玻璃生產(chǎn)線上機械手堆垛機靜動態(tài)特性與優(yōu)化研究

摘 要：玻璃產(chǎn)業(yè)是我國最為重要的產(chǎn)業(yè)之一，同時也是平板玻璃最大的生產(chǎn)國家。基于此，本文從靜態(tài)特性與動態(tài)特性這兩方面來分析玻璃生產(chǎn)線上所使用的機械手堆垛機，并提出相對應(yīng)的優(yōu)化對策，希望能為提升玻璃生產(chǎn)效率和質(zhì)量提供有效建議。

關(guān)鍵詞：玻璃生產(chǎn)線;機械手堆垛機;靜態(tài)特性;動態(tài)特性

機械手堆垛機適用應(yīng)各行業(yè)領(lǐng)域中，具有應(yīng)用廣泛性的特征，因有著較好的平衡性，在玻璃生產(chǎn)線上進行使用，不僅能夠提升生產(chǎn)效率，也能減輕工作人員工作量。通過從靜態(tài)與動態(tài)這兩方面的特性來分析機械手堆垛機，如何發(fā)揮機械手堆垛機在玻璃生產(chǎn)線上的實際效用，是目前各相關(guān)人員需要考慮的問題。

1. 機械手堆垛機靜態(tài)特性

有限元法是分析機械手堆垛機靜態(tài)特性的主要應(yīng)用方式，通過分析該設(shè)備的受力情況和變形狀況，在此基礎(chǔ)上來考量機械手堆垛機的強度與承受度是否能夠滿足玻璃生產(chǎn)線需求，機械手堆垛機具備良好的靜態(tài)性能是提升該設(shè)備動態(tài)性能的關(guān)鍵。

1.1有限元法基本內(nèi)容

隨著計算機技術(shù)不斷發(fā)展和進步，使得有限元法得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，通過對連續(xù)性的物體采取有限次的分割，結(jié)合相應(yīng)的力學(xué)知識與幾何知識對分割后的小塊進行分析，并對分析完成后的小塊結(jié)果進行累計求和，代替連續(xù)物體結(jié)果。以下通過對玻璃材料的均勻性與線性進行假設(shè)，借助力學(xué)知識，來重點分析機械手堆垛機靜態(tài)特性。

有限元法具體分析過程如下：第一，結(jié)構(gòu)的離散化。把結(jié)構(gòu)劃分成有限個小型單元體，并將單元、邊界等元素利用節(jié)點進行連接，此過程為結(jié)構(gòu)離散化[1]。小塊結(jié)果與單位劃分的形狀和大小有著一定影響，換句話說，越小的單元，其形狀也就越復(fù)雜，而單元結(jié)果與實際變形情況也會越接近，但相對應(yīng)的也會增加整個單元體結(jié)構(gòu)的運算量。

第二， 等效節(jié)點應(yīng)力，當物體的結(jié)構(gòu)離散化后，節(jié)點與各單元的聯(lián)系是十分密切的，所以計算機械手堆垛機靜態(tài)特性的力也是節(jié)點上的力。因?qū)嶋H中物體是連續(xù)的，物體的任何位置都可以產(chǎn)生力作用，所以力在物體上的傳遞也呈現(xiàn)連續(xù)性，通過將作用于物體上的力等效平移在節(jié)點上，其為等效節(jié)點應(yīng)力。每個單位位移后，有限元法把離散化后單元小塊進行節(jié)點連接來還原成原有的物體結(jié)構(gòu)，經(jīng)過一系列計算，來解出整體的節(jié)點位移量。

1.2模型簡化

采取有限元法時，因運算量較大，相對應(yīng)需要保存的數(shù)據(jù)也很多，為了提升分析結(jié)果的精準性，對所分析的對象進行綜合的考慮，對模型進行簡化，以此來提高建模效率和運算速度[1]。機械手堆垛機靜態(tài)特性分析主要從大臂、小臂以及基座等幾個關(guān)鍵的構(gòu)件著手，模型具體簡化內(nèi)容如下：一是，因零件的圓角、倒角以及溝槽等連接點對機械手堆垛機強度影響較小，可以進行忽略，由于分析軟件的特性，對機械手堆垛機裝有軸承的軸去掉，簡化為階梯軸，在一定程度上可以避免后續(xù)機械手堆垛機靜態(tài)特性分析結(jié)果出現(xiàn)偏差;二是，鋁合金型材料是機械手吸盤架中許多小零件的主要制成材料，無法利用有限元法采取網(wǎng)格劃分，通過考慮機械手堆垛機強度問題，將這一部分有矩形管替代。簡化后的機械手堆垛機模型參考圖1。

1.3靜態(tài)結(jié)果分析

通過對簡化后的模型進行導(dǎo)入，并對以導(dǎo)入的模型采取以一系列的計算工序來對機械手堆垛機在整體結(jié)構(gòu)上的受力情況進行分析，在此基礎(chǔ)上尋找出該設(shè)備的薄弱點。在此過程中，對機械手堆垛機工作時變形最大、力矩最大以及最危險的位置進行重點分析，可以發(fā)現(xiàn)該設(shè)備在搬運玻璃時，機械手堆垛機的大臂、小臂仍停留在原有的水平位置，并沒有發(fā)生變化，但整體重心卻向前移動，所產(chǎn)生的力矩也最大，與此同時，機械手堆垛機所抓起的玻璃距離設(shè)備底座越遠，其力矩的產(chǎn)生也就越大，也就表明此時機械手堆垛機受力所產(chǎn)生的力矩與變形都呈現(xiàn)最大化，該狀態(tài)為機械手堆垛機的極限工作狀態(tài)，工作時具有一定的危險性。因此，玻璃生產(chǎn)線上機械手堆垛機的設(shè)計，以及各關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)部件制成材料的選擇應(yīng)符合玻璃生產(chǎn)所需的強度，調(diào)整機械手底座所承受的最大變形量，以此來緩沖物體作用力。

