多分片薄玻璃生產(chǎn)線冷端的工藝設(shè)計(jì)

尉少坤，陳 鵬，劉 銳

(中國建材國際工程集團(tuán)有限公司，蚌埠 233010)

冷端是浮法玻璃生產(chǎn)線的重要環(huán)節(jié)。它將從退火窯出來的玻璃帶進(jìn)行各種檢測、切裁、掰分、防塵除屑、表面保護(hù)等，最后將合格品按照等級(jí)進(jìn)行堆垛或裝箱，并完成整個(gè)工藝過程的輸送。

目前，隨著傳統(tǒng)浮法玻璃原片的日益淘汰，市場對汽車玻璃、制鏡玻璃、光伏玻璃等浮法薄玻璃的需求越來越多。薄玻璃生產(chǎn)線玻璃板規(guī)格較小，板寬方向往往是縱切兩刀以上形成多分片。同時(shí)，這樣的生產(chǎn)線往往并不只生產(chǎn)2 mm以下的薄玻璃，還要涵蓋一定普通建筑玻璃的生產(chǎn)能力，以滿足瞬息萬變的市場需求。因此，多分片薄玻璃生產(chǎn)線既要滿足汽車玻璃、制鏡玻璃等薄玻璃的生產(chǎn)工藝需求，又要滿足普通建筑玻璃的生產(chǎn)工藝需求。

工藝設(shè)計(jì)離不開產(chǎn)品的自身特性。多分片薄玻璃生產(chǎn)線具有高速、寬板，玻璃板規(guī)格小、厚度薄，切割質(zhì)量、防塵劃傷及邊角缺陷等表面質(zhì)量要求高的特點(diǎn)，工藝設(shè)計(jì)時(shí)需要圍繞這些特點(diǎn)展開。該文將結(jié)合目前國內(nèi)外冷端裝備技術(shù)和筆者公司設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，按工藝要求和功能完成的先后順序，對多分片薄玻璃生產(chǎn)線的冷端工藝進(jìn)行分區(qū)，并對每個(gè)區(qū)的具體布置和設(shè)備設(shè)計(jì)做簡單介紹。每個(gè)區(qū)段除了完成基本的輸送功能，還要完成本區(qū)段特有的功能。

1 預(yù)處理檢測區(qū)段

此區(qū)段位于冷端最前端，相當(dāng)于整個(gè)冷端的門禁系統(tǒng)，對出退火窯的玻璃帶進(jìn)行預(yù)處理，并完成玻璃帶的各種檢測。這個(gè)區(qū)段可再細(xì)分為預(yù)處理區(qū)和檢測區(qū)。

1.1 預(yù)處理區(qū)

主要是對引頭子、改板后的過渡板、退火窯出故障后的斷板等進(jìn)行檢測，通過應(yīng)急橫切、應(yīng)急落板及破碎后將其回爐，保護(hù)冷端的輸送、切裁等設(shè)備。此區(qū)從前往后依次布置斷板檢測裝置、應(yīng)急橫切機(jī)、應(yīng)急落板破碎裝置，斷板檢測的信號(hào)需要同時(shí)傳送給錫槽中控室和冷端控制室，通知雙方及時(shí)處理。

1.2 檢測區(qū)

預(yù)處理工序之后是設(shè)計(jì)檢測區(qū)，此區(qū)前端布置一臺(tái)缺陷檢測儀，主要對玻璃質(zhì)量、玻璃厚度及玻璃邊位置進(jìn)行檢測，將缺陷種類、缺陷位置、缺陷大小、玻璃厚度、玻璃邊位置信息傳送到優(yōu)化切割系統(tǒng)，為優(yōu)化切割系統(tǒng)的切割和判等工作提供數(shù)據(jù)支持。

