重型阻擋器的使用維護(hù)及優(yōu)化

王發(fā)

(合肥萬力輪胎有限公司，安徽 合肥 231137)

隨著“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略規(guī)劃的不斷推進(jìn)和實(shí)施，工業(yè)化和信息化得到了快速融合，各種各樣的自動(dòng)化流水線以其靈活多樣化的設(shè)計(jì)很快在各個(gè)生產(chǎn)線、裝配線應(yīng)用起來，得到不斷完善和迅猛發(fā)展，其中倍速鏈輸送線以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)應(yīng)用最為廣泛。

倍速鏈輸送線也叫倍速鏈流水線，主要用于各種電子電器、機(jī)電等裝配及加工生產(chǎn)線物料輸送，其工作原理就是利用倍速鏈條的增速功能，使得承載物料的工裝快速運(yùn)行，根據(jù)輸送需求使用阻擋器及移栽機(jī)等相應(yīng)的指令來實(shí)現(xiàn)停止、積放動(dòng)作、移位或者轉(zhuǎn)線等功能。在實(shí)際應(yīng)用中，阻擋器是實(shí)現(xiàn)整個(gè)流水線自動(dòng)化控制的關(guān)鍵，一般會(huì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況設(shè)計(jì)或者選用，但由于阻擋器是一個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)組件，隨著知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識(shí)和力度的加強(qiáng)，很多企業(yè)在成本和知識(shí)產(chǎn)權(quán)之間權(quán)衡，出現(xiàn)了“哈姆雷特”式阻擋器，其質(zhì)量也就參差不齊，在后期使用維護(hù)就需要特別注意故障分析及適度優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)故障率低成本低的運(yùn)維目標(biāo)。

1 阻擋器介紹

1.1 分類及結(jié)構(gòu)組成

阻擋器一般是根據(jù)自動(dòng)化流水線需求而設(shè)計(jì)，是一個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)組件，廣義上來講，只要是能實(shí)現(xiàn)阻擋、積放等功能的都可以稱為阻擋器，大致可以根據(jù)動(dòng)力介質(zhì)、安裝方向、阻擋工件特性、結(jié)構(gòu)等劃分，例如：

（1）根據(jù)動(dòng)力介質(zhì)分為：氣動(dòng)阻擋器、電動(dòng)阻擋器、液壓阻擋器等。

（2）根據(jù)安裝方向形式分為：臥式阻擋器、立式阻擋器（多為阻擋氣缸，目前各大知名氣動(dòng)廠家均有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品）。

（3）根據(jù)阻擋工作特性分為：輕型阻擋器（阻擋單個(gè)工件或者工件重量和沖擊力較?。⒅匦妥钃跗鳎ㄖ饕强勺钃醮笮凸ぜ蛘叨鄠€(gè)工件）。

（4）根據(jù)結(jié)構(gòu)分為：杠桿式阻擋器、單輪阻擋器、雙輪阻擋器等等。

在各大知名的氣動(dòng)廠家推出的輕型阻擋氣缸中，雖然安裝尺寸不盡一致，但質(zhì)量還是很穩(wěn)定的，一般在阻擋單個(gè)工件或者需要定位及轉(zhuǎn)線時(shí)選用的較多，也為自動(dòng)流水線的設(shè)計(jì)者提供多種選擇。我司目前使用較多的是立式輕型阻擋氣缸（外購(gòu)件，單個(gè)工件停止轉(zhuǎn)線用）、臥式重型阻擋器（自制件，多個(gè)工件積放沖擊力大），因此主要的維護(hù)工作對(duì)象就是重型阻擋器。

重型阻擋器一般由底座、側(cè)板、阻擋連桿、氣缸、緩沖器等組成，底座配合安裝板固定于流水線底部中間（也有雙阻擋器在兩側(cè)形式，根據(jù)工件阻擋位確定安裝位置），氣缸安裝在底座后方，其前端連接有支架及推輥，側(cè)板安裝后在自重下可緊密貼合推輥，在推輥被氣缸推進(jìn)或后退時(shí)實(shí)現(xiàn)側(cè)板上升和下降，阻擋連桿和緩沖器安裝在側(cè)板上，中間設(shè)有緩沖頂桿，阻擋連桿端部設(shè)有擋輥直接接觸擋停工件，同時(shí)防止阻擋連桿因自重下垂，在中間部位設(shè)置了限位扭簧，兼具工件通過后阻擋連桿的復(fù)位功能，如圖1所示。

