在線定位裝置

鄧 淵，潘 海

(中國建材國際工程集團有限公司，上海 200063)

在玻璃加工中，由于輸送設備的加工精度、安裝精度有限，又或是因輥子長時間運作有所磨損，使玻璃板在輥道輸送過程中，形成不可避免的跑偏，從而導致玻璃板的中心線與輥道中心線不一致，以至于后續工位無法按規定生產，并且由于玻璃板跑偏，有可能會發生撞片等現象，對設備及玻璃板造成損害，發生故障，從而影響質量與工期，嚴重的甚至導致玻璃板碎片，對工作人員造成傷害，故玻璃生產加工中配備一臺在線定位裝置的設備至關重要。玻璃在線定位裝置的設計是以保證玻璃板回歸到預設位置為前提，同時保證玻璃板的接觸損害最小，盡可能快速的完成整個工作流程，保證流水線的節拍，能夠更有效率的進行生產計劃。

1 在線定位裝置的設計方案

1.1 在線定位裝置的組成結構

圖1、圖2為在線定位裝置的結構詳圖，該機構主要由拉梁、定位輪拉梁、氣缸拉梁、絲杠、氣缸等組成。兩根拉梁內側各設有一根直線導軌，兩組定位輪拉梁與氣缸拉梁兩頭設有滑塊，使定位輪拉梁與氣缸拉梁能在直線導軌上移動自如，設備選用HG系列重負荷型滾珠線性滑軌，此類型直線導軌優點在于：滑軌在安裝時，借由鋼珠的彈性變形及接觸點的轉移，使其具備四方向等負載及自動調心的功能，可吸收安裝面的裝配誤差，使定位輪拉梁與氣缸拉梁在直線導軌上運作自由、無卡頓，并且該滑軌運用四列式圓弧溝槽，配合四列鋼珠等45°的接觸角度，讓鋼珠達到理想的兩點接觸構造，能承受來自上下和左右方向的負荷，在必要時更可施加預壓以提高剛性[1]。該設備的一根定位輪拉梁上各布置2個定位輪，總共4個定位輪對玻璃板進行四點定位，更穩定、更精確，定位輪的安裝方向也可根據定位玻璃板的寬度進行調整。該設備選用兩組雙軸氣缸，選擇雙軸氣缸的依據來自其采用的是標準的嵌入式安裝固定形式，可以節省很多的空間，更能滿足玻璃板更小規格的生產定位。此外，其還具有一定的抗彎強度和抗扭強度，能夠吸收一部分的橫向荷載，其固定板的安裝孔有三面，能夠從多個位置進行加載。氣缸安裝位置如圖1所示，左右對稱布置，氣缸的伸出桿的安裝板與定位輪拉梁相連；氣缸拉梁的底座設置有螺母座，螺母座連接螺母，可在絲杠上的螺桿中滑動，根據工廠玻璃板規格來手動調節定位氣缸的初始位置，螺桿的長度，也可根據玻璃板的生產需求定制。設備左右布置兩根絲杠，絲杠上的螺桿一個為左旋一個為右旋，每根絲杠都通過兩個軸承座固定，絲杠一端的軸承座固定在拉梁上，另一端的軸承座固定在輸送輥道的橫拉梁上。兩根絲杠可通過夾殼聯軸器連接，能實現左右同步調整氣缸初始位置的需求，使氣缸始終保持對中布置，若生產需求為靠邊定位，也可將夾殼聯軸器拆除，單側依次將定位輪手搖至初始位置。使用夾殼聯軸器的原因，在于夾殼聯軸器的裝配和拆卸時軸不需軸向移動，裝拆很方便。

1.2 在線定位裝置的安裝

圖3為在線定位裝置安裝在輸送輥道中的示意圖,該在線定位裝置通過兩根橫拉梁將在線定位裝置本體固定在輸送輥道上，并保證左右2組定位輪以輥道中心線為基準左右對稱。絲杠固定在輸送輥道的軸承座外側還各設有一個限位夾，如圖4所示，該限位夾上側兩個通孔將限位夾固定于輸送輥道上，下側中央通孔穿過絲杠，邊側螺紋孔中安裝螺栓，該件作用在于，旋轉手輪確定定位輪初始位置后，旋緊限位夾上的螺栓將絲杠卡死，保證定位輪的初始位置不再發生變化。

1.3 隨動定位輪的組成結構

圖5為隨動定位輪的內部結構，該件主要由定位輥輪、定位輥軸及滾動軸承組成。定位輥軸下端通過螺栓與定位板相連，上端做階梯軸，放置兩個滾動軸承，通過螺栓與端蓋將滾動軸承的內圈與定位輥軸固定，使其無相對運動，滾動軸承外圈外套有隨動輪，通過壓板將隨動輪與之固定無相對運動，當玻璃板接觸到隨動輪時，滾動軸承內圈保持不動，隨動輪帶動滾動軸承外圈隨玻璃板前進方向做圓周運動。滾動軸承的使用維護方便，工作可靠，起動性能好，在中等速度下承載能力較高。

