玻璃生產(chǎn)線膠圈輥膠圈自動套裝生產(chǎn)線設(shè)計(jì)

俞澤田，張宏盛，俞 茂

(蚌埠凱盛工程技術(shù)有限公司，蚌埠 233000)

玻璃生產(chǎn)線冷端輸送玻璃使用的輸送輥，是一種鋼輥上套粘多個(gè)膠圈的膠圈輥。其中根據(jù)玻璃生產(chǎn)線的噸位及原片玻璃幅面的大小不同，膠圈輥的長度、直徑以及套裝的膠圈數(shù)都不同，即使同一條玻璃生產(chǎn)線也存在種類繁多的膠圈輥。常規(guī)膠圈輥的膠圈套裝都是人工套裝，效率低，勞動強(qiáng)度大，套裝動作單調(diào)，套裝人員易疲勞；每根膠圈輥上套裝膠圈的數(shù)量不同，人工套裝易產(chǎn)生統(tǒng)計(jì)誤差。對于這種批量性生產(chǎn)的膠圈輥，需要一種自動化設(shè)備替代原有的人工生產(chǎn)模式。

1 全自動膠圈輥套裝生產(chǎn)線生產(chǎn)工藝流程及生產(chǎn)線設(shè)備布局設(shè)計(jì)

1.1 常規(guī)膠圈輥結(jié)構(gòu)簡介

膠圈輥是由軸頭、鋼輥及膠圈組成(見圖1)。

1.2 全自動膠圈輥套裝生產(chǎn)線生產(chǎn)工藝流程

根據(jù)膠圈輥的結(jié)構(gòu)形式，膠圈輥套裝生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)如下：

1)鋼輥在上料斗內(nèi)通過送料機(jī)構(gòu)送入鋼輥套裝工作臺，自動定位固定后等待套裝機(jī)套裝。

2)同時(shí)膠圈通過膠圈輸送機(jī)自動送入套裝機(jī)。

3)裝入膠圈的套裝機(jī)，通過伺服電機(jī)控制行走距離，到達(dá)膠圈輥的套裝位置，進(jìn)行膠圈的套裝；膠圈套裝次數(shù)和套裝鋼輥數(shù)量都可通過控制程序設(shè)定，并留有記錄方便復(fù)查。

4)套裝完成后，套裝機(jī)復(fù)位，套裝工作臺取消對膠圈輥的固定，由卸料機(jī)構(gòu)送出套裝完成的膠圈輥，完成整個(gè)膠圈輥的套裝。

1.3 全自動膠圈輥套裝生產(chǎn)線設(shè)備布局

生產(chǎn)線布局見圖2。

整個(gè)套裝生產(chǎn)線有兩臺套裝機(jī)從鋼輥兩頭進(jìn)行套裝，配備2臺膠圈輸送機(jī)構(gòu)，最大限度提高套裝工作效率。

2 全自動膠圈輥套裝生產(chǎn)線設(shè)計(jì)

2.1 鋼輥?zhàn)詣由狭蠙C(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

鋼輥?zhàn)詣由狭蠙C(jī)構(gòu)是由上料斗、上料機(jī)構(gòu)、落料固定輥道、落料移動輥道及可調(diào)節(jié)支腳組成。

2.1.1 上料斗的結(jié)構(gòu)

上料斗為槽形框架結(jié)構(gòu)，其槽形的底面為傾斜面設(shè)計(jì)，傾斜角度為α。通過對鋼輥受力分析，可得出：α>tan-1(μ)，其中μ為鋼的滑動摩擦系數(shù)為0.15，得α>8.5°，取α=10°。料斗的槽型寬度尺寸由裝入鋼輥的數(shù)量確定。料斗底部有可調(diào)整支腳支撐，保證整個(gè)上料斗機(jī)架高度可調(diào)整，方便與其他部件的連接。

2.1.2 上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

上料機(jī)構(gòu)安裝在料斗出料處，左右對稱各布置一套，兩套上料機(jī)構(gòu)的間距按照鋼輥的長度設(shè)計(jì)，基本為最短鋼輥鋼管長度約少400 mm的尺寸；上料機(jī)構(gòu)工作時(shí)，上料氣缸上升抬起鋼輥，在導(dǎo)向柱、導(dǎo)向輪控制下，超出擋料立柱后，沿落料固定輥道自由滾入套裝工作臺，等待膠圈套裝。

