一款智能碼垛機(jī)結(jié)構(gòu)分析

2020-07-18 15:29:45梁丁

佛山陶瓷 2020年6期

梁丁

摘要：機(jī)械手動(dòng)作可靠精準(zhǔn)，不知疲倦，許多場(chǎng)合已替代人工。本文介紹了一款智能碼垛機(jī)，它通過(guò)移載機(jī)械手夾磚，X-Y-Z三軸機(jī)械手配合真空系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)及按縱橫排列規(guī)律堆垛。這兩款機(jī)械手分別運(yùn)用氣缸夾持力及真空吸力來(lái)搬運(yùn)透水磚。

關(guān)鍵詞：提升旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu);氣缸推力配重;抽真空動(dòng)態(tài)平衡

1 前言

日前我司在內(nèi)蒙古鄂爾多斯興輝陶瓷有限公司承建了一條透水磚碼垛生產(chǎn)線，產(chǎn)品規(guī)格（單位：mm）有100×200×55、150×300×55、200×400×55、300×600×55等多款，產(chǎn)量1200平方米/天。下面以堆垛100mm×200mm×55mm產(chǎn)品為例說(shuō)明該款碼垛機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理。

2 碼垛機(jī)原理及結(jié)構(gòu)

2.1 磚垛方陣設(shè)計(jì)

常規(guī)地臺(tái)板規(guī)格為1100mm×1100mm，每一層堆垛尺寸為1000mm×1000mm，方陣如圖1所示，相鄰兩層間轉(zhuǎn)90°堆垛。每層磚垛分解成五列，每列由10塊磚構(gòu)成，排列如圖2所示。

2.2 碼垛生產(chǎn)線

碼垛生產(chǎn)線構(gòu)成如圖3所示。

其工作流程是移載機(jī)械手2一次從生產(chǎn)線1上取兩塊磚到中轉(zhuǎn)運(yùn)輸線A3，排列規(guī)律是四橫一縱，它需具備Y軸平移、Z軸升降及旋轉(zhuǎn)功能。中轉(zhuǎn)運(yùn)輸線A3將磚送到中轉(zhuǎn)運(yùn)輸線B4，X軸及Y軸兩組氣缸組成對(duì)中機(jī)構(gòu)將磚拍齊擺正。碼垛機(jī)械手5上下來(lái)回來(lái)搬運(yùn)，完成碼垛，它需具備X-Y軸平移、Z軸升降及旋轉(zhuǎn)功能。磚垛運(yùn)輸線6負(fù)責(zé)運(yùn)送地臺(tái)架及磚垛堆。以下簡(jiǎn)述兩款機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及工作原理。

2.2.1 移載機(jī)械手

（1）移載機(jī)械手由三個(gè)部件組成，機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖4所示。升降旋轉(zhuǎn)夾磚組件2通過(guò)平移驅(qū)動(dòng)組件3實(shí)現(xiàn)來(lái)回搬運(yùn)。

（2）升降旋轉(zhuǎn)夾磚組件，機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

工作流程是接近開(kāi)關(guān)1接收到來(lái)磚信號(hào)→夾磚組件 2氣缸組收回夾緊磚塊→氣缸8 打出（提升夾磚組件）→接近開(kāi)關(guān)10 接收到提升到位信號(hào)→整個(gè)組件平移同時(shí)電機(jī)減速機(jī)組件 7帶動(dòng)齒輪組3 旋轉(zhuǎn)（夾磚組件旋轉(zhuǎn)）→ 接近開(kāi)關(guān)組件4 接收到旋轉(zhuǎn)90°到位信號(hào)后電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)→整個(gè)組件收到平移到位信號(hào)后氣缸 8收回（放低夾磚組件）→夾磚組件 2氣缸組打出復(fù)位放開(kāi)磚塊→氣缸8 打出復(fù)位→整個(gè)組件平移復(fù)位，同時(shí)電機(jī)減速機(jī)組 7旋轉(zhuǎn)復(fù)位，一個(gè)工作周期結(jié)束。旋轉(zhuǎn)軸組件5里面放置的是一組軸承，由兩個(gè)深溝球軸承和一個(gè)推力球軸承組成，可承受軸向力及徑向力。

