高溫玻璃挑料機(jī)械手的研究

王建立

摘 要：本文主要針對加工玻璃器皿的高溫工況，分析了人工挑料操作對產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率的影響，為改善工人勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，本文研究一種挑料的機(jī)械手，能夠代替人工完成高溫玻璃溶液的挑起、澆注等工作。

關(guān)鍵詞：高溫；玻璃；挑料；機(jī)械手

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.21.057

為了滿足市場上對高性能玻璃挑料機(jī)械裝置的需求，有效的提高玻璃挑料的質(zhì)量、效率，本項目要研發(fā)一種新型的玻璃挑料機(jī)械手，底座采用圓形結(jié)構(gòu)，上有可旋轉(zhuǎn)圓臺，能夠360°自由轉(zhuǎn)動，可解決玻璃胎具位置的靈活調(diào)整；同時，實現(xiàn)電氣自動化控制，便于工人安全操作，把工人從高溫、充滿灰塵和高強(qiáng)度的體力勞動中解放出來，提高生產(chǎn)效率，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，為行業(yè)快速發(fā)展助力。

1 現(xiàn)狀分析

玻璃器具在我們?nèi)粘Ｉ钪惺亲畛Ｓ玫沫h(huán)保容器，尤其在化學(xué)研究領(lǐng)域更是檢測與實驗中必不可少的一種玻璃器皿，而玻璃容器的生產(chǎn)制造過程，需要1100°-1200°高溫玻璃溶液在胎具中澆注成型，一直以來因高溫惡劣的工作環(huán)境直接影響操作工人的安全，且人工操作不穩(wěn)定，更影響了產(chǎn)品的質(zhì)量，生產(chǎn)效率低。為解決此問題，一般玻璃制造企業(yè)設(shè)計簡易的機(jī)械手來輔助工人完成玻璃溶液的挑料工作。但是，目前在玻璃制造行業(yè)中，對一些器型較大的產(chǎn)品，挑料的方式依然主要是依靠人工在高溫爐口逐個生產(chǎn)，無論產(chǎn)品質(zhì)量，質(zhì)量穩(wěn)定性，還是工人的勞動環(huán)境、勞動強(qiáng)度，生產(chǎn)效率等都難以滿足生產(chǎn)需要。

目前市場上常見的玻璃挑料機(jī)械裝置主要采用框架式結(jié)構(gòu)，存在的主要問題是框架固定不能轉(zhuǎn)動，整個裝置的挑料桿只能在垂直平面內(nèi)擺動，設(shè)備自由度少，這樣就限制了玻璃器皿胎具安放位置以及工人操作的方便性。

2 挑料機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計

玻璃挑料裝置基本結(jié)構(gòu)如上圖所示，主要由固定座1、回轉(zhuǎn)盤2 、機(jī)架3、搖臂4、桿座5、挑料桿6、曲柄7、拉桿8、回轉(zhuǎn)電機(jī)9、搖臂電機(jī)10、拉桿電機(jī)11、搖臂軸17、齒圈18、齒輪20 等組成。

玻璃挑料機(jī)械手的設(shè)計參照國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，旨在設(shè)計一種結(jié)構(gòu)緊湊、合理，能夠適用于不同挑料重量和胎具安裝位置的高效率的玻璃挑料機(jī)械手，完成市場調(diào)研、方案論證、整機(jī)結(jié)構(gòu)及零部件設(shè)計、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計、圖紙繪制及標(biāo)準(zhǔn)化等研發(fā)工作。

設(shè)計技術(shù)路線：

首先明確企業(yè)技術(shù)指標(biāo)要求，分析現(xiàn)有設(shè)備存在的問題，確定項目整體設(shè)計要點，機(jī)器人整機(jī)結(jié)構(gòu)布局設(shè)計（繪制運(yùn)動簡圖）；根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動參數(shù)要求，零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計；根據(jù)電機(jī)功能參數(shù)，零部件強(qiáng)度可靠性設(shè)計；根據(jù)加工要求進(jìn)行工藝性設(shè)計；根據(jù)控制要求，設(shè)計電氣控制線路；圖紙的繪制、審核及標(biāo)準(zhǔn)化。

