一款智能碼垛機結構分析

2020-07-18 15:29:45梁丁

佛山陶瓷 2020年6期

梁丁

摘要：機械手動作可靠精準，不知疲倦，許多場合已替代人工。本文介紹了一款智能碼垛機，它通過移載機械手夾磚，X-Y-Z三軸機械手配合真空系統實現搬運及按縱橫排列規律堆垛。這兩款機械手分別運用氣缸夾持力及真空吸力來搬運透水磚。

關鍵詞：提升旋轉機構;氣缸推力配重;抽真空動態平衡

1 前言

日前我司在內蒙古鄂爾多斯興輝陶瓷有限公司承建了一條透水磚碼垛生產線，產品規格（單位：mm）有100×200×55、150×300×55、200×400×55、300×600×55等多款，產量1200平方米/天。下面以堆垛100mm×200mm×55mm產品為例說明該款碼垛機的結構及工作原理。

2 碼垛機原理及結構

2.1 磚垛方陣設計

常規地臺板規格為1100mm×1100mm，每一層堆垛尺寸為1000mm×1000mm，方陣如圖1所示，相鄰兩層間轉90°堆垛。每層磚垛分解成五列，每列由10塊磚構成，排列如圖2所示。

2.2 碼垛生產線

碼垛生產線構成如圖3所示。

其工作流程是移載機械手2一次從生產線1上取兩塊磚到中轉運輸線A3，排列規律是四橫一縱，它需具備Y軸平移、Z軸升降及旋轉功能。中轉運輸線A3將磚送到中轉運輸線B4，X軸及Y軸兩組氣缸組成對中機構將磚拍齊擺正。碼垛機械手5上下來回來搬運，完成碼垛，它需具備X-Y軸平移、Z軸升降及旋轉功能。磚垛運輸線6負責運送地臺架及磚垛堆。以下簡述兩款機械手的結構及工作原理。

2.2.1 移載機械手

（1）移載機械手由三個部件組成，機構結構如圖4所示。升降旋轉夾磚組件2通過平移驅動組件3實現來回搬運。

（2）升降旋轉夾磚組件，機構結構如圖5所示。

工作流程是接近開關1接收到來磚信號→夾磚組件 2氣缸組收回夾緊磚塊→氣缸8 打出（提升夾磚組件）→接近開關10 接收到提升到位信號→整個組件平移同時電機減速機組件 7帶動齒輪組3 旋轉（夾磚組件旋轉）→ 接近開關組件4 接收到旋轉90°到位信號后電機停止轉動→整個組件收到平移到位信號后氣缸 8收回（放低夾磚組件）→夾磚組件 2氣缸組打出復位放開磚塊→氣缸8 打出復位→整個組件平移復位，同時電機減速機組 7旋轉復位，一個工作周期結束。旋轉軸組件5里面放置的是一組軸承，由兩個深溝球軸承和一個推力球軸承組成，可承受軸向力及徑向力。

夾磚組件一次需夾兩塊磚，在調試過程中出現過只夾緊一塊另一塊掉磚現象，分析原因是磚塊尺寸長短有偏差，一塊夾板同時夾兩塊磚，長的夾緊了而短的就掉了（見圖6一夾二）。針對此改進了夾磚方式，改為一塊夾板只夾一塊磚，互不干擾（見圖7一夾一）。經測試動作可靠，解決了掉磚問題。

2.2.2 碼垛機械手

（1）碼垛機械手機構結構如圖7所示。工作流程是中轉運輸線給出對中到位信號→X-Y平臺組件3將升降旋轉吸盤組件4送到位→升降旋轉吸盤組件4下降到磚面→離心負壓風機組件5抽真空吸住磚塊→升降旋轉吸盤組件4上升后由X-Y平臺組件3送到地臺板，實現來回搬運。透水磚本身透氣，磚面有砂粒凹凸不平，用真空發生器配合真空吸盤吸磚效果不好，真空度上不去。這里采用離心負壓風機抽真空，海綿吸盤吸磚。軟海綿可匹配凹凸不平的磚面，在搬運過程中離心負壓風機一直在抽真空，補償透水磚本身漏氣的風量，只要風機提供的風量大于磚漏氣的量，可達到動態平衡，維持真空度。

（2）升降旋轉吸盤組件結構如圖9所示。

機構工作流程是升降電機4正轉送海綿吸盤組件1快速下降到磚面→繼續慢速下降到接近開關13收到信號（同時離心負壓風機通過抽風管道7對磚抽真空）→升降電機4反轉機構上升→接近開關11收到上升到位信號→X-Y平臺組件送機構到地臺板上空（旋轉電機2同時轉動使磚塊旋轉90°）→升降電機4正轉機構下降→離心負壓風機停止抽風放好磚塊→機構復位。行程開關9是機構下降下限位，行程開關10是機構上升上限位，起超程保護作用。

（a）升降電機功率估算

吸盤質量60kg，升降部件質量80kg，磚塊小方陣最重40kg，升降最快節拍5.5次/分。

電機最大負荷：60+80+40=180kg;

電機最快速度：5.5（節拍）×4.2m（升降行程）/60s= 0.385m/s

電機功率：P=Fv/1000η[1]

式中：P——所需電機功率，kW;

F——作用力，N;

v——動力速度，m/s;

η——傳動效率。

此機構電機經蝸輪蝸桿減速機及齒輪齒條帶動負載升降，蝸輪蝸桿減速機的傳動效率是0.7，齒輪齒條的傳動效率是0.95，將各項數據代入可得：

P=180×9.8×0.385/1000×0.7×0.95≈1.021kW，取1.5kW。

（b）氣缸推力配重