玻璃立體式分片系統的設計與研究

許海艇，尉少坤，程 明

(中國建材國際工程集團有限公司，蚌埠 233010)

當前在高端的玻璃生產加工領域，隨著生產效率不斷提高，玻璃厚度越趨向2 mm以下發展，產品的規格越趨多樣性，通常需要輸送每組三片及其以上的玻璃板規格，且每組玻璃規格也不一定相同，為滿足生產最小規格玻璃取片要求，需將成品玻璃分送至幾個支線上或者延長冷端生產線長度[1]，增加取片工位的方法保證取片周期。目前國內外普遍主要采用的解決方式包括，采用傳統的90°轉向輸送裝置的方式，雖然結構簡單、使用方便，但是轉向周期較長，只有兩組玻璃時間間隔在5～10 s，才能將玻璃順利轉入支線輸送輥道，對于兩組玻璃最短間隔3 s左右，此方式已經遠遠無法滿足使用要求；采用雙層輥道的方式，利用一段很長的輸送輥道傾斜一定的角度，逐漸過渡到下層的轉向輸送裝置上，此種方式對于空間要求有局限性，且結構復雜穩定性相對較差。

該文鑒于目前技術存在的不足之處，研究分析了玻璃立體式分片系統的主要結構組成和工作原理[2]，提供了一種能夠滿足速度快周期短玻璃分片輸送的解決方案。

1 總體機構與工作原理

1.1 總體結構

該系統包括選片輥道、接應輥道、上層輥道、轉向輸送輥道、控制系統等組成。選片輥道能實現與主線輸送輥道輥面標高一致或向下擺動呈一定傾斜夾角的功能；接應輥道能夠完成傾斜一定角度與選片輥道擺動的夾角保持一致；上層輥道為吊掛式結構，輥面標高與主線輸送輥道一致，下層部分能夠保證接應輥道和轉向輸送裝置輸送玻璃暢通無阻；轉向輸送裝置作為接應輥道與支線輸送輥道的中繼站，前端銜接接應輥道，后端連接支線輸送輥道。選片輥道、接應輥道和轉向輸送三者沿著玻璃前進方向依次布置，其中選片輥道處于主線輸送輥道中間，而接應輥道和轉向輸送裝置置于上層輥道的正下方，控制系統部分根據實際需要現場布置。玻璃立體式分片系統結構如圖1所示。

1.2 工作原理

當玻璃板到達選片輥道前，由控制系統告知選片系統此組玻璃板輸送目的地：主線輸送輥道或者支線輸送輥道。若選擇主線輸送輥道方向，選片輥道保持水平狀態與上層輥道標高保持一致，驅動玻璃板經由上層輥道向后段主線輥道繼續輸送；若選擇支線輥道方向輸送，玻璃板將輸送至選片輥道設定位置，由選片輥道的起落機構下落擺動一定角度，驅動的玻璃板也隨之傾斜相對應的角度，與此同時接應輥道和轉向輸送裝置的升降皮帶輸送輥道均以和選片輥道相同的線速度運轉，處于待片狀態。當玻璃板經過接應輥道輸送后，到達轉向輸送裝置的升降皮帶輸送輥道設定位置，升降皮帶輥道停止運轉，然后下降至固定輸送輥道的輥面以下，玻璃板由固定輸送輥道托住，隨后固定輸送輥道啟動運轉，玻璃板沿垂直于進入轉向輸送輥道的方向輸送出去，玻璃板后沿離開固定輸送輥道后，升降皮帶輥道升起并再次運轉，等待下一組玻璃板進入。簡單的工藝流程如圖2所示。

2 主要結構設計和研究

2.1 選片輥道

選片輥道[3]，包括若干平行間隔布置且方向垂直于玻璃運行方向的擺臂組件；起落機構置于擺臂組件正下方，起到帶動擺臂組件上下擺動的作用；傳動系統通過鏈條傳動驅動擺臂組件的轉輪組運轉進而帶動玻璃前進。選片輥道立體結構如圖3所示。

