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0概述
擺臂式水泥袋自動插袋機旨在提供一種與水泥包裝機結合的自動插袋裝置，特別適宜于回轉式水泥包裝機配套使用，具有節(jié)省勞動力、降低生產(chǎn)成本、提高工作效率、減少環(huán)境污染等優(yōu)點。該裝置的使用可以從根本上解決工人在惡劣環(huán)境中工作的現(xiàn)狀，完全擺脫矽肺，更有利于環(huán)保，適應我國產(chǎn)業(yè)升級的規(guī)劃。將進一步提高水泥生產(chǎn)的自動化程度，對企業(yè)的發(fā)展具有巨大經(jīng)濟和社會效益，體現(xiàn)“中國智造”的優(yōu)勢。

1技術特點
紙質全新水泥包裝袋的袋口貼合得非常緊，這就要求在插袋之前首先要使袋口張開。本機構釆用真空吸盤吸附的方式將袋口吸開，然后用轉運機械臂配合插袋機械手將紙質包裝袋套入勻速轉動的回轉式水泥裝包機的出灰管上。機械方面主要由吸袋機構，轉運機械臂，插袋機械手三大部分組成；在控制系統(tǒng)上，采用PLC為核心控制元件。
2結構特點與設計要點
2.1結構特點及工藝流程
擺臂式水泥袋自動插袋機與回轉式水泥包裝機總體示意圖見圖1。其中包裝機系統(tǒng)工作時做回轉運動，8個出灰管，依次插上水泥袋，然后開始進行灌裝，回轉一周可以完成8個水泥袋的灌裝。
其轉運機械臂由伺服驅動系統(tǒng)驅動完成凸輪間歇運動。此運動可驅動轉運機械臂完成插袋的主體動作。在機械臂的前端安裝插袋機械手，當達到制定位置時完成夾袋動作。而吸袋機構用來完成紙質水泥袋的開口與定位工作。
工作時，回轉式水泥包裝機應處于勻速轉動狀態(tài)。首先，插袋機的吸袋機構在氣缸的驅動下動作，吸起一個水泥袋，使其上半部分呈豎直狀態(tài)，在吸盤的配合下將袋口吸開。然后，插袋機械手在氣缸驅動下，完成夾袋動作，同時，機械手的結構可以保持袋口張開的狀態(tài)。下一步，開口吸盤斷氣，為機械臂動作做好準備。下一步，轉運機械臂帶動水泥
袋向包裝機上的出灰管擺動，機械手保持加持狀態(tài)，確保水泥袋口處于張開狀態(tài)。此后在轉運機械臂的驅動下，機械手將袋子套入包裝機上的出灰管。袋子就位后，機械手釋放夾袋動作，使夾袋機構張開，以確保轉運機械臂復位時不會發(fā)生干涉碰撞現(xiàn)象：
2.2吸袋機構
功能：將水泥包裝袋吸起，使其上半部分呈豎直狀態(tài)，并使包裝袋口張開，
工作原理：吸袋機構主體框架獨立固定在地面上。