檢測區(qū)段長度取決于缺陷檢測儀中心到縱切刀輪的距離，這個(gè)距離由具體優(yōu)化方案而定，需要綜合考慮缺陷檢測儀數(shù)據(jù)整理發(fā)出用時(shí)、優(yōu)化板長和優(yōu)化片數(shù)、優(yōu)化切割系統(tǒng)接收處理數(shù)據(jù)用時(shí)等，一般可設(shè)在12～15 m之間。

為了防止玻璃表面發(fā)霉，有的生產(chǎn)線會(huì)在檢測區(qū)段設(shè)置一臺(tái)防霉液噴淋裝置，防霉液噴淋裝置的位置要求要確保進(jìn)入切割區(qū)段前，玻璃帶上的防霉液要干掉，以免影響切割。

2 切裁加速區(qū)段

此區(qū)段是汽車玻璃生產(chǎn)線冷端最重要的組成部分，良好的切割縫是玻璃板后續(xù)掰好、分好的前提。完成縱向切割和橫向切割后，玻璃帶表面留下縱切縫和橫切縫，然后沿橫切縫進(jìn)行橫向掰斷，再加速分離出去。此區(qū)段可細(xì)分為切裁區(qū)、橫掰加速區(qū)。

2.1 切裁區(qū)

依次布置測長發(fā)訊裝置、板邊檢測裝置、縱切橋和橫切橋。測長發(fā)訊裝置完成玻璃帶的速度檢測，板邊檢測裝置提供玻璃帶邊部位置信息，優(yōu)化切割系統(tǒng)將這些信息數(shù)據(jù)處理后，分別控制縱切橋和橫切橋的縱切刀和橫切刀按指令進(jìn)行切割動(dòng)作?？v切橋一般是設(shè)置兩橋，如果有套裁要求，可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)規(guī)格玻璃板的套裁，如果沒有，可一用一備。今后優(yōu)化切割的發(fā)展趨勢是多規(guī)格套裁，在不增加縱切橋數(shù)量的前提下，可利用兩橋的不同切割刀快速切換來完成，控制系統(tǒng)將會(huì)更復(fù)雜。每橋設(shè)置的切割刀數(shù)量目前可以按玻璃縱向片數(shù)和是否具備二次切邊功能來定，如果多規(guī)格套裁，就要同時(shí)考慮玻璃規(guī)格和切割周期等因素。橫切橋每橋配置一把切割刀，橫切橋的數(shù)量主要根據(jù)最小玻璃板的來板周期來定，切割周期如果小于來板周期，就要雙刀或多刀輪切來實(shí)現(xiàn)，橫向抽條時(shí)還要考慮抽條動(dòng)作由誰來完成。

此區(qū)輸送輥道也是有效保證玻璃板切割質(zhì)量的重要組成部分，切割輥道輥面平面度要好，玻璃板接觸點(diǎn)盡可能多，否則很容易出現(xiàn)碎片。縱切處要求用全膠輥，橫切處輥距和膠圈間距盡可能小。玻璃板的切割質(zhì)量還與切割刀輪直徑、切割刀輪角度、切割壓力等因素息息相關(guān)。

2.2 橫掰加速區(qū)

此區(qū)段功能是將玻璃板按等級(jí)或按缺陷位置達(dá)標(biāo)，沿橫切線進(jìn)行橫向掰斷，并將前后片之間拉開一定間距。橫向掰斷裝置之前設(shè)計(jì)一臺(tái)打標(biāo)機(jī)，其后設(shè)計(jì)加速輥道，有的生產(chǎn)線還有質(zhì)檢取片要求，可在加速輥道末端設(shè)置質(zhì)檢取片臺(tái)。加速輥道前段可兼有小落板功能，如果有抽條板，橫掰后直接下落。橫向掰斷到橫切橋之間的距離可運(yùn)用玻璃帶抬起曲線方程得出，加速輥道的長度和分區(qū)布置可按照超薄浮法玻璃冷端加速輥道的計(jì)算方法進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。