隨動輪材料選用聚四氟乙烯，聚四氟乙烯俗稱“塑料王”，具有高度的化學穩定性，對強酸、強堿、強氧化劑、有機溶劑均耐蝕，只有對熔融狀態的堿金屬及高溫下的氟元素才不耐蝕；有異常好的潤滑性，具有極低的動、靜摩擦因數，對金屬的摩擦因數為0.07～0.14，自摩擦因數接近冰，pυ極限值為0.64×105Pa·m/s；可在260 ℃長期連續使用，也可在-250 ℃的低溫下滿意地使用；優異的電絕緣性；耐大氣老化性能好；突出的表面不粘性，幾乎所有的黏性物質都不能附在它的表面上，常用于作耐腐蝕化工設備及其襯里與零件；作減摩自潤滑零件，如軸承、活塞環、密封圈等；作電絕緣材料與零件[2]。隨動輪材料選用聚四氟乙烯，其最大的優點在于當玻璃板接觸隨動輪時，因玻璃板不停片，繼續隨流水線前進方向運動，與隨動輪之間的摩擦越小越好，摩擦越小對玻璃板的損害越小，相對的，對隨動輪的損害也越小，大大增加了使用壽命。

1.4 結構件分析

1.4.1 固定橫梁應力分析

拉梁的變位分析采用Inventor環境中的應力分析,如圖6所示。

1)建模：截取一根拉梁，該件為矩形鋼兩端各焊有一塊鋼板，故作為整體分析，材料附為Q235-A，點擊Inventor應力分析。

2)增加約束：點擊Inventor中“創建分析”，因該梁為在線定位裝置的拉梁，通過拉梁將在線定位裝置固定在輸送輥道的橫拉梁上，采用兩端固定約束形式，點擊“固定約束”將約束添加在兩端鋼板的兩個面上。

3)添加作用力：因該在線定位裝置中設有兩根拉梁，故該設備的重量平分在兩根拉梁上，此應力分析按該件重量的一半進行分析，點擊“添加力載荷”即添加平均載荷，該文提及的在線定位裝置的平均載荷約為450 N。

4)結論：點擊“分析”，得出如圖6結果，該位移結果可以更直觀的看到模型的實際變形量。

1.4.2 絲杠應力分析

絲杠的變位分析采用Inventor的設計加速器進行分析，如圖7、圖8所示。

1)建模：點擊軸生成器，按設備建模型，根據該文模型特性，兩端軸直徑為25，中間段軸直徑定為36，材料附為45號鋼。

2)添加支撐：在軸生成器的計算頁面，給模型添加2個支撐，一端為固定支撐類型，一端為自由支撐類型。

3)添加載荷：根據設備特性與已知負載，添加載荷。論文提及在線定位裝置的負載經計算為1.58 N/mm的均布載荷，長度為126 mm。

4)結論：點擊“計算”，在軸生成器的圖形頁面，可以直觀的看到模型的實際變形量。點擊“偏差”項，如圖8所示，該絲杠的實際偏差量約為927 μm，故該絲杠設計，符合設計規范。

2 在線定位裝置的工作原理及操作流程

2.1 在線定位裝置的工作原理

通過兩側氣缸帶動定位輪的夾緊，同時定位輪隨動滾動，來實現玻璃板的不停片在線定位功能。兩側氣缸各伸出100 mm行程，實際意義在于，允許玻璃板在前段輥道輸送期間有±100 mm的跑偏量，玻璃板在進入定位裝置時不會撞到定位輪，從而導致定位輪及玻璃板的損壞。定位輪為隨動輪，可以實現在線定位而不需停片，當定位輪夾緊對玻璃板進行定位的同時，玻璃板繼續前進，隨動輪緊貼玻璃板進行圓周運動。

2.2 在線定位裝置的操作流程

前期準備：啟動氣源，將氣缸伸出至行程最大處，接著轉動手輪，通過旋轉絲杠帶動螺母、螺母座及上方氣缸、定位輪，使得兩側定位輪中心距為需定位玻璃板寬度+2×氣缸行程+2×定位輪半徑，擰緊限位夾上的螺栓，將絲杠固定無法繼續旋轉。

工作流程：流水線啟動，運送玻璃板至該段在線定位裝置的第一根輸送輥道時，信號輸送給電機，輸送輥道減速，玻璃板以減速度運行，當4個定位輪完全覆蓋到玻璃板時，氣缸工作，將推桿回縮行程歸零，定位輪隨氣缸推桿往玻璃板靠近，直至緊貼玻璃板進行定位。在定位的同時，玻璃板仍在低速前進，定位輪夾緊玻璃板隨玻璃板做圓周運動，當玻璃板離開最后兩個定位輪時，氣缸工作，將推桿伸出至行程最大處，信號輸送給電機，輥道提速用于接取下一片玻璃板，此為一個工作流程。

3 結 論

隨著生產自動化的飛速進步，工廠生產不單單是拋棄人工這么簡單，在自動化的同時，更希望可以高效、高質量的生產，該文所提及的在線定位裝置，已在多個生產線上投入使用，該設備結構簡單，操作方便，能夠滿足工廠生產規格的各種需求，并且可以有效的節約定位時間，提高生產玻璃板的工作節拍，為工廠節約成本，創造最大的收益。