高速垂直擺動合分流帶式輸送機在定制板式家具自動化生產(chǎn)線中的應(yīng)用研究

張 挺，苗中銀

（廣州寧基智能系統(tǒng)有限公司，廣東 廣州 510000）

引言

在板式家具自動化生產(chǎn)線中，產(chǎn)品輸送需要換向或轉(zhuǎn)向，而線體控制存在一定問題，出于穩(wěn)定和安全輸送需要，每段線體上在任何時候只能存在一張板，即只有在前面板的板尾離開本段線后，后板才能起動進入本段線體，因此板與板之間距至少為一段線體的長度，單段線體越長，板間距越大，輸送效率越低。現(xiàn)代高速（40 m/min）高效（23 件/min）封邊機，板間距最短0.5 m（前板尾、后板頭之間距），如果采用平常輸送方式，會導(dǎo)致封邊機的利用率降低。因此必須采用一種更高效的輸送方式，本次研究的內(nèi)容，前期采用雙層輸送，在封邊前采用垂直擺動合流帶式輸送機，在封邊后采用垂直擺動分流帶式輸送機輸送機，能有效滿足封邊機的高效吞吐量，實現(xiàn)產(chǎn)線高效生產(chǎn)。

1 垂直擺動合分流帶式輸送機的介紹

1.1 高速性

垂直擺動合分流帶式輸送機的高速性體現(xiàn)在高速擺動，使用了高慣量伺服電機驅(qū)動。該型輸送機主要由機架，皮帶輸送線體，主動輥，擺動伺服電機，減速箱，驅(qū)動軸，曲柄盤，連桿和電氣裝置等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

1.2 板件表面的特性

生產(chǎn)線中的板件上、下表面都有PVC 材質(zhì)貼面，表面光滑，但四周尚未封邊，板件邊沿容易受撞崩塌，因此在過渡時要避免擠壓，避免線體對接時前慢后快，或?qū)咏嵌却蟮惹闆r。

圖1 結(jié)構(gòu)組成

1.3 擺動的幅度

從擺動效率上來說，擺動幅度越小，用時越短，擺動效率越高。因此在設(shè)計上可以減小線體入口端的厚度。壓縮兩層的層高，同時上下層做成喇叭狀接板，相當(dāng)于延長了擺渡的長度，但擺動線實際較短，這樣減輕了擺動線的重量，降低了擺動線體的慣量，見圖2。

圖2 接口情況

1.4 異常情況的處理

在實際應(yīng)用中，由于封邊設(shè)備或其他的原因?qū)е峦C，會打亂輸送的節(jié)奏，比如板件追尾、板件積壓等，這些情況在不同位置的處理方式如下：

1）封邊機入口位置。封邊機自帶多段滾筒線，每段滾筒可以自動調(diào)節(jié)速度，當(dāng)進板密集時，通過速差調(diào)節(jié)板間距，再通過攔截裝置堵住后面的板，被攔截的板會停止輸送，當(dāng)前板走一定距離后，攔截裝置打開并放行下一張板。

2）封邊機連線位置。產(chǎn)線異常停機恢復(fù)后，停在線上的板通過輸送線逐級提速，拉開板間距，并通過擺動分流輸送，當(dāng)封邊機連線上所有板件清空后，再起動縱向封邊機，防止封邊機因線體原因頻繁起停。

3）擺動線停線情況。擺動線上有進板傳感器、停止傳感器、出板傳感器、安全檢測傳感器。假如在擺動分流過程中，板頭先觸發(fā)擺動線上的停止傳感器，輸送就會停止，但擺動會繼續(xù)，擺動到位后，線體再次起動輸送，直到板尾完全脫離擺動線，并且沒有被安全檢測傳感器感應(yīng)到，才會執(zhí)行下一次擺動指令；

4）線體急停后，假如安全檢測傳感器感應(yīng)到有板搭在擺動線和雙層線體之間，此時擺動線不能動作，但可以輸送，直到板件完全脫離擺動線，并沒有被安全檢測傳感器感應(yīng)到，才會執(zhí)行下一次擺動指令。

2 工作原理

垂直擺動合分流帶式輸送機由皮帶輸送線體和擺動裝置組成。當(dāng)傳感器檢測板尾進入合分流線后，發(fā)出信號給擺動伺服電機，伺服電機和減速箱相連，輸出轉(zhuǎn)矩給驅(qū)動軸，帶動曲柄盤，通過連桿使皮帶輸送線體繞主動輥旋轉(zhuǎn)，抬高皮帶線一端，從而實現(xiàn)通道的切換，達(dá)到合流和分流輸送的目的。