擺臂組件包括一個主動鏈輪、若干張緊鏈輪、若干從動鏈輪和轉輪組，通過鏈條連接組成鏈條傳動；起落機構，由氣缸和置于擺臂組件下方的耳座連接，從而組成一個獨立的選片輥道單元，耳座位于兩個導向滑塊之間，從而保證擺臂組件上下自由移動，克服其左右方向上的位移，有利于擺臂組件擺動的穩定性；伺服驅動系統，由伺服電機驅動傳動軸串聯擺臂組件的主動鏈輪所構成的鏈條傳動系統，從而帶動與從動輪同軸的轉輪組運轉，能夠準確對玻璃板跟蹤定位。擺臂組件結構如圖4所示。

選片輥道可根據玻璃板規格、位置、等級等信息，控制系統通過一體化的集成閥島，集中控制起落機構的不同動作組合，自動控制的玻璃板相對應的擺臂組件 (根據玻璃板的規格確定擺臂的數量及組合)同時落下或者升起，每組包括若干個擺臂組且各擺臂動作同步一致，從而完成選擇不同規格玻璃，為玻璃板選擇目的地。

選片輥道擺動角度較小，垂直起落機構運行穩定，玻璃可以被平穩擺下，不會造成玻璃表面擦傷或引起破碎；選片輥道長度短，升降行程小，玻璃通過需要的時間短，滿足了周期小的玻璃安全通過的要求。

2.2 接應輥道

接應輥道[4]，包括若干平行間隔布置的輸送輥；動力系統由伺服電機、錐齒輪傳動機構、傳動軸等組成，伺服電機通過聯軸器將動力傳至傳動軸，錐齒輪傳動機構的主動輪固定在傳動軸上、從動輪固定在輸送輥端部，主動輪與從動輪嚙合，從而驅動輸送輥轉動以達到輸送玻璃的目的；機架起到支撐輸送輥和動力系統的作用，沿玻璃運行方向向下呈一定傾斜夾角。接應輥道的立體結構如圖5所示。

接應輥道位于上層輥道的正下方，分成三段的結構形式布置，傾斜角度依次減小，每段接應輥道之間設置成特定角度，既可以平穩高效的承接選片輥道輸送的玻璃，又可以將玻璃穩定快速的輸送給轉向輸送輥道。此外接應輥道由多段組成，每段輥道獨立配置伺服傳動系統，此種處理方式可以滿足兩組以上的玻璃在此區間內完成玻璃成組，第一片需要成組的玻璃到達后，停止在第二和第三段輥道上待片，當第二片需要成組玻璃到達時，二者同時加速輸送至后續輥道。

接應輥道采取減小相鄰輥間距的措施，使得玻璃運行更加平穩；每段輥道的傾斜角度呈微小遞減變化，既不會對玻璃輸送產生不良影響，又實現了第三段接應輥道與升降輸送皮帶的夾角較小，玻璃進入升降輸送皮帶時沿垂直方向的能量分解較小，有效地避免了玻璃對皮帶表面造成的劃傷，大大的延長輸送皮帶的使用壽命。

2.3 上層輥道

上層輥道包括立柱、橫梁、吊掛梁、輸送輥等。立柱直接固定在地面上，橫梁安裝固定在立柱上，吊掛梁固定在橫梁兩側，沿玻璃輸送方向延伸，輸送輥通過兩端的軸承座安裝于兩側的吊掛梁。為了保證輥道運行平穩，主體結構采用H型鋼，兩側的吊掛梁可上下調節。第1根輸送輥采用全硫化橡膠輥，相比其它輸送輥可選擇較小的外徑，可由電機等直接驅動，第1根和第2根輸送輥之間可采用同步帶方式傳動，其余輸送輥可采用非硫化橡膠輥。傳動方式采用錐齒輪傳動結構,與接應輥道處理的方式相同。

吊掛輥道第一根輸送輥采用全硫化橡膠輥，此種材質可以做到輥芯與其它輥子相同的同時，輥外徑較小，為接應輥道端部讓出上方空間，保證玻璃向接應輥道輸送時不會與吊掛輥道干涉。

