礦用液壓電控主閥閥體自動(dòng)壓漲堵裝置設(shè)計(jì)的研究

摘要：作為煤炭智能化開采的基礎(chǔ)控制系統(tǒng)之一，液壓電控系統(tǒng)主要用于控制綜采工作面的液壓支架。主閥是液壓電控系統(tǒng)的核心支撐部件，例如電磁先導(dǎo)閥、閥芯等重要部件均安裝在主閥閥體，主閥的質(zhì)量對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行起到重要的作用。本文主要對(duì)礦用液壓電控主閥閥體自動(dòng)壓漲堵裝置設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容展開了分析，可供參考。

關(guān)鍵詞：礦用液壓電控;主閥閥體;自動(dòng);壓漲堵裝置;設(shè)計(jì)

1自動(dòng)壓漲堵裝置設(shè)計(jì)方案

1.1布局和機(jī)構(gòu)

自動(dòng)壓漲堵裝置的整體結(jié)構(gòu)主要包括閥體物流小車、閥體平移機(jī)構(gòu)、漲堵自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)等，該裝置位于主閥裝配線變位機(jī)左側(cè)，為主閥裝配線線提供完成壓漲堵工序的閥體，設(shè)備占地面積為2.86㎡，臺(tái)面高度為520mm，上料工位閥體上表面高度為800mm，下料工位閥體上表面高度為850mm。自動(dòng)壓漲堵裝置總體布局如圖1，自動(dòng)壓漲堵裝置整體結(jié)構(gòu)如圖2。

1.2主要機(jī)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)

1.2.1閥體平移機(jī)構(gòu)

閥體平移機(jī)構(gòu)由電缸、2套雙滑塊直線重載導(dǎo)軌及閥體定位板組成。電缸和導(dǎo)軌與定位板之間用浮動(dòng)接頭連接。定位板上開6個(gè)凹槽，閥體翻轉(zhuǎn)工位的挑桿進(jìn)入凹槽對(duì)閥體翻面，定位板上有3個(gè)檢測(cè)傳感器，可檢測(cè)閥體是否貼緊定位塊。

1.2.2漲堵自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)

漲堵自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)由振動(dòng)盤、電缸等組成，漲堵頭朝上排列出料進(jìn)入分離機(jī)構(gòu)，直線振動(dòng)器將漲堵送到切出位置，激光傳感器檢測(cè)切出口處是否有漲堵，再由電缸將漲堵帶到取料位置。

1.2.3四軸機(jī)器人機(jī)構(gòu)

四軸機(jī)器人機(jī)構(gòu)由四軸機(jī)器人、連接件、銃桿安裝機(jī)構(gòu)、漲堵手爪組成。漲堵手爪取到漲堵后，根據(jù)視覺定位的坐標(biāo)位置，將漲堵放入工藝孔內(nèi)。第三軸旋轉(zhuǎn)180°，將銃桿認(rèn)到工藝孔內(nèi)，第四軸下行6mm左右，待增壓缸下壓。

1.2.4漲堵壓裝機(jī)構(gòu)

漲堵壓裝機(jī)構(gòu)由氣液增壓缸、增壓缸支架、2套視覺系統(tǒng)、光源、壓力傳感器、行程位移傳感器、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)組成。相機(jī)1豎直安裝，分析工藝孔的坐標(biāo)位置，指導(dǎo)四軸機(jī)器人放堵、放銃桿及漲堵放置是否合格;相機(jī)2傾斜安裝，分析銃桿是否合格放入工藝孔內(nèi)，保證壓裝時(shí)不會(huì)將銃桿壓偏。光源負(fù)責(zé)給2套相機(jī)提供紅色光。壓力傳感器可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)增壓缸輸出的壓力，防止氣壓浮動(dòng)造成壓力不穩(wěn)定。行程位移傳感器可以監(jiān)測(cè)壓缸下壓的行程，保證漲堵壓裝的深度。

1.2.5閥體翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

閥體翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由氣缸、軸承組件、步進(jìn)電機(jī)等組成。閥體到達(dá)翻轉(zhuǎn)工位后，氣缸將閥體挑桿機(jī)構(gòu)前推至定位板上的凹槽內(nèi)，電機(jī)減速機(jī)帶動(dòng)挑桿機(jī)構(gòu)向上翻轉(zhuǎn)90°，使閥體主孔面朝上。人工操作助力機(jī)械手將閥體取走，傳感器檢測(cè)到閥體離開后，氣缸縮回，挑桿機(jī)構(gòu)復(fù)位。

1.2.6氣動(dòng)系統(tǒng)

