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0755-88840386發(fā)布時(shí)間:2021-06-30 15:09:54 |來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載
回轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)已成為水泥包裝的主流產(chǎn)品,具有高效、可靠、穩(wěn)定性好等特點(diǎn),但是普遍面臨的問(wèn)題在于操作過(guò)程中需要人工套袋才能完成水泥灌裝,不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大,而且在粉塵污染環(huán)境下作業(yè)危險(xiǎn),容易造成生產(chǎn)事故,降低生產(chǎn)效率[1—5]。為此,以回轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)為研究對(duì)象,開(kāi)發(fā)與其配套的自動(dòng)套袋裝置,以實(shí)現(xiàn)水泥包裝過(guò)程的全自動(dòng)化。
1總體設(shè)計(jì)
回轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)在操作過(guò)程中,除人工套袋外,其他如灌裝、計(jì)量、掉袋等均可自動(dòng)完成。在包裝機(jī)四周均勻分布有多個(gè)出料噴嘴,研究的自動(dòng)套袋裝置主要功能是將閥口袋穩(wěn)定地套至出料噴嘴上,實(shí)現(xiàn)與回轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)同步對(duì)接,以代替人工進(jìn)行自動(dòng)套袋。自動(dòng)套袋裝置主要適用于尺寸為500mm×650mm的閥口袋包裝,設(shè)計(jì)套袋速度為1200袋/h,套袋成功率不低于99.9%,依據(jù)人工套袋工作流程,采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[6—7]。自動(dòng)套袋裝置可實(shí)現(xiàn)供袋、取袋和套袋等功能,對(duì)應(yīng)的3個(gè)模塊功能為:供袋機(jī)構(gòu),從供袋盤(pán)連續(xù)輸送閥口袋;取袋機(jī)構(gòu),吸取閥口袋并將袋口張開(kāi)至可套入水泥包裝機(jī)出料噴嘴的尺寸;套袋機(jī)構(gòu),機(jī)械手爪抓取張開(kāi)狀態(tài)的閥口袋,將閥口袋套入運(yùn)動(dòng)中的出料噴嘴,與包裝機(jī)對(duì)接完成灌裝流程。
系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1,左邊為回轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī),右邊為與其配合的自動(dòng)套袋裝置。在包裝機(jī)四周均勻分布多個(gè)出料噴嘴,繞包裝機(jī)中心軸回轉(zhuǎn),當(dāng)每個(gè)出料噴嘴旋轉(zhuǎn)至套袋工位時(shí),自動(dòng)套袋裝置迅速將閥口袋套至出料噴嘴上。閥口袋精準(zhǔn)、平穩(wěn)地張開(kāi)動(dòng)作非常關(guān)鍵,可借鑒不同包裝機(jī)張袋方式進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)[8—9]。圖1中自動(dòng)套袋裝置的吸盤(pán)1和吸盤(pán)2同時(shí)從供袋盤(pán)上吸取閥口袋,吸盤(pán)2垂直運(yùn)動(dòng),吸盤(pán)1做逆時(shí)針弧線提升,由于提升高度不一致,且單邊吸取,吸盤(pán)1沿弧線逆時(shí)針提升后,閥口袋袋口因兩側(cè)面受力不均勻而自動(dòng)張開(kāi),達(dá)到張袋目的。袋口張開(kāi)后,機(jī)械手抓取閥口袋,套袋機(jī)械臂牽引與出料噴嘴對(duì)接。機(jī)械手抓取袋口已張開(kāi)的閥口袋,套袋機(jī)械臂牽引完成套袋。
2供袋機(jī)構(gòu)
