低壓變壓器接線端子自動裝配機(jī)的設(shè)計應(yīng)用

李 輝，焦光華，盧德林，陳潔瓊

（1.溫州正泰電源電器有限公司，浙江溫州 325000；2.浙江省工業(yè)和信息化研究院，杭州 310000；3.浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，杭州 310000）

0 引言

隨著自動化領(lǐng)域的發(fā)展，在生產(chǎn)線各個環(huán)節(jié)中都需要與自動化相結(jié)合。為了提高效率和產(chǎn)品的質(zhì)量，更需要對各個環(huán)節(jié)中的設(shè)備進(jìn)行自動化創(chuàng)新。

目前在變壓器技術(shù)領(lǐng)域中，接線端子的裝配至關(guān)重要，安裝質(zhì)量影響到產(chǎn)品的安全性、可靠性和一致性。

螺釘型接線端子是國內(nèi)目前主流的接線端子類型，該類型接線端子以免維護(hù)、良好的防震性能、導(dǎo)電性能以及防火性能等優(yōu)點(diǎn)而廣泛使用。與其他彈片式或直插式相比，該類型端子還具有接觸性好、耐腐蝕，具有自鎖防松功能[1]，國內(nèi)接線端子市場中較為主流的是上海友邦、成都瑞聯(lián)等公司。目前全球主要的接線端子制造商是菲尼克斯、魏德米勒和萬可，由于國內(nèi)需求量較大，發(fā)展也較快，越來越多的國外公司關(guān)注著國內(nèi)現(xiàn)狀并積極合作。

相比于國內(nèi)正處于螺釘型接線端子的擴(kuò)展階段，國外在接線端子的生產(chǎn)較為成熟，從彈片式接線端子到直插式接線端子，大大提高了生產(chǎn)效率。

在大部分車間生產(chǎn)線現(xiàn)有的技術(shù)中，變壓器上的接線端子通常為單獨(dú)的部件放置在變壓器支架的安裝板上，而裝配也作為單獨(dú)的流程由人工組裝接線片、壓線螺釘、端子座等零件，勞動強(qiáng)度較大，疲勞情況下會導(dǎo)致質(zhì)量不可靠、效率低。因此對于低壓變壓器接線端子自動裝配的研究很有必要，也是設(shè)備自動化發(fā)展的趨勢。

1 設(shè)計原理

本自動裝配設(shè)備由端子進(jìn)料系統(tǒng)、端子移位（叉料）系統(tǒng)、排廢出料系統(tǒng)、擰螺釘機(jī)構(gòu)、檢測機(jī)構(gòu)、端子閉合機(jī)構(gòu)等組成[2]。接線端子加工的效率可以與實(shí)際上變壓器的總裝速度相匹配，裝配機(jī)由一整套的PLC進(jìn)行控制[3]。整體裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

其中端子進(jìn)料系統(tǒng)由送料振動盤、進(jìn)料軌道、進(jìn)料感應(yīng)、移位機(jī)構(gòu)和定位系統(tǒng)組成，當(dāng)感應(yīng)器感應(yīng)到端子時，移位機(jī)構(gòu)將端子準(zhǔn)確地送入夾具，定位系統(tǒng)對產(chǎn)品進(jìn)行定位。完成進(jìn)料的端子通過移位氣缸驅(qū)動，通過移位料道進(jìn)入下一個工位。端子到位后，定位氣缸驅(qū)動，對將要裝接線片的端子進(jìn)行定位。同時感應(yīng)器感應(yīng)到接線片時，氣缸驅(qū)動通過送料機(jī)構(gòu)將接線片裝入接線端子座的指定位置，并由擰螺絲機(jī)構(gòu)進(jìn)行安裝固定。當(dāng)產(chǎn)品完成裝配后，通過視覺傳感器去檢測是否每個端子的接線片、螺釘是否漏裝、是否裝配到位、端子外觀有無缺損。最后的排廢系統(tǒng)用來排出不符合標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品[4-5]。