2.4 轉向輸送輥道

轉向輸送輥道由輥道輸送系統、皮帶輸送系統、升降系統組成。輥道輸送系統，包括若干垂直于接應輥道中心線平行間隔布置的輸送輥；皮帶輸送系統包括平行間隔布置的多個皮帶輸送組件，輸送輥和皮帶輸送組件在水平方向交錯間隔設置；升降系統包括升降機構和驅動電機，其中皮帶輸送系統安裝在升降機構上，隨升降機構做上下移動。轉向輸送輥道結構如圖7所示。

伺服電機通過同步帶將動力傳至傳動軸，錐齒輪傳動機構的主動輪固定在傳動軸上、從動輪固定在輸送輥端部，主動輪與從動輪嚙合，從而驅動輸送輥。輸送輥和動力系統固定在橫梁上，橫梁通過支腿固定在升降系統的機架上。皮帶輸送系統[5]包括平行間隔布置的多個皮帶輸送組件，輸送輥和皮帶輸送組件在水平方向交錯間隔設置，伺服電機通過同步帶驅動傳動軸所串聯若干皮帶輸送組件主動輪，帶動所有皮帶輸送組件同時運轉，實現玻璃在皮帶上輸送。皮帶輸送系統如圖8所示。

皮帶輸送組件包括主動輪、從動輪、同步帶、鋁型材、從動輪等。主動輪和從動輪之間為輸送段，主動輪和過渡輪通過支撐板固定在鋁型材，一端位于輸送端上方靠近接應輥道一側，另一個過渡輪和從動輪通過支撐板固定在鋁型材另一端位于輸送端下方。整體的框架采用鋁型材的形式，大大降低了升降系統的負載。皮帶輸送組件結構如圖9所示。

升降系統[6]采用四連桿機構運行形式實現升降動作，包括兩組曲柄搖桿機構、兩個支撐軸、傳動軸和升降電機，電機位于兩組曲柄搖桿機構之間，通過傳動軸連接兩端的曲柄，四個搖桿分別布置于兩個支撐軸兩端，通過拉桿連接曲柄與搖桿、搖桿與搖桿。皮帶輸送裝置底部安裝有內嵌偏心套的軸承座[7]，四個軸承座固定在升降系統支撐軸兩端。升降電機通過傳動軸驅動曲柄轉動，曲柄通過拉桿帶動搖桿，隨之搖桿帶動與之同軸的偏心套轉動，從而實現皮帶輸送系統上下位置移動，開始位置低于輸送輥面，結束位置高于輸送輥面，略低于接應輥道末段輥面最低點。此外，升降系統機架下方設置有車輪組，當需要檢修維護時，便于整體拉出。升降系統結構如圖10所示。

升降機構簡單可靠，行程控制準確，升降周期精確。升起后的輸送皮帶上表面比第三段接應輥道的輥面最低點略低，此種方式的處理使玻璃前沿與皮帶的實際接觸點后移，借助玻璃本身和皮帶本身的彈性，消減玻璃前沿接觸皮帶時產生的沖擊力，有效地預防了玻璃啃皮帶現象的發生，延長了皮帶的使用壽命。

2.5 控制系統

為了滿足系統需要，開發了一套智能的玻璃立體分片控制技術，其控制邏輯原理如圖11所示。輥道輸送和皮帶輸送均采用伺服驅動系統，采用光電開關精確檢測玻璃片前端位置。采用位置跟蹤技術，能夠實現對停片精度的控制，分片的位置控制也采用板位識別與跟蹤的控制方法。

3 結 論

玻璃立體分片系統同時沿著相互垂直的兩個方向交叉輸送玻璃，滿足生產線玻璃高速生產時分片需要，優化冷端布置總體布局。目前在汽車玻璃生產線得以廣泛的應用，可以在主線輸送輥道上設置若干套這種立體分片輥道，根據玻璃信息按預定目的地發至主線輸送輥道或者多條不同的支線輸送輥道，實現速度快、規格小、周期短玻璃的輸送。