雷管自動卡口卡腰機的設計

周大鵬

(中煤科工集團淮北爆破技術研究院有限公司，安徽 淮北235000)

0 引言

我國工業雷管的品種齊全、產量大,但是現階段生產工藝落后,生產效率較低,自動化水平尚需提高[1-5]。 目前的雷管生產線中,雷管殼排管、裝藥、壓藥、藥高檢查、裝延期體、剔除廢品等環節可實現自動化和人機隔離,卡中腰、卡口、檢測、編碼等實現了半自動化,需要人員的干預[6-13]。

筆者介紹了一種雷管自動卡口卡腰機的設計,能實現雷管卡口卡腰環節的自動化,生產效率高,安全可靠。

1 雷管卡口卡腰現狀

在工業電雷管生產中,卡口工序是指將引火元件頭導入裝有火藥的基礎雷管中,輔以機械設備將引火原件頭和基礎雷管密封[6]。 卡腰是用卡口機將延期體與雷管管殼固定,并且使兩者達到密閉配合,要求卡在延期體的中間位置,嚴禁卡在延期體上端部[10]。

目前,卡口和卡腰的環節主要采用半自動的方式。 每個工位1 個人,配備1 臺氣動卡頭,人工操作。 該工位生產效率低,生產線上人員數量多,沒有實現人機隔離,屬于事故風險的高發工位。

2 雷管自動卡口卡腰機

筆者在原有的氣動卡口設備基礎上,設計了一種轉盤式、多工位、全自動卡口卡腰機。

2.1 整體結構

多工位自動卡口卡腰機由8 個部分組成:轉動工作臺、卡頭、撥叉頂桿機構、凸輪機構、轉動主軸、凸輪分度器、氣動馬達及支架。 其具體結構如圖1 所示。

圖1 多工位自動卡口卡腰機結構

其工作原理為:轉動工作臺安裝在轉動主軸上,轉動主軸通過軸承組件安裝在支架上,轉動主軸下部與凸輪分度器輸出軸連接,凸輪分度器輸入軸與氣動馬達相連。 氣動馬達通氣轉動,帶動凸輪分度器按照設定的節奏實現間歇式的轉動輸出,凸輪分度器通過轉動主軸帶動轉動平臺,實現轉動平臺的間歇轉動和準確停止。 實現轉動平臺平穩轉動,在各個工位準確停止,實現多工位功能。

轉動工作臺上間隔90°為1 個工作工位,每個工位上布置5 個卡頭。 每個卡頭在動力的作用下可以實現卡緊的功能,能夠在雷管上需要的位置進行卡腰和卡口。 卡頭下連接撥叉頂桿機構和凸輪機構。 撥叉頂桿機構可以帶動卡頭上的推桿和壓頭定位套上下運動,實現卡口卡腰過程中雷管位置的調整和卡口卡腰的動作。 撥叉頂桿的上下運動是受凸輪機構的控制,凸輪機構則按照需要的邏輯和位置設計成環形,固定在機架上。 隨著主軸的轉動,撥叉頂桿機構尾部的滾輪在凸輪機構上滾動,帶動推桿和壓頭定位套實現雷管的卡口卡腰工作。

2.2 主要部件

機器主要由卡頭、卡口卡腰自動控制、凸輪控制等部分構成。

2.2.1 卡頭

雷管卡頭的結構如圖2 所示。 通過各零件的組合使得推桿可以在推桿套內上下移動,這樣當雷管裝入時,通過推桿定位雷管裝入的深度,使得壓頭能準確地壓到所需要壓的位置(卡口或卡腰處)。 同時推桿在外力的作用下可以上下移動,使得在工作時,通過推桿的推動可以將雷管從卡口位置推送至卡腰位置。 壓頭為彈性鋼材制成,端部鑲嵌硬質材料。 壓頭通過螺紋連接在雷管定位套上,可以跟著雷管定位套上下運動。 當雷管定位套下移時,壓頭在壓頭定位套上的楔形配合的作用下內收。 鑲嵌的硬質材料緊緊壓在雷管外殼,形成壓痕,實現卡口或卡腰。

