一種帶定位的冰箱夾抱豎箱移載系統的研究

彭紅輝 郝鄭濤 宋建存 馮建輝 吳文華 李秋浪

（中國電器科學研究院有限公司 廣州 314000）

引言

當前國內外大多數冰箱廠都流行采用冰箱、冷柜共線生產以減少設備投入成本從而得到更高的收益，但是在發泡完成后，冰箱和冷柜由于零部件工藝安裝的差異，不得不階段性對其進行分線處理，即在發泡后與豎箱前分叉成兩條線段，冷柜走主線段，冰箱走分線段，因此在兩線會合前，需要對冰箱進行豎箱與移載到主線段的工序[1]，這一過程就是由本文研究的冰箱夾抱豎箱移載機來完成的。

1 實現原理

本文研究的一種帶定位非對稱式夾抱旋轉移載機構移載機構，包括短行程臂定位單元，位于夾抱機構一側、豎直方向可旋轉的支承單元，以及可控制夾抱和翻轉并移動的控制單元；夾抱機構包括兩條夾抱臂：一條長行程臂，一條短行程臂，兩條夾抱臂上均含吸盤支架并配套有真空發生器，整個夾抱機構可升降，整體由龍門框架支撐，框架上沿含直線導軌副，實現整個夾抱機構的前后移載動作；最后還包含一小段承接滾筒線，用于實現承接夾抱旋轉由臥式轉成立式的產品，最后駁接至流水生產線。

系統控制采用西門子1200PLC，同時配置有西門子V3 觸摸屏與PLC 通訊，通過觸屏進行手動操作控制，也配置有實時報警顯示以及歷史報警記錄查詢功能。

2 設計目標

1）冰箱寬度適應范圍：（400～900）mm 內精準定位方便夾抱；

2）安全防護：加強夾抱與移載穩定性，防止損壞冰箱產品，夾抱成功率99 %以上；

3）優化移載及放置工序控制邏輯防止并線時冰箱冷柜干涉；

4）工作節拍：（60～72）S/臺（帶變頻調速）。

3 關鍵步驟的介紹

3.1 系統工作流程

整個冰箱夾抱豎箱移載系統工作流程圖1。

圖1 冰箱夾抱豎箱移載系統工作流程

3.2 冰箱定位方式改進

初代的冰箱夾抱豎箱移載系統（如圖2 所示）定位方法是當冰箱產品隨生產流水線運轉到夾抱工位時，在執行夾抱動作之前的流水線上進行一個定位工序，，因為夾抱臂是兩邊行程相同的一對夾抱臂，即對稱式設計，夾抱時是兩臂同時往中間動作從而實現夾抱的動作[2]，因此為兼容不同大小的冰箱，在夾抱之前冰箱必須對中定位才能實現成功夾抱，其難度在于要安裝很多光眼來對不同大小的冰箱進行對中定位，而輸送冰箱至夾抱工位的線體是多列皮帶線，線體上安裝多組光眼又不方便；據客戶現場生產中反饋，皮帶輸送線末端對不同類型冰箱產品進行對中定位時，又經常會出現“剎車不住”而使冰箱沖出線體被損壞，也有定位不精準導致夾抱臂下行撞壞冰箱的情況。

圖2 舊式冰箱夾抱豎箱裝置

根據以上客戶反饋的相關問題，經反復研究，我們改進了定位方式，轉換思路，讓產品在皮帶線末端停止時，保證冰箱外沿始終在夾抱短行程臂初始位置左側停止即可，此時我們的設計思路是讓夾抱臂的短行程臂先動作，走到一定位置觸及冰箱推動冰箱往內運轉到指定位置后停止完成冰箱右側定位，此時再讓長行程夾臂向冰箱作靠近運動，直至左右夾臂上的吸盤觸及冰箱產品左右側，配套的真空發生器動作[3]，對吸盤內進行抽真空，從而對冰箱產品進行成功夾抱。新型夾抱豎箱移載系統布局如圖3、圖4。

圖3 新型夾抱豎箱移載系統布局正視圖

圖4 新型夾抱豎箱移載系統布局左右視圖

3.3 冰箱產品的豎箱過程

冰箱產品夾抱上升到安全高度后，左右夾抱臂上的氣缸動作，驅動吸盤單元整體旋轉90 °，從而實現冰箱從臥放到豎立的一個轉變。整個旋轉過程穩定不抖動，可靠性高，新型帶定位的冰箱夾抱豎箱移載系統實物圖如圖5。

