高速垂直擺動合分流帶式輸送機在定制板式家具自動化生產線中的應用研究

張 挺，苗中銀

（廣州寧基智能系統有限公司，廣東 廣州 510000）

引言

在板式家具自動化生產線中，產品輸送需要換向或轉向，而線體控制存在一定問題，出于穩定和安全輸送需要，每段線體上在任何時候只能存在一張板，即只有在前面板的板尾離開本段線后，后板才能起動進入本段線體，因此板與板之間距至少為一段線體的長度，單段線體越長，板間距越大，輸送效率越低。現代高速（40 m/min）高效（23 件/min）封邊機，板間距最短0.5 m（前板尾、后板頭之間距），如果采用平常輸送方式，會導致封邊機的利用率降低。因此必須采用一種更高效的輸送方式，本次研究的內容，前期采用雙層輸送，在封邊前采用垂直擺動合流帶式輸送機，在封邊后采用垂直擺動分流帶式輸送機輸送機，能有效滿足封邊機的高效吞吐量，實現產線高效生產。

1 垂直擺動合分流帶式輸送機的介紹

1.1 高速性

垂直擺動合分流帶式輸送機的高速性體現在高速擺動，使用了高慣量伺服電機驅動。該型輸送機主要由機架，皮帶輸送線體，主動輥，擺動伺服電機，減速箱，驅動軸，曲柄盤，連桿和電氣裝置等組成，其結構如圖1 所示。

1.2 板件表面的特性

生產線中的板件上、下表面都有PVC 材質貼面，表面光滑，但四周尚未封邊，板件邊沿容易受撞崩塌，因此在過渡時要避免擠壓，避免線體對接時前慢后快，或對接角度大等情況。

圖1 結構組成

1.3 擺動的幅度

從擺動效率上來說，擺動幅度越小，用時越短，擺動效率越高。因此在設計上可以減小線體入口端的厚度。壓縮兩層的層高，同時上下層做成喇叭狀接板，相當于延長了擺渡的長度，但擺動線實際較短，這樣減輕了擺動線的重量，降低了擺動線體的慣量，見圖2。

圖2 接口情況

1.4 異常情況的處理

在實際應用中，由于封邊設備或其他的原因導致停機，會打亂輸送的節奏，比如板件追尾、板件積壓等，這些情況在不同位置的處理方式如下：

1）封邊機入口位置。封邊機自帶多段滾筒線，每段滾筒可以自動調節速度，當進板密集時，通過速差調節板間距，再通過攔截裝置堵住后面的板，被攔截的板會停止輸送，當前板走一定距離后，攔截裝置打開并放行下一張板。

2）封邊機連線位置。產線異常停機恢復后，停在線上的板通過輸送線逐級提速，拉開板間距，并通過擺動分流輸送，當封邊機連線上所有板件清空后，再起動縱向封邊機，防止封邊機因線體原因頻繁起停。

3）擺動線停線情況。擺動線上有進板傳感器、停止傳感器、出板傳感器、安全檢測傳感器。假如在擺動分流過程中，板頭先觸發擺動線上的停止傳感器，輸送就會停止，但擺動會繼續，擺動到位后，線體再次起動輸送，直到板尾完全脫離擺動線，并且沒有被安全檢測傳感器感應到，才會執行下一次擺動指令；

4）線體急停后，假如安全檢測傳感器感應到有板搭在擺動線和雙層線體之間，此時擺動線不能動作，但可以輸送，直到板件完全脫離擺動線，并沒有被安全檢測傳感器感應到，才會執行下一次擺動指令。

2 工作原理

垂直擺動合分流帶式輸送機由皮帶輸送線體和擺動裝置組成。當傳感器檢測板尾進入合分流線后，發出信號給擺動伺服電機，伺服電機和減速箱相連，輸出轉矩給驅動軸，帶動曲柄盤，通過連桿使皮帶輸送線體繞主動輥旋轉，抬高皮帶線一端，從而實現通道的切換，達到合流和分流輸送的目的。