3 掰分落區(qū)段

此區(qū)段完成多分片的掰邊、縱向掰斷、縱向分離、幾何形狀檢測、落板等眾多功能；實(shí)現(xiàn)多分片的跑偏跟蹤；還要實(shí)現(xiàn)優(yōu)化切割模式下多規(guī)格套裁的縱掰、縱分。此區(qū)段工藝復(fù)雜，設(shè)備結(jié)構(gòu)和設(shè)備數(shù)量也變化較多，基本上可設(shè)計(jì)為掰分區(qū)和落板區(qū)。

3.1 掰分區(qū)

1)掰邊區(qū)

掰邊由掰邊裝置和掰邊輥道共同完成，掰邊輥道的長度可參照加速區(qū)長度。多分片薄玻璃生產(chǎn)線上玻璃板都不會(huì)太厚，一般在6 mm以下，掰邊裝置選取單輪方式即可。掰邊裝置和掰邊輥道的跑偏跟蹤周期要滿足跟蹤動(dòng)作在兩塊玻璃板的間隔時(shí)間內(nèi)完成。

2)縱掰縱分區(qū)

縱掰和縱分分別由縱向掰斷裝置和縱向分離裝置來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)玻璃生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)反饋，結(jié)合對工藝的理論分析，可以得出多分片進(jìn)行縱掰應(yīng)該每次同時(shí)掰斷兩條縫，從輥道最外側(cè)的兩塊玻璃板依次向內(nèi)實(shí)施?？v分也應(yīng)如此，每次同時(shí)掰斷的是哪兩條縱切線，緊接著要同時(shí)分開這兩條縫，如果分開的玻璃板間隔太小，不夠理想，還要再進(jìn)行一次縱分，連續(xù)實(shí)施兩次縱分。縱向掰斷裝置和縱向分離裝置的布置臺(tái)數(shù)及具體結(jié)構(gòu)要以此為原則，綜合考慮所有的玻璃板規(guī)格、厚度、長度、周期等多個(gè)因素。玻璃周期越短，玻璃板規(guī)格越多，縱向掰斷裝置和縱向分離裝置布置的越多。另外，縱向掰斷裝置不能設(shè)計(jì)成每臺(tái)掰斷輪數(shù)量一樣。越厚越長的玻璃板用的掰斷輪相對要多一些；越薄越短的玻璃板用的掰斷輪相對要少一些?？v向分離裝置的短輥數(shù)量和短輥長度也要依據(jù)所有縱切線的位置來設(shè)計(jì)，保證每兩塊玻璃板都能夠有效的分離。

3)縱掰縱分區(qū)輥道

縱掰縱分區(qū)輥道的設(shè)計(jì)要以不影響縱向掰斷裝置和縱向分離裝置功能的實(shí)現(xiàn)為前提。玻璃原板窄的時(shí)候輸送輥道僅為兩支點(diǎn)，此段輥道設(shè)計(jì)基本不受影響；玻璃原板寬到5 m左右的時(shí)候輸送輥道一般是四支點(diǎn)，此段輥道設(shè)計(jì)就要對縱向掰斷裝置進(jìn)行避讓，保證縱向掰斷裝置的橫向移動(dòng)行程足夠，輥道設(shè)計(jì)上就需要將中部支撐做打斷、偏置等處理。

4)縱掰縱分區(qū)工藝設(shè)計(jì)實(shí)例 圖1是正在實(shí)施的某個(gè)項(xiàng)目的縱掰縱分區(qū)工藝設(shè)計(jì)圖，此方案可進(jìn)行多種規(guī)格玻璃板的縱掰縱分，既可連續(xù)生產(chǎn)單一規(guī)格玻璃板，又可套裁生產(chǎn)。圖2是五分套中分時(shí)的縱掰縱分過程模擬圖，圖3是四分套三分時(shí)的縱掰縱分過程模擬圖?？梢郧宄乜吹矫看慰v掰縱分的位置及哪臺(tái)設(shè)備完成。

3.2 落板區(qū)