圖5 新型帶定位的冰箱夾抱豎箱移載系統實物圖

3.4 豎箱后的冰箱移載過程

冰箱完成豎箱動作后將由夾抱機構沿龍門架上的直線導軌向主線體方向運動，到達放置工位的位置即停止，完成移載過程。

3.5 冰箱移載到位后的放置與輸送

冰箱產品豎箱移載到位，在放置之前需安放泡沫底托于承接動力滾筒上且需在冰箱放置位置正下方，底托的放置準確與否和之前冰箱定位的精準密切相關，待底托放好，承接滾筒下方設計有一腳踏開關，當開關動作，即發出控制命令，系統接到放機命令，整個夾抱機構下降將冰箱緩慢放置在承接動力滾筒上，冰箱觸及底托并觸及滾筒表面時，行程開關動作提示放置成功，此時左右夾抱臂松開，整個夾抱機構整體上升，并延龍門架上直線導軌往冰箱支線運動，返回到初始待夾抱位置，等待下一臺產品的夾抱移載，如此循環。

4 創新優勢點

4.1 性能優勢

1）新型冰箱夾抱豎箱移載機針對過去傳統設計中所暴露出來的問題進行了相應改進，采用左右非對稱式雙夾臂設計，所謂的非對稱式是指左右夾臂的行程長有短，系統采用短行程夾臂來進行冰箱定位，使其能適應不同大小的冰箱，每次夾抱豎箱移載后在放置工位都能順利放置在下方的承接滾筒線上。為防止移載過去主線的冰箱與主線段正在運行冷柜產品出現干涉，移載機也不便將豎箱后的冰箱直接移載過去放置于主線段，為解決這一問題，設計在兩線匯合前一工序移載下面做一承接滾筒輸送線，將該段線與主線進行互鎖防干擾，同時又不影響到移載機的移載節拍。整系統在傳統夾抱豎箱移載機的基礎上改進了定位方式，夾抱臂設計以及控制邏輯優化，使得整個系統的生產節拍加快了至少8 s。

2）改變了雙行程臂的夾抱邏輯以及雙臂出力情況，新型設計是先讓短臂夾到受限位置從而實現準確定位，待這一動作完成后，再啟動長臂夾緊，實際上就是單獨長臂側出力進行夾緊動作，這樣也能避免以往設計雙臂同時出力夾緊夾壞冰箱的情況出現；同時，在冰箱放置工位，采用先松開長臂再松開處在操作側的短臂，這樣避免了短的夾臂在松開過程中撞到操作工，安全性更高。

3）通過對各工作流程的優化控制，改變了豎箱動作發啟時間，將以往在夾換工位高位進行氣缸旋轉豎箱動作改為在冰箱移載離開夾抱工位到達安全豎箱點即開始進行氣缸旋轉動作，即邊移載邊進行豎箱動作，這樣既避免了夾抱工位下一輸送過來的冰箱的干涉也節省了單獨豎箱這一動作的時間，節拍有所加快，移載效率提高。

4.2 經濟優勢

首先，將定位由皮帶線上安裝的光電傳感器定位設計改為直接利用夾抱臂進行定位，省去了幾組光眼以及安裝支架及電控接線以及節省了PLC 輸入點，這樣在成本上省了不少。

其次，通過定位的簡化以及控制流程的優化，冰箱在空中的移載行程，同時引入了下方小段承接滾筒線，從而也減少了整體移載時間，使得整個專機的工作節拍加快，舊式豎箱移載設備節拍在84 s 以上，改進的新型豎箱移載設備節拍為（60～72）s，至少提快了12 s，產能有所提高，若按一天按8h 生產400 臺冰箱，400*12/72=66.7（臺）一天下來可多生產至少66.7 臺冰箱，如果是按兩班輪班，則每天多生產冰箱可成倍增加至133 臺以上，這樣帶來的經濟效益是非常可觀的，等于相同時間內可以創造更多的價值。

5 結論

研究的新型帶定位的冰箱夾抱豎箱移載系統，經實際測試以及工廠運行后，完美解決了客戶之前提出的經常出現“摔箱”或者“夾抱不準”而撞壞冰箱箱體以及由于雙臂的出力問題導致“夾壞”冰箱的問題，同時通過對系統各環的控制邏輯的優化，又加快了生產節拍，各設計目標均成功實現，受到了客戶的一致好評，相信在當今競爭激烈的冰箱市場，新型的夾抱豎箱移載專機系統 定會有好的推廣前景，同時我們也會繼續跟進客戶的反饋不斷去完善該系統的軟硬件，以市場為導向，研究更好的系統。