馬桶泥坯坑口自動(dòng)排水系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

劉 智 胡國緯 楊 偉 劉修泉 張濤川 陳 思

（佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院智能制造學(xué)院，廣東 佛山 528137）

0 引言

在陶瓷衛(wèi)浴用品行業(yè)，馬桶泥坯因其特殊的制作工藝，目前仍是一種勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)。近年來，隨著人力資源成本的日益上漲和行業(yè)內(nèi)熟練技工數(shù)量的日益減少，陶瓷衛(wèi)浴產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)招工難的問題也日趨嚴(yán)峻。將馬桶泥坯的部分工藝流程進(jìn)行自動(dòng)化升級改造便成為行業(yè)亟須解決的問題。在這一背景下，以生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)效率高、模具壽命長為特點(diǎn)的泥坯高壓注漿[1，2]生產(chǎn)工藝便應(yīng)運(yùn)而生。然而這一工藝因其快排水的功能，不可避免地會(huì)存在部分水流入馬桶泥坯，殘留在泥坯坑口而無法自行排走?？涌诘臍埩羲畷?huì)造成泥坯軟化而影響后續(xù)工藝，進(jìn)而帶來產(chǎn)品質(zhì)量和良品率的問題。

對于坑口內(nèi)殘留水的排水問題，目前產(chǎn)線工人的常用做法是通過海綿塊的多次吸水、擠壓排水來解決這一問題。在本就繁重的生產(chǎn)線上，這個(gè)附加動(dòng)作勢必增加工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，且殘留水是否排盡存在較大的隨機(jī)性。本文針對這一問題，設(shè)計(jì)了一套自動(dòng)化排水裝置，并根據(jù)高壓注漿生產(chǎn)線的工藝流程編制了排水裝置的PLC控制程序[3]，用于排除馬桶泥坯坑口內(nèi)的殘留水。

1 自動(dòng)抽水裝置結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目的馬桶泥坯高壓注漿生產(chǎn)車間有八條馬桶泥坯生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線有十二個(gè)工位。該高壓注漿生產(chǎn)線從注漿到完成脫模用時(shí)25～28 min，脫模后泥坯需要完成轉(zhuǎn)運(yùn)、開孔、喉面粘接、翻轉(zhuǎn)等動(dòng)作。對工藝動(dòng)作及流程進(jìn)行分析后，需要在脫模后30 s內(nèi)完成坑口殘留水的排水工作。

高壓注漿生產(chǎn)線在完成對模具型腔注漿后采用了水環(huán)真空泵對模具進(jìn)行真空抽水工作，在開模后再用高壓空氣吹入模具內(nèi)部使模具快速排水。對模具進(jìn)行抽水期間以外，水環(huán)真空泵均處于閑置狀態(tài)，因此坑口殘留水的抽排水方案可以在現(xiàn)有水環(huán)真空泵真空系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，將水環(huán)真空泵在閑置狀態(tài)下的部分時(shí)間用于抽排泥坯坑口內(nèi)的殘留水。

由于需要在30 s內(nèi)完成泥坯坑口內(nèi)殘留水的抽排工作，因此用于抽水的機(jī)械裝置各個(gè)執(zhí)行件的動(dòng)作需要快速而簡單。而現(xiàn)場高溫高濕的環(huán)境對抽水裝置的可靠性提出了較高的要求，因此該抽水裝置應(yīng)盡量避免采用復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)。結(jié)合以上的工藝要求和現(xiàn)場工況，設(shè)計(jì)了一套如圖1所示的氣壓傳動(dòng)真空抽水裝置。

圖1 真空抽水自動(dòng)裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

該真空抽水裝置采用升降氣缸將吸水重錐放入坑口，為了防止兩個(gè)吸水重錐在執(zhí)行升降運(yùn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)，在升降氣缸一側(cè)添加了導(dǎo)向裝置。在調(diào)整好該抽水裝置的位置后保證吸水重錐能落入坑口的底部。為了防止重錐破壞泥坯坑口底部的表面形貌，連接吸水重錐的吸水管采用硅膠軟管。

