礦用炮泥碼垛設(shè)備的設(shè)計

張 宇

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)大斗溝煤業(yè)公司， 山西 大同 037003）

引言

對某礦企業(yè)調(diào)查研究表明，當(dāng)采用傳統(tǒng)炮泥機進(jìn)行作業(yè)的過程中，尤其是面對裝箱和人工切斷等作業(yè)時，需要人工操作，不僅增加了彎腰作業(yè)等多種重復(fù)性勞動，加重工人的勞動負(fù)擔(dān)，而且工作效率低下以及在裝箱過程中出現(xiàn)排列不一致的現(xiàn)象，面對該種現(xiàn)象，急切需要提出針對性的方案實現(xiàn)機械化或自動化的生產(chǎn)，減輕工人的勞動強度。若采用工業(yè)機器人來進(jìn)行作業(yè)，出現(xiàn)的問題是成本高，而且由于炮泥尺寸較小，易變性，工業(yè)機器人很難對炮泥進(jìn)行操作。為了在工作過程中降低生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率，通過設(shè)計自動碼垛工藝路線來滿足對設(shè)備的生產(chǎn)要求，明確了機構(gòu)的相對位置和機構(gòu)尺寸的相互聯(lián)系，在標(biāo)定的工藝路線中，設(shè)備可以根據(jù)路線快速碼垛，完成碼垛流程，碼垛的運行、炮泥的整個生產(chǎn)，在這些過程中只需要一名工人來進(jìn)行操作，不僅降低了工人的數(shù)量、工人的勞動強度，而且為整個企業(yè)生產(chǎn)過程創(chuàng)造了工業(yè)價值和經(jīng)濟(jì)效益。

1 碼垛設(shè)備工作過程和總體結(jié)構(gòu)

一些碼垛機械手在實際的生產(chǎn)過程中運用的是PLC 控制技術(shù)和氣動技術(shù)，炮泥在運動的過程中，通過到達(dá)設(shè)定的位置，通過傳感器的形式將傳感器監(jiān)測到的信號傳輸?shù)街骺刂破?，?dāng)主控制器接收到信號并進(jìn)行分析和記錄后，將對控制執(zhí)行裝置，對執(zhí)行裝置的相關(guān)位移量進(jìn)行調(diào)整，從而實現(xiàn)碼垛作業(yè)順利進(jìn)行。采用炮泥自動碼垛機器具有的優(yōu)勢是能夠滿足箱體自動下降、炮泥切斷等相關(guān)任務(wù)。其設(shè)備總裝圖（見下頁圖1），主要包括三大部分：箱體升降裝置、主體裝置、切撥裝置，設(shè)備總裝圖主要由電控系統(tǒng)、推板、過渡口、箱體和傳送帶等組成。該設(shè)備的工作流程為：炮泥機產(chǎn)出炮泥泥坯，泥坯達(dá)到所設(shè)定的尺寸以后，通過光電監(jiān)測機構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測，控制切撥機構(gòu)進(jìn)行間隙工作，當(dāng)炮泥達(dá)到所設(shè)定的尺寸以后，有切割機進(jìn)行切割操作，并將切割后的炮泥經(jīng)過過渡口傳送到傳送帶，在傳送帶的運輸中，最后到達(dá)指定的炮泥箱體位置，產(chǎn)生的信號由傳感器進(jìn)行監(jiān)測，將信號傳輸?shù)街骺仄?，在主控器的控制下，?cè)推氣缸將會通過活塞桿對側(cè)板進(jìn)行推動，在箱體內(nèi)的合適位置進(jìn)行多個炮泥的同時送進(jìn)，通過對傳送帶進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，當(dāng)滿足箱體裝滿一箱的操作以后要停止繼續(xù)向該箱體輸送炮泥，其原理是通過氣缸、導(dǎo)軌等設(shè)備，當(dāng)炮泥裝滿一層后，在箱體安裝的檢測器能夠及時地監(jiān)測到相關(guān)的信息，進(jìn)行箱體下移操作，下移距離為一個炮泥的高度，如此反復(fù)操作，直到箱體全部裝滿時，會觸發(fā)計數(shù)裝置進(jìn)行報警，使得工作人員及時了解到該箱體已經(jīng)裝滿，重復(fù)這樣的裝箱操作，在各個機構(gòu)實現(xiàn)相互配合，相互聯(lián)系[1]。

2 主要組成裝置的工作原理

2.1 主體構(gòu)架運行分析

主體構(gòu)架由側(cè)推裝置和傳動裝置組成。傳動裝置主要由擋板、承載托輥組、框架、傳送帶、滾筒、主體框架等零件組成，如下頁圖1 所示。前滾筒安裝在傳動裝置的前側(cè)，后滾筒安裝在其后側(cè)，托輥安裝在前后滾筒之間。過渡口中出來的炮泥掉落到傾斜的傳送帶上，在擋板上滾靠，依靠傳送帶將其輸送到設(shè)定的地點，并通過傳感器進(jìn)行位置變化的監(jiān)測，傳感器將監(jiān)測到的信號傳輸?shù)街骺刂破?，通過主控制器將信號進(jìn)行分析記錄后，控制氣缸的運動。