2.1 技術(shù)特點

自動化程度高，能自動實現(xiàn)物料不同高度（兩種或多種高度）、高效合流或分流；控制靈活，可智能選擇對接通道；通過伺服電機配合減速箱，擺動迅速。由于伺服電機的快速響應(yīng)能力，使雙層之間切換的速度非常快，達(dá)到快速分合流目的。

2.2 理論計算和受力分析

2.2.1 參數(shù)的確定

需要確定的參數(shù)有：擺動線體長度L1、擺動高度H、擺動受力點L2、皮帶線擺動角度θ4。

2.2.2 受力分析

根據(jù)圖3 和圖4 分析。力偶相等：F2L2=GL3；線體下壓力F2=GL3/L2；假設(shè)：L3=L1/2（重心），則：

根據(jù)平行四邊形法則和二力桿受力：

圖3 擺動線運行示意

圖4 受力分析圖

曲柄端T=F1sinθ2=F2cosθ1sinθ2

把式（1）、式（2）代入：

由上式可知，θ1=0°，θ2=90°時，T=GL1/（2L2），曲柄所受力矩最大，見圖5。

式中：F2為擺動點2 處的受力；G 為重力；L3為重力受力點距離；θ1為連桿偏角；θ2為連桿擺動角；T 為轉(zhuǎn)矩。

圖5 曲柄力矩最大狀態(tài)

2.2.3 優(yōu)化設(shè)計

通過受力分析可知，當(dāng)曲柄角θ2工作在90°±45°范圍內(nèi)時，如圖6，擺動上、下工作位效率最高，力學(xué)性能最好，配合伺服電機的加減速特性，擺動線起動和停止更平穩(wěn)，同時完成擺動的動作更快，時間短，提高了擺動線的效率。

圖6 曲柄受力曲線

2.3 控制系統(tǒng)

擺動合流線控制分兩部分：一部分為輸送控制系統(tǒng)，另一部為擺動控制系統(tǒng)見下頁圖7、圖8。

3 計算和實際應(yīng)用效果

圖7 輸送控制系統(tǒng)流程圖

圖8 擺動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖9 單層進板方式

圖10 封邊機高效合流進板方式

產(chǎn)品通過單層輸送的效率（如下頁圖9），取決于生產(chǎn)線中效率最低的執(zhí)行機構(gòu)，因此單層線是有輸送瓶頸的，如果需要高效輸送，必然要采取多通道輸送，在加工節(jié)點前再采用合分流方式（如下頁圖10）。在實際應(yīng)用中，擺動一次可達(dá)到0.5 s 以內(nèi)，假如單層線體輸送效率為12 件/min（5 s/件），輸送速度為1.5 m/s，那么兩張板間距為7.5 m（含板長）。如果雙層輸送加擺動線合流，0.5 s 擺動到位，線體起動0.3 s 后速度1.5 m/s，加速度a=1.5/0.3=5 m/s2，計算得 板 間 距s=vt1+0.5at2=1.5 ×0.5+0.5 ×5 ×0.3 ×0.3=0.975 m，按照80%效率，板間距約1.2 m（不含板長），假如平均板長1 m，則兩種輸送方式板距之比為7.5∶2.2，擺動合流后的最高輸送效率為90 m/min/2.2 m/件=41 件/min。

從上面計算結(jié)果可以看到通過合流后的輸送效率是高于雙層輸送的，不會引起堵塞。

假如合流后按照40 m/min（0.667 m/s）輸送，擺動時間0.5 s，加速時間0.3 s。加速度a=0.667/0.3=2.22 m/s2，板間距s=vt1+0.5at2=0.667×0.5+0.5×2.22×0.3×0.3=0.43 m。

按80%擺動和進板效率，實際板間距為0.43/0.8=0.54 m，假設(shè)板長1 m，則板中心間距為1.54 m，計算輸送效率40/（1+0.54）=26 件/min，實測最快可達(dá)到這個效率。

4 結(jié)論

通過對垂直擺動合分流帶式輸送機的功能應(yīng)用、結(jié)構(gòu)特點及應(yīng)用比較，并結(jié)合實踐經(jīng)驗得出：本文所述垂直擺動合分流帶式輸送機能滿足板式家具生產(chǎn)中的高效封邊機的進板輸送，彌補單層輸送方式的不足，提高封邊機的使用效率。本文為家具自動化生中板件的高效輸送提供了解決方案。