玻璃生產(chǎn)線上機械手堆垛機靜動態(tài)特性與優(yōu)化研究

摘 要：玻璃產(chǎn)業(yè)是我國最為重要的產(chǎn)業(yè)之一，同時也是平板玻璃最大的生產(chǎn)國家?；诖耍疚膹撵o態(tài)特性與動態(tài)特性這兩方面來分析玻璃生產(chǎn)線上所使用的機械手堆垛機，并提出相對應(yīng)的優(yōu)化對策，希望能為提升玻璃生產(chǎn)效率和質(zhì)量提供有效建議。

關(guān)鍵詞：玻璃生產(chǎn)線;機械手堆垛機;靜態(tài)特性;動態(tài)特性

機械手堆垛機適用應(yīng)各行業(yè)領(lǐng)域中，具有應(yīng)用廣泛性的特征，因有著較好的平衡性，在玻璃生產(chǎn)線上進行使用，不僅能夠提升生產(chǎn)效率，也能減輕工作人員工作量。通過從靜態(tài)與動態(tài)這兩方面的特性來分析機械手堆垛機，如何發(fā)揮機械手堆垛機在玻璃生產(chǎn)線上的實際效用，是目前各相關(guān)人員需要考慮的問題。

1. 機械手堆垛機靜態(tài)特性

有限元法是分析機械手堆垛機靜態(tài)特性的主要應(yīng)用方式，通過分析該設(shè)備的受力情況和變形狀況，在此基礎(chǔ)上來考量機械手堆垛機的強度與承受度是否能夠滿足玻璃生產(chǎn)線需求，機械手堆垛機具備良好的靜態(tài)性能是提升該設(shè)備動態(tài)性能的關(guān)鍵。

1.1有限元法基本內(nèi)容

隨著計算機技術(shù)不斷發(fā)展和進步，使得有限元法得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，通過對連續(xù)性的物體采取有限次的分割，結(jié)合相應(yīng)的力學知識與幾何知識對分割后的小塊進行分析，并對分析完成后的小塊結(jié)果進行累計求和，代替連續(xù)物體結(jié)果。以下通過對玻璃材料的均勻性與線性進行假設(shè)，借助力學知識，來重點分析機械手堆垛機靜態(tài)特性。

有限元法具體分析過程如下：第一，結(jié)構(gòu)的離散化。把結(jié)構(gòu)劃分成有限個小型單元體，并將單元、邊界等元素利用節(jié)點進行連接，此過程為結(jié)構(gòu)離散化[1]。小塊結(jié)果與單位劃分的形狀和大小有著一定影響，換句話說，越小的單元，其形狀也就越復雜，而單元結(jié)果與實際變形情況也會越接近，但相對應(yīng)的也會增加整個單元體結(jié)構(gòu)的運算量。

第二， 等效節(jié)點應(yīng)力，當物體的結(jié)構(gòu)離散化后，節(jié)點與各單元的聯(lián)系是十分密切的，所以計算機械手堆垛機靜態(tài)特性的力也是節(jié)點上的力。因?qū)嶋H中物體是連續(xù)的，物體的任何位置都可以產(chǎn)生力作用，所以力在物體上的傳遞也呈現(xiàn)連續(xù)性，通過將作用于物體上的力等效平移在節(jié)點上，其為等效節(jié)點應(yīng)力。每個單位位移后，有限元法把離散化后單元小塊進行節(jié)點連接來還原成原有的物體結(jié)構(gòu)，經(jīng)過一系列計算，來解出整體的節(jié)點位移量。

1.2模型簡化

采取有限元法時，因運算量較大，相對應(yīng)需要保存的數(shù)據(jù)也很多，為了提升分析結(jié)果的精準性，對所分析的對象進行綜合的考慮，對模型進行簡化，以此來提高建模效率和運算速度[1]。機械手堆垛機靜態(tài)特性分析主要從大臂、小臂以及基座等幾個關(guān)鍵的構(gòu)件著手，模型具體簡化內(nèi)容如下：一是，因零件的圓角、倒角以及溝槽等連接點對機械手堆垛機強度影響較小，可以進行忽略，由于分析軟件的特性，對機械手堆垛機裝有軸承的軸去掉，簡化為階梯軸，在一定程度上可以避免后續(xù)機械手堆垛機靜態(tài)特性分析結(jié)果出現(xiàn)偏差;二是，鋁合金型材料是機械手吸盤架中許多小零件的主要制成材料，無法利用有限元法采取網(wǎng)格劃分，通過考慮機械手堆垛機強度問題，將這一部分有矩形管替代。簡化后的機械手堆垛機模型參考圖1。

1.3靜態(tài)結(jié)果分析

通過對簡化后的模型進行導入，并對以導入的模型采取以一系列的計算工序來對機械手堆垛機在整體結(jié)構(gòu)上的受力情況進行分析，在此基礎(chǔ)上尋找出該設(shè)備的薄弱點。在此過程中，對機械手堆垛機工作時變形最大、力矩最大以及最危險的位置進行重點分析，可以發(fā)現(xiàn)該設(shè)備在搬運玻璃時，機械手堆垛機的大臂、小臂仍停留在原有的水平位置，并沒有發(fā)生變化，但整體重心卻向前移動，所產(chǎn)生的力矩也最大，與此同時，機械手堆垛機所抓起的玻璃距離設(shè)備底座越遠，其力矩的產(chǎn)生也就越大，也就表明此時機械手堆垛機受力所產(chǎn)生的力矩與變形都呈現(xiàn)最大化，該狀態(tài)為機械手堆垛機的極限工作狀態(tài)，工作時具有一定的危險性。因此，玻璃生產(chǎn)線上機械手堆垛機的設(shè)計，以及各關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)部件制成材料的選擇應(yīng)符合玻璃生產(chǎn)所需的強度，調(diào)整機械手底座所承受的最大變形量，以此來緩沖物體作用力。

