□ 王 飛

馬鞍山市雙益機(jī)械制造有限公司 安徽馬鞍山 243071

1 設(shè)計(jì)背景

目前,在我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域,工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用逐步推廣,以機(jī)器代人是制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)發(fā)展的必然趨勢(shì)。在型材制造企業(yè),受人工成本提高及作業(yè)環(huán)境保護(hù)規(guī)范影響,型材包裝工序已采用機(jī)器人自動(dòng)碼垛,改變了傳統(tǒng)人工碼垛作業(yè)模式,實(shí)現(xiàn)了型材精整區(qū)碼垛自動(dòng)化,提高了型材包裝技術(shù)水平[1-3]。

在型材自動(dòng)包裝區(qū)域,如何高效、可靠地向每個(gè)碼垛工位自動(dòng)分配物料,一直是型材包裝過(guò)程中的技術(shù)瓶頸。目前多采用提升式輸入鏈從入料輥道上轉(zhuǎn)接型材到碼垛工位,由于提升鏈抬起時(shí)鏈架阻擋入料輥道的運(yùn)行方向,造成后續(xù)物料無(wú)法通過(guò)入料軌道區(qū)域進(jìn)入下一個(gè)碼垛工位。輸入鏈從提升到下落的動(dòng)作循環(huán)周期為10～15 s,而型材出定尺剪切為8～10 s,一慢一快,造成入料輥道區(qū)域物料堆積。為了匹配物料輸送過(guò)程中的工序銜接,用戶不得不降低剪切工序的效率,以達(dá)到物料輸送的平衡。這樣,在極端情況下將限制主軋線的工作效率,直接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。自動(dòng)碼垛設(shè)備對(duì)物料來(lái)料的需求大于輸入鏈入料的收集輸送量,碼垛設(shè)備多處于等料狀態(tài)。在并行多工位碼垛區(qū),物料不能及時(shí)配送的問(wèn)題更為突出,直接限制了包裝線的運(yùn)行效率,造成投資浪費(fèi)[4]。

為了解決上述問(wèn)題,筆者設(shè)計(jì)了一種長(zhǎng)型材自動(dòng)配送機(jī)構(gòu),可以實(shí)現(xiàn)型材在配送時(shí)的準(zhǔn)確定位,提高型材的配送質(zhì)量。這一機(jī)構(gòu)包括使接收的所有型材端部齊平進(jìn)而形成型材排的入料輸送輥道裝置、入料收集輸送鏈裝置,以及將入料輸送輥道裝置上型材排轉(zhuǎn)移至入料收集輸送鏈裝置的移料車裝置。

2 結(jié)構(gòu)

長(zhǎng)型材自動(dòng)配送機(jī)構(gòu)如圖1所示,包括帶定尺功能的入料輸送輥道裝置、1號(hào)移料車裝置、1號(hào)入料收集輸送鏈裝置、2號(hào)移料車裝置、2號(hào)入料收集輸送鏈裝置等結(jié)構(gòu)。長(zhǎng)型材包裝長(zhǎng)度一般在6～12 m之間,在一臺(tái)碼垛工位實(shí)現(xiàn)雙排6 m長(zhǎng)型材同時(shí)碼垛和長(zhǎng)于6 m長(zhǎng)型材單排碼垛功能,以提高常規(guī)6 m長(zhǎng)型材碼垛包裝作業(yè)的效率。

在長(zhǎng)型材自動(dòng)配送機(jī)構(gòu)中設(shè)置兩套入料收集輸送鏈裝置和移料車裝置,在入料輥道區(qū)域設(shè)置定尺擋板,在6 m長(zhǎng)型材碼垛作業(yè)模式下,入料輥道區(qū)域快速分割兩個(gè)配送區(qū)位,實(shí)現(xiàn)雙排6 m長(zhǎng)型材的快速配送作業(yè)。在長(zhǎng)于6 m長(zhǎng)型材碼垛作業(yè)模式下,兩臺(tái)移料車裝置和入料收集輸送鏈裝置同步運(yùn)轉(zhuǎn),整合為單個(gè)配送區(qū)工作。作業(yè)模式切換由設(shè)備控制系統(tǒng)自動(dòng)控制,不需要人工干預(yù)。

▲圖1 長(zhǎng)型材自動(dòng)配送機(jī)構(gòu)

