重型渣漿泵裝配設備的設計與研制

朱景紅，蔣新啟，申兆亮

(山東省農業機械科學研究院，山東 濟南 250100)

0 引言

渣漿泵是一種適用于輸送含有固體顆粒漿液的泵，具有耐磨蝕性和耐腐蝕性[1]，它被廣泛應用于礦山、電力、冶金、煤炭以及環保等行業，如冶金選礦廠礦漿輸送、電廠灰渣輸送、煤漿輸送及重介質輸送等[2]；在化工產業，也可輸送一些含有結晶的腐蝕性漿體。

隨著工業現代化的發展，渣漿泵生產企業不斷加大泵的生產投入，擴大生產規模，泵體的型號逐漸增多，泵體重量也不斷增大，以期滿足渣漿泵的市場需求。但是目前渣漿泵生產企業配套的自動化裝配設備并不健全，大大制約了渣漿泵的生產效率。

調研發現，目前企業針對渣漿泵的裝配并沒有專門的裝配設備，依舊是在車間采用行車吊裝[3]、輔助人工翻轉等最原始的裝配方法，工作效率低下。而且泵殼型號較多，其中最大泵體重量達1.7 t，最大直徑接近1.5 m，采用人工吊裝翻轉安全性得不到保障，存在砸傷、壓傷等安全隱患。所以應某企業要求，設計了一款重型渣漿泵裝配設備。

1 渣漿泵泵體裝配設備結構組成及工作原理

渣漿泵泵體裝配設備主要由兩部分組成，一部分是單立柱裝配平臺，另一部分是軌道小車，兩者配合完成整個泵體的裝配過程。泵體裝配設備整體三維效果圖見圖1。

1-裝配平臺;2-渣漿泵;3-軌道小車 1-升降立柱;2-升降裝置;3-回轉驅動器;4-支撐臂;5-風炮支架;6-伸縮臂;7-夾持裝置;8-連接法蘭;9-連接孔板 1-小車定位裝置；2-小車貼板；3-小車架；4-主動輪；5-驅動輪軸；6-軌道；7-驅動電機；8-從動輪

1.1 單立柱裝配平臺結構

單立柱裝配平臺整體結構主要由升降立柱1、立柱內部升降裝置2、回轉驅動器3、支撐臂4、風炮支架5、伸縮臂6、夾持裝置7、連接法蘭8以及連接孔板9等主要部件組成，如圖2所示。

單立柱裝配平臺懸臂部分具有上下、左右、旋轉以及泵殼自身水平面內360°旋轉等功能。其中升降立柱右邊整體懸臂部分可通過升降立柱內部升降裝置實現上下運動；支撐臂以及伸縮臂及其連接的夾持裝置和泵殼可通過回轉驅動器帶動實現空間旋轉運動，為了防止電線纏繞，對旋轉角度進行了限位，旋轉角度設為0°～180°，實現泵殼正反翻轉即可；伸縮臂可通過內部絲杠裝置沿支撐臂做左右運動；泵殼夾持裝置可通過電機驅動回轉支撐實現水平面內360°旋轉運動，滿足泵殼裝配所需的各動作要求。

1.2 軌道小車結構

軌道小車主要由小車定位裝置1、小車貼板2、小車架3、主動輪4、驅動輪軸5、小車軌道6、驅動電機7及從動輪8等主要部件構成，具體結構如圖3所示。

軌道小車可通過電機驅動小車主動輪軸，實現小車前進、后退功能，并且通過小車定位裝置可實現后泵殼初定位功能，小車定位裝置動力實現通過氣缸來完成，定位裝置加速了裝配平臺夾持裝置和后泵殼的快速連接。

2 設備關鍵部件設計

2.1 升降裝置結構設計

升降裝置結構如圖4所示，升降立柱內的升降裝置通過電機2提供動力，電機正反轉，帶動絲杠3正反轉，銅螺母及銅螺母支架5沿著絲杠做上下運動，滑動架8和銅螺母支架5通過U型卸扣6連接到一起，滑動架8做同樣的上下運動，即沿著方鋼導軌4上下移動，進而帶動裝配平臺右邊懸臂部分上下運動，以滿足泵殼裝配要求。升降裝置結構的設計關鍵點如下：

1-減速機；2-電機；3-絲杠；4-方鋼軌道；5-銅螺母支架；6-U型卸扣；7-軸承座套；8-滑動架 1-回轉驅動總成；2-連接法蘭；3-連接孔板 1-推拉桿；2-拉緊接頭；3-銷軸；4-連接桿；5-鎖緊滑塊；6-定位塊；7-六角定位盤；8-夾具底座；9-氣缸

(1)最終確定雙絲杠的結構形式，一臺電機提供動力源，兩絲杠的減速機通過聯軸器連接到一起實現同步聯動，保證兩絲杠運動同步，這樣可保證提升架在上下運動過程中不至于發生偏斜，保障上下運動平穩。

(2)滑動架與銅螺母支架通過兩個U型卸扣連接到一起，這相當于一種柔性連接形式，兩者運動自由度沒有完全約束到一起，只是上下運動實現同步。如果直接將絲杠銅螺母固定在滑動架上，當裝配平臺裝上渣漿泵后，整個裝配平臺右邊懸臂部分重量大于2 t，勢必會導致滑動架產生形變，由于二者運動自由度完全一致，銅螺母及支架不可避免地會產生變形，銅螺母變形很容易將絲杠磨損報廢而無法使用，設計的這種柔性連接結構使用效果較好。

