電石出爐機工具架的設(shè)計與應(yīng)用

（新疆天業(yè)(集團)有限公司，石河子市，832000）

電石是重要的基礎(chǔ)化工原料，電石工業(yè)在我國化學(xué)工業(yè)乃至社會經(jīng)濟的發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。根據(jù)我國能源結(jié)構(gòu)和資源稟賦以及未來發(fā)展趨向，在今后一個較長的時期內(nèi)，特別是隨著現(xiàn)代化煤化工的技術(shù)進步，電石工業(yè)將在我國化學(xué)工業(yè)整體協(xié)調(diào)發(fā)展中，扮演著越來越重要的角色。

電石出爐工序是電石生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，技術(shù)發(fā)展較為緩慢，近些年，隨著自動化、智能化設(shè)備的不斷發(fā)展和普及，電石企業(yè)積極開拓進取，在電石出爐系統(tǒng)方面將先進理念和先進生產(chǎn)設(shè)備引入電石爐出爐環(huán)節(jié)，采用智能機器人技術(shù)，實現(xiàn)電石出爐工序的自動化操作，與此同時，與智能機器人相配套的設(shè)施也進行了改進，本文著重描述與智能出爐機器人配套的工具架的新型設(shè)計，進一步提升智能出爐機器人的出爐效率。

1 出爐工具架的應(yīng)用現(xiàn)狀

電石出爐工序是電石爐生產(chǎn)控制的一個重要環(huán)節(jié)，出爐崗位也是用工最多、勞動強度最大、安全風(fēng)險最高的崗位，天業(yè)電石多年來不斷探索研究電石出爐技術(shù)，引進先進的智能出爐機器人技術(shù)，采用遠程控制技術(shù)，實現(xiàn)出爐操作的自動化、智能化。而目前出爐機配套的工具多是放置在鋼結(jié)構(gòu)焊接的單層結(jié)構(gòu)或多層工具架上，工具架上焊接“V 型”槽，各個出爐工具依次擺放在“V型”槽上，這種結(jié)構(gòu)不僅占地面積大，浪費空間資源，還影響出爐機抓取工具的準(zhǔn)確性和便捷性，間接影響出爐機的出爐效率。

2 新型出爐工具架的設(shè)計

2.1 旋轉(zhuǎn)工具架結(jié)構(gòu)設(shè)計

出爐工序主要包括燒眼、開眼、帶釬、扒爐舌、修眼、堵眼和清爐舌等作業(yè)，在完成一次出爐作業(yè)，出爐機器人需要使用5 項工具，工具架至少還需備用兩個工具位，現(xiàn)有的工具架基本采用單層結(jié)構(gòu)或雙層結(jié)構(gòu)，在機器人運行過程中需要對各個工具點進行定位校準(zhǔn)，嚴(yán)重影響出爐機器人操作的準(zhǔn)確性，同時，抓取遠距離工具時需要消耗的時間更長，直接影響出爐效率。

針對以上工具架存在的問題，某廠技術(shù)人員集思廣益，將出爐工具架進行重新設(shè)計，主體采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，包括工具固定裝置、支撐裝置、驅(qū)動裝置（如圖1），固定裝置包括前固定裝置與后固定裝置，由氣缸和機械抓手組成，氣缸和機械抓手相連安裝于固定裝置的防護罩內(nèi)，因出爐系統(tǒng)為高溫環(huán)境，工具架需要做好防護，防止電石料噴至工具架；工具架的支撐裝置由支撐桿和旋轉(zhuǎn)軸組成，支撐桿頂部為中空套管結(jié)構(gòu)，中空套管內(nèi)安裝軸承，軸承與旋轉(zhuǎn)軸鏈接，工具架驅(qū)動裝置通過鏈條帶動齒輪傳動運行，每個旋轉(zhuǎn)工具架設(shè)計以旋轉(zhuǎn)軸為中心，設(shè)計7～8 個工具放置區(qū)，在運行時將工具固定在旋轉(zhuǎn)式工具架上，同時，在機械抓手和固定裝置的防護罩上分別安裝信號傳感器。