1)上料機(jī)構(gòu)構(gòu)成

由上料氣缸、上料架、上料架的導(dǎo)向輪和安裝在擋料立柱上的導(dǎo)向柱組成。

2)上料氣缸行程設(shè)計(jì)

上料氣缸行程X的設(shè)計(jì)按照件4擋料立柱的高度設(shè)計(jì)，而該立柱高度H0按照高出上料斗底部鋼輥堆放高度的1～1.5個(gè)鋼輥直徑計(jì)算。

3)上料板的寬度設(shè)計(jì)

為保證一次上料一根鋼輥，上料板的寬度尺寸B應(yīng)滿足0.5×D

2.1.3 落料固定輥道、落料移動輥道

落料固定輥道左右對稱布置一套，固定在上料斗擋料立柱處，與套裝工作臺的導(dǎo)向軌道相對接，用于引導(dǎo)鋼棍下落到套裝工作臺上。

落料移動輥道也是左右對稱布置一套，它由氣缸同時(shí)推出，前出到行走導(dǎo)軌中間，輔助超長鋼輥的平穩(wěn)輥落到套裝工作臺上。落料移動輥道推出后，保持和固定輥道一致，并且它的前端平臺可調(diào)節(jié)，保證和套裝工作臺的套裝平臺基板高度一致。落料移動輥道在鋼輥固定到套裝工作臺后退回，保證套裝機(jī)構(gòu)能夠順利通過。

2.2 膠圈輸送機(jī)設(shè)計(jì)

膠圈輸送機(jī)由膠圈自動上料機(jī)構(gòu)和膠圈輸送機(jī)構(gòu)組成。膠圈自動上料機(jī)構(gòu)由膠圈料斗、上料氣缸、落料槽組成，負(fù)責(zé)膠圈有序排列上料；膠圈輸送機(jī)構(gòu)由膠圈輸送槽、輸送氣缸和膠圈推出小氣缸組成，負(fù)責(zé)輸送膠圈到套裝機(jī)上。

膠圈輸送時(shí)，先由上料氣缸帶動滑塊推出裝入料斗的膠圈(每次一件)，通過落料槽自動滑入膠圈輸送機(jī)構(gòu)的送料槽中；然后由輸送氣缸推動送料槽到套裝機(jī)位置，推出小氣缸將膠圈推入套裝機(jī)；套裝機(jī)套裝爪擴(kuò)張，固定住膠圈；推出小氣缸回位，同時(shí)輸送氣缸帶動送料槽退回，等待下一個(gè)膠圈輸送；夾持住膠圈的套裝機(jī)開始進(jìn)行膠圈套裝。

2.3 膠圈輥套裝工作臺設(shè)計(jì)

膠圈輥套裝工作臺由鋼輥套裝定位機(jī)構(gòu)和膠圈輥?zhàn)詣有读蠙C(jī)構(gòu)組成。鋼輥套裝定位機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)完成鋼輥套裝定位和固定，膠圈輥?zhàn)詣有读蠙C(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)完成套裝后的膠圈輥脫離工作臺落入卸料斗。

膠圈輥套裝工作臺是通過導(dǎo)軌、滑塊連接在行走導(dǎo)軌上，兩邊對稱各布置一套，兩個(gè)工作臺的間距可根據(jù)鋼輥長度進(jìn)行調(diào)整，間距確定以滿足鋼輥兩頭的套裝膠圈長度后，鋼輥能夠穩(wěn)定滾落到工作臺上，不發(fā)生一頭傾斜為原則(超長鋼輥可由落料移動輥道輔助支撐，保證鋼輥不發(fā)生一頭傾斜)。二個(gè)膠圈輥套裝工作臺間距確定后，通過螺絲固定到行走導(dǎo)軌的支架上。

2.3.1 鋼輥套裝定位機(jī)構(gòu)

鋼輥套裝定位機(jī)構(gòu)由安裝在工作臺支架上的鋼輥導(dǎo)向軌道、鋼輥固定氣缸、工作臺套裝基板、定位板組成。

上料機(jī)構(gòu)送出的鋼輥，通過和固定軌道、落料移動輥道連接一致的工作臺導(dǎo)向軌道滾落到兩套工作臺基板上，兩套工作臺的固定氣缸同時(shí)固定鋼輥；鋼輥的位置尺寸由基板和定位板組合定位確定，保證鋼輥的中心線同套裝機(jī)套裝中心線一致，基板厚度及定位板前后位置都可以根據(jù)鋼輥的直徑尺寸進(jìn)行調(diào)整，滿足各種規(guī)格鋼輥套裝定位要求。