在每個(gè)配送區(qū)都設(shè)有定尺擋板,使型材在入料輸送輥道裝置上定位并端部齊平。型材在入料輸送輥道裝置上完成動(dòng)作后,由對(duì)應(yīng)的移料車裝置快速托離輥道,托離時(shí)間為0.3～0.5 s,保證后續(xù)型材無(wú)障礙進(jìn)入工位,從而提高輥道輸送效率。移料車裝置將型材移運(yùn)至對(duì)應(yīng)的入料收集輸送鏈裝置上,由入料收集輸送鏈裝置送至碼垛工位,完成型材在各自碼垛區(qū)的自動(dòng)配送任務(wù)[5]。

3 入料輸送輥道裝置

入料輸送輥道裝置用于對(duì)型材進(jìn)行定位,并且使所有型材端部齊平,其結(jié)構(gòu)如圖2所示。定尺擋板用于在擋料狀態(tài)與放料狀態(tài)之間進(jìn)行切換,處于擋料狀態(tài)時(shí),定尺擋板與入料輸送輥道裝置接收的所有型材端面貼合。

▲圖2 入料輸送輥道裝置結(jié)構(gòu)

定尺擋板為可旋轉(zhuǎn)組件,定尺擋板的旋轉(zhuǎn)中心線與入料輸送輥道裝置的輸送方向垂直。與定尺擋板連接的連接板,以及與連接板連接的氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)執(zhí)行器為切換機(jī)構(gòu),用于控制定尺擋板旋轉(zhuǎn)。兩套軸承座將定尺擋板安裝在輥道支架上,在氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)執(zhí)行器的作用下,定尺擋板可以在一定角度范圍內(nèi)翻轉(zhuǎn)。當(dāng)氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)執(zhí)行器氣缸伸出時(shí),定尺擋板工作面低于輥道工作面,型材可自由通過(guò)。當(dāng)氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)執(zhí)行器氣缸縮回時(shí),定尺擋板處于豎立,定尺擋板下部工作面緊貼位于輥道支架上的緩沖器。定尺擋板高出輥道工作面,處于擋料狀態(tài),型材運(yùn)行至定尺擋板定位,并依靠輥道與型材接觸的摩擦力使型材端部齊平,型材與定尺擋板的碰撞力傳遞到緩沖器。在輥道兩側(cè)設(shè)有側(cè)導(dǎo)向板,保證型材在輥道的有效工作區(qū)域內(nèi)輸送。根據(jù)配送區(qū)域設(shè)置若干驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速機(jī),同一工作區(qū)內(nèi)各個(gè)輥道通過(guò)傳動(dòng)鏈條保證同步轉(zhuǎn)動(dòng)[6]。

4 移料車裝置

移料車裝置可以實(shí)現(xiàn)型材的快速移位輸送。型材在移位過(guò)程中,穿過(guò)托架的通道,可以被連續(xù)無(wú)阻擋輸送,并實(shí)現(xiàn)快速取放。移料車裝置滿足型材包裝過(guò)程中物流輸送的技術(shù)要求,可以提高型材的配送效率,其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

▲圖3 移料車裝置結(jié)構(gòu)

移料車裝置由固定支座、固定梁、弓形托架、拖拽鏈條、軌道架、提升梁、液壓升降執(zhí)行器、同步聯(lián)軸器、拖拽電機(jī)減速機(jī)組成。若干等距排列的軌道架固定在固定梁上,固定梁兩端設(shè)有銷軸座,與固定在設(shè)備基礎(chǔ)上的兩個(gè)固定支座通過(guò)銷軸連接,使軌道架可以以一定角度上下擺動(dòng)。在每個(gè)軌道架上設(shè)有可沿軌道架上導(dǎo)軌往復(fù)運(yùn)動(dòng)的弓形托架,弓形托架在軌道架上由拖拽鏈條驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。在固定梁上設(shè)有拖拽電機(jī)減速機(jī),同步聯(lián)軸器與每個(gè)拖拽鏈條主動(dòng)鏈輪相連,在拖拽電機(jī)減速機(jī)的作用下,驅(qū)動(dòng)弓形托架同步運(yùn)動(dòng)。左右對(duì)稱布置液壓升降執(zhí)行器,驅(qū)動(dòng)提升梁及固定在提升梁上的軌道架上下擺動(dòng),實(shí)現(xiàn)弓形托架的取料、卸料功能。在液壓升降執(zhí)行器上裝有彈性緩沖器塊,當(dāng)軌道架落下后,提升梁落放在緩沖器上,承載移料車裝置的大部分重力載荷,并消除落放過(guò)程中的沖擊,提高移料車裝置的工作可靠性,延長(zhǎng)工作壽命[7]。移料車裝置采用鉸軸連接擺動(dòng)方式,軌道架之間由固定梁和提升梁剛性連接,設(shè)備剛性和穩(wěn)定性好,滿足系統(tǒng)頻繁取卸料及快速響應(yīng)的工況要求。

