大尺寸陶瓷載體三元催化劑涂覆專機(jī)設(shè)計(jì)

（沈陽新松機(jī)器人自動化股份有限公司，遼寧 沈陽 110168）

1 涂覆工藝流程

該文設(shè)計(jì)的催化劑涂覆專機(jī)能夠自動完成大尺寸載體的稱重、漿料涂覆和抽真空等工作，主要是由載體上料輸送機(jī)、一次稱重工位、涂覆及一次抽真空工位、二次抽真空工位和二次稱重工位組成。工作中需要人工將載體搬運(yùn)到輸送線上，機(jī)械手抓取載體在各個(gè)工位之間自動移位，PLC 控制各工位自動完成相應(yīng)的動作，最后由六軸機(jī)器人將載體抓取至下一工序。其工作流程如圖1 所示。

2 涂覆設(shè)備布局

涂覆專機(jī)的4 個(gè)工位總體上呈現(xiàn)一字型分布，設(shè)備尺寸為2.8 m×2.6 m×2.4 m，工位間距為600 mm，工作臺框架由方鋼管焊接而成，整體噴塑處理，臺面高度為850 mm，2 個(gè)橫移機(jī)械手通過螺栓固定在臺面上。涂覆工位設(shè)計(jì)了一組橫移機(jī)構(gòu)，將載體移出650 mm 后再進(jìn)行涂覆作業(yè)。灌裝機(jī)由一個(gè)獨(dú)立的鋼結(jié)構(gòu)框架支撐，臺面高度為1 270 mm，中心處安裝回轉(zhuǎn)支撐，灌裝機(jī)能夠以回轉(zhuǎn)支撐為中心轉(zhuǎn)動，方便維護(hù)檢修，當(dāng)維修完畢歸位后，有機(jī)械鎖緊裝置鎖緊定位，同時(shí)有感應(yīng)式傳感器進(jìn)行歸位信號檢測。2 個(gè)抽真空工位通過管道與真空罐相連，工作時(shí)閥門打開，完成抽真空動作。灌裝機(jī)吸料口通過管道與配液罐相連，完成漿料的自動供應(yīng)。在設(shè)備外側(cè)使用鋼絲網(wǎng)圍欄進(jìn)行安全防護(hù)，在合適的位置留出安全門，方便人員進(jìn)入整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行維修與故障處理。涂覆設(shè)備三維如圖2 所示。

3 涂覆產(chǎn)品參數(shù)

陶瓷蜂窩載體是當(dāng)前使用最為廣泛的催化劑載體[1]，其優(yōu)點(diǎn)是眾多約束氣道為廢氣和催化劑活性成分的相互反應(yīng)提供了最大接觸面積，在提升催化轉(zhuǎn)化效率的同時(shí)，又可以使氣流的壓力降到最小，且熱膨脹系數(shù)低，熱穩(wěn)定好，有利于提高催化劑的起燃性能[2]。該催化劑涂覆專機(jī)適用于大尺寸陶瓷蜂窩載體的涂覆作業(yè)，生產(chǎn)中要求每個(gè)空白載體單獨(dú)包裝，涂覆前需要外觀檢查，確保載體無污損、裂縫、碎邊等缺陷，校驗(yàn)無誤后方可進(jìn)行上線涂覆作業(yè)，涂覆產(chǎn)品相關(guān)參數(shù)如下。1）陶瓷載體規(guī)格范圍：直徑25.40 cm～33.02 cm，載體高度為10.16 cm ～15.24 cm，每平方厘米有62 個(gè)方形孔眼，方孔大小為0.10 cm×0.10 cm。2）載體涂覆量：空白載體的重量在3 kg～6 kg，載體涂覆干重量理論值為≥100g/L。3）涂覆節(jié)拍：小于30 s/件。4）漿料pH：1.0 ～8.5。5）漿料主要成分：鈰鋯硝酸鹽、檸檬酸、硝酸鋁等。

4 各工位組成及功能介紹

4.1 載體上料輸送機(jī)

圖1 涂覆工藝流程

平頂鏈輸送機(jī)呈3/4 圓形布置，兩端各有1 m 直線段，鏈板為不銹鋼材質(zhì)，配有可調(diào)節(jié)非金屬擋邊。人工將陶瓷載體放在鏈板上，鏈板將載體依次輸送至待抓取位置，整條輸送線能緩存20 個(gè)左右的載體。待抓取位置處的對射傳感器能檢測到載體有無并上傳給PLC，當(dāng)載體到位后，PLC 發(fā)出整條輸送線停止運(yùn)轉(zhuǎn)和上料機(jī)械手抓件指令，工件被上料機(jī)械手抓取后，輸送線繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖2 涂覆設(shè)備三維圖

4.2 一次稱重工位

上料機(jī)械手將鏈板輸送機(jī)上的載體抓取至一次稱重工位，稱重模塊自動進(jìn)行稱重，將重量信息上傳給上位機(jī)，正確采集重量后，繼續(xù)后續(xù)工作。上料機(jī)械手由導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、直線氣缸、氣爪和傳感器組成，實(shí)現(xiàn)抓取、升降和橫移動作，完成載體的移位工作。秤體臺面為不銹鋼材質(zhì)，尺寸為400 mm×400 mm，量程30 kg，精度0.01%。

