雷管自動卡口卡腰機(jī)的設(shè)計(jì)

周大鵬

(中煤科工集團(tuán)淮北爆破技術(shù)研究院有限公司，安徽 淮北235000)

0 引言

我國工業(yè)雷管的品種齊全、產(chǎn)量大,但是現(xiàn)階段生產(chǎn)工藝落后,生產(chǎn)效率較低,自動化水平尚需提高[1-5]。 目前的雷管生產(chǎn)線中,雷管殼排管、裝藥、壓藥、藥高檢查、裝延期體、剔除廢品等環(huán)節(jié)可實(shí)現(xiàn)自動化和人機(jī)隔離,卡中腰、卡口、檢測、編碼等實(shí)現(xiàn)了半自動化,需要人員的干預(yù)[6-13]。

筆者介紹了一種雷管自動卡口卡腰機(jī)的設(shè)計(jì),能實(shí)現(xiàn)雷管卡口卡腰環(huán)節(jié)的自動化,生產(chǎn)效率高,安全可靠。

1 雷管卡口卡腰現(xiàn)狀

在工業(yè)電雷管生產(chǎn)中,卡口工序是指將引火元件頭導(dǎo)入裝有火藥的基礎(chǔ)雷管中,輔以機(jī)械設(shè)備將引火原件頭和基礎(chǔ)雷管密封[6]。 卡腰是用卡口機(jī)將延期體與雷管管殼固定,并且使兩者達(dá)到密閉配合,要求卡在延期體的中間位置,嚴(yán)禁卡在延期體上端部[10]。

目前,卡口和卡腰的環(huán)節(jié)主要采用半自動的方式。 每個工位1 個人,配備1 臺氣動卡頭,人工操作。 該工位生產(chǎn)效率低,生產(chǎn)線上人員數(shù)量多,沒有實(shí)現(xiàn)人機(jī)隔離,屬于事故風(fēng)險(xiǎn)的高發(fā)工位。

2 雷管自動卡口卡腰機(jī)

筆者在原有的氣動卡口設(shè)備基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一種轉(zhuǎn)盤式、多工位、全自動卡口卡腰機(jī)。

2.1 整體結(jié)構(gòu)

多工位自動卡口卡腰機(jī)由8 個部分組成:轉(zhuǎn)動工作臺、卡頭、撥叉頂桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)動主軸、凸輪分度器、氣動馬達(dá)及支架。 其具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 多工位自動卡口卡腰機(jī)結(jié)構(gòu)

其工作原理為:轉(zhuǎn)動工作臺安裝在轉(zhuǎn)動主軸上,轉(zhuǎn)動主軸通過軸承組件安裝在支架上,轉(zhuǎn)動主軸下部與凸輪分度器輸出軸連接,凸輪分度器輸入軸與氣動馬達(dá)相連。 氣動馬達(dá)通氣轉(zhuǎn)動,帶動凸輪分度器按照設(shè)定的節(jié)奏實(shí)現(xiàn)間歇式的轉(zhuǎn)動輸出,凸輪分度器通過轉(zhuǎn)動主軸帶動轉(zhuǎn)動平臺,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動平臺的間歇轉(zhuǎn)動和準(zhǔn)確停止。 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動平臺平穩(wěn)轉(zhuǎn)動,在各個工位準(zhǔn)確停止,實(shí)現(xiàn)多工位功能。

轉(zhuǎn)動工作臺上間隔90°為1 個工作工位,每個工位上布置5 個卡頭。 每個卡頭在動力的作用下可以實(shí)現(xiàn)卡緊的功能,能夠在雷管上需要的位置進(jìn)行卡腰和卡口。 卡頭下連接撥叉頂桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)。 撥叉頂桿機(jī)構(gòu)可以帶動卡頭上的推桿和壓頭定位套上下運(yùn)動,實(shí)現(xiàn)卡口卡腰過程中雷管位置的調(diào)整和卡口卡腰的動作。 撥叉頂桿的上下運(yùn)動是受凸輪機(jī)構(gòu)的控制,凸輪機(jī)構(gòu)則按照需要的邏輯和位置設(shè)計(jì)成環(huán)形,固定在機(jī)架上。 隨著主軸的轉(zhuǎn)動,撥叉頂桿機(jī)構(gòu)尾部的滾輪在凸輪機(jī)構(gòu)上滾動,帶動推桿和壓頭定位套實(shí)現(xiàn)雷管的卡口卡腰工作。

2.2 主要部件

機(jī)器主要由卡頭、卡口卡腰自動控制、凸輪控制等部分構(gòu)成。

2.2.1 卡頭

雷管卡頭的結(jié)構(gòu)如圖2 所示。 通過各零件的組合使得推桿可以在推桿套內(nèi)上下移動,這樣當(dāng)雷管裝入時,通過推桿定位雷管裝入的深度,使得壓頭能準(zhǔn)確地壓到所需要壓的位置(卡口或卡腰處)。 同時推桿在外力的作用下可以上下移動,使得在工作時,通過推桿的推動可以將雷管從卡口位置推送至卡腰位置。 壓頭為彈性鋼材制成,端部鑲嵌硬質(zhì)材料。 壓頭通過螺紋連接在雷管定位套上,可以跟著雷管定位套上下運(yùn)動。 當(dāng)雷管定位套下移時,壓頭在壓頭定位套上的楔形配合的作用下內(nèi)收。 鑲嵌的硬質(zhì)材料緊緊壓在雷管外殼,形成壓痕,實(shí)現(xiàn)卡口或卡腰。

