?;⒗? 王淵 鄭帥杰 張嘉鈺
摘?要:為了解決凈化隔斷板生產(chǎn)過(guò)程中人工安裝面板效率低、質(zhì)量差、勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題,設(shè)計(jì)了一種全自動(dòng)面板安裝裝置。主要包括上料裝置、送料裝置和面板固定裝置3部分,利用氣缸、直線模組和電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)整個(gè)裝置將待安裝面板送至吸盤(pán)架上,然后采用真空吸盤(pán)完成面板的固定。先后用ANSYS workbench對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行有限元仿真分析,用UG對(duì)凈化隔斷板面板自動(dòng)安裝一體化裝置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析。結(jié)果顯示,所設(shè)計(jì)的裝置大大提高了面板的安裝效率和安裝質(zhì)量,降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度;所采用的零部件的剛度和強(qiáng)度能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)要求。自動(dòng)化裝置的安裝效率約為人工安裝的7.35倍。具有通用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn),提高了凈化隔斷板的生產(chǎn)效率,順應(yīng)了生產(chǎn)線的自動(dòng)化、無(wú)人化的發(fā)展趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞:機(jī)械設(shè)計(jì);面板;自動(dòng);設(shè)計(jì);安裝裝置;有限元
中圖分類號(hào):TP23?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
doi: 10.7535/hbgykj.2020yx04009[HJ1*2]
文章編號(hào):1008-1534(2020)04-0266-07
Abstract:In order to improve the efficiency and quality of manual panel installation and solve the problem of high labor intensity in the production process of purification partition board, a full-automatic panel mounting device was designed. It mainly?includes?three parts: loading device, feeding device and panel fixing device. The whole device was driven by cylinder,linear module and electric rotary table to send the panel to the suction cup frame, and then the panel was fixed by vacuum suction cup. ANSYS Workbench was applied to conduct the finite element simulation analysis on the key parts,and UG was used to carry out dynamic simulation analysis on the integrated device of automatic installation of purification partition board panel. The?results?show that the designed device greatly improves the installation efficiency and quality of the panel, and reduces the labor intensity of workers; the stiffness and strength of the parts used meet the actual production requirements, and the installation efficiency of the automatic device is about 7.35 times of that of the manual installation. The design of the device has the advantages of strong universality, simple structure and high degree of automation. Furthermore, it also improves the production efficiency of purification partition board and conforms to the development trend of automatic and unmanned production line.
Keywords:machine design; panel; automatic; design; installation device; finite element method
凈化隔斷板是一種新型的建材產(chǎn)品,具有輕質(zhì)、環(huán)保、保溫效果好、便于運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)。近年來(lái),凈化隔斷板主要應(yīng)用于生物醫(yī)藥、電子、新能源潔凈車(chē)間等場(chǎng)所的構(gòu)建,年需求量多達(dá)5 000萬(wàn)m2。它是一種類似于三明治結(jié)構(gòu)的建筑板材,由上下板、邊框和芯材填充物層層黏合而成,如圖1所示。