圖1 新型工具架示意圖

2.2 工具架驅(qū)動裝置選型設(shè)計

因電石出爐屬于高溫作業(yè)，出爐口設(shè)備需要長時間處于高溫環(huán)境，因此，在驅(qū)動選型時盡可能簡化其驅(qū)動形式，避免使用液壓元件，出爐工具架要盡量遠離出爐口，對關(guān)鍵的驅(qū)動裝置和傳統(tǒng)的部件做隔熱處理，減少熱量輻射延長設(shè)備使用壽命。目前，工業(yè)機械設(shè)備主要采用的驅(qū)動方式為電驅(qū)動和氣驅(qū)動，電驅(qū)動裝置具有精度高、驅(qū)動力大、響應(yīng)快等優(yōu)點，但設(shè)備成本高于其他方式驅(qū)動的，而氣驅(qū)動具有其他驅(qū)動方式所沒有的優(yōu)點，如成本低、高性價比、無污染、結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力強等，因而越來越多的工業(yè)機械手，采用氣動控制。本設(shè)計采用電機驅(qū)動與氣壓驅(qū)動相結(jié)合的方式，出爐機器人在運行過程對于工具定位的要求較高，選用伺服電機作為驅(qū)動裝置，手抓驅(qū)動選用氣壓驅(qū)動，在確保控制系統(tǒng)精確度的同時降低維護費用。

3 出爐工具架的運行過程及效果

3.1 環(huán)形工具架的控制過程

在出爐操作過程中，根據(jù)出爐操作的不同，需要抓取的工具不同，在出爐機器人抓取工具時，啟動環(huán)形工具架，工具架開始旋轉(zhuǎn)，當(dāng)控制信號接收到該工具為所需工具時，工具架停止旋轉(zhuǎn)，氣動裝置控制機械手抓打開，出爐機器人抓取工具，出爐工序完成后，出爐機器人再次將工具放置在工具架打開的機械手抓上，機械手抓閉合，將工具固定環(huán)形工具架上，完成一次操作過程。

3.2 兩種工具架運行效果對比

目前某廠使用的出爐機配套的工具多是放置在鋼結(jié)構(gòu)焊接的雙層工具架上，工具架上焊接“V型”槽，各個出爐工具依次擺放在“V 型”槽上，出爐機器人在運行過程中，需要對工具架做8個定位點，出爐機器人給一個定位點，將工具放回工具架，再重新定位另一點拿去新的工具，對出爐機機器人定位精準(zhǔn)度有嚴(yán)格要求，完成一個放工具拿去新工序一個循環(huán)，根據(jù)工具位置的不同抓取工具需要15～20S，采用新型旋轉(zhuǎn)環(huán)形工具架后，出爐機器人只需要設(shè)定一個點位來抓取工具，當(dāng)需要換取工具時，機器人將工具放置在工具架上，工具架旋轉(zhuǎn)至所需工具時，機器人完成抓取工具，完成一個循環(huán)需要時間為10S左右，因此，環(huán)形工具架的應(yīng)用大大減少出爐作業(yè)現(xiàn)場占地面積，提高出爐機器人抓取工具的準(zhǔn)確率，且能保證裝置穩(wěn)定運行，最大程度提高電石出爐效率，提升電石爐生產(chǎn)能力。

4 結(jié)束語

截止目前我國電石產(chǎn)能已達4 500萬噸，但是，現(xiàn)有的電石企業(yè)的出爐方式仍然以人工出爐方式為主，采用機械出爐的產(chǎn)能不足20%，現(xiàn)在出爐機器人技術(shù)日漸成熟，但在推廣應(yīng)用過程中仍有改進的空間，本設(shè)計采用環(huán)形設(shè)計理念，合理利用了空間資源，通過應(yīng)用先進的傳感技術(shù)實現(xiàn)工具架自動旋轉(zhuǎn)定位，方便了出爐機抓取工具，減少了出爐機抓取工具時復(fù)雜的動作。因此，該技術(shù)的成功應(yīng)用將進一步提升出爐機器人的出爐效率，推動電石行業(yè)智能制造轉(zhuǎn)型升級向前發(fā)展。