2 自動(dòng)抽水裝置的氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在高壓注漿車間的各條生產(chǎn)線上均安裝了高壓空氣供氣系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)以及供水系統(tǒng)等。結(jié)合現(xiàn)場的系統(tǒng)配置，該自動(dòng)抽水裝置各動(dòng)作的執(zhí)行通過氣動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。兩個(gè)吸水重錐的升降通過如圖2所示的升降氣缸實(shí)現(xiàn)。抽真空系統(tǒng)利用產(chǎn)線一側(cè)的水環(huán)真空泵實(shí)現(xiàn)，真空系統(tǒng)的開啟和關(guān)閉通過氣動(dòng)截止閥實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)抽水裝置的氣動(dòng)系統(tǒng)原理如圖2所示。

圖2 電氣原理設(shè)計(jì)圖

3 自動(dòng)抽水裝置邏輯控制流程

如圖3所示，模具在開模以后在泥坯脫模的過程中從模具內(nèi)部排除的部分水分掉落泥坯內(nèi)匯集在坑口部位，體積約200 mL，這部分殘留水會(huì)軟化坑口部位的泥坯，對后續(xù)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量帶來影響。

圖3 泥坯坑口殘留水

本文所設(shè)計(jì)的自動(dòng)抽水裝置是在現(xiàn)有高壓注漿生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一個(gè)技術(shù)改進(jìn)項(xiàng)目。因此，動(dòng)作的執(zhí)行需要在現(xiàn)有工藝流程的基礎(chǔ)上進(jìn)行。高壓注漿生產(chǎn)線目前的工藝流程如圖4所示。

圖4 泥坯生產(chǎn)工藝流程

馬桶泥坯坑口殘留水主要來自泥坯脫模后模具排出的水自然流入馬桶內(nèi)部，而聚集在坑口。從上述工藝流程來看，要完成泥坯坑口內(nèi)殘留水的排出，需要在“模具排水”動(dòng)作和“泥坯轉(zhuǎn)運(yùn)”動(dòng)作之間完成。而目前高壓注漿生產(chǎn)線這兩個(gè)動(dòng)作之間的時(shí)間間隔為30 s，因此自動(dòng)抽水裝置包含抽水在內(nèi)的各個(gè)動(dòng)作所有時(shí)間需要在30秒內(nèi)完成。為了簡化動(dòng)作流程，本項(xiàng)目的程序設(shè)計(jì)思路如圖5所示。

圖5 自動(dòng)抽水裝置控制流程

根據(jù)圖2所示氣動(dòng)系統(tǒng)原理圖，確定輸入、輸出元件及控制對象。系統(tǒng)所需的用戶輸入設(shè)備有按鈕開關(guān)、光電傳感器；輸出設(shè)備有電磁閥、氣動(dòng)截止閥、指示燈等。根據(jù)以上元器件類型及數(shù)量，本項(xiàng)目采用12個(gè)I/O分配點(diǎn)的小型PLC對自動(dòng)抽水裝置進(jìn)行控制，根據(jù)動(dòng)作原理和工藝要求進(jìn)行程序編寫。程序的基本邏輯如下：通過馬桶泥坯傳送帶一側(cè)的光電傳感器感應(yīng)馬桶泥坯位置，控制升降氣缸的下降動(dòng)作。升降氣缸上的下限位傳感器控制氣動(dòng)截止閥的打開動(dòng)作以及水環(huán)真空泵的開啟動(dòng)作。通過時(shí)間繼電器控制水環(huán)真空泵的抽真空時(shí)間以及升降氣缸的上升動(dòng)作和氣動(dòng)截止閥的關(guān)閉動(dòng)作。在程序編制完成后進(jìn)行泥坯坑口殘留水的抽排水工作。經(jīng)實(shí)測，抽排完坑口部位殘留水所需時(shí)間約9 s。測試結(jié)果如圖6所示。

圖6 抽排水完成的坑口部位

4 結(jié)語

本文從提高自動(dòng)化程度和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度的角度出發(fā)，對佛山某陶瓷衛(wèi)浴產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)的高壓注漿生產(chǎn)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)工作，用于完成生產(chǎn)線上馬桶泥坯脫模后坑口殘留水的抽排水工作。根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)配置和工藝流程設(shè)計(jì)了一套自動(dòng)抽水裝置，并用小型PLC完成了自動(dòng)抽水裝置的程序編寫。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該裝置能在泥坯脫模后很短的時(shí)間內(nèi)完成坑口殘留水的抽排水工作，且該裝置結(jié)構(gòu)簡單，動(dòng)作可靠，該裝置的使用在提高企業(yè)生產(chǎn)效率的同時(shí)為泥坯良品率的提高提供了有力的保障。