營(yíng)養(yǎng)缽缽體分離系統(tǒng)設(shè)計(jì)

□盧超 平李宏

(北京電子科技職業(yè)學(xué)院北京100176)

營(yíng)養(yǎng)缽缽體分離系統(tǒng)設(shè)計(jì)

□盧超 平李宏

(北京電子科技職業(yè)學(xué)院北京100176)

營(yíng)養(yǎng)缽質(zhì)地多為塑料制作，廣泛用于花卉、蔬菜、瓜果等農(nóng)業(yè)種植。其成品為兩個(gè)缽體對(duì)口連接在一起，呈橢圓形。其中缽體一般需要人工操作將缽體分離開(kāi)，生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。本文根據(jù)營(yíng)養(yǎng)缽生產(chǎn)工藝，設(shè)計(jì)了自動(dòng)分離系統(tǒng)，并采用PLC對(duì)其進(jìn)行控制，取消原本人工操作，提高效率，降低生產(chǎn)成本。有較好的應(yīng)用前景。

營(yíng)養(yǎng)缽；機(jī)械手；PLC

1 機(jī)械手設(shè)計(jì)

機(jī)械手是在機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)械手雖然還不如人手那樣靈活，但它能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)，不知疲勞，不怕危險(xiǎn)，抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn)。因此，機(jī)械手已受到許多部門(mén)的重視，并得到了廣泛的應(yīng)用。本系統(tǒng)也采用機(jī)械手進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)如下。

營(yíng)養(yǎng)缽本身質(zhì)量較輕，剛生產(chǎn)出時(shí)，缽內(nèi)充滿(mǎn)氣體，因此需要營(yíng)養(yǎng)缽的機(jī)械手抓力合適，既要抓住缽體，又不能將其抓破。同時(shí)由于其生產(chǎn)速度太快，要求機(jī)械手動(dòng)作快，能與之生產(chǎn)速度配合，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮以上因素。

營(yíng)養(yǎng)缽是兩個(gè)缽體缽口相對(duì)連接在一起，呈橢圓形，如圖1所示。因此，手爪外形以仿形字母V型結(jié)構(gòu)，同時(shí)為了增加摩擦力，以及保護(hù)缽體，在手指末端需要增加保護(hù)墊。在分離的過(guò)程中需要模擬人工撕扯動(dòng)作，因此需要配備成對(duì)的機(jī)械手，并能找準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)缽在合適的位置抓住營(yíng)養(yǎng)缽兩端，向兩側(cè)移動(dòng)，完成撕拉動(dòng)作，將營(yíng)養(yǎng)缽分離。

圖1 營(yíng)養(yǎng)缽半成品外形

工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，按動(dòng)力源分為液壓、氣動(dòng)和電動(dòng)三大類(lèi)。根據(jù)需要也可這三種基本類(lèi)型組合成復(fù)合式的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。本系統(tǒng)為降低成本，同時(shí)由于缽體較輕，只需要很小的力量就可以分離，因此采用了氣動(dòng)方式。采用汽缸與之連接，完成伸手，抓缽體，縮回，分離缽體的動(dòng)作。根據(jù)營(yíng)養(yǎng)缽的生產(chǎn)速度，沿著營(yíng)養(yǎng)缽傳輸線安裝12對(duì)機(jī)械手。

2 傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

營(yíng)養(yǎng)缽生產(chǎn)速率大約是120個(gè)/min，生產(chǎn)速度是很快的。因此進(jìn)入分離工序需要通過(guò)傳輸機(jī)構(gòu)將缽體傳送到此環(huán)節(jié)。由于營(yíng)養(yǎng)缽自重較輕，如果使用簡(jiǎn)單的傳送方式，很容易在行進(jìn)過(guò)程中丟失，因此需要在傳輸帶兩側(cè)加裝護(hù)欄，以防止缽體漂移。營(yíng)養(yǎng)缽有不同的生產(chǎn)型號(hào)，為了適應(yīng)不同型號(hào)大小的營(yíng)養(yǎng)缽，護(hù)欄、機(jī)械手安裝位置需要隨之變動(dòng)，以適應(yīng)不同型號(hào)產(chǎn)品生產(chǎn)。在變更過(guò)程中，護(hù)欄、機(jī)械手移位要操作簡(jiǎn)單、尺寸精準(zhǔn)。傳輸方式需要采用環(huán)形不停頓的傳輸方式，主要原因是因?yàn)槔忬w生產(chǎn)速度太快，而實(shí)際系統(tǒng)中不可能配備太多的機(jī)械手，為防止有漏掉的缽體，采用該傳輸方式，以保證后位空閑的機(jī)械手將其分離。同時(shí)由于機(jī)械手位置固定，因此需要缽體的位置能與之對(duì)應(yīng)，所以在傳輸過(guò)程需要為之匹配定位系統(tǒng)，以保證機(jī)械手能準(zhǔn)確的抓到營(yíng)養(yǎng)缽。

3 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的工藝流程是，當(dāng)傳感器檢測(cè)到營(yíng)養(yǎng)缽時(shí)，對(duì)應(yīng)位機(jī)械手伸出，抓住營(yíng)養(yǎng)缽，收回機(jī)械手，順勢(shì)撕開(kāi)營(yíng)養(yǎng)缽。根據(jù)生產(chǎn)工藝流程可知，PLC輸入信號(hào)包括：?jiǎn)?dòng)、停止，營(yíng)養(yǎng)缽定位傳感器，輸出信號(hào)包括：傳輸帶電機(jī)、汽缸電磁閥、手指電磁閥，工作指示燈。其中營(yíng)養(yǎng)缽定位傳感器，汽缸電磁閥、手指電磁閥為多個(gè)，在此僅以一個(gè)為例。在運(yùn)行過(guò)程中需要認(rèn)真計(jì)算好機(jī)械手動(dòng)作時(shí)間和營(yíng)養(yǎng)缽傳送速度的關(guān)系，以保證機(jī)械手能準(zhǔn)確抓住營(yíng)養(yǎng)缽，且不會(huì)將其弄破?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)選用西門(mén)子S7-200型PLC，基本滿(mǎn)足使用要求。其I/O分配如表1所示。

表1 I/O地址分配

結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)的難點(diǎn)在于機(jī)械手的動(dòng)作與營(yíng)養(yǎng)缽的運(yùn)行速度匹配，否則會(huì)產(chǎn)生抓不到或是抓的位置不合適導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)缽破裂等問(wèn)題，需要精心計(jì)算，耐心測(cè)試。系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初曾經(jīng)嘗試過(guò)使用真空吸盤(pán)方式替代機(jī)械手，但是由于缽體表面不夠平滑，吸力不足等問(wèn)題，修改了方案。本系統(tǒng)基本能夠完成營(yíng)養(yǎng)缽分離工作，可以省下大量的人力成本，系統(tǒng)所用部件穩(wěn)定成熟，更換簡(jiǎn)便，在營(yíng)養(yǎng)缽生產(chǎn)中能有較好的前景。

1004-7026（2016）15-0094-01

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A

10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2016.15.073