2. 機械手堆垛機動態(tài)特性

2.1動態(tài)分析基本內(nèi)容

振動是機械設(shè)備運行過程中無可避免的問題，振動幅度與振動頻率過高對機械設(shè)備正常的運行有著一定影響，減少機械設(shè)備的振動，在一定程度能夠確保各類型生產(chǎn)工作順利且安全的進行[2]。借助模態(tài)分析來對機械手堆垛機的工作頻率與原有的運行頻率進行動態(tài)特性比對，在實際操作的過程中，要求機械手堆垛機抓取玻璃板后，抓取玻璃板的速度應(yīng)維持平穩(wěn)狀態(tài)，無明顯沖擊;分析結(jié)果表明，機械手堆垛機在抓取玻璃板后，由于在工業(yè)機器人的帶動下，機械手吸盤出現(xiàn)了加速變化，雖然所增加的幅度不大，但頻率較高，尤其是以吸盤架擺動為主的機械手堆垛機。

2.2動態(tài)結(jié)果分析

玻璃生產(chǎn)線上的機械手堆垛機由兩個結(jié)構(gòu)主體構(gòu)成，分別是工業(yè)機器人和機械手吸盤，前者負責運動，后者負責抓取，經(jīng)過一系列的計算和分析，機械手堆垛機動態(tài)主要包括該機械設(shè)備的工作空間，空間的規(guī)劃與配置對實際運用中的機械手堆垛機有一定影響，在安裝機械手堆垛機底座時，需要充分考慮該設(shè)備所能達到的工作空間，合理規(guī)劃玻璃生產(chǎn)線上的布置，對于后期機械手堆垛機的控制以及工作路徑規(guī)劃有著關(guān)鍵性的作用。

3. 針對玻璃生產(chǎn)線上的機械手堆垛機優(yōu)化對策

3.1關(guān)鍵零部件優(yōu)化

通過分析可知，現(xiàn)階段所采用的機械手堆垛機仍存在許多不足，設(shè)備底座受力不強，在工作時，一旦所搬運的物體重量超過設(shè)備承載，會導致整個零部件發(fā)生損壞，進而影響使用。因此，對該設(shè)備的關(guān)鍵零部件進行優(yōu)化，比如小臂，機械手堆垛機所有的受力都在小臂上，既要承擔承重作用，也要對其負載，機械手堆垛機小臂的優(yōu)化要從強度、承重以及負載等方面入手，對原有小臂的壁厚加大，減少變形，提升承重能力。

3.2玻璃生產(chǎn)線上機械手堆垛機的具體使用類型

通過對上述分析，鋁合金材料所制成的結(jié)構(gòu)具有較強的強度，完全符合玻璃生產(chǎn)需求，其安全性也相對較高，所以可對這一型號材料制成的機械手堆垛機進行考慮，但機械手堆垛機工作時間不易過高，而現(xiàn)下玻璃生產(chǎn)速度越來越快，縮減堆板周期是關(guān)鍵，周期縮減相對應(yīng)的機械手堆垛機振動頻率與幅度也就越高，因此，玻璃實際生產(chǎn)的過程中，可考慮多臺機械手堆垛機協(xié)調(diào)工作，減少每臺設(shè)備工作頻率，既能提升工作效率，也能保障玻璃生產(chǎn)安全。

隨著科學技術(shù)不斷發(fā)展和進步，相信各類機械手堆垛機制造工藝與玻璃生產(chǎn)技術(shù)也會越來越成熟，不斷完善機械手堆垛機功能，并提高玻璃生產(chǎn)技術(shù)水平，強化機械手堆垛機在玻璃生產(chǎn)中的應(yīng)用效果，提升玻璃堆垛效率和最終玻璃成品質(zhì)量，能夠有效降低玻璃生產(chǎn)成本投入的同時，也能為操作人員提供安全保障，從而確保我國玻璃制造業(yè)未來可持續(xù)的發(fā)展。

結(jié)束語：綜上所述，通過對上述機械手堆垛機靜動態(tài)特性的全面分析，利用先進的科學技術(shù)來進一步完善與升級機械手堆垛機各項功能，能夠有效促進我國玻璃生產(chǎn)現(xiàn)代化、機械化方向發(fā)展的同時，也能為推動我國玻璃產(chǎn)業(yè)可持續(xù)的發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]李曉波.堆垛機故障預測與維修決策技術(shù)研究[D].機械科學研究總院，2020.

[2]岳森峰，張尊敬，孫必超.堆垛機動態(tài)參數(shù)設(shè)定與出入庫效率的匹配[J].起重運輸機械，2020（06）：46-50.

作者簡介：劉勇（1981— ），男，漢族，安徽宿州人，本科，工程師

研究方向：浮法玻璃自動化堆垛設(shè)備

（中建材（蚌埠）光電材料有限公司? ? 安徽? 蚌埠? ?234300）