1.2 工作原理

重型阻擋器可根據(jù)控制要求設(shè)定為常閉型（允許工件通過）和常開型（阻擋工件），主要工作原理是當(dāng)氣缸處于縮回狀態(tài)時(shí)，推輥處理側(cè)板凹槽部位，阻擋連桿隨著側(cè)板處于下垂?fàn)顟B(tài)，其上方滾輪頂端低于工件下表面，當(dāng)工件通過時(shí)不能阻擋進(jìn)而放行（如圖2）；而當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入氣缸伸出氣缸桿時(shí)，推輥前進(jìn)至側(cè)板凸出部位，側(cè)板整體上升，阻擋連桿也隨著側(cè)板上升至水平位置，滾輪高度剛好與工件的阻擋位齊平，從而導(dǎo)致工件不能前進(jìn)被擋下（如圖3），氣缸的伸出與縮回主要通過PLC控制的電磁閥進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)工件的阻擋與放行，同時(shí)也可以在阻擋器上安裝接近開關(guān)或者氣缸上設(shè)置磁性開關(guān)，以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)阻擋器阻擋狀態(tài)。

1.3 運(yùn)行現(xiàn)狀

我司自動(dòng)化物流線自2016年建成投用，輸送的物料通過托盤工裝輸送，根據(jù)物流線上應(yīng)用特點(diǎn)，原設(shè)備廠家選擇兩種阻擋器配合使用，第一種是用于單個(gè)托盤阻擋實(shí)現(xiàn)定位、移栽機(jī)轉(zhuǎn)線的輕型阻擋氣缸（外購(gòu)件，采用知名氣動(dòng)廠家產(chǎn)品），第二種是用于多個(gè)托盤積放以實(shí)現(xiàn)托盤分離便于移栽機(jī)轉(zhuǎn)線的重型阻擋器（自制件，已申請(qǐng)相關(guān)專利）。

在生產(chǎn)運(yùn)行維護(hù)中，輕型阻擋氣缸可以直接通過供應(yīng)商購(gòu)買用于維修備件，但是重型阻擋器只有通過原設(shè)備廠家購(gòu)買備件。由于原廠家自制件在運(yùn)行初期時(shí)故障頻繁，因此曾與一知名氣動(dòng)廠家合作帶圖定制一批重型阻擋器，經(jīng)試用后效果良好，但是涉及專利問題不能直接供貨我司，仍需通過原設(shè)備廠家購(gòu)買整件，運(yùn)行維護(hù)成本過高、采購(gòu)周期過長(zhǎng)，不能滿足現(xiàn)場(chǎng)維修需求。

2 常見故障及原因分析

2.1 輥輪及銷軸磨損

由于阻擋器在工作中會(huì)頻繁受到工件的沖擊，輥輪不能安裝軸承，同時(shí)為防止接觸部位潤(rùn)滑油污染工件，輥輪和輥軸之間采用干摩擦方式，材質(zhì)使用優(yōu)質(zhì)碳素鋼，表面調(diào)質(zhì)發(fā)黑處理工藝增強(qiáng)耐磨性和減少腐蝕性。但在實(shí)際使用過程初期磨損較少，但由于磨損碎屑不能及時(shí)排出導(dǎo)致加劇了磨損速度，其磨損周期為1～2個(gè)月就出現(xiàn)了擋輥和輥軸嚴(yán)重磨損不能使用，隨著運(yùn)行時(shí)間越來越長(zhǎng)需要投入大量的人力物力去維修保養(yǎng)才能保證輸送線的正常運(yùn)行，造成員工苦不堪言，一定程度上降低了輸送效率。

2.2 限位扭簧斷裂

阻擋連桿是一種鈍角形式不規(guī)則形狀，上方安裝有2個(gè)阻擋輥輪，下方安裝一個(gè)緩沖輥輪，通過銷軸固定于側(cè)板中，阻擋輥輪端會(huì)受自重下垂，因此安裝了限位扭簧，但阻擋器在放行工件后為了能夠及時(shí)阻擋下一個(gè)工件，需在工件未完全通過時(shí)氣缸就伸出，此時(shí)阻擋連桿上方受工件自重壓力，下方受到推輥的推力，對(duì)扭簧雙向施壓。同時(shí)由于扭簧在設(shè)計(jì)時(shí)未考慮軸向定位，因此在頻繁沖擊下會(huì)出現(xiàn)軸向竄動(dòng)，嚴(yán)重影響扭簧的壽命，出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，周期約2個(gè)月。

2.3 氣缸漏氣和損壞

原設(shè)計(jì)廠家采用的是一個(gè)合作氣動(dòng)廠家的定制氣缸，氣缸桿長(zhǎng)度比標(biāo)準(zhǔn)氣缸長(zhǎng)一倍，安裝方式與其他氣缸也有一定差異，不能與其他標(biāo)準(zhǔn)氣缸通用。在使用過程中因輥輪與銷軸磨損碎屑灑落，通過缸桿進(jìn)入防塵圈和內(nèi)部，易造成防塵圈磨損。同時(shí)由于缸桿長(zhǎng)度長(zhǎng)，安裝調(diào)整不到位時(shí)易產(chǎn)生缸桿彎曲不能使用。

2.4 緩沖器剮蹭工件

阻擋器在設(shè)計(jì)時(shí)為保證緩沖效果，減少撞擊力損壞工件和噪音，選擇的是大直徑液壓緩沖器，配有緩沖彈簧等，但在放行工件時(shí)液壓緩沖器后端上翹與工件的預(yù)留間隙較小，因此當(dāng)出現(xiàn)阻擋器安裝板在長(zhǎng)時(shí)間沖擊下逐漸扭曲變形時(shí)，緩沖器后端翹起升高與工件間隙會(huì)越來越小直至干涉剮蹭，產(chǎn)生噪音和工件損傷及大量碎屑，很難清理干凈。

