場調研、方案論證、整機結構及零部件設計、電氣控制系統設計、圖紙繪制及標準化等研發工作。

設計技術路線：

首先明確企業技術指標要求，分析現有設備存在的問題，確定項目整體設計要點，機器人整機結構布局設計（繪制運動簡圖）；根據機器人運動參數要求，零部件結構設計；根據電機功能參數，零部件強度可靠性設計；根據加工要求進行工藝性設計；根據控制要求，設計電氣控制線路；圖紙的繪制、審核及標準化。

本機構的設計主要內容包括：

（1）玻璃挑料機械手的整體功能設計，要滿足企業使用要求，并解決市場上現有裝置的使用缺陷；（2）玻璃挑料機械手的整體結構設計，保證結構緊湊、運轉靈活平穩，安全可靠；（3）玻璃挑料機械手的電氣控制系統的設計，要便于控制，方便操作，保證手臂轉動到位、準確可靠；（4）玻璃挑料機械手結構工藝設計，既要保證零部件設計強度剛度要求，同時要結構輕巧，搬運方便，便于加工和安裝；（5）玻璃挑料機械手加工工藝性設計，工藝工裝設計要保證設備制造精度，保證產品質量；（6）主要技術指標：配用動力：5.6kW；回轉半徑：2.4m（最大），1.2m（最小）；挑料重量：5Kg；挑料速度：6個/分鐘（最大）；挑料桿回轉速度：120rpm；主搖臂回轉角度：前傾40度，后傾25度；控制方式：四軸聯動。

3 結構設計創新點、先進性

相比企業現有玻璃挑料裝置的缺陷，本設計創新點主要體現在：圓形底座上安裝回轉盤，可在水平面內自由旋轉，利于靈活調整玻璃胎具安裝位置；主搖臂和調節拉桿配合使玻璃挑料桿在垂直平面內來回擺動，保證機器人靈活挑料和準確澆注；玻璃挑料桿能導入冷卻水適時降溫；電氣控制圓形挑料頭不斷旋轉以保證玻璃溶液不滴落。主要體現在以下幾個方面：

（1）底座采用圓形結構，上面按裝回轉盤，可在水平面內自由旋轉，利于靈活調整玻璃胎具安裝位置，方便工人操作。（2）回轉盤支撐軸空心結構設計，利于導線的安裝。（3）主搖臂和調節拉桿在垂直平面內來回擺動，以靈活調整挑料球的工作位置，保證玻璃挑料機械手靈活挑料和準確澆注。主搖臂、調節拉桿與有開口槽的挑料桿支架連接，安裝拆卸方便。（4）挑料桿空心結構設計，在運行過程中導入冷卻水，適時降低挑料桿的溫度，同時，旋轉的圓形挑料頭保證玻璃料液在輸送過程中不滴落。（5）挑料桿支架有軸承承托挑料桿，電機用同步帶輪帶動挑料桿旋轉，保證挑料桿運轉平穩可靠。

4 結語

玻璃挑料機械手投入使用后，將解放勞動力，為玻璃制造企業節省人工成本，同時降低廢品率，大大提高生產效率，預計年產量將提高60%，年銷售收入增加50萬元，年增利潤10萬元，經濟效益顯著。

同時，本研發機械手將工人從高溫惡劣、不環保的工作環境中解放出來，保證工人身體不受損害，社會效益不是用錢可衡量的。

本研發玻璃挑料機械手突破傳統玻璃器具制造瓶頸，解決企業生產難題，技術水平達到國內先進水平，填補行業技術空白。

參考文獻：

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