4.3 涂覆、一次吸真空工位

穿梭機(jī)械手將載體從一次稱重工位抓取至涂覆工位前端的定位工裝內(nèi)，橫移機(jī)構(gòu)帶動工裝移動到涂覆工位。下部頂升機(jī)構(gòu)將下工裝和載體同時(shí)頂升80 mm，使載體被緊密固定在下工裝和上部涂覆工裝之間，下工裝和上工裝的平行度要求不大于0.5 mm/m，上工裝要求平面內(nèi)的四個(gè)方向均可調(diào)整，調(diào)整完成后鎖緊[3]。載體固定后，配液設(shè)備管道上的閥門打開，定量漿料吸入灌漿機(jī)針筒中，伺服電缸推動活塞將漿料經(jīng)噴頭均勻涂覆在載體上表面。涂覆完成后，系統(tǒng)發(fā)出抽真空信號，進(jìn)行一定時(shí)間的抽真空動作，抽真空時(shí)間的長短可通過屏幕設(shè)置，通過抽真空將漿液均勻的吸附在載體內(nèi)壁上。抽真空完畢后，頂升機(jī)構(gòu)下降，橫移機(jī)構(gòu)帶動下工裝回位，穿梭機(jī)械手將載體抓取至二次吸真空工位。

4.4 二次吸真空工位

穿梭機(jī)械手將載體從涂覆工位的定位工裝內(nèi)抓取至二次吸真空工位，該工位對載體進(jìn)行二次抽真空動作，目的是使?jié){液能夠更加完全的吸附在載體孔壁上，減少堵孔率。抽真空漏斗下部與真空管道連接，上部開口與定位工裝緊密接觸，通過“O”形密封圈密封。載體到位后進(jìn)行抽真空，抽真空時(shí)間的長短可通過屏幕設(shè)置，完畢后關(guān)閉抽真空管道閥門。該工位按照生產(chǎn)工藝需求，可在觸摸屏上進(jìn)行設(shè)置是否工作，如設(shè)置為不工作，則該工位設(shè)備不動作，等同于空工位。

4.5 二次稱重工位

穿梭機(jī)械手將載體從二次吸真空工位抓取至二次稱重工位，該工位進(jìn)行灌漿后載體稱重工作。系統(tǒng)正確采集重量，重量在控制范圍內(nèi)時(shí)，由六軸機(jī)器人抓取工件至下一工序。未正確采集或重量超出控制范圍時(shí)，則屏幕標(biāo)識該工位產(chǎn)品異常，由六軸機(jī)器人將該載體抓取到不合格品區(qū)。

4.6 穿梭機(jī)械手

穿梭機(jī)械手可以同時(shí)抓取3 個(gè)工件，使工件在4 個(gè)工位間進(jìn)行順次移動，實(shí)現(xiàn)工件的快速、穩(wěn)定傳輸。機(jī)械手由導(dǎo)軌滑塊結(jié)構(gòu)、直線氣缸和氣爪組成，實(shí)現(xiàn)工件的抓取、提升和橫移動作，相鄰2 個(gè)夾爪的間距為600 mm，與每個(gè)工位之間的間距一致，夾爪開閉行程可覆蓋25.40 cm～33.02 cm 載體，配有檢測傳感器，防止無件誤抓情況發(fā)生。

5 電控系統(tǒng)

催化劑涂覆專機(jī)控制系統(tǒng)選用可編程控制器（PLC）控制，選用觸摸屏作為人機(jī)界面，系統(tǒng)通過光電開關(guān)、對射傳感器和稱重傳感器等設(shè)備獲取信號，經(jīng)由PLC 程序控制載體抓取橫移、涂覆、抽真空等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。出于安全考慮，專機(jī)設(shè)置了機(jī)械和電氣保護(hù)裝置，例如安全圍欄、急停開光等，對于人員和設(shè)備安全起到了很好的保護(hù)作用[4]。

電控系統(tǒng)分為3 種模式，即手動運(yùn)行、自動運(yùn)行、單步運(yùn)行。處于手動運(yùn)行模式時(shí)，操作人員可以啟停單個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。處于自動運(yùn)行模式時(shí)，控制器根據(jù)傳感器檢測的信號完成每一步的運(yùn)行。處于單步運(yùn)行模式時(shí)，系統(tǒng)所有動作按自動順序單步執(zhí)行，該模式經(jīng)常用于分析和測試系統(tǒng)。3 種操作模式可以通過選擇開關(guān)或觸摸屏操作來互相轉(zhuǎn)換。觸摸屏界面包括自動操作畫面、手動選擇畫面、報(bào)警畫面、系統(tǒng)畫面和I/O 狀態(tài)監(jiān)視畫面，設(shè)備人機(jī)界面清晰簡易，便于操作人員的使用。

6 結(jié)語

催化劑涂覆專用設(shè)備已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車尾氣凈化器生產(chǎn)行業(yè)，該文研發(fā)的催化劑涂覆專機(jī)極大地提高了催化劑涂覆作業(yè)的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，具有運(yùn)轉(zhuǎn)高效、全自動控制、安全可靠和維修方便等技術(shù)特點(diǎn)，通過重卡企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，取得了理想的效果。