凈化隔斷板自動(dòng)生產(chǎn)線流程為上下面板成型—下面板涂膠—放置邊框—放置下玻鎂板—下玻鎂板涂膠—填充巖棉—放置涂膠后的上玻鎂板—上面板安裝—產(chǎn)品下線壓合—烘干—得到成品。
目前,凈化隔斷板自動(dòng)生產(chǎn)線中面板的安裝工位沒(méi)有自動(dòng)安裝設(shè)備,仍采用人工手動(dòng)安裝,不僅效率低,而且車(chē)間環(huán)境惡劣,工人需穿著防護(hù)服、手套等開(kāi)展工作。為了降低人工生產(chǎn)的成本,提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益
[1-5],研究一種新型可靠的大型工件安裝變位裝置已迫在眉睫[6-10]。針對(duì)這種情況,設(shè)計(jì)了一種適用于長(zhǎng)度為800~3 000 mm,寬度為300~?1 140 mm?的凈化隔斷板面板自動(dòng)安裝裝置,實(shí)現(xiàn)了上料、傳送、面板安裝過(guò)程的全自動(dòng)化。
1?整體方案設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)過(guò)程
1.1?方案設(shè)計(jì)
根據(jù)現(xiàn)實(shí)需要,設(shè)計(jì)合適的機(jī)械結(jié)構(gòu),選取合適的零件,完成整體方案設(shè)計(jì)[11],并對(duì)該裝置進(jìn)行力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)性能研究[12]。該裝置主要分為上料裝置、面板固定裝置、傳送裝置,其結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中上料裝置主要由傳送架、電機(jī)、氣缸、限位擋板組成;面板固定裝置主要由真空吸盤(pán)、流利條、鋁型材、擋板、固定架組成;送料裝置主要由鋼架、直線模組、電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)組成。
1.2?運(yùn)動(dòng)過(guò)程
工作時(shí),面板經(jīng)送料裝置的傳送與擋板碰撞之后會(huì)停止運(yùn)動(dòng),在氣缸的作用下將其輸送到裝有定位擋片的吸盤(pán)架的上方(氣缸推動(dòng)的面板不可直接在真空吸盤(pán)表面進(jìn)行運(yùn)動(dòng),所以此時(shí)在水平位置上有略高出真空吸盤(pán)水平面的流利條與面板下表面進(jìn)行接觸,將干摩擦轉(zhuǎn)化為滾動(dòng)摩擦),當(dāng)面板輸送到裝有定位擋片的真空吸盤(pán)架上方時(shí),吸盤(pán)架整體上升,使得吸盤(pán)表面與面板下表面進(jìn)行接觸,進(jìn)而完成吸取動(dòng)作;被真空吸盤(pán)吸取固定后的面板需要運(yùn)動(dòng)到指定位置。該過(guò)程由絲杠模組來(lái)完成,絲杠模組將吸盤(pán)架整體進(jìn)行豎直和水平方向運(yùn)動(dòng);通電后的電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)能夠精確控制吸盤(pán)架進(jìn)行180°的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),然后在通過(guò)直線模組進(jìn)行豎直和水平方向的運(yùn)動(dòng)從而完成面板的安裝。其整體安裝流程如圖3所示。
2?安裝裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1?上料裝置設(shè)計(jì)
裝置的主要功能是將待安裝的面板推送到送料裝置上,然后由送料裝置進(jìn)行面板的安裝。該裝置包括氣缸、面板、推板、傳送架等,其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4所示。
對(duì)氣缸缸徑的選型與計(jì)算。
氣缸需推動(dòng)質(zhì)量為20 kg的玻鎂板,其負(fù)載力F≈200 N,F(xiàn)=nPS。F為所需要的輸出力;P為系統(tǒng)壓力;S為活塞面積;n為安全系數(shù)(一般氣缸水平使用取0.7,垂直使用取0.5);P=0.5 MPa;n=0.7,S=F/(nP)。
參照SMC標(biāo)準(zhǔn)氣缸的缸徑,并經(jīng)過(guò)與實(shí)際生產(chǎn)的結(jié)合考慮,最終選擇氣缸缸徑為63 mm,行程為1 200 mm(定制)的CA2L50-100Z型氣缸。
2.2?面板固定裝置設(shè)計(jì)
裝置主要由真空吸盤(pán)、流利條、鋁型材、擋板、固定架組成,其結(jié)構(gòu)如圖5所示。工作時(shí)氣缸將面板推送到抓取位置,放置在流利條下安裝有真空吸盤(pán)的鋁型材的吸盤(pán)架上,吸盤(pán)架向上運(yùn)動(dòng),同時(shí)吸盤(pán)開(kāi)始工作,待真空吸盤(pán)表面與面板下表面接觸之后,吸盤(pán)將面板緊緊地吸附在吸盤(pán)表面,對(duì)面板進(jìn)行固定。
2.2.1?真空吸盤(pán)選型
面板在安裝過(guò)程中需要進(jìn)行180°旋轉(zhuǎn),隨著面板旋轉(zhuǎn)角度的變化,面板所需要的吸力也隨之改變,面板在旋轉(zhuǎn)角度為0°≤a≤90°時(shí),面板的受力示意圖如圖6所示。分析可得面板能保證不從吸盤(pán)脫落所需最小吸力滿足以下關(guān)系:
式中:f為面板所受到的摩擦力;F為面板所受到吸盤(pán)的吸力;G為面板所受的重力;a 為面板與水平面的夾角;m為面板質(zhì)量,取13.3 kg;μ為面板與吸盤(pán)之間的摩擦系數(shù),取0.4;g取10 N/kg;旋轉(zhuǎn)角度取0°≤a≤90°。