礦用炮泥碼垛設備的設計

張 宇

（晉能控股煤業集團大斗溝煤業公司， 山西 大同 037003）

引言

對某礦企業調查研究表明，當采用傳統炮泥機進行作業的過程中，尤其是面對裝箱和人工切斷等作業時，需要人工操作，不僅增加了彎腰作業等多種重復性勞動，加重工人的勞動負擔，而且工作效率低下以及在裝箱過程中出現排列不一致的現象，面對該種現象，急切需要提出針對性的方案實現機械化或自動化的生產，減輕工人的勞動強度。若采用工業機器人來進行作業，出現的問題是成本高，而且由于炮泥尺寸較小，易變性，工業機器人很難對炮泥進行操作。為了在工作過程中降低生產成本和提高生產效率，通過設計自動碼垛工藝路線來滿足對設備的生產要求，明確了機構的相對位置和機構尺寸的相互聯系，在標定的工藝路線中，設備可以根據路線快速碼垛，完成碼垛流程，碼垛的運行、炮泥的整個生產，在這些過程中只需要一名工人來進行操作，不僅降低了工人的數量、工人的勞動強度，而且為整個企業生產過程創造了工業價值和經濟效益。

1 碼垛設備工作過程和總體結構

一些碼垛機械手在實際的生產過程中運用的是PLC 控制技術和氣動技術，炮泥在運動的過程中，通過到達設定的位置，通過傳感器的形式將傳感器監測到的信號傳輸到主控制器，當主控制器接收到信號并進行分析和記錄后，將對控制執行裝置，對執行裝置的相關位移量進行調整，從而實現碼垛作業順利進行。采用炮泥自動碼垛機器具有的優勢是能夠滿足箱體自動下降、炮泥切斷等相關任務。其設備總裝圖（見下頁圖1），主要包括三大部分：箱體升降裝置、主體裝置、切撥裝置，設備總裝圖主要由電控系統、推板、過渡口、箱體和傳送帶等組成。該設備的工作流程為：炮泥機產出炮泥泥坯，泥坯達到所設定的尺寸以后，通過光電監測機構進行監測，控制切撥機構進行間隙工作，當炮泥達到所設定的尺寸以后，有切割機進行切割操作，并將切割后的炮泥經過過渡口傳送到傳送帶，在傳送帶的運輸中，最后到達指定的炮泥箱體位置，產生的信號由傳感器進行監測，將信號傳輸到主控器，在主控器的控制下，側推氣缸將會通過活塞桿對側板進行推動，在箱體內的合適位置進行多個炮泥的同時送進，通過對傳送帶進行相應的設置，當滿足箱體裝滿一箱的操作以后要停止繼續向該箱體輸送炮泥，其原理是通過氣缸、導軌等設備，當炮泥裝滿一層后，在箱體安裝的檢測器能夠及時地監測到相關的信息，進行箱體下移操作，下移距離為一個炮泥的高度，如此反復操作，直到箱體全部裝滿時，會觸發計數裝置進行報警，使得工作人員及時了解到該箱體已經裝滿，重復這樣的裝箱操作，在各個機構實現相互配合，相互聯系[1]。

2 主要組成裝置的工作原理

2.1 主體構架運行分析

主體構架由側推裝置和傳動裝置組成。傳動裝置主要由擋板、承載托輥組、框架、傳送帶、滾筒、主體框架等零件組成，如下頁圖1 所示。前滾筒安裝在傳動裝置的前側，后滾筒安裝在其后側，托輥安裝在前后滾筒之間。過渡口中出來的炮泥掉落到傾斜的傳送帶上，在擋板上滾靠，依靠傳送帶將其輸送到設定的地點，并通過傳感器進行位置變化的監測，傳感器將監測到的信號傳輸到主控制器，通過主控制器將信號進行分析記錄后，控制氣缸的運動。