2.1 技術特點

自動化程度高，能自動實現物料不同高度（兩種或多種高度）、高效合流或分流；控制靈活，可智能選擇對接通道；通過伺服電機配合減速箱，擺動迅速。由于伺服電機的快速響應能力，使雙層之間切換的速度非常快，達到快速分合流目的。

2.2 理論計算和受力分析

2.2.1 參數的確定

需要確定的參數有：擺動線體長度L1、擺動高度H、擺動受力點L2、皮帶線擺動角度θ4。

2.2.2 受力分析

根據圖3 和圖4 分析。力偶相等：F2L2=GL3；線體下壓力F2=GL3/L2；假設：L3=L1/2（重心），則：

根據平行四邊形法則和二力桿受力：

圖3 擺動線運行示意

圖4 受力分析圖

曲柄端T=F1sinθ2=F2cosθ1sinθ2

把式（1）、式（2）代入：

由上式可知，θ1=0°，θ2=90°時，T=GL1/（2L2），曲柄所受力矩最大，見圖5。

式中：F2為擺動點2 處的受力；G 為重力；L3為重力受力點距離；θ1為連桿偏角；θ2為連桿擺動角；T 為轉矩。

圖5 曲柄力矩最大狀態

2.2.3 優化設計

通過受力分析可知，當曲柄角θ2工作在90°±45°范圍內時，如圖6，擺動上、下工作位效率最高，力學性能最好，配合伺服電機的加減速特性，擺動線起動和停止更平穩，同時完成擺動的動作更快，時間短，提高了擺動線的效率。

圖6 曲柄受力曲線

2.3 控制系統

擺動合流線控制分兩部分：一部分為輸送控制系統，另一部為擺動控制系統見下頁圖7、圖8。

3 計算和實際應用效果

圖7 輸送控制系統流程圖

圖8 擺動控制系統結構示意圖

圖9 單層進板方式

圖10 封邊機高效合流進板方式

產品通過單層輸送的效率（如下頁圖9），取決于生產線中效率最低的執行機構，因此單層線是有輸送瓶頸的，如果需要高效輸送，必然要采取多通道輸送，在加工節點前再采用合分流方式（如下頁圖10）。在實際應用中，擺動一次可達到0.5 s 以內，假如單層線體輸送效率為12 件/min（5 s/件），輸送速度為1.5 m/s，那么兩張板間距為7.5 m（含板長）。如果雙層輸送加擺動線合流，0.5 s 擺動到位，線體起動0.3 s 后速度1.5 m/s，加速度a=1.5/0.3=5 m/s2，計算得 板 間 距s=vt1+0.5at2=1.5 ×0.5+0.5 ×5 ×0.3 ×0.3=0.975 m，按照80%效率，板間距約1.2 m（不含板長），假如平均板長1 m，則兩種輸送方式板距之比為7.5∶2.2，擺動合流后的最高輸送效率為90 m/min/2.2 m/件=41 件/min。

從上面計算結果可以看到通過合流后的輸送效率是高于雙層輸送的，不會引起堵塞。

假如合流后按照40 m/min（0.667 m/s）輸送，擺動時間0.5 s，加速時間0.3 s。加速度a=0.667/0.3=2.22 m/s2，板間距s=vt1+0.5at2=0.667×0.5+0.5×2.22×0.3×0.3=0.43 m。

按80%擺動和進板效率，實際板間距為0.43/0.8=0.54 m，假設板長1 m，則板中心間距為1.54 m，計算輸送效率40/（1+0.54）=26 件/min，實測最快可達到這個效率。

4 結論

通過對垂直擺動合分流帶式輸送機的功能應用、結構特點及應用比較，并結合實踐經驗得出：本文所述垂直擺動合分流帶式輸送機能滿足板式家具生產中的高效封邊機的進板輸送，彌補單層輸送方式的不足，提高封邊機的使用效率。本文為家具自動化生中板件的高效輸送提供了解決方案。