供袋機(jī)構(gòu)連續(xù)不間斷地提供袋源,同時(shí)具有自動(dòng)檢測(cè)無(wú)袋信息和閥口袋位置的功能。采用SolidWorks軟件設(shè)計(jì)的供袋機(jī)構(gòu)三維結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2,由主袋庫(kù)盤(pán)和過(guò)渡袋庫(kù)盤(pán)組成,交替工作。設(shè)備初始運(yùn)行時(shí),閥口袋被送至主袋庫(kù)盤(pán),主袋庫(kù)盤(pán)將閥口袋運(yùn)至套袋工位,開(kāi)始進(jìn)行自動(dòng)套袋。計(jì)數(shù)器記錄套袋數(shù)量,當(dāng)主袋庫(kù)盤(pán)上閥口袋的數(shù)量少于一定數(shù)量時(shí),過(guò)渡袋庫(kù)盤(pán)接替主袋庫(kù)盤(pán)供袋,主袋庫(kù)盤(pán)回到初始位置,下一批閥口袋運(yùn)送至主袋庫(kù)盤(pán)上,當(dāng)過(guò)渡袋庫(kù)盤(pán)上的閥口袋全部套完后,主袋庫(kù)盤(pán)繼續(xù)進(jìn)行供袋,進(jìn)入下一工作循環(huán)。該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了袋庫(kù)盤(pán)的連續(xù)供袋,提高了自動(dòng)套袋裝置的運(yùn)行效率。
3取袋機(jī)構(gòu)
取袋機(jī)構(gòu)主要功能是吸取套袋工位的閥口袋,并張開(kāi)袋口等待機(jī)械手爪抓取。吸取和張開(kāi)袋口動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行,利用閥口袋單邊受力后袋口自動(dòng)變形而張開(kāi)袋口,前后同時(shí)吸取。由于前后吸取高度差,加上壓袋裝置的作用使得袋口自然變形張開(kāi)。取袋機(jī)構(gòu)工作原理見(jiàn)圖3,后吸盤(pán)與后吸袋氣缸直接連接,前吸盤(pán)與前吸袋氣缸之間由平行四桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)方式,平行四桿機(jī)構(gòu)還具有行程放大的功能。工作時(shí),前后吸盤(pán)同時(shí)吸取,前后吸袋氣缸縮回,帶動(dòng)前后吸盤(pán)的提升,前吸盤(pán)在平行四桿機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下,位移量比后吸盤(pán)大,壓袋桿對(duì)閥口袋的阻力導(dǎo)致袋口自然變形后張開(kāi)。見(jiàn)圖3,設(shè)計(jì)的平行四桿機(jī)構(gòu)桿長(zhǎng)度s=300mm,壓袋桿相對(duì)平行四桿機(jī)構(gòu)位置c=70mm,d=50mm,前吸盤(pán)相對(duì)高度b=100mm,伸出長(zhǎng)度a=20mm。通過(guò)調(diào)節(jié)氣缸與平行四桿機(jī)構(gòu)的相對(duì)位置,可達(dá)到理想的袋口張開(kāi)效果。
取袋機(jī)構(gòu)三維結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4,主要由前后吸盤(pán)、前后吸袋氣缸、壓袋桿、換向臂和平行四桿機(jī)構(gòu)等組成。前吸盤(pán)采用換向臂結(jié)構(gòu)布置,3個(gè)吸盤(pán)均勻布置,換向臂為空心管結(jié)構(gòu),吸盤(pán)氣路布置在換向臂內(nèi),這樣既降低了吸盤(pán)氣路受閥口袋粉塵的影響,又避免了氣管布置因反復(fù)運(yùn)動(dòng)造成的氣管老化和漏氣問(wèn)題。同時(shí),換向臂使得前吸袋氣缸可以布置在閥口袋的套袋工位以外,使得空間布局更加開(kāi)闊,解決了與套袋機(jī)構(gòu)機(jī)械手爪運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉等問(wèn)題。壓袋桿為圓桿,取袋時(shí)與閥口袋表面貼合度好,不至于造成袋子的損壞。
4套袋機(jī)構(gòu)
套袋機(jī)構(gòu)主要實(shí)現(xiàn)將閥口袋平穩(wěn)套至出料噴嘴上。由于出料噴嘴不是靜止?fàn)顟B(tài),而是隨著包裝機(jī)作圓周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),增加了套袋機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)難度。這里,采用機(jī)械手爪和機(jī)械臂來(lái)設(shè)計(jì)套袋機(jī)構(gòu)[10—13]。設(shè)計(jì)的套袋機(jī)構(gòu)三維結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5,由機(jī)械手爪抓取張口的閥口袋,在機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)下,與回轉(zhuǎn)式包裝機(jī)的出料噴嘴對(duì)接,完成套袋動(dòng)作。