下片鋪紙包裝設(shè)備設(shè)計(jì)及應(yīng)用

楊麗萍 ，林江平，竺肖君 ，楊 樂 ，馮達(dá)賢，俞曉彬

(1.中建材智能自動(dòng)化研究院有限公司,杭州 310015；2.中建材(宜興)新能源有限公司,宜興 214200)

目前光伏玻璃深加工的生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品鋪紙包裝直接影響產(chǎn)線的產(chǎn)能和產(chǎn)品質(zhì)量?，F(xiàn)有技術(shù)中與機(jī)器人配合的鋪紙機(jī)一般由機(jī)架、裝料機(jī)構(gòu)、鋪紙機(jī)構(gòu)、堆垛機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)組成，鋪紙機(jī)構(gòu)安裝在升降機(jī)構(gòu)上，堆垛機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)架內(nèi)部與鋪紙機(jī)構(gòu)的下方，這種鋪紙機(jī)在工作時(shí)，紙張經(jīng)裝料、鋪紙機(jī)構(gòu)送出，鋪紙機(jī)構(gòu)上設(shè)有用于輔助紙張鋪平的吹氣機(jī)構(gòu)，即在氣流的輔助下紙張可鋪設(shè)在疊合玻璃片上，隨著疊合玻璃片數(shù)量的累積，疊合玻璃片的高度不斷增加，與之相對(duì)應(yīng)的升降機(jī)構(gòu)會(huì)隨之調(diào)整，即整個(gè)鋪紙機(jī)構(gòu)會(huì)隨著疊合玻璃片的高度變化而上下調(diào)整，當(dāng)疊合玻璃片到達(dá)預(yù)設(shè)高度時(shí)，鋪紙機(jī)停止動(dòng)作。此時(shí)，需要人工操作物料搬運(yùn)車從鋪紙機(jī)正面將堆垛系統(tǒng)中已經(jīng)堆好的疊合玻璃片運(yùn)走，此后，鋪紙機(jī)才能繼續(xù)工作。上述過程存在如下缺陷：鋪紙機(jī)構(gòu)及吹氣機(jī)構(gòu)均需隨著紙張堆垛上升下降，吹氣出紙工藝也限制了紙張必須具備一定的厚度及環(huán)境的要求，采購和使用成本高，操作步驟繁瑣，導(dǎo)致鋪紙效率較低[1]。

1 總體設(shè)計(jì)

1.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

下片鋪紙包裝設(shè)備包括：設(shè)備機(jī)架、放卷裝置、切割裝置、拖曳裝置、堆垛裝置和控制器；放卷裝置、切割裝置和拖曳裝置依次固定設(shè)置在鋪紙機(jī)的機(jī)架上，堆垛裝置用于放置玻璃，放卷裝置用于裝載紙卷并釋放紙張，拖曳裝置通過伺服定長牽引輸送相結(jié)合將紙張鋪設(shè)至堆垛臺(tái)，切割裝置用于切割紙張以得到定長紙張，放卷裝置、切割裝置、拖曳裝置和堆垛裝置均與控制器電連接。下片鋪紙包裝設(shè)備總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 工作原理

鋪紙包裝設(shè)備安裝就位于玻璃深加工線的下片工位離線側(cè)，所需規(guī)格的紙卷由操作工穿入氣脹軸后經(jīng)叉車抬高放置在設(shè)備的裝料導(dǎo)軌上，人工推動(dòng)氣脹軸兩端的軸承滾動(dòng)至其一端的齒輪與主動(dòng)放卷動(dòng)力設(shè)置的齒輪相嚙合為止[2]，人工牽引紙張經(jīng)恒張力機(jī)構(gòu)的擺輥、過渡輥、伺服定長輸送膠輥至切割裝置處的壓緊機(jī)構(gòu)處，完成裝卷上料工序；拖曳裝置中的夾爪通過直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)將紙張鋪設(shè)至堆垛臺(tái)上，同時(shí)放卷裝置也完成了后續(xù)紙張的定長輸送，待液壓站頂升堆垛臺(tái)升至設(shè)定的疊合高度，將一下片玻璃平放疊合后，切割裝置驅(qū)動(dòng)無刷電機(jī)直線行走，將紙張定長切割；液壓站緊接著下降設(shè)定行程，拖曳裝置中的夾爪通過直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)繼續(xù)將紙張鋪設(shè)至堆垛臺(tái)上，如此反復(fù)，完成下片鋪紙包裝工藝。

2 主要部件設(shè)計(jì)

2.1 放卷裝置設(shè)計(jì)

放卷裝置主要包括裝料機(jī)構(gòu)、放卷驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、恒張力機(jī)構(gòu)、輸送驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、過渡機(jī)構(gòu)和壓緊機(jī)構(gòu)，如圖2所示。

裝料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)有氣脹軸，兩端分別裝配有深溝球軸承，可與固定于設(shè)備機(jī)架的裝料導(dǎo)軌相對(duì)直線位移，并通過相應(yīng)的軸承緊固件作位置固定，方便紙卷更換，并省力省時(shí)。氣脹軸一端通過鍵連接一從動(dòng)齒輪，該從動(dòng)齒輪與放卷驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的主動(dòng)齒輪相嚙合，動(dòng)力由放卷電機(jī)驅(qū)動(dòng)同步帶傳遞[3]。恒張力機(jī)構(gòu)有擺臂軸，擺臂及擺輥。擺臂軸一端連接有編碼器。輸送驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)有伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的定長輸送膠輥，在該膠輥上方設(shè)置有可提升氣缸的上壓膠輥。過渡機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)有無動(dòng)力鋁輥。壓緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)有提升氣缸的鋁合金壓緊組件，在該組件下方設(shè)置有固定于兩側(cè)機(jī)架的不銹鋼托板，該托板設(shè)計(jì)有相應(yīng)的鋸齒形開口[4]。紙卷上料后通過上述機(jī)構(gòu)，紙張依次穿過擺輥、固定過渡輥、伺服定長輸送膠輥及無動(dòng)力鋁輥至壓緊機(jī)構(gòu)處的固定不銹鋼托板，通過編碼器信息反饋由相應(yīng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)紙張的恒張力，完成放卷裝置的主動(dòng)放卷功能。