5 入料輸送輥道裝置輸送過(guò)程

型材通過(guò)定尺擋板如圖4所示。定尺擋板在氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)執(zhí)行器的作用下順時(shí)針?lè)D(zhuǎn)一定角度,其工作面低于輥道輸送工作面,型材在入料輸送輥道的驅(qū)動(dòng)下可以自由通過(guò)。

▲圖4 型材通過(guò)定尺擋板

在定尺擋板擋料狀態(tài)下,型材接近定尺擋板如圖5所示。定尺擋板在氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)下逆時(shí)針?lè)D(zhuǎn),處于豎立。定尺擋板高出入料輸送輥道工作面,擋板下表面緊壓在緩沖器上。當(dāng)型材通過(guò)位于定尺擋板前方的物料檢測(cè)裝置時(shí),驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速機(jī)由高速切換至低速。

▲圖5 型材接近定尺擋板

型材定位齊平工序如圖6所示。型材低速靠近并觸及定尺擋板,在輥道低速運(yùn)轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)下,型材排端部全接觸并齊平。因?yàn)樾筒呐诺退倥鲎矒醢?所以產(chǎn)生的沖擊力小,沖擊力通過(guò)定尺擋板下部工作面?zhèn)鬟f至緩沖器,實(shí)現(xiàn)型材定位齊平可靠、平穩(wěn)[8]。

▲圖6 型材定位齊平工序

6 移料車裝置配送流程

移料車裝置配送流程如圖7所示。

(1) 流程1。液壓升降執(zhí)行器處于縮回狀態(tài),軌道架處于斜置。弓形托架位于軌道架前端部,斜置在入料輸送輥道下方。當(dāng)型材排在入料輸送輥道上運(yùn)行至定尺擋板齊平后,控制系統(tǒng)發(fā)出取料信號(hào)。

(2) 流程2。移料車裝置收到取料信號(hào)后,液壓升降執(zhí)行器動(dòng)作,移料車架向上擺動(dòng),使軌道架處在水平狀態(tài),入料輸送輥道上的型材排被弓形托架托離輥道面,后續(xù)型材排可自由通過(guò)輥道。車架擺動(dòng)動(dòng)作時(shí)間僅0.5 s,后續(xù)輸送的型材不需要減速或停滯,不影響下一個(gè)配送工位的物料輸送效率,滿足多個(gè)工位連續(xù)配送的需求。

(3) 流程3。弓形托架裝載型材排,在拖拽電機(jī)減速機(jī)的驅(qū)動(dòng)下,在水平方向快速移向入料收集輸送鏈裝置。

(4) 流程4。配送的型材排運(yùn)送到入料收集輸送鏈裝置上方,控制系統(tǒng)發(fā)出卸料信號(hào),拖拽系統(tǒng)停止工作。液壓升降執(zhí)行器縮回,軌道架向下擺動(dòng),恢復(fù)到斜置,此時(shí)運(yùn)送的型材排落放在入料收集輸送鏈裝置的輸送鏈條上,完成系統(tǒng)的卸料動(dòng)作。

▲圖7 移料車裝置配送流程

(5) 流程5。卸料動(dòng)作完成后,入料收集輸送鏈裝置運(yùn)轉(zhuǎn),將型材排送往對(duì)應(yīng)的碼垛工位。弓形托架在拖拽系統(tǒng)的作用下,沿軌道架向入料輸送輥道方向移動(dòng)。

(6) 流程6。弓形托架運(yùn)動(dòng)至入料輸送輥道下方,恢復(fù)到流程1中的狀態(tài),由此完成一個(gè)配送工序工作周期[9-10]。

7 結(jié)束語(yǔ)

筆者設(shè)計(jì)了一種長(zhǎng)型材自動(dòng)配送機(jī)構(gòu),用于完成型材的定位和轉(zhuǎn)移。定位時(shí)由入料輸送輥道裝置接收型材,并使接收的所有型材端部齊平,形成型材排。 轉(zhuǎn)移時(shí),移料車裝置將入料輸送輥道裝置上的型材排轉(zhuǎn)移至入料收集輸送鏈裝置上。

長(zhǎng)型材自動(dòng)配送機(jī)構(gòu)采用專用的型材配送系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)型材的快速移位輸送,在定位過(guò)程中能可靠齊平型材端面,提高型材的配送效率和質(zhì)量。長(zhǎng)型材自動(dòng)配送機(jī)構(gòu)滿足長(zhǎng)型材高效可靠的配送要求,適用于物流輸送場(chǎng)合,具有一定的市場(chǎng)推廣價(jià)值。