2 重點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計

本裝置中較為重要的部分為塑殼件進(jìn)料機(jī)構(gòu)、接線片進(jìn)料機(jī)構(gòu)、壓線螺釘進(jìn)料機(jī)構(gòu)、出料機(jī)構(gòu)。

其中塑殼件進(jìn)料由振動盤、進(jìn)料軌道、光纖傳感器、移位機(jī)構(gòu)、軌道等組成。塑殼件振動盤旁側(cè)設(shè)有進(jìn)給軌道，軌道尾端設(shè)有塑殼件推頂裝置和感應(yīng)器，用來感知塑殼件軌道上物體的運(yùn)動狀態(tài)機(jī)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。由振動盤將端子塑料件依次輸送到進(jìn)料軌道上，光纖傳感器探頭感應(yīng)到經(jīng)過的端子件后，移位機(jī)構(gòu)將其送入到夾具軌道上，再由夾具軌道驅(qū)動器將端子塑料件依次送到下一工序[6]。

圖2 塑殼件進(jìn)料結(jié)構(gòu)圖

接線片進(jìn)料機(jī)構(gòu)共3組，主要由接線片振動盤、接線片移送裝置、接線端子定位、接線片吸嘴、接線片送料等部分組成。推頂滑軌上設(shè)有滑塊和推頂氣缸，氣缸驅(qū)動滑塊前后滑動，在接線片升降滑軌中設(shè)有升降滑塊，依靠升降氣缸和負(fù)壓氣缸上下滑動。接收來自塑料件進(jìn)料機(jī)構(gòu)的端子后，將接線片安裝到接線端子座的指定位置。具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 接線片進(jìn)料結(jié)構(gòu)

壓線螺釘機(jī)構(gòu)共3組，主要由壓線螺釘振動盤、壓線螺釘旋擰裝置、自動螺絲刀等部分組成。振動盤一側(cè)設(shè)有進(jìn)給軌道，軌道尾端在工作臺上并配有機(jī)械手。該部分可以實(shí)現(xiàn)自動對接線端子進(jìn)行擰螺釘處理[7]。具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 壓線螺釘進(jìn)料機(jī)構(gòu)

出料機(jī)構(gòu)包含設(shè)置在工作臺上的視覺傳感器、翻蓋閉合推壓塊、正品滑道和排廢氣缸等部分。在視覺傳感器檢測產(chǎn)品是否合格后，合格產(chǎn)品經(jīng)由正品滑道滑出收集，不合格產(chǎn)品則由廢品滑道滑出并收集[8]。具體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 出料機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)

3 控制部分設(shè)計

本設(shè)備的工況控制由PLC進(jìn)行控制，包含PLC控制器、HMI人機(jī)界面（控制面板）。PLC具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，配合人機(jī)界面的使用，操作員可以通過觸摸面板對設(shè)備各個環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)測是否工作正常，也可以對擰螺釘機(jī)構(gòu)設(shè)置扭力，保證螺釘松緊適當(dāng)，增強(qiáng)整體設(shè)備的可操作性，監(jiān)測人機(jī)界面如圖6所示。

圖6 人機(jī)界面

PLC采用三菱FX3U系列，相比于其他型號的控制器，該系列體型小巧、控制可靠，在硬件上實(shí)現(xiàn)了內(nèi)置6點(diǎn)同時100 kHz的32位高速計數(shù)輸入口，加快了CPU的處理速度，加強(qiáng)通訊功能和其他特殊適配器，可根據(jù)需求進(jìn)行模塊的擴(kuò)展，I∕O點(diǎn)最大容量為384點(diǎn)。

擰螺釘機(jī)構(gòu)中的自動螺絲刀具有力矩可調(diào)功能，可直接在人機(jī)界面操作，也保證螺釘松緊適當(dāng)，當(dāng)螺釘扭力超過設(shè)定的扭力的時候擰螺釘電機(jī)將自動停止，起到保護(hù)的作用也可以提高生產(chǎn)質(zhì)量。