2.2 切割裝置設(shè)計(jì)

切割裝置主要由圓刀、無刷電機(jī)、直線運(yùn)動(dòng)模組、靜電棒、拖鏈、防護(hù)罩組成，如圖3所示。

切割裝置設(shè)計(jì)有一鎢鋼圓刀片及防護(hù)罩，該圓刀采用相嵌合的兩個(gè)鋁制零件通過緊定螺釘固定于無刷電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸上[2]，方便圓刀拆裝更換。圓刀運(yùn)動(dòng)組件通過安裝架固定于直線運(yùn)動(dòng)模組的移動(dòng)滑塊上。該模組固定安裝于機(jī)架橫梁的側(cè)面，該橫梁上方安裝有拖鏈槽，便于拖鏈行走。模組下方通過安裝架固定有一靜電棒，可實(shí)現(xiàn)紙張出料過程中靜電的去除。在機(jī)架的兩外側(cè)設(shè)置有固定的不銹鋼防護(hù)罩，避免安全事故發(fā)生。紙卷經(jīng)過裝料機(jī)構(gòu)定長輸送所需尺寸后，由切割裝置中的直線運(yùn)動(dòng)模組帶動(dòng)圓刀運(yùn)動(dòng)組件直線行走將紙張切斷。

2.3 拖曳裝置設(shè)計(jì)

拖曳裝置主要由氣爪、直線運(yùn)動(dòng)模組、鋁型材組件、靜電棒、拖鏈組成，如圖4所示。

拖曳裝置設(shè)計(jì)有兩根平行放置的直線運(yùn)動(dòng)模組固定于機(jī)架兩側(cè)，在其中一側(cè)安裝有拖鏈槽，便于拖鏈行走。安裝有多組氣爪的鋁型材組件的兩端通過安裝架分別固定于兩根直線運(yùn)動(dòng)模組的移動(dòng)滑塊上，每組氣爪通過可調(diào)節(jié)支架固定于鋁型材一側(cè)，氣爪選用小型氣動(dòng)手指，手指內(nèi)側(cè)上下設(shè)計(jì)有特殊尼龍材質(zhì)制作的接合塊，易于紙張夾緊。鋁型材組件的后側(cè)安裝有一靜電棒，可實(shí)現(xiàn)拖曳過程中對(duì)玻璃表面靜電的去除。兩直線運(yùn)動(dòng)模組動(dòng)力通過連接軸傳遞，確保兩模組同步運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)鋁型材組件的拖曳動(dòng)作。放卷裝置和拖曳裝置配合工作，將紙卷展開并平鋪至堆垛臺(tái)面上。

2.4 堆垛裝置設(shè)計(jì)

堆垛裝置主要由活動(dòng)托盤、移動(dòng)小車、行走導(dǎo)軌、液壓站、拖鏈、木托組成，如圖5所示。

堆垛裝置設(shè)計(jì)有一碳鋼矩管焊接而成的活動(dòng)托盤，并設(shè)計(jì)有一定的裝配關(guān)系相嵌于移動(dòng)小車上，托盤的上方放置有木托。移動(dòng)小車通過減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)可在鋪設(shè)于地面導(dǎo)軌上在堆垛工位和叉車叉取工位之間做直線運(yùn)動(dòng)。小車的一側(cè)地面上安裝有拖鏈，便于小車運(yùn)動(dòng)過程中驅(qū)動(dòng)電機(jī)和檢測(cè)件電纜線的布置。在堆垛工位處的地面固定有一液壓站，設(shè)定液壓站的最低平臺(tái)高度滿足小車出料上料行走。當(dāng)設(shè)備處于堆垛鋪紙過程中時(shí)，小車運(yùn)動(dòng)到堆垛工位，處于正下方的液壓站將活動(dòng)托盤頂起。當(dāng)設(shè)計(jì)的堆垛臺(tái)面升至設(shè)定的疊合高度時(shí)，拖曳裝置的氣爪直線運(yùn)動(dòng)將紙張鋪設(shè)在堆垛臺(tái)上，然后液壓站提升一定行程，待玻璃疊合且紙張切割后，液壓站再下降一定的行程，待下一紙張的鋪設(shè)。

3 結(jié) 論

隨著玻璃制造技術(shù)的不斷提高，玻璃深加工生產(chǎn)線節(jié)奏會(huì)越來越快，所需要的質(zhì)量及效率也會(huì)不斷提高，這就要求相應(yīng)的產(chǎn)品加工配套設(shè)備的產(chǎn)能提升，運(yùn)行要求可靠平穩(wěn)性能更高。該文設(shè)計(jì)的下片鋪紙包裝設(shè)備，相比傳統(tǒng)的鋪紙?jiān)O(shè)備，增加了主動(dòng)放卷及拖曳功能，采用了新的堆垛裝置，有效解決了現(xiàn)在離線鋪紙?jiān)O(shè)備存在的問題，緩解了工作人員操作強(qiáng)度，避免了以往對(duì)紙張性能及生產(chǎn)環(huán)境使用的苛刻要求，大大降低了該工藝的生產(chǎn)使用成本，現(xiàn)場(chǎng)工作人員反饋良好，具有實(shí)際應(yīng)用推廣價(jià)值。