套袋機(jī)構(gòu)運(yùn)行的軌跡與出料噴嘴軌跡嚙合時(shí)兩者對(duì)接穩(wěn)定性較高。機(jī)械臂結(jié)構(gòu)采用四桿機(jī)構(gòu)構(gòu)型,四桿機(jī)構(gòu)末端運(yùn)動(dòng)軌跡變化取決于各桿桿長(zhǎng)的比例[14—16]。對(duì)機(jī)械臂四桿機(jī)構(gòu)建立數(shù)學(xué)模型,根據(jù)空間布局和套袋機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)軌跡,優(yōu)化設(shè)計(jì)出機(jī)械臂四桿機(jī)構(gòu)的最佳尺寸。
機(jī)械手爪采用氣缸驅(qū)動(dòng),通過(guò)中間連接桿聯(lián)接2個(gè)手爪關(guān)節(jié),使2個(gè)手爪關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)能夠同步,見(jiàn)圖6。機(jī)械手爪在抓取袋子時(shí),需避開(kāi)取袋機(jī)構(gòu)的換向臂,同時(shí)還要求能夠維持袋口張開(kāi)狀態(tài),因此,將手爪設(shè)計(jì)成對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu),還能保證閥口袋與出料噴嘴的安全對(duì)接,避免手爪與回轉(zhuǎn)式包裝機(jī)出料噴嘴產(chǎn)生干涉。在手爪末端添加了緩沖墊設(shè)計(jì),緩沖墊可以有效地降低在夾取袋子時(shí)由于速度過(guò)快和力量過(guò)大造成袋子破損的幾率。
在SolidWorks中給模型添加材料屬性,測(cè)得機(jī)械手爪質(zhì)量為5.2kg,四桿機(jī)械臂的質(zhì)量為13.22kg,距回轉(zhuǎn)中心的距離為826.6mm,四桿機(jī)械臂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為5.85kg·m2。根據(jù)四桿機(jī)械臂的參數(shù),選用取袋機(jī)構(gòu)的伺服電機(jī)型號(hào)為YASKAWA的SGMGV-09A,額定輸出功率為0.85kW,額定轉(zhuǎn)矩為5.39N·m,瞬時(shí)最大轉(zhuǎn)矩為13.8N·m,額定轉(zhuǎn)速為1500r/min,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為13.9×10-4kg·m2。
5系統(tǒng)裝配
在完成供袋、取袋、套袋機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,在SolidWorks中對(duì)各個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行虛擬裝配,系統(tǒng)裝配模型見(jiàn)圖7。經(jīng)虛擬裝配后,牽引各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng),并未發(fā)現(xiàn)有運(yùn)動(dòng)干涉現(xiàn)象,各個(gè)模塊的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)符合要求。
6結(jié)語(yǔ)
針對(duì)回轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)需要人工套袋的難題,開(kāi)發(fā)與其配套的自動(dòng)套袋裝置,由供袋、取袋和套袋機(jī)構(gòu)等3個(gè)模塊組成。供袋機(jī)構(gòu)連續(xù)供應(yīng)閥口袋,取袋機(jī)構(gòu)吸取和張開(kāi)閥口袋,套袋機(jī)構(gòu)將閥口袋套入運(yùn)動(dòng)中的出料噴嘴,與包裝機(jī)對(duì)接完成水泥灌裝流程。采用SolidWorks軟件進(jìn)行自動(dòng)套袋裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在參數(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了各個(gè)模塊的三維機(jī)械結(jié)構(gòu),并進(jìn)行虛擬系統(tǒng)裝配,驗(yàn)證了機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)符合設(shè)備要求。
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