此區(qū)將優(yōu)化切割系統(tǒng)判出的廢板和掰斷產(chǎn)生的形狀缺陷板送到破碎機(jī)進(jìn)行破碎回爐。形狀缺陷由完整性檢測儀檢出，主要包括多缺角、破損及裂縫、尺寸超差等。進(jìn)入完整性檢測儀的玻璃板要求是勻速且運(yùn)行方向與輥道輸送方向一致，因此完整性檢測儀距最后一道縱向分離裝置的距離不得小于最大板長。完整性檢測儀距主線落板的距離要預(yù)留出完整性檢測儀數(shù)據(jù)發(fā)出時(shí)間和落板接收動(dòng)作時(shí)間，理想的狀況應(yīng)該是玻璃板前沿到落板時(shí)主線落板已經(jīng)完成升降動(dòng)作處于等待狀態(tài)。

落板的長度設(shè)置要統(tǒng)籌考慮玻璃板的長度和周期，實(shí)現(xiàn)在時(shí)間上滿足短板周期要求，在長度上滿足長板長度要求。

4 堆垛區(qū)段

該區(qū)段將合格的玻璃板按照不同的規(guī)格、不同的等級(jí)、以不同的輸送方式輸送的各自的堆垛工位進(jìn)行堆垛，并在堆垛前由噴粉機(jī)或鋪紙機(jī)進(jìn)行玻璃板表面保護(hù)。目前的堆垛方式有機(jī)械手取板、水平堆垛機(jī)取板、立式堆垛機(jī)取板、人工取板。

4.1 國外堆垛區(qū)段工藝設(shè)計(jì)

國外一般生產(chǎn)線的定位產(chǎn)品較單一，比如汽車玻璃生產(chǎn)線基本只生產(chǎn)汽車玻璃，且無分等要求，因此基本都是垂直堆垛機(jī)取板，圖4為一條國外汽車玻璃生產(chǎn)線的堆垛區(qū)段工藝設(shè)計(jì)圖。這種工藝設(shè)計(jì)方式的優(yōu)點(diǎn)是玻璃板可以實(shí)現(xiàn)雙堆，取板能力強(qiáng)大；缺點(diǎn)是雙堆必須配置雙驅(qū)輥道和補(bǔ)片輥道，另外每臺(tái)垂直堆垛機(jī)都要配備長寬掉邊的翻轉(zhuǎn)裝置、校正雙向位置的對準(zhǔn)輥道及專門的堆垛輥道，輔助輥道和輔助設(shè)備繁多。整個(gè)堆垛區(qū)段造價(jià)較高，過程控制也相當(dāng)復(fù)雜。

4.2 堆垛區(qū)段工藝設(shè)計(jì)

該文所述的多分片薄玻璃生產(chǎn)線不僅生產(chǎn)汽車玻璃、制鏡玻璃等薄玻璃，還生產(chǎn)普通建筑玻璃。普通建筑玻璃有分等要求，而垂直堆垛機(jī)只有一個(gè)垛位，雙抓只能規(guī)格等級(jí)相同。如果玻璃板增加一個(gè)等級(jí)，相當(dāng)于玻璃規(guī)格增加一倍，如何合理地輸送、分流配板、實(shí)現(xiàn)控制，將是一系列難題。此時(shí)推薦采用機(jī)械手取板方式。每臺(tái)機(jī)械手有兩個(gè)垛位，玻璃板不分等時(shí)可一用一備，玻璃板分等時(shí)一臺(tái)機(jī)械手可抓取兩個(gè)等級(jí)。針對機(jī)械手抓取周期比垂直堆垛機(jī)稍有差距的弱點(diǎn)，在生產(chǎn)周期較小的玻璃板時(shí)，可以有規(guī)律地間歇性地套裁一些較大板，比如汽車玻璃板套裁建筑玻璃板生產(chǎn)。只要滿足套裁后每種玻璃板周期不小于機(jī)械手的取板周期，就能完成取板要求。這樣一來，生產(chǎn)企業(yè)前期既不用投入太多資金購買數(shù)量龐大的機(jī)械手，又可以同時(shí)生產(chǎn)市場需求的多種玻璃板。圖5為堆垛區(qū)段工藝設(shè)計(jì)圖。