上面每次放置16個紙質水泥袋。工作時，為了補償插袋后減少的紙袋總體厚度差，設計了由伺服電機驅動的電動缸進行步進動作，根據(jù)工作頻率，自動使放置的紙袋始終處于同一高度上?？蚣苌辖M裝有氣缸，可驅動吸盤機架完成上下動作，同時配合真空系統(tǒng)，在下部時完成吸附紙袋功能；在上部時完成紙袋開口和紙袋定位功能，為后續(xù)機械手夾袋動作做好準備。
2.3轉運機械臂
功能：推動插袋機械手將水泥袋轉運至包裝機的出灰管上。
工作原理：由于回轉式水泥包裝機處于勻速轉動狀態(tài)，要求機械手在套袋動作時始終保持與出灰管運動軌跡的半徑共線，見圖2。
其中2。4段為轉運機械臂本體，由驅動電機帶動凸輪機構驅動運轉,實現(xiàn)周期插袋動作4。3段為平行四連桿結構的前連桿，用來控制機械手的朝向。轉運機械臂在進行插袋動作時，運動分為三部分：第一部分為機械臂加速運動，使機械臂迅速達到與包裝機同步的速度；第二部分為插入動作部分，這部分要求。4。3段控制的機械手朝向始終與包裝機上的出灰口對正，即保持同步狀態(tài)。此時機械手相對于包裝機上的出灰管在徑向上是靜止的，只有一個軸向運動，這樣就可以避免機械手與轉動著的出灰管發(fā)生碰撞；第三部分為運轉機械臂復位動作，此時需要機械手打開，釋放紙袋，然后加速回到零位。
2.4插袋機械手
功能：具有準確抓取水泥袋及保持水泥袋口處于張開狀態(tài)的功能。
工作原理：機械手主要由驅動氣缸，兩個對稱抓手及安裝架組成。其中安裝架被安裝在轉運機械臂前端。其上采用餃鏈連接安裝兩個對稱結構的抓手，用來抓取由吸袋機構定位完畢且袋口張開的紙袋。同時，抓手結構釆用特殊設計成符合紙袋袋口打開形狀的外形，能夠在氣缸驅動兩抓手完成抓取動作后，保持紙袋的開口狀態(tài)。為后續(xù)工序中的轉運機械臂的插袋動作做好準備。
3控制系統(tǒng)
3.1系統(tǒng)流程
(1)水泥袋運輸裝置將待插水泥袋輸送到吸袋機構上,一般16個袋為一組。
(2)吸袋機構的氣缸驅動傳動機構與吸盤動作將水泥袋豎立，并將袋口打開。
(3)轉運機械臂動作到吸袋機構上方，機械手完成抓取袋子的動作。
(4)調節(jié)速度使插袋系統(tǒng)與回轉包裝機相協(xié)調，當包裝機系統(tǒng)帶動出灰管到達某一個地點時(一直位于該地點插袋)，插袋系統(tǒng)恰好將包裝袋輸送到此地點，并進行插袋動作過程。
(5)此過程結束，重復(2)到(4)步驟。

圖3為系統(tǒng)控制流程圖。
3.2系統(tǒng)控制
系統(tǒng)控制的核心是要將原有的回轉式包裝機的控制系統(tǒng)與插袋機的控制系統(tǒng)相結合成一個新的控制系統(tǒng)。但兩個系統(tǒng)仍保持各自的機械機構，故需要考慮兩個系統(tǒng)的協(xié)調，性問題。
⑴系統(tǒng)的協(xié)調性說明。
①包裝系統(tǒng)的速度與插袋系統(tǒng)的速度相協(xié)調。
包裝系統(tǒng)的回轉速度通過變頻器控制，插袋系統(tǒng)的速度通過伺服系統(tǒng)控制。其中，包裝機的變頻器中存儲其運轉速度，并將此轉速信息傳送到新控制系統(tǒng)的PLGh進行存儲計算。然后根據(jù)計算轉換為向插袋系統(tǒng)傳遞的信息，并控制插袋系統(tǒng)的伺服驅動器,使伺服電機驅動的轉運機械臂達到與包裝機匹配的轉速。
②氣缸與吸嘴折起包裝袋與取袋動作相協(xié)調。
在插袋機械手(由伺服系統(tǒng)驅動轉運機械臂，機械臂前端安裝插袋機械手)返回取袋之前，氣缸與吸嘴需要將包裝袋吸起并使袋口張開以等待取袋。