圖2 雷管卡頭的結(jié)構(gòu)

2.2.2 卡口卡腰自動控制

卡口卡腰自動控制機(jī)構(gòu)如圖3 所示。 雷管定位套和推桿分別在兩組撥叉機(jī)構(gòu)的作用下通過撥叉的上下運(yùn)動分別實(shí)現(xiàn)雷管卡印和將雷管推到卡口卡腰位置的作用。 轉(zhuǎn)動工作臺在主軸的帶動下轉(zhuǎn)動時,凸輪和滾輪發(fā)生相對位置變化,在彈簧和凸輪的共同作用下,兩組撥叉機(jī)構(gòu)分別帶動雷管定位套和推桿上下運(yùn)動。 雷管定位套上下運(yùn)動實(shí)現(xiàn)壓頭在雷管壁上壓印。 推桿上下運(yùn)動推動雷管到不同的卡腰和卡口的位置。

具體工作過程如下:雷管通過上蓋的導(dǎo)向孔插入卡頭,其底部與推桿頂端緊貼。 通過撥叉機(jī)構(gòu)向下拉動雷管定位套,雷管定位套拉動固定在其上的壓頭往下移動。 壓頭外側(cè)為錐形,與壓頭定位套上的錐形內(nèi)槽配合。 壓頭向下移動,在兩個錐形的作用下,壓頭往中心擠壓,在雷管需要卡腰或卡口的地方產(chǎn)生壓痕,對內(nèi)部元件進(jìn)行固定。 雷管定位套上升,壓頭和雷管外壁脫離。 頂桿上升,將雷管推出。 頂桿下降,回到起始位置。

圖3 卡口卡腰自動控制機(jī)構(gòu)

2.2.3 凸輪控制

卡口卡腰的過程主要靠兩組凸輪控制,其凸輪展開圖如圖4 所示。

圖4 推桿和定位套凸輪展開

通過滾輪在凸輪上的滾動,帶動定位套和推桿運(yùn)動,實(shí)現(xiàn)不同位置的工作。

3 設(shè)備工作過程

通過機(jī)械機(jī)構(gòu)和凸輪的控制可以順序?qū)崿F(xiàn)電雷管的卡口和卡腰過程。 設(shè)備工位如圖5 所示,設(shè)備工藝流程如圖6 所示。

圖5 設(shè)備工位

1)工位1:上料工位。 目前機(jī)械手在雷管生產(chǎn)線上已經(jīng)得到應(yīng)用。 采用機(jī)械手將電雷管的雷管體插入上料工位上的5 個卡頭里。 此時頂桿在卡口處,雷管插入直至與頂桿接觸,實(shí)現(xiàn)卡口定位。此時壓頭定位套處在高位,壓頭在張開狀態(tài),方便雷管插入。 等到5 個(實(shí)際生產(chǎn)中可以根據(jù)現(xiàn)場具體情況布置不同數(shù)量的卡頭)卡頭中都裝入了雷管,轉(zhuǎn)動平臺開始轉(zhuǎn)動。 轉(zhuǎn)動的過程中,推桿位置不動,壓頭定位套在凸輪導(dǎo)軌的作用下下移,壓頭逐漸在卡口處壓出卡痕。

2)工位2:卡口工位。 壓頭定位套壓到最低點(diǎn),轉(zhuǎn)動平臺在凸輪分度機(jī)構(gòu)和氣動馬達(dá)的作用下,在工位2 處停止,保證壓痕的穩(wěn)定和工位1 上料需要的時間。

轉(zhuǎn)動平臺再次轉(zhuǎn)動,在凸輪導(dǎo)軌和撥叉的作用下,首先實(shí)現(xiàn)壓頭定位套上推,使得定位套放開雷管;然后頂桿上推,將雷管頂?shù)娇ㄑ恢?定位套再次下拉,使得壓頭在卡腰處壓緊,壓出卡痕。

圖6 設(shè)備工藝流程(單個雷管)

3)工位3:卡腰工位。 壓頭定位套拉到最低點(diǎn),在工位3 處保持,保證壓痕穩(wěn)定。 轉(zhuǎn)動平臺再次轉(zhuǎn)動,在凸輪和撥叉的作用下,首先實(shí)現(xiàn)定位套上推,放松雷管,然后頂桿上推,將雷管體逐漸從卡頭內(nèi)部推出。

4)工位4:取料工位。 雷管體被部分從卡頭推出,然后用機(jī)械手將卡口卡腰完成的雷管取出。 完成電雷管的卡口卡腰工序。

4 結(jié)語

設(shè)計(jì)的多工位自動卡口卡腰機(jī),將原來的串聯(lián)工序變成并聯(lián)工序,在機(jī)械手將卡口(卡腰)雷管插入的時間,就可以在其他幾個工位同時實(shí)現(xiàn)卡口(卡腰)自動取出,提高了卡口卡腰環(huán)節(jié)的工作效率。 采用機(jī)械手完成雷管放入和取出,實(shí)現(xiàn)了該工作環(huán)節(jié)的無人化。 此設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)雷管卡口卡腰環(huán)節(jié)的自動化生產(chǎn),實(shí)現(xiàn)人機(jī)隔離,有效減少雷管生產(chǎn)線上的人員數(shù)量。 可以實(shí)現(xiàn)數(shù)十發(fā)雷管同時加工,生產(chǎn)效率高,通過改變不同凸輪機(jī)構(gòu)也可實(shí)現(xiàn)不同產(chǎn)品的生產(chǎn)。