本機(jī)構(gòu)的設(shè)計主要內(nèi)容包括：

（1）玻璃挑料機(jī)械手的整體功能設(shè)計，要滿足企業(yè)使用要求，并解決市場上現(xiàn)有裝置的使用缺陷；（2）玻璃挑料機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，保證結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)轉(zhuǎn)靈活平穩(wěn)，安全可靠；（3）玻璃挑料機(jī)械手的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計，要便于控制，方便操作，保證手臂轉(zhuǎn)動到位、準(zhǔn)確可靠；（4）玻璃挑料機(jī)械手結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計，既要保證零部件設(shè)計強(qiáng)度剛度要求，同時要結(jié)構(gòu)輕巧，搬運(yùn)方便，便于加工和安裝；（5）玻璃挑料機(jī)械手加工工藝性設(shè)計，工藝工裝設(shè)計要保證設(shè)備制造精度，保證產(chǎn)品質(zhì)量；（6）主要技術(shù)指標(biāo)：配用動力：5.6kW；回轉(zhuǎn)半徑：2.4m（最大），1.2m（最?。惶袅现亓浚?Kg；挑料速度：6個/分鐘（最大）；挑料桿回轉(zhuǎn)速度：120rpm；主搖臂回轉(zhuǎn)角度：前傾40度，后傾25度；控制方式：四軸聯(lián)動。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計創(chuàng)新點、先進(jìn)性

相比企業(yè)現(xiàn)有玻璃挑料裝置的缺陷，本設(shè)計創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在：圓形底座上安裝回轉(zhuǎn)盤，可在水平面內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)，利于靈活調(diào)整玻璃胎具安裝位置；主搖臂和調(diào)節(jié)拉桿配合使玻璃挑料桿在垂直平面內(nèi)來回擺動，保證機(jī)器人靈活挑料和準(zhǔn)確澆注；玻璃挑料桿能導(dǎo)入冷卻水適時降溫；電氣控制圓形挑料頭不斷旋轉(zhuǎn)以保證玻璃溶液不滴落。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）底座采用圓形結(jié)構(gòu)，上面按裝回轉(zhuǎn)盤，可在水平面內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)，利于靈活調(diào)整玻璃胎具安裝位置，方便工人操作。（2）回轉(zhuǎn)盤支撐軸空心結(jié)構(gòu)設(shè)計，利于導(dǎo)線的安裝。（3）主搖臂和調(diào)節(jié)拉桿在垂直平面內(nèi)來回擺動，以靈活調(diào)整挑料球的工作位置，保證玻璃挑料機(jī)械手靈活挑料和準(zhǔn)確澆注。主搖臂、調(diào)節(jié)拉桿與有開口槽的挑料桿支架連接，安裝拆卸方便。（4）挑料桿空心結(jié)構(gòu)設(shè)計，在運(yùn)行過程中導(dǎo)入冷卻水，適時降低挑料桿的溫度，同時，旋轉(zhuǎn)的圓形挑料頭保證玻璃料液在輸送過程中不滴落。（5）挑料桿支架有軸承承托挑料桿，電機(jī)用同步帶輪帶動挑料桿旋轉(zhuǎn)，保證挑料桿運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠。

4 結(jié)語

玻璃挑料機(jī)械手投入使用后，將解放勞動力，為玻璃制造企業(yè)節(jié)省人工成本，同時降低廢品率，大大提高生產(chǎn)效率，預(yù)計年產(chǎn)量將提高60%，年銷售收入增加50萬元，年增利潤10萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

同時，本研發(fā)機(jī)械手將工人從高溫惡劣、不環(huán)保的工作環(huán)境中解放出來，保證工人身體不受損害，社會效益不是用錢可衡量的。

本研發(fā)玻璃挑料機(jī)械手突破傳統(tǒng)玻璃器具制造瓶頸，解決企業(yè)生產(chǎn)難題，技術(shù)水平達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，填補(bǔ)行業(yè)技術(shù)空白。

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