3 問題解決及優(yōu)化

3.1 輥輪結(jié)構(gòu)優(yōu)化

為解決磨損過快等問題，先后嘗試過更換為40Cr和黃銅材質(zhì)輥輪，有一定程度改善，但仍處于干摩擦狀態(tài)，輥輪與輥軸其中一個(gè)必有一個(gè)磨損大需要經(jīng)常更換，并伴有磨屑，進(jìn)一步加劇輥輪和輥軸的磨損，同時(shí)也應(yīng)該氣缸密封性，綜合性價(jià)比因素，最終采用鋼制輥輪內(nèi)部鑲嵌自潤(rùn)滑軸承。

自潤(rùn)滑軸承又稱無油襯套或者無油軸承（如圖4），是一種不添加潤(rùn)滑劑具有自身潤(rùn)滑性的軸承，主要分為復(fù)合型、干模型、鑲嵌型，本次優(yōu)化選用的是金屬基鑲嵌型自潤(rùn)滑軸承，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）沒有潤(rùn)滑油，內(nèi)部嵌入粉末冶金固體潤(rùn)滑劑，能夠防止污染，減少保養(yǎng)，改善勞動(dòng)環(huán)境。

（2）耐磨性好，耐沖擊性能好，摩擦系數(shù)小，承載能力高。

（3）有適量彈塑性，能夠均勻分布應(yīng)力，提高承載減少?zèng)_擊噪音。

（4）薄壁結(jié)構(gòu)（3 mm厚），體積小質(zhì)量輕，適合鑲嵌到擋輥內(nèi)部，性價(jià)比高。

（5）運(yùn)行中能形成潤(rùn)滑膜，保護(hù)輥軸，對(duì)輥軸要求也比較低，降低輥軸的加工難度。

3.2 限位扭簧設(shè)計(jì)變更

針對(duì)扭簧軸向竄動(dòng)問題，把扭簧尾部直線型結(jié)構(gòu)變更為L(zhǎng)形式，同時(shí)安裝位置開槽以便軸向定位防止竄動(dòng)。因雙重載荷導(dǎo)致斷裂的問題，經(jīng)測(cè)試更改材質(zhì)及加粗線徑，效果良好，更改圖紙后推廣已降低80%的故障。

3.3 氣缸維保及緩沖器處理

在解決輥輪磨損后大大減少了磨屑的產(chǎn)生，所以減少粉塵通過缸桿進(jìn)入防塵圈，降低氣缸漏氣故障率。同時(shí)通過測(cè)繪此定制氣缸相關(guān)參數(shù)向知名氣動(dòng)廠家訂做氣缸購(gòu)買備件，提高氣缸質(zhì)量的穩(wěn)定性。

關(guān)于緩沖器末端與工件間隙過小剮蹭工件，調(diào)整將緩沖器安裝位置前移至極限位置，縮短整體長(zhǎng)度，同時(shí)在不影響緩沖器結(jié)構(gòu)性能的前提下打磨后端倒角，減小外圍尺寸。另一方面對(duì)阻擋器安裝板增加加強(qiáng)筋，降低變形量，從而降低約90%的剮蹭故障。

4 結(jié)語

重型阻擋器是根據(jù)自動(dòng)物流線的輸送阻停特性及工件形狀、載荷等設(shè)計(jì)的非標(biāo)組件，結(jié)構(gòu)及材料難免有不合適部分，因此在生產(chǎn)運(yùn)行中除了日常保養(yǎng)維護(hù)，還需要多觀察、多總結(jié)、多改善才能保證阻擋器的正常高效運(yùn)行。

本文所改進(jìn)的臥式重型阻擋器主要考慮現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)備件的通用性，暫未進(jìn)行大的尺寸改動(dòng)，輥輪及扭簧改進(jìn)后極大的降低了故障率的發(fā)生，有效降低維護(hù)費(fèi)用；但同時(shí)也存在液壓緩沖器選型外形尺寸過大導(dǎo)致阻擋器總長(zhǎng)大的問題、阻擋氣缸定制化費(fèi)用高且不能實(shí)現(xiàn)備件標(biāo)準(zhǔn)化問題等，因重型阻擋器現(xiàn)場(chǎng)用量較多，全部改造成本較大，因此暫緩此類的優(yōu)化。

古語有云“術(shù)業(yè)有專攻”，雖然我們?cè)谶\(yùn)行中不斷優(yōu)化，但也能看到與專業(yè)生產(chǎn)制造阻擋器的廠家有一定差距，后期會(huì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)重型阻擋器使用更換情況尋找專業(yè)廠家訂做試用，以期實(shí)現(xiàn)增效提產(chǎn)降本目標(biāo)。