夾磚組件一次需夾兩塊磚，在調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)只夾緊一塊另一塊掉磚現(xiàn)象，分析原因是磚塊尺寸長(zhǎng)短有偏差，一塊夾板同時(shí)夾兩塊磚，長(zhǎng)的夾緊了而短的就掉了（見(jiàn)圖6一夾二）。針對(duì)此改進(jìn)了夾磚方式，改為一塊夾板只夾一塊磚，互不干擾（見(jiàn)圖7一夾一）。經(jīng)測(cè)試動(dòng)作可靠，解決了掉磚問(wèn)題。

2.2.2 碼垛機(jī)械手

（1）碼垛機(jī)械手機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖7所示。工作流程是中轉(zhuǎn)運(yùn)輸線給出對(duì)中到位信號(hào)→X-Y平臺(tái)組件3將升降旋轉(zhuǎn)吸盤(pán)組件4送到位→升降旋轉(zhuǎn)吸盤(pán)組件4下降到磚面→離心負(fù)壓風(fēng)機(jī)組件5抽真空吸住磚塊→升降旋轉(zhuǎn)吸盤(pán)組件4上升后由X-Y平臺(tái)組件3送到地臺(tái)板，實(shí)現(xiàn)來(lái)回搬運(yùn)。透水磚本身透氣，磚面有砂粒凹凸不平，用真空發(fā)生器配合真空吸盤(pán)吸磚效果不好，真空度上不去。這里采用離心負(fù)壓風(fēng)機(jī)抽真空，海綿吸盤(pán)吸磚。軟海綿可匹配凹凸不平的磚面，在搬運(yùn)過(guò)程中離心負(fù)壓風(fēng)機(jī)一直在抽真空，補(bǔ)償透水磚本身漏氣的風(fēng)量，只要風(fēng)機(jī)提供的風(fēng)量大于磚漏氣的量，可達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，維持真空度。

（2）升降旋轉(zhuǎn)吸盤(pán)組件結(jié)構(gòu)如圖9所示。

機(jī)構(gòu)工作流程是升降電機(jī)4正轉(zhuǎn)送海綿吸盤(pán)組件1快速下降到磚面→繼續(xù)慢速下降到接近開(kāi)關(guān)13收到信號(hào)（同時(shí)離心負(fù)壓風(fēng)機(jī)通過(guò)抽風(fēng)管道7對(duì)磚抽真空）→升降電機(jī)4反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上升→接近開(kāi)關(guān)11收到上升到位信號(hào)→X-Y平臺(tái)組件送機(jī)構(gòu)到地臺(tái)板上空（旋轉(zhuǎn)電機(jī)2同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)使磚塊旋轉(zhuǎn)90°）→升降電機(jī)4正轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)下降→離心負(fù)壓風(fēng)機(jī)停止抽風(fēng)放好磚塊→機(jī)構(gòu)復(fù)位。行程開(kāi)關(guān)9是機(jī)構(gòu)下降下限位，行程開(kāi)關(guān)10是機(jī)構(gòu)上升上限位，起超程保護(hù)作用。

（a）升降電機(jī)功率估算

吸盤(pán)質(zhì)量60kg，升降部件質(zhì)量80kg，磚塊小方陣最重40kg，升降最快節(jié)拍5.5次/分。

電機(jī)最大負(fù)荷：60+80+40=180kg;

電機(jī)最快速度：5.5（節(jié)拍）×4.2m（升降行程）/60s= 0.385m/s

電機(jī)功率：P=Fv/1000η[1]

式中：P——所需電機(jī)功率，kW;

F——作用力，N;

v——?jiǎng)恿λ俣龋琺/s;

η——傳動(dòng)效率。

此機(jī)構(gòu)電機(jī)經(jīng)蝸輪蝸桿減速機(jī)及齒輪齒條帶動(dòng)負(fù)載升降，蝸輪蝸桿減速機(jī)的傳動(dòng)效率是0.7，齒輪齒條的傳動(dòng)效率是0.95，將各項(xiàng)數(shù)據(jù)代入可得：

P=180×9.8×0.385/1000×0.7×0.95≈1.021kW，取1.5kW。

（b）氣缸推力配重