馬桶泥坯坑口自動排水系統研究與設計

劉 智 胡國緯 楊 偉 劉修泉 張濤川 陳 思

（佛山職業技術學院智能制造學院，廣東 佛山 528137）

0 引言

在陶瓷衛浴用品行業，馬桶泥坯因其特殊的制作工藝，目前仍是一種勞動密集型產業。近年來，隨著人力資源成本的日益上漲和行業內熟練技工數量的日益減少，陶瓷衛浴產品生產企業招工難的問題也日趨嚴峻。將馬桶泥坯的部分工藝流程進行自動化升級改造便成為行業亟須解決的問題。在這一背景下，以生產周期短、生產效率高、模具壽命長為特點的泥坯高壓注漿[1，2]生產工藝便應運而生。然而這一工藝因其快排水的功能，不可避免地會存在部分水流入馬桶泥坯，殘留在泥坯坑口而無法自行排走。坑口的殘留水會造成泥坯軟化而影響后續工藝，進而帶來產品質量和良品率的問題。

對于坑口內殘留水的排水問題，目前產線工人的常用做法是通過海綿塊的多次吸水、擠壓排水來解決這一問題。在本就繁重的生產線上，這個附加動作勢必增加工人的勞動強度，且殘留水是否排盡存在較大的隨機性。本文針對這一問題，設計了一套自動化排水裝置，并根據高壓注漿生產線的工藝流程編制了排水裝置的PLC控制程序[3]，用于排除馬桶泥坯坑口內的殘留水。

1 自動抽水裝置結構方案設計

本項目的馬桶泥坯高壓注漿生產車間有八條馬桶泥坯生產線，每條生產線有十二個工位。該高壓注漿生產線從注漿到完成脫模用時25～28 min，脫模后泥坯需要完成轉運、開孔、喉面粘接、翻轉等動作。對工藝動作及流程進行分析后，需要在脫模后30 s內完成坑口殘留水的排水工作。

高壓注漿生產線在完成對模具型腔注漿后采用了水環真空泵對模具進行真空抽水工作，在開模后再用高壓空氣吹入模具內部使模具快速排水。對模具進行抽水期間以外，水環真空泵均處于閑置狀態，因此坑口殘留水的抽排水方案可以在現有水環真空泵真空系統的基礎上進行改造，將水環真空泵在閑置狀態下的部分時間用于抽排泥坯坑口內的殘留水。

由于需要在30 s內完成泥坯坑口內殘留水的抽排工作，因此用于抽水的機械裝置各個執行件的動作需要快速而簡單。而現場高溫高濕的環境對抽水裝置的可靠性提出了較高的要求，因此該抽水裝置應盡量避免采用復雜的機械傳動。結合以上的工藝要求和現場工況，設計了一套如圖1所示的氣壓傳動真空抽水裝置。

圖1 真空抽水自動裝置系統結構示意圖

該真空抽水裝置采用升降氣缸將吸水重錐放入坑口，為了防止兩個吸水重錐在執行升降運動時出現偏轉，在升降氣缸一側添加了導向裝置。在調整好該抽水裝置的位置后保證吸水重錐能落入坑口的底部。為了防止重錐破壞泥坯坑口底部的表面形貌，連接吸水重錐的吸水管采用硅膠軟管。

2 自動抽水裝置的氣動系統設計

在高壓注漿車間的各條生產線上均安裝了高壓空氣供氣系統、抽真空系統以及供水系統等。結合現場的系統配置，該自動抽水裝置各動作的執行通過氣動系統實現。兩個吸水重錐的升降通過如圖2所示的升降氣缸實現。抽真空系統利用產線一側的水環真空泵實現，真空系統的開啟和關閉通過氣動截止閥實現。自動抽水裝置的氣動系統原理如圖2所示。

圖2 電氣原理設計圖

3 自動抽水裝置邏輯控制流程

如圖3所示，模具在開模以后在泥坯脫模的過程中從模具內部排除的部分水分掉落泥坯內匯集在坑口部位，體積約200 mL，這部分殘留水會軟化坑口部位的泥坯，對后續工藝和產品質量帶來影響。

圖3 泥坯坑口殘留水

本文所設計的自動抽水裝置是在現有高壓注漿生產線的基礎上進行的一個技術改進項目。因此，動作的執行需要在現有工藝流程的基礎上進行。高壓注漿生產線目前的工藝流程如圖4所示。

圖4 泥坯生產工藝流程

馬桶泥坯坑口殘留水主要來自泥坯脫模后模具排出的水自然流入馬桶內部，而聚集在坑口。從上述工藝流程來看，要完成泥坯坑口內殘留水的排出，需要在“模具排水”動作和“泥坯轉運”動作之間完成。而目前高壓注漿生產線這兩個動作之間的時間間隔為30 s，因此自動抽水裝置包含抽水在內的各個動作所有時間需要在30秒內完成。為了簡化動作流程，本項目的程序設計思路如圖5所示。

圖5 自動抽水裝置控制流程

根據圖2所示氣動系統原理圖，確定輸入、輸出元件及控制對象。系統所需的用戶輸入設備有按鈕開關、光電傳感器；輸出設備有電磁閥、氣動截止閥、指示燈等。根據以上元器件類型及數量，本項目采用12個I/O分配點的小型PLC對自動抽水裝置進行控制，根據動作原理和工藝要求進行程序編寫。程序的基本邏輯如下：通過馬桶泥坯傳送帶一側的光電傳感器感應馬桶泥坯位置，控制升降氣缸的下降動作。升降氣缸上的下限位傳感器控制氣動截止閥的打開動作以及水環真空泵的開啟動作。通過時間繼電器控制水環真空泵的抽真空時間以及升降氣缸的上升動作和氣動截止閥的關閉動作。在程序編制完成后進行泥坯坑口殘留水的抽排水工作。經實測，抽排完坑口部位殘留水所需時間約9 s。測試結果如圖6所示。

圖6 抽排水完成的坑口部位

4 結語

本文從提高自動化程度和減輕勞動強度的角度出發，對佛山某陶瓷衛浴產品生產企業的高壓注漿生產進行技術改進工作，用于完成生產線上馬桶泥坯脫模后坑口殘留水的抽排水工作。根據現場設備的結構、系統配置和工藝流程設計了一套自動抽水裝置，并用小型PLC完成了自動抽水裝置的程序編寫。實驗結果表明，該裝置能在泥坯脫模后很短的時間內完成坑口殘留水的抽排水工作，且該裝置結構簡單，動作可靠，該裝置的使用在提高企業生產效率的同時為泥坯良品率的提高提供了有力的保障。