氣動(dòng)系統(tǒng)主要由兩位三通電磁閥（控制氣液增壓缸增壓）、調(diào)壓過(guò)濾器、減壓閥、兩位三通電磁閥、氣液增壓缸（壓裝）等功能部件組成，主要完成設(shè)備壓裝、翻轉(zhuǎn)、調(diào)節(jié)氣液增壓缸壓力和夾持漲堵等功能。

1.2.7電控系統(tǒng)

電控系統(tǒng)以西門子S7-1200PLC為控制器，以Profinet總線為介質(zhì)組態(tài)，實(shí)現(xiàn)四軸機(jī)器人、氣液增壓缸、電缸、電機(jī)、視覺系統(tǒng)、傳感器和觸摸屏的信息通信和控制。

2關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)分析

2.1視覺定位、視覺檢測(cè)、機(jī)器視覺與機(jī)器人聯(lián)動(dòng)

主閥閥體在加工過(guò)程中遺留的工藝孔與閥體定位面并不平行，并且偏移無(wú)規(guī)律。當(dāng)閥體重新固定后，按照?qǐng)D紙所給定的工藝孔坐標(biāo)，工業(yè)機(jī)器人不能將漲堵放入孔內(nèi);這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)意義上工業(yè)機(jī)器人是在控制系統(tǒng)的控制下，重復(fù)特定的動(dòng)作流程完成加工。而主閥閥體在加工過(guò)程中，雖然是一個(gè)重復(fù)的動(dòng)作，但是孔的坐標(biāo)隨著孔的變化也在不斷變化。同時(shí)，產(chǎn)品加工精度的保障依賴于控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的精度。然而，加工過(guò)程中隨機(jī)誤差的產(chǎn)生在所難免，諸如不可預(yù)測(cè)的震動(dòng)、產(chǎn)品在工位間傳送發(fā)生的偏移等，此外機(jī)械結(jié)構(gòu)隨著長(zhǎng)期使用、精度下降帶來(lái)的系統(tǒng)誤差還會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品批量報(bào)廢，加上現(xiàn)今產(chǎn)品序列紛繁復(fù)雜，市場(chǎng)對(duì)于柔性生產(chǎn)的要求與日俱增，工業(yè)機(jī)器人想要在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)下完成這一切就顯得尤為困難。所以采用器人配合視覺的方式，由視覺系統(tǒng)準(zhǔn)確分析孔的位置，將坐標(biāo)傳遞給工業(yè)機(jī)器人，由工業(yè)機(jī)器人完成高精度裝配，這樣大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，還可以滿足同類產(chǎn)品的共線生產(chǎn)，為實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)提供可能。

2.2視覺系統(tǒng)的設(shè)置和調(diào)試

視覺系統(tǒng)以EPSONPV1系統(tǒng)為模板，分別完成四軸機(jī)器人和視覺鏡頭的組態(tài)，再通過(guò)Ethernet連接機(jī)器人控制器和工控機(jī)，最終與控制器鏈接，完成視覺系統(tǒng)的組態(tài)。通過(guò)RC+軟件中的VisionGuide模塊，首先完成視覺坐標(biāo)系與機(jī)器人坐標(biāo)系的同步校準(zhǔn)，然后針對(duì)視覺中的各種圖形建立對(duì)應(yīng)的圖形序列。本系統(tǒng)中有Camera1和Camera2兩個(gè)鏡頭，Camera1位于孔位的正上方，用于孔位的定位、判斷漲堵是否放入孔內(nèi)，采用Geometric對(duì)象，一般用于確定某個(gè)已知對(duì)象的位置和方向，即查找對(duì)象的特征（例如登記標(biāo)志）。此方法通常用來(lái)查找零件位置，以協(xié)助將機(jī)器人引導(dǎo)到拾取位置和放置位置。Camera2位于孔位的斜45°上方，用于判斷銃桿是否放入孔內(nèi)，采用Correlation對(duì)象，Correlation對(duì)象通常一方面用于定位，如獲取圖像上的特征點(diǎn);一方面用于測(cè)量，如零件檢查時(shí)查找零件的直徑、長(zhǎng)度、角度和其他關(guān)鍵外形尺寸等特征;一方面用于檢查，如查找簡(jiǎn)單缺陷、零件遺失或印刷模糊。

3結(jié)語(yǔ)

本設(shè)備投入使用后，與主閥自動(dòng)裝配線無(wú)縫銜接，清洗后的主閥可以直接上線裝配，省掉了人工砸漲堵的工序。本設(shè)備由主閥操作人員操作，節(jié)省了勞動(dòng)力，同時(shí)降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

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作者簡(jiǎn)介：楊鵬（1986.1—），性別男;籍貫陜西銅川;民族漢;學(xué)歷碩士;職稱工程師：職務(wù)機(jī)電總廠副廠長(zhǎng)，單位陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限公司機(jī)電公司