2. 機械手堆垛機動態(tài)特性

2.1動態(tài)分析基本內(nèi)容

振動是機械設(shè)備運行過程中無可避免的問題，振動幅度與振動頻率過高對機械設(shè)備正常的運行有著一定影響，減少機械設(shè)備的振動，在一定程度能夠確保各類型生產(chǎn)工作順利且安全的進行[2]。借助模態(tài)分析來對機械手堆垛機的工作頻率與原有的運行頻率進行動態(tài)特性比對，在實際操作的過程中，要求機械手堆垛機抓取玻璃板后，抓取玻璃板的速度應(yīng)維持平穩(wěn)狀態(tài)，無明顯沖擊;分析結(jié)果表明，機械手堆垛機在抓取玻璃板后，由于在工業(yè)機器人的帶動下，機械手吸盤出現(xiàn)了加速變化，雖然所增加的幅度不大，但頻率較高，尤其是以吸盤架擺動為主的機械手堆垛機。

2.2動態(tài)結(jié)果分析

玻璃生產(chǎn)線上的機械手堆垛機由兩個結(jié)構(gòu)主體構(gòu)成，分別是工業(yè)機器人和機械手吸盤，前者負責運動，后者負責抓取，經(jīng)過一系列的計算和分析，機械手堆垛機動態(tài)主要包括該機械設(shè)備的工作空間，空間的規(guī)劃與配置對實際運用中的機械手堆垛機有一定影響，在安裝機械手堆垛機底座時，需要充分考慮該設(shè)備所能達到的工作空間，合理規(guī)劃玻璃生產(chǎn)線上的布置，對于后期機械手堆垛機的控制以及工作路徑規(guī)劃有著關(guān)鍵性的作用。

3. 針對玻璃生產(chǎn)線上的機械手堆垛機優(yōu)化對策

3.1關(guān)鍵零部件優(yōu)化

通過分析可知，現(xiàn)階段所采用的機械手堆垛機仍存在許多不足，設(shè)備底座受力不強，在工作時，一旦所搬運的物體重量超過設(shè)備承載，會導(dǎo)致整個零部件發(fā)生損壞，進而影響使用。因此，對該設(shè)備的關(guān)鍵零部件進行優(yōu)化，比如小臂，機械手堆垛機所有的受力都在小臂上，既要承擔承重作用，也要對其負載，機械手堆垛機小臂的優(yōu)化要從強度、承重以及負載等方面入手，對原有小臂的壁厚加大，減少變形，提升承重能力。

3.2玻璃生產(chǎn)線上機械手堆垛機的具體使用類型

通過對上述分析，鋁合金材料所制成的結(jié)構(gòu)具有較強的強度，完全符合玻璃生產(chǎn)需求，其安全性也相對較高，所以可對這一型號材料制成的機械手堆垛機進行考慮，但機械手堆垛機工作時間不易過高，而現(xiàn)下玻璃生產(chǎn)速度越來越快，縮減堆板周期是關(guān)鍵，周期縮減相對應(yīng)的機械手堆垛機振動頻率與幅度也就越高，因此，玻璃實際生產(chǎn)的過程中，可考慮多臺機械手堆垛機協(xié)調(diào)工作，減少每臺設(shè)備工作頻率，既能提升工作效率，也能保障玻璃生產(chǎn)安全。

隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展和進步，相信各類機械手堆垛機制造工藝與玻璃生產(chǎn)技術(shù)也會越來越成熟，不斷完善機械手堆垛機功能，并提高玻璃生產(chǎn)技術(shù)水平，強化機械手堆垛機在玻璃生產(chǎn)中的應(yīng)用效果，提升玻璃堆垛效率和最終玻璃成品質(zhì)量，能夠有效降低玻璃生產(chǎn)成本投入的同時，也能為操作人員提供安全保障，從而確保我國玻璃制造業(yè)未來可持續(xù)的發(fā)展。

結(jié)束語：綜上所述，通過對上述機械手堆垛機靜動態(tài)特性的全面分析，利用先進的科學(xué)技術(shù)來進一步完善與升級機械手堆垛機各項功能，能夠有效促進我國玻璃生產(chǎn)現(xiàn)代化、機械化方向發(fā)展的同時，也能為推動我國玻璃產(chǎn)業(yè)可持續(xù)的發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]李曉波.堆垛機故障預(yù)測與維修決策技術(shù)研究[D].機械科學(xué)研究總院，2020.

[2]岳森峰，張尊敬，孫必超.堆垛機動態(tài)參數(shù)設(shè)定與出入庫效率的匹配[J].起重運輸機械，2020（06）：46-50.

作者簡介：劉勇（1981— ），男，漢族，安徽宿州人，本科，工程師

研究方向：浮法玻璃自動化堆垛設(shè)備

（中建材（蚌埠）光電材料有限公司? ? 安徽? 蚌埠? ?234300）