圖2 雷管卡頭的結構

2.2.2 卡口卡腰自動控制

卡口卡腰自動控制機構如圖3 所示。 雷管定位套和推桿分別在兩組撥叉機構的作用下通過撥叉的上下運動分別實現雷管卡印和將雷管推到卡口卡腰位置的作用。 轉動工作臺在主軸的帶動下轉動時,凸輪和滾輪發生相對位置變化,在彈簧和凸輪的共同作用下,兩組撥叉機構分別帶動雷管定位套和推桿上下運動。 雷管定位套上下運動實現壓頭在雷管壁上壓印。 推桿上下運動推動雷管到不同的卡腰和卡口的位置。

具體工作過程如下:雷管通過上蓋的導向孔插入卡頭,其底部與推桿頂端緊貼。 通過撥叉機構向下拉動雷管定位套,雷管定位套拉動固定在其上的壓頭往下移動。 壓頭外側為錐形,與壓頭定位套上的錐形內槽配合。 壓頭向下移動,在兩個錐形的作用下,壓頭往中心擠壓,在雷管需要卡腰或卡口的地方產生壓痕,對內部元件進行固定。 雷管定位套上升,壓頭和雷管外壁脫離。 頂桿上升,將雷管推出。 頂桿下降,回到起始位置。

圖3 卡口卡腰自動控制機構

2.2.3 凸輪控制

卡口卡腰的過程主要靠兩組凸輪控制,其凸輪展開圖如圖4 所示。

圖4 推桿和定位套凸輪展開

通過滾輪在凸輪上的滾動,帶動定位套和推桿運動,實現不同位置的工作。

3 設備工作過程

通過機械機構和凸輪的控制可以順序實現電雷管的卡口和卡腰過程。 設備工位如圖5 所示,設備工藝流程如圖6 所示。

圖5 設備工位

1)工位1:上料工位。 目前機械手在雷管生產線上已經得到應用。 采用機械手將電雷管的雷管體插入上料工位上的5 個卡頭里。 此時頂桿在卡口處,雷管插入直至與頂桿接觸,實現卡口定位。此時壓頭定位套處在高位,壓頭在張開狀態,方便雷管插入。 等到5 個(實際生產中可以根據現場具體情況布置不同數量的卡頭)卡頭中都裝入了雷管,轉動平臺開始轉動。 轉動的過程中,推桿位置不動,壓頭定位套在凸輪導軌的作用下下移,壓頭逐漸在卡口處壓出卡痕。

2)工位2:卡口工位。 壓頭定位套壓到最低點,轉動平臺在凸輪分度機構和氣動馬達的作用下,在工位2 處停止,保證壓痕的穩定和工位1 上料需要的時間。

轉動平臺再次轉動,在凸輪導軌和撥叉的作用下,首先實現壓頭定位套上推,使得定位套放開雷管;然后頂桿上推,將雷管頂到卡腰位置,定位套再次下拉,使得壓頭在卡腰處壓緊,壓出卡痕。

圖6 設備工藝流程(單個雷管)

3)工位3:卡腰工位。 壓頭定位套拉到最低點,在工位3 處保持,保證壓痕穩定。 轉動平臺再次轉動,在凸輪和撥叉的作用下,首先實現定位套上推,放松雷管,然后頂桿上推,將雷管體逐漸從卡頭內部推出。

4)工位4:取料工位。 雷管體被部分從卡頭推出,然后用機械手將卡口卡腰完成的雷管取出。 完成電雷管的卡口卡腰工序。

4 結語

設計的多工位自動卡口卡腰機,將原來的串聯工序變成并聯工序,在機械手將卡口(卡腰)雷管插入的時間,就可以在其他幾個工位同時實現卡口(卡腰)自動取出,提高了卡口卡腰環節的工作效率。 采用機械手完成雷管放入和取出,實現了該工作環節的無人化。 此設備可以實現雷管卡口卡腰環節的自動化生產,實現人機隔離,有效減少雷管生產線上的人員數量。 可以實現數十發雷管同時加工,生產效率高,通過改變不同凸輪機構也可實現不同產品的生產。