4 具體工作流程

通過具體的流程和附圖對本設(shè)備的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。

根據(jù)圖1所示設(shè)備結(jié)構(gòu)和圖7所示產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，接線端子組件由端子塑料件、接線片、壓線螺釘?shù)攘慵M成，組裝時，先將端子塑料件、接線片、壓線螺釘?shù)攘慵湃胂鄳?yīng)的振動盤內(nèi)，通過振動盤將所述零件送入進(jìn)料軌道內(nèi)，感應(yīng)器感應(yīng)到端子塑料件進(jìn)入時，移位機(jī)構(gòu)將其準(zhǔn)確地送入夾具輸送軌道，同時接線片移位機(jī)構(gòu)將接線片移到預(yù)定的夾具內(nèi)[9]。

圖7 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

當(dāng)端子塑料件到達(dá)裝接線片工位時，端子定位系統(tǒng)對其定位，同時感應(yīng)器感應(yīng)到接線片時，送料機(jī)構(gòu)將接線片送入預(yù)定位置，然后接線片送料機(jī)構(gòu)將接線片安裝到端子塑料件內(nèi)。

當(dāng)裝好接線片的接線端子通過移位裝置到裝螺釘工位后，定位系統(tǒng)對端子定位，同時自動螺絲刀到達(dá)預(yù)定位置，并擰到接線片的螺絲孔內(nèi)。

裝好螺釘?shù)慕泳€端子通過檢測區(qū)域，視覺傳感器檢測端子的接線片、螺釘是否漏裝、是否裝配到位、端子外觀有無缺損，裝配合格的端子由端子閉合機(jī)構(gòu)將上蓋與底座壓緊閉合，不合格的端子則不動作。最后合格端子通過軌道驅(qū)動送入成品區(qū)，不合格端子則通過排廢氣缸驅(qū)動送入不合格區(qū)。

5 應(yīng)用情況分析

本文所述的自動裝配機(jī)經(jīng)過測試后現(xiàn)已在實(shí)際生產(chǎn)車間使用。在設(shè)備的測試期間，各個環(huán)節(jié)的工作狀況正常，裝置機(jī)械部分配合順暢，長時間的工作中并未出現(xiàn)異常情況，產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量合格，螺釘松緊程度合適，并和隨時調(diào)節(jié)上下螺紋高度。

實(shí)際生產(chǎn)過程中，該設(shè)備可直接與低壓變壓器生產(chǎn)線相配合，作為一個補(bǔ)充環(huán)節(jié)。未使用本裝置的生產(chǎn)變壓器過程中，接線端子在生產(chǎn)線部分會作為單獨(dú)部件需要人工進(jìn)行安裝后，才會進(jìn)行下一步驟，因此產(chǎn)品生產(chǎn)效率、外觀質(zhì)量與工人的熟練度相關(guān)。生產(chǎn)線中加入接線端子裝配機(jī)后，實(shí)際生產(chǎn)效率可根據(jù)生產(chǎn)需要調(diào)節(jié)進(jìn)料與整體裝配速度進(jìn)行改變。在整體運(yùn)行期間，車間生產(chǎn)線效率較原來提高了3倍。

6 結(jié)束語

本文所設(shè)計的設(shè)備采用上述結(jié)構(gòu)和工作流程并已經(jīng)過測試運(yùn)行。作為一種新型的變壓器端子自動裝配機(jī)，在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中，解決了由于人工操作不當(dāng)導(dǎo)致產(chǎn)品中螺釘松緊程度不合適，以及疲勞操作使產(chǎn)品不合格率較高等問題。相比于傳統(tǒng)手工安裝，效率提高了3倍，且產(chǎn)品一次送檢合格率高。整體流水線采用自動裝配機(jī)提高效率的同時還具有以下效果。

（1）可以根據(jù)需要修改螺釘?shù)乃删o程度，產(chǎn)品的安裝效率可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)節(jié)拍的速度調(diào)節(jié)，提高可操作性。

（2）在控制方面使用PLC與人機(jī)界面結(jié)合，操作方便簡單，對操作人員技能要求不高。

（3）實(shí)際與變壓器產(chǎn)線配合時，可提高配套變壓器的總裝速度，降低生產(chǎn)成本，結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理。