2.3.2 膠圈輥?zhàn)詣有读蠙C(jī)構(gòu)

膠圈輥?zhàn)詣有读蠙C(jī)構(gòu)由卸料氣缸、落料軌道組成。套裝機(jī)完成鋼輥套裝后，固定氣缸退回，卸料氣缸頂起，膠圈輥超出定位板高度后，順著落料軌道落入卸料料斗。

卸料板的設(shè)計(jì)原則同上料板的設(shè)計(jì)原則一致，膠圈輥?zhàn)詣有读蠙C(jī)構(gòu)的卸料板采用凸形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；卸料氣缸推力按照套裝最重鋼輥重量確定，氣缸行程要大于定位板高度。

2.4 膠圈套裝機(jī)設(shè)計(jì)

膠圈套裝機(jī)是通過滑塊連接在行走導(dǎo)軌上，在導(dǎo)軌兩端頭各布置一套，通過伺服電機(jī)控制套裝機(jī)行走，見圖3。

2.4.1 膠圈套裝機(jī)行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

膠圈套裝機(jī)行走機(jī)構(gòu)是由伺服電機(jī)、行走導(dǎo)軌、齒輪、齒條及支架，可調(diào)節(jié)支腳組成。導(dǎo)軌是固定套裝機(jī)的行走軌跡，伺服電機(jī)通過齒輪、齒條傳動動力帶動套裝機(jī)行走，可調(diào)節(jié)支腳是調(diào)節(jié)高度，方便同其他設(shè)備連接。

2.4.2 膠圈套裝機(jī)設(shè)計(jì)

套裝機(jī)的工作過程：套裝機(jī)上了膠圈后，擴(kuò)張氣缸帶動擴(kuò)張爪擴(kuò)張膠圈，使得膠圈固定在擴(kuò)張爪上，同時(shí)擴(kuò)張爪擴(kuò)張程度能夠套入鋼輥；然后在伺服電機(jī)控制下套裝機(jī)到達(dá)套裝位置，擴(kuò)張氣缸收縮擴(kuò)張爪夾緊鋼輥，推出氣缸推出，使得膠圈脫離擴(kuò)張爪，套在鋼輥上；擴(kuò)張爪再次擴(kuò)張脫離鋼輥，推出氣缸回位，完成膠圈套裝；套裝機(jī)再通過伺服電機(jī)退回原始位置，等待上膠圈和再次套裝。

1)擴(kuò)張爪按照鋼輥及膠圈規(guī)格進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般為四爪(見圖3)設(shè)置。擴(kuò)張爪內(nèi)徑尺寸為鋼輥外徑尺寸，擴(kuò)張爪爪厚為3 mm左右，爪長度為膠圈寬度減5 mm；為方便膠圈的推出，擴(kuò)張爪要設(shè)計(jì)成錐形，角度在1°～2°之間選擇。擴(kuò)張爪后端為擴(kuò)張定位端，擴(kuò)張爪擴(kuò)張大小由安裝在前后安裝板上的二個(gè)定位環(huán)控制。一般按照擴(kuò)張爪擴(kuò)張后，擴(kuò)張內(nèi)孔能包含的圓直徑大于鋼輥外徑3 mm設(shè)計(jì)定位環(huán)孔徑。按照這個(gè)擴(kuò)張量設(shè)計(jì)擴(kuò)張氣缸行程，還要兼顧其他規(guī)格鋼輥擴(kuò)張的要求。

2)擴(kuò)張氣缸、推出氣缸設(shè)計(jì)，由于膠圈規(guī)格不同，生產(chǎn)配方、工藝等多種因素的不同，決定了膠圈的物理性質(zhì)的差別，因此擴(kuò)張氣缸和推出氣缸的推力都需要通過膠圈實(shí)驗(yàn)的手段獲得，才能最終選定氣缸規(guī)格。

2.5 卸料斗設(shè)計(jì)

卸料斗是同上料斗形式一樣的斜坡槽斗設(shè)計(jì)，但滑道要采用傾斜面設(shè)計(jì)，不易損傷膠圈，傾斜角度設(shè)計(jì)更大，方便快速下落。

3 結(jié) 論

該條膠圈套裝生產(chǎn)線設(shè)計(jì)簡單、經(jīng)濟(jì)，滿足各種規(guī)格膠圈、鋼棍的套裝生產(chǎn)；同時(shí)自動化程度高，整條生產(chǎn)線僅需一人操作，徹底解決了人工套裝膠圈問題。