圖1 炮泥碼垛裝置總體裝配圖

2.2 炮泥箱升降裝置工作原理

如下頁圖2 所示為炮泥箱升降裝置結構，該結構主要是由氣缸支撐板、滑塊、氣缸、直線導軌、炮泥箱底座等部件組成。炮泥箱限位板的作用是能夠確定箱子的位置，確保箱體都能到達指定的位置。當炮泥被推進的過程中，傳感器將會檢測到這一動作，以信號的形式將其傳輸給主控制器，通過主控制器將信號進行分析記錄后，控制側推板氣缸的運動，當側推板結束一個行程以后又回到最初設定的地點，通過氣缸的作用，箱體將會下移一個炮泥直徑的距離。通過重復以上的動作流程，當箱體內的炮泥被裝滿以后，通過計數器監測報警后，進行下一個空的箱體更換[2-3]。

圖2 炮泥箱升降裝置結構圖

2.3 切撥裝置結構及運行分析

如圖1 所示，炮泥坯支撐臺和主體架平臺之間的支撐架上，安裝切撥裝置。如圖3 所示為切撥裝置結構，側擋板分別在炮泥坯支撐臺的兩側設置，分布在支撐臺兩側的擋板V 形形狀，其作用是可以放置泥條的槽。切撥裝置主要是由傳動軸、4 個撥齒、4 把切斷刀形成。4 把切泥刀和4 個撥齒分別在傳動軸的四軸分布排列，切泥刀的位置之后拔齒45°，截面形狀呈弧形。當炮泥機生產出炮泥以后，炮泥到達炮泥坯支撐臺，光電監測機構設置在炮泥坯支撐臺前方，當光電檢測機構監測到炮泥坯到達所需要的尺寸時，將信號傳輸給主控器，主控器在接受到信號以后通過控制電動機的運轉[4-5]。

圖3 切拔裝置結構

3 主要技術參數分析

3.1 傳送帶尺寸及安裝位置

在膠帶輸送機的參數計算中，安息角具有非常重要的作用，當炮泥機產生炮泥時，隨著掉落至傳送帶，由于傳送帶傾斜一定的角度，且傳送的角度要保證其切斜角度比安息角稍大一點，這樣的好處是能夠保證炮泥緊挨防滑擋板的同時，還能讓炮泥以較快的速度滾動時對拍好的炮泥和擋板的損壞較小，保證炮泥在排列的時候很緊密。膠帶輸送機的輸送帶的傾斜角度主要由輸送帶和被輸送的物料之間的摩擦因數來決定。

3.2 側推板、箱體底座尺寸

炮泥尺寸：長度和直徑分別是150 mm 和37 mm，由于單邊也是需要一定的尺寸，所以皮帶的長度和寬度分別為1 900 mm 和160 mm。避免炮泥在傳送時發生偏斜的防滑擋塊，其寬和高的尺寸都為5 mm，擋塊長度為100 mm。應用兩個側推板和兩個氣缸的好處是能夠確保平順的將炮泥推送到炮泥箱中，每次推10 根炮泥，所以推板的寬、高分別設定為180 mm 和30 mm[6]。

根據炮泥的尺寸，其箱體的尺寸設定為厚2 mm、容寬160 mm、容長389 mm、容高380 mm，箱體底座的寬和長分別設定為162 mm 和395 mm。

4 結語

炮泥碼垛在本文的設計中屬于新型設備，該設備實用性強，工作效率高，解決了對小型圓柱件的拾取造成變形和裝箱等問題，拋棄了之前一根根的拾取小型圓柱件的繁重任務，結合炮泥機完成炮泥生產的自動化問題，在以后的生產中具有很好地效益。本文設計的炮泥碼垛具有以下特點和優勢：通過各個機構自動協調控制，降低了工人的勞動強度和工人數量；設備簡單可靠，成本低，工作效率大幅提升；各個裝置通過氣動來實現協調動作，對環境的污染小。