一款智能碼垛機結構分析

梁丁

摘 要：機械手動作可靠精準，不知疲倦，許多場合已替代人工。本文介紹了一款智能碼垛機，它通過移載機械手夾磚，X-Y-Z三軸機械手配合真空系統(tǒng)實現(xiàn)搬運及按縱橫排列規(guī)律堆垛。這兩款機械手分別運用氣缸夾持力及真空吸力來搬運透水磚。

關鍵詞：提升旋轉機構;氣缸推力配重;抽真空動態(tài)平衡

1 前 言

日前我司在內(nèi)蒙古鄂爾多斯興輝陶瓷有限公司承建了一條透水磚碼垛生產(chǎn)線，產(chǎn)品規(guī)格（單位：mm）有100×200×55、150×300×55、200×400×55、300×600×55等多款，產(chǎn)量1200平方米/天。下面以堆垛100mm×200mm×55mm產(chǎn)品為例說明該款碼垛機的結構及工作原理。

2 碼垛機原理及結構

2.1 磚垛方陣設計

常規(guī)地臺板規(guī)格為1100mm×1100mm，每一層堆垛尺寸為1000mm×1000mm，方陣如圖1所示，相鄰兩層間轉90°堆垛。每層磚垛分解成五列，每列由10塊磚構成，排列如圖2所示。

2.2 碼垛生產(chǎn)線

碼垛生產(chǎn)線構成如圖3所示。

其工作流程是移載機械手2一次從生產(chǎn)線1上取兩塊磚到中轉運輸線A3，排列規(guī)律是四橫一縱，它需具備Y軸平移、Z軸升降及旋轉功能。中轉運輸線A3將磚送到中轉運輸線B4，X軸及Y軸兩組氣缸組成對中機構將磚拍齊擺正。碼垛機械手5上下來回來搬運，完成碼垛，它需具備X-Y軸平移、Z軸升降及旋轉功能。磚垛運輸線6負責運送地臺架及磚垛堆。以下簡述兩款機械手的結構及工作原理。

2.2.1 移載機械手

（1）移載機械手由三個部件組成，機構結構如圖4所示。升降旋轉夾磚組件2通過平移驅動組件3實現(xiàn)來回搬運。

（2）升降旋轉夾磚組件，機構結構如圖5所示。

工作流程是接近開關1接收到來磚信號→夾磚組件 2氣缸組收回夾緊磚塊→氣缸8 打出（提升夾磚組件）→接近開關10 接收到提升到位信號→整個組件平移同時電機減速機組件 7帶動齒輪組3 旋轉（夾磚組件旋轉）→ 接近開關組件4 接收到旋轉90°到位信號后電機停止轉動→整個組件收到平移到位信號后氣缸 8收回（放低夾磚組件）→夾磚組件 2氣缸組打出復位放開磚塊→氣缸8 打出復位→整個組件平移復位，同時電機減速機組 7旋轉復位，一個工作周期結束。旋轉軸組件5里面放置的是一組軸承，由兩個深溝球軸承和一個推力球軸承組成，可承受軸向力及徑向力。

夾磚組件一次需夾兩塊磚，在調試過程中出現(xiàn)過只夾緊一塊另一塊掉磚現(xiàn)象，分析原因是磚塊尺寸長短有偏差，一塊夾板同時夾兩塊磚，長的夾緊了而短的就掉了（見圖6一夾二）。針對此改進了夾磚方式，改為一塊夾板只夾一塊磚，互不干擾（見圖7一夾一）。經(jīng)測試動作可靠，解決了掉磚問題。

2.2.2 碼垛機械手

（1）碼垛機械手機構結構如圖7所示。工作流程是中轉運輸線給出對中到位信號→X-Y平臺組件3將升降旋轉吸盤組件4送到位→升降旋轉吸盤組件4下降到磚面→離心負壓風機組件5抽真空吸住磚塊→升降旋轉吸盤組件4上升后由X-Y平臺組件3送到地臺板，實現(xiàn)來回搬運。透水磚本身透氣，磚面有砂粒凹凸不平，用真空發(fā)生器配合真空吸盤吸磚效果不好，真空度上不去。這里采用離心負壓風機抽真空，海綿吸盤吸磚。軟海綿可匹配凹凸不平的磚面，在搬運過程中離心負壓風機一直在抽真空，補償透水磚本身漏氣的風量，只要風機提供的風量大于磚漏氣的量，可達到動態(tài)平衡，維持真空度。

（2）升降旋轉吸盤組件結構如圖9所示。

機構工作流程是升降電機4正轉送海綿吸盤組件1快速下降到磚面→繼續(xù)慢速下降到接近開關13收到信號（同時離心負壓風機通過抽風管道7對磚抽真空）→升降電機4反轉機構上升→接近開關11收到上升到位信號→X-Y平臺組件送機構到地臺板上空（旋轉電機2同時轉動使磚塊旋轉90°）→升降電機4正轉機構下降→離心負壓風機停止抽風放好磚塊→機構復位。行程開關9是機構下降下限位，行程開關10是機構上升上限位，起超程保護作用。

（a）升降電機功率估算

吸盤質量60kg，升降部件質量80kg，磚塊小方陣最重40kg，升降最快節(jié)拍5.5次/分。

電機最大負荷：60+80+40=180kg;

電機最快速度：5.5（節(jié)拍）×4.2m（升降行程）/60s= 0.385m/s

電機功率：P=Fv/1000η[1]

式中：P——所需電機功率，kW;

F——作用力，N;

v——動力速度，m/s;

η——傳動效率。

此機構電機經(jīng)蝸輪蝸桿減速機及齒輪齒條帶動負載升降，蝸輪蝸桿減速機的傳動效率是0.7，齒輪齒條的傳動效率是0.95，將各項數(shù)據(jù)代入可得：

P=180×9.8×0.385/1000×0.7×0.95≈1.021kW，取1.5kW。

（b）氣缸推力配重

為減輕電機提升啟動負荷，此處裝了一個氣缸，氣缸推力向上。提升時氣缸分擔了一部分負荷，下降時電機需克服氣缸推力，氣缸起配重作用，通過調節(jié)氣壓得到合適推力。

3 結 語

碼垛機需兼容多種規(guī)格磚塊，節(jié)拍一般需達到6次/分，希望此文能起拋磚引玉作用，業(yè)界有更多更好的做法跟大家分享。

參考文獻

[1] 成大先. 機械設計手冊·單行本：氣壓傳動（第5版）[M]// 機械設計手冊·單行本：氣壓傳動（第5版）. 化學工業(yè)出版社， 2010.