圖1 炮泥碼垛裝置總體裝配圖

2.2 炮泥箱升降裝置工作原理

如下頁圖2 所示為炮泥箱升降裝置結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)主要是由氣缸支撐板、滑塊、氣缸、直線導(dǎo)軌、炮泥箱底座等部件組成。炮泥箱限位板的作用是能夠確定箱子的位置，確保箱體都能到達(dá)指定的位置。當(dāng)炮泥被推進(jìn)的過程中，傳感器將會檢測到這一動作，以信號的形式將其傳輸給主控制器，通過主控制器將信號進(jìn)行分析記錄后，控制側(cè)推板氣缸的運動，當(dāng)側(cè)推板結(jié)束一個行程以后又回到最初設(shè)定的地點，通過氣缸的作用，箱體將會下移一個炮泥直徑的距離。通過重復(fù)以上的動作流程，當(dāng)箱體內(nèi)的炮泥被裝滿以后，通過計數(shù)器監(jiān)測報警后，進(jìn)行下一個空的箱體更換[2-3]。

圖2 炮泥箱升降裝置結(jié)構(gòu)圖

2.3 切撥裝置結(jié)構(gòu)及運行分析

如圖1 所示，炮泥坯支撐臺和主體架平臺之間的支撐架上，安裝切撥裝置。如圖3 所示為切撥裝置結(jié)構(gòu)，側(cè)擋板分別在炮泥坯支撐臺的兩側(cè)設(shè)置，分布在支撐臺兩側(cè)的擋板V 形形狀，其作用是可以放置泥條的槽。切撥裝置主要是由傳動軸、4 個撥齒、4 把切斷刀形成。4 把切泥刀和4 個撥齒分別在傳動軸的四軸分布排列，切泥刀的位置之后拔齒45°，截面形狀呈弧形。當(dāng)炮泥機生產(chǎn)出炮泥以后，炮泥到達(dá)炮泥坯支撐臺，光電監(jiān)測機構(gòu)設(shè)置在炮泥坯支撐臺前方，當(dāng)光電檢測機構(gòu)監(jiān)測到炮泥坯到達(dá)所需要的尺寸時，將信號傳輸給主控器，主控器在接受到信號以后通過控制電動機的運轉(zhuǎn)[4-5]。

圖3 切拔裝置結(jié)構(gòu)

3 主要技術(shù)參數(shù)分析

3.1 傳送帶尺寸及安裝位置

在膠帶輸送機的參數(shù)計算中，安息角具有非常重要的作用，當(dāng)炮泥機產(chǎn)生炮泥時，隨著掉落至傳送帶，由于傳送帶傾斜一定的角度，且傳送的角度要保證其切斜角度比安息角稍大一點，這樣的好處是能夠保證炮泥緊挨防滑擋板的同時，還能讓炮泥以較快的速度滾動時對拍好的炮泥和擋板的損壞較小，保證炮泥在排列的時候很緊密。膠帶輸送機的輸送帶的傾斜角度主要由輸送帶和被輸送的物料之間的摩擦因數(shù)來決定。

3.2 側(cè)推板、箱體底座尺寸

炮泥尺寸：長度和直徑分別是150 mm 和37 mm，由于單邊也是需要一定的尺寸，所以皮帶的長度和寬度分別為1 900 mm 和160 mm。避免炮泥在傳送時發(fā)生偏斜的防滑擋塊，其寬和高的尺寸都為5 mm，擋塊長度為100 mm。應(yīng)用兩個側(cè)推板和兩個氣缸的好處是能夠確保平順的將炮泥推送到炮泥箱中，每次推10 根炮泥，所以推板的寬、高分別設(shè)定為180 mm 和30 mm[6]。

根據(jù)炮泥的尺寸，其箱體的尺寸設(shè)定為厚2 mm、容寬160 mm、容長389 mm、容高380 mm，箱體底座的寬和長分別設(shè)定為162 mm 和395 mm。

4 結(jié)語

炮泥碼垛在本文的設(shè)計中屬于新型設(shè)備，該設(shè)備實用性強，工作效率高，解決了對小型圓柱件的拾取造成變形和裝箱等問題，拋棄了之前一根根的拾取小型圓柱件的繁重任務(wù)，結(jié)合炮泥機完成炮泥生產(chǎn)的自動化問題，在以后的生產(chǎn)中具有很好地效益。本文設(shè)計的炮泥碼垛具有以下特點和優(yōu)勢：通過各個機構(gòu)自動協(xié)調(diào)控制，降低了工人的勞動強度和工人數(shù)量；設(shè)備簡單可靠，成本低，工作效率大幅提升；各個裝置通過氣動來實現(xiàn)協(xié)調(diào)動作，對環(huán)境的污染小。