錨固劑生產線膠泥灌裝機構的改進

張欣達

（西山煤電（集團）山西支護器材開發有限責任公司， 山西 太原 030053）

引言

錨固劑自動化生產線的發展讓機器設備逐漸代替人工勞動，在生產不斷發展的過程中設備自動化程度越來越高[1-2]。在國家廣泛推進提高工業生產自動化程度、降低工人的勞動強度、提高生產效率的號召下，西山煤電（集團）山西支護器材開發有限責任公司（全文簡稱公司）積極跟進，不斷改進落后的生產設備。通過對錨固劑半自動化生產線的工藝研究及改進，使該生產線的生產效率、產品質量得到提高，作業環境得到改善、工人勞動力進一步降低。

目前，公司一條半自動化錨固劑生產線依然在使用。該生產線原料加注及膠泥灌裝主要依靠人工來完成，工人在工作中勞動強度較大，因此該條半自動化錨固劑生產線急需改革。由于更換全套全自動化生產線成本過高，且工作場地有限，必須在原有的生產線上改進生產工藝。

1 工作原理及存在的問題

公司錨固劑半自動化生產線是由石粉上料機構、樹脂抽送機構、膠泥自動攪拌系統和膠泥循環出料管等組成。工人的勞動強度主要集中在石粉上料和膠泥灌裝這兩個工作點。其中膠泥灌裝需要更多的工人來完成，而且工作時間長。工作期間膠泥由攪拌倉通過隔膜泵輸送到循環管道中，經過手動球閥和導流管進行膠泥的灌裝。膠泥灌裝工人在工作期間必須不停地開關膠泥灌裝閥門，完成膠泥灌裝工作，該工序的勞動強度較大。如圖1 所示，閥門的離地高度約為1 450 mm，膠泥導流管約為700 mm。閥門和導流管與地面夾角約為45°。由于工人為坐姿工作，閥門距離身體較遠，需要加長手柄來控制閥門的開閉。手柄長度約為500 mm，所以手臂在進行開關閥門動作時運動距離較長，且每灌裝一次膠泥需要開關一次閥門。工人手臂每次工作距離約為700 mm。

圖1 加長手柄運動示意圖（單位：mm）

2 改進方案

針對閥門頻繁開啟且開啟行程較長，決定改變手柄運動機構。有以下兩種改進方案：一種是用V 型氣動閥門代替手動閥門，用氣動腳踏開關控制V 型氣動閥門的開啟關閉，這種改進方式可以大大減少工人的勞動強度；第二種是通過設計一種腳踏連桿機構，用腳踩踏連桿來控制普通閥門的開啟，此連桿機構簡單，空間占用小[3]。

2.1 V 型氣動閥門方案

本改進方案是采用雙作用V 型氣動閥門代替原有的手動球閥，通過二位五通腳踏開關控制V 型氣動閥門的開啟和關閉。V 型球閥的特點是球芯帶有V 型結構，閥芯是1/4 球殼，開有V 型缺口，流通能力大，可調范圍大、具有剪切力、能關閉嚴密等特點，特別適用于流體物質的工況。閥芯的邊緣呈V 字型，球體上有一個V 形開口，隨著球的旋轉，可使用中間開度面積的變化進行流體調節，并可切斷流體中夾雜的雜質而關閉，適用于紙漿、砂漿、黏性流體的控制。在球體轉動過程中，球體V 型刀口與閥座相切，從而切斷流體中的纖維和固態物質，而一般的球閥則不具備這一功能。當閥門關閉時，V 型缺口與閥座之間產生契形剪刀作用，既具有自潔功能又可防止球芯卡死，維護也簡單易行[4-5]。

該閥門只需腳踩踏板，通過輸氣管實現閥門開啟關閉。操作簡單，閥門開閉迅速，可以滿足工作需要。但是該閥門質量較大，如果閥門直接連接膠泥分管，分管的質量會大大增加，會加大造成膠泥循環管的質量。所以該閥門控制結構需要增加額外的承重結構。V 型球閥工作結構示意圖局見圖2。

圖2 V 型球閥工作結構示意圖

2.2 腳踏連桿機構方案

本改進方案為腳踏連桿機構控制閥門開關，閥門離地高約度為1 450 mm，腳踏機與閥門之間需要一根長連桿。

導流管連接閥門與地面夾角約為45°。原先閥門的開啟狀態為手柄與導流管平行，關閉狀態是手柄與導流管垂直，加長手柄直接連接球閥的轉動軸，手柄工作軌跡是前后運動。更換成腳踏機構，水平運動的工作軌跡不適合腳踏控制，需要更改為上下運動的方式來開關閥門。開關方式如圖3 所示。

圖3 閥門開關手柄運動軌跡圖

工人在使用腳踏機構時，通常為上下踩踏。需要設計一種上下運動的機構來帶動閥門的開啟關閉。經過多次的試驗，設計一種腳踏結構可以方便開關閥門，基本原理圖如圖4 所示。

圖4 中腳踏連桿實際工作過程中腳踏操縱桿行程太長，不適合直接用腳控制。需增加輔助連桿，作用于腳踏操縱桿上，來完成閥門的開閉，如圖5 所示。該機構由連桿和滑塊組成，由5 個活動構件和7個運動低副組成。該機構通過腳踏桿做上下運動。在腳踏桿位置增加限位裝置，完全可以滿足閥門開關的工作要求。

圖4 腳踏開關原理圖

圖5 腳踏滑塊連接機構示意圖

3 應用效果

經過生產對比，選擇方案二來改變原有的生產方式。由于公司實際工作場地有限，膠泥灌裝工位間距較窄。經過實際安裝試驗，方案二更適合公司的實際生產要求。該方案占用空間少，質量小。每個工位都有足夠的空間安裝使用該機構，且成本低。方案一由于閥門本身質量大、體積大，需要另外安裝承重桿，且如果全部工位都安裝，氣動閥門控制管路需要占用大量的空間，所以不適合公司目前的生產工藝。