2.2 回轉連接結構設計

根據渣漿泵裝配要求，單立柱裝配平臺右邊懸臂部分需做空間旋轉運動實現泵殼的翻轉，即中間回轉連接結構左邊是滑動架上下運動，右邊是懸臂部分的旋轉運動。我們采用如圖5所示的回轉連接結構，中間驅動部分選用WEA17回轉驅動裝置，該裝置能承受較大的徑向、軸向載荷以及較大的傾覆力矩，運行平穩，經計算選型符合所需設計要求。回轉驅動裝置采用連接孔板3通過螺栓與升降裝置的滑動架連接到一起，可隨滑動架一起上下運動。回轉驅動器與支撐臂連接采用連接法蘭，連接法蘭與回轉驅動裝置通過螺栓連接到一起實現同步運動，連接法蘭右邊與支撐臂連到一起，進而帶動支撐臂及其右邊部分一起回轉。

2.3 泵殼夾持裝置設計

泵殼夾持裝置是非常重要的部件，夾持裝置可隨裝配平臺懸臂部分上下運動，實現與泵殼的連接與分離，進而完成泵殼裝配系列動作。夾持裝置結構如圖6所示，夾具底座8和伸縮臂上的回轉支撐通過螺栓連接到一起，回轉支撐旋轉帶動夾持裝置及泵殼旋轉，完成泵殼螺栓及頂絲的安裝。

夾持裝置與泵殼連接動作如下：夾持裝置隨裝配設備單臂下降至泵殼定位工裝板表面并停止，氣缸9動作帶動推拉桿1收回，拉緊接頭2同步運動，連桿4則會沿著銷軸3旋轉，進而帶動鎖緊滑塊5在定位塊6及六角定位盤7形成的滑道內伸出，將泵殼夾緊，氣缸9鎖死，則實現了夾持裝置和泵殼的連接。同理，夾持裝置和泵體的分離，控制氣缸9反向伸縮即可完成。

2.4 軌道小車定位裝置設計

軌道小車定位裝置的主要作用是實現渣漿泵后泵殼的初步定位，便于裝配平臺夾持裝置和后泵殼的快速連接，具體結構如圖7所示。

1-定位樁滑道；2-定位樁；3-拉桿；4-定位托盤；5-頂升氣缸；6-定位軸；7-拉伸氣缸

定位裝置自動定位過程如下：渣漿泵后泵殼及其定位工裝板連接好后放到軌道小車上，啟動小車定位裝置的頂升氣缸5，推動定位托盤4上升，定位托盤4帶動三根定位軸6同步運動，到達限定位置后頂升氣缸5停止動作；然后拉伸氣缸7控制定位樁2沿滑道向外拉伸，直至定位軸6和泵殼定位工裝板(見圖8)的三個角相切，并使拉伸氣缸一直保持拉伸狀態，泵殼中心定位完成。

圖8 泵殼定位工裝板

待小車攜帶泵殼運行至支撐臂夾持裝置下方中心位置自動停止，定位裝置需回位。首先控制三個拉伸氣缸7撤回，待定位軸6進入到定位裝置的定位托盤4處，拉伸氣缸7停止運動；同時定位裝置頂升氣缸斷電，定位托盤4及定位軸6在重力作用下和頂升氣缸5慢慢撤回至初始位置。撤回的目的是為夾持裝置和后泵殼的連接騰出空間。

3 自動化控制及裝配流程

裝配設備采用PLC為核心控制模塊，同時整機配置了多種傳感器，將各部件的運動狀態反饋給PLC，然后配合上位機一起完成各控制動作；整機配有控制柜(有控制按鈕)、觸摸顯示屏以及無線遙控器，均可對設備進行控制，操作人員可根據現場需要及操作便捷性自行選擇使用。

泵體自動化裝配過程主要分為后泵殼裝夾過程和泵體脫離裝配平臺兩大工序。后泵殼裝夾流程見圖9，后泵殼與裝配平臺連接好之后，通過平臺系列動作到達指定工位，效果圖見圖10，然后等待泵體陶瓷蝸殼及前泵殼的組裝過程。

圖9 后泵殼裝夾流程

圖10 后泵殼到達指定工位效果圖

待組裝好之后，需要將裝配好的泵體與裝配平臺脫離，最終將泵體置于軌道小車上，運送至小車初始位，泵體裝配過程到此結束。泵體脫離裝配平臺流程見圖11，泵體裝配完畢效果如圖12所示。

圖11 泵體脫離裝配平臺流程

圖12 泵體裝配完畢效果圖

4 結論及展望

(1)該設備是目前國內首臺套渣漿泵自動化裝配設備，設計過程中經過多次現場試驗最終確定方案。渣漿泵裝配設備采用單立柱形式，結構設計巧妙合理，經驗證設備整體運行平穩可靠，已應用到企業實際生產當中；同時單立柱形式減小了占地面積，滿足企業生產場地限制的要求。

(2)通過PLC實現了設備的自動化控制，裝泵殼及卸泵殼裝配過程實現了一鍵自動控制，大大提高了裝配效率，代替了粗放的人工吊裝裝配，人員安全性得到保障。

(3)目前該設備泵殼夾持裝置適用于企業產量較大的六種泵型，后續針對小泵型及更大泵型可進一步設計通用型的泵殼夾持裝置，以滿足企業需求。