(2)系統(tǒng)控制。
系統(tǒng)采用PLC作為整個新系統(tǒng)的控制核心，見圖4。3.3脈沖輸出控制
PLC控制伺服電機轉動,使水泥袋備料處最頂端的袋子保持在某個固定的位置，當檢測到該位置沒有袋子時，伺服電機轉動，將底部水泥袋上升到該位置。
3.4模擬量輸入控制
(1)稱重儀表信號。將稱重儀表測定的包裝袋重量反饋至PLC,使PLC做出動作，如果達到規(guī)定重量則掉袋，若沒有達到則重新進行灌裝。
(2)速度調節(jié)表。將速度調節(jié)表的速度反饋至PLC,PLC根據(jù)反饋來的速度進行轉換得到插袋系統(tǒng)的速度。
3.5模擬量輸出控制
(1)包裝系統(tǒng)速度控制一頻器。PLC輸出模擬量控制包裝系統(tǒng)的回轉速度，見圖6。該速度是由速度調節(jié)表控制。
姓調節(jié)表    一?)PLC    -A    頻器；■電動機
圖6回轉系統(tǒng)速度控制
(2)插袋系統(tǒng)速度控制一^服系統(tǒng)。PLC內部根據(jù)速度調節(jié)器所輸出的速度進行變換得到插袋系統(tǒng)的控制速度，并輸出至插袋伺服驅動器控制伺服電機的轉動速度，見圖7。
a#調節(jié)表］.plc    ?伺服驅動器伺服電機
圖7回轉系統(tǒng)速度控制
3.6數(shù)字量輸入控制
主要是傳感器或者接近開關的信號輸入到PLC。當包裝系統(tǒng)檢測到有水泥袋插入、達到規(guī)定重量掉袋、中途掉袋、插袋系統(tǒng)檢測到該取袋或者是插袋完畢時,傳感器都會將情況反饋到PLC,同時PLC發(fā)出相應的控制信號。
(1)原點接近開關。在系統(tǒng)開始工作之前，首先將系統(tǒng)進行回原點操作，兩個分系統(tǒng)電機慢速運轉，直至達到原點接近開關處，電機停止運轉,完成原點定位操作。
(2)包裝袋有無檢測傳感器。檢測插袋系統(tǒng)的機械手上是否抓有水泥袋，在系統(tǒng)斷電后重新開始上電工作前，進行傳感器判斷,如果插袋系統(tǒng)的轉運機械臂抓手上抓有袋子，則不再進行取袋動作,直接進行插袋動作。
(3)插袋傳感器。插袋完畢，傳感器信號反饋至PLC,控制機械手釋放抓袋動作，機械手張開。
(4)取袋傳感器。電機帶動轉運機械臂上的插袋機械手運轉，當?shù)竭_取袋傳感器處電機停轉，同時機械手動作夾取水泥袋。
3.7數(shù)字量輸出控制
數(shù)字量輸出控制主要是PLC在某時刻控制電磁閥開合從驅動執(zhí)行機構(氣缸，吸嘴等)動作，控制主要體現(xiàn)在順序上，即該在什么時刻進行控制及各個控制動作的前后順序。
(1)氣缸的控制。主要作用是控制插袋機械手夾取包裝袋與控制吸盤支架上下進行吸附動作。主要控制元件為電磁閥。
(2)吸嘴的控制。主要作用是產(chǎn)生真空度，在氣缸帶動支架的協(xié)助下，完成對水泥袋的吸附與袋口打開功能。主要控制元件為電磁閥。
3.8特殊情況處理
(1)重量達不到50kg造成包裝機出灰管上存在水泥袋。此時水泥袋不滿足水泥廠出廠標準，需要繼續(xù)灌裝，此時在掉袋點處此水泥袋是不掉的，故此不需要重新插袋，需要控制運轉機械臂不進行插袋動作。
(2)中途故障掉袋。有時因包裝機上的壓袋氣缸故障，會導致在灌裝過程中出現(xiàn)異常掉袋情況。此時,傳感器立刻發(fā)出信號到控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)控制出灰管處立刻停止灌料，同時顯示故障信號，以便提醒維修人員。
(3)系統(tǒng)回原點。插袋系統(tǒng)在插袋的時候開始插入出灰管的地點是固定的，包裝機在連續(xù)停車后再啟動的過程中，系統(tǒng)中的插袋點與實際的插袋點位置會產(chǎn)生誤差。所以需要間隔一段時間重新設定插袋點位置，即重新定義零點位置。設置一個回原點按鈕，按下此按鈕，系統(tǒng)回到原點。按下按鈕之后，包裝系統(tǒng)與插袋系統(tǒng)都處于低速運行狀態(tài)，包裝系統(tǒng)轉動直至出灰口轉動到原點接近開關處，電機停止轉動，完成零點定位；插袋系統(tǒng)同樣做出如上動作完成原點定位功能。
4應用情況與市場前景
擺臂式水泥袋自動插袋機已經(jīng)完成第一臺樣機制作、調試，正在現(xiàn)場使用之中，經(jīng)過幾個月的使用和觀察,滿足客戶實用要求。海螺水泥集團、華潤水泥集團都提出要引進此插袋機的需求?，F(xiàn)在我公司正在與集團客戶進行商業(yè)合作談判,并有希望在2017年下半年實現(xiàn)大面積產(chǎn)業(yè)推廣，導致海外項目對于插袋機的需求更為迫切。

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