4.3 堆垛區(qū)段轉(zhuǎn)向方案設(shè)計(jì)

由堆垛區(qū)段的工藝可知，為了解決玻璃板規(guī)格等級(jí)多樣化，主線取板時(shí)間和空間都很困難的難題，需要將取板通道由主線一條通道分散到若干條通道，將玻璃板拉開更大的時(shí)間間隔和空間間隔。由主線向若干條支線的輸送需要轉(zhuǎn)向才能完成。轉(zhuǎn)向輸送過程中，玻璃板需要先成組再轉(zhuǎn)向，如果是機(jī)械手取板，還要將轉(zhuǎn)向后的玻璃板再拉開一定的空間間隔。成組數(shù)量與轉(zhuǎn)向周期、玻璃板周期、通道數(shù)量有關(guān)。

由于多分片薄玻璃生產(chǎn)線具有玻璃板周期短速度高的特點(diǎn)，具體轉(zhuǎn)向方式的選取必須要考慮轉(zhuǎn)向周期盡可能小，占用主線通道時(shí)間盡可能短，以免影響后續(xù)玻璃板的正常輸送。因此，可采用立交下穿式轉(zhuǎn)向和雙層輥道式轉(zhuǎn)向。立交下穿式轉(zhuǎn)向即為玻璃板轉(zhuǎn)向用的升降皮帶穿插在固定輸送輥道當(dāng)中，升降皮帶無論升起輸送狀態(tài)或是落下等待狀態(tài)，都不影響固定輸送輥道對后續(xù)玻璃板在主線輥道的正常輸送。只要升起或落下動(dòng)作的瞬間不要有玻璃板通過即可。雙層輥道式轉(zhuǎn)向即為上下兩層輥道，一層輥道與主線輥道等高，另一層輥道位于主線輥道的上方或下方，有一定高差，由一段斜坡輥道組成，末端與通向支線的轉(zhuǎn)向裝置相連。通過前端一段擺動(dòng)輥道的上下擺動(dòng)，接通上層輥道或下層輥道的通道，實(shí)現(xiàn)玻璃的主線輸送或支線輸送。

5 除塵除屑

除了以上工藝流程的設(shè)計(jì)，在多分片薄玻璃生產(chǎn)線上，為了滿足玻璃板表面質(zhì)量要求，還需要專門針對切割、破碎、掰斷等工序產(chǎn)生的粉塵及玻璃屑進(jìn)行有效的除塵除屑處理。應(yīng)急落板破碎和主線落板的地面以上部分一般會(huì)封在密閉室內(nèi)，由專門的除塵系統(tǒng)對密閉室進(jìn)行除塵。切割時(shí)產(chǎn)生的玻璃屑主要是玻璃板的橫向裂紋帶來的，與切痕深度關(guān)系不大，因此為了減少不必要的玻璃屑，在保證有效切痕深度的前提下，切割刀輪角度不要太小。橫掰、掰邊、縱掰等工序產(chǎn)生的玻璃屑主要依靠吹、掃的方式進(jìn)行處理。

6 結(jié) 論

隨著浮法玻璃生產(chǎn)線冷端裝備技術(shù)的不斷提高，未來的冷端智能化程度越來越高，各區(qū)段、設(shè)備之間將會(huì)高度協(xié)同、互相滲透，必將反過來倒逼多分片薄玻璃生產(chǎn)線新的工藝布置的產(chǎn)生。筆者將在今后的生產(chǎn)實(shí)踐中繼續(xù)進(jìn)行切割、掰斷、堆垛等重要工序的研究，嘗試為客戶提供更優(yōu)化、更節(jié)能的冷端工藝設(shè)計(jì)方案，并做好技術(shù)儲(chǔ)備，為冷端新工藝的誕生蓄力助航。