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ENGLISH0755-88840386發(fā)布時(shí)間:2020-08-24 10:56:06 |來源:
0概述
擺臂式水泥袋自動(dòng)插袋機(jī)旨在提供一種與水泥包裝機(jī)結(jié)合的自動(dòng)插袋裝置,特別適宜于回轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)配套使用,具有節(jié)省勞動(dòng)力、降低生產(chǎn)成本、提高工作效率、減少環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。該裝置的使用可以從根本上解決工人在惡劣環(huán)境中工作的現(xiàn)狀,完全擺脫矽肺,更有利于環(huán)保,適應(yīng)我國(guó)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的規(guī)劃。將進(jìn)一步提高水泥生產(chǎn)的自動(dòng)化程度,對(duì)企業(yè)的發(fā)展具有巨大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益,體現(xiàn)“中國(guó)智造”的優(yōu)勢(shì)。
1技術(shù)特點(diǎn)
紙質(zhì)全新水泥包裝袋的袋口貼合得非常緊,這就要求在插袋之前首先要使袋口張開。本機(jī)構(gòu)釆用真空吸盤吸附的方式將袋口吸開,然后用轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂配合插袋機(jī)械手將紙質(zhì)包裝袋套入勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的回轉(zhuǎn)式水泥裝包機(jī)的出灰管上。機(jī)械方面主要由吸袋機(jī)構(gòu),轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂,插袋機(jī)械手三大部分組成;在控制系統(tǒng)上,采用PLC為核心控制元件。
2結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與設(shè)計(jì)要點(diǎn)
2.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工藝流程
擺臂式水泥袋自動(dòng)插袋機(jī)與回轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)總體示意圖見圖1。其中包裝機(jī)系統(tǒng)工作時(shí)做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),8個(gè)出灰管,依次插上水泥袋,然后開始進(jìn)行灌裝,回轉(zhuǎn)一周可以完成8個(gè)水泥袋的灌裝。
其轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂由伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)完成凸輪間歇運(yùn)動(dòng)。此運(yùn)動(dòng)可驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂完成插袋的主體動(dòng)作。在機(jī)械臂的前端安裝插袋機(jī)械手,當(dāng)達(dá)到制定位置時(shí)完成夾袋動(dòng)作。而吸袋機(jī)構(gòu)用來完成紙質(zhì)水泥袋的開口與定位工作。
工作時(shí),回轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)應(yīng)處于勻速轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。首先,插袋機(jī)的吸袋機(jī)構(gòu)在氣缸的驅(qū)動(dòng)下動(dòng)作,吸起一個(gè)水泥袋,使其上半部分呈豎直狀態(tài),在吸盤的配合下將袋口吸開。然后,插袋機(jī)械手在氣缸驅(qū)動(dòng)下,完成夾袋動(dòng)作,同時(shí),機(jī)械手的結(jié)構(gòu)可以保持袋口張開的狀態(tài)。下一步,開口吸盤斷氣,為機(jī)械臂動(dòng)作做好準(zhǔn)備。下一步,轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂帶動(dòng)水泥
袋向包裝機(jī)上的出灰管擺動(dòng),機(jī)械手保持加持狀態(tài),確保水泥袋口處于張開狀態(tài)。此后在轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)下,機(jī)械手將袋子套入包裝機(jī)上的出灰管。袋子就位后,機(jī)械手釋放夾袋動(dòng)作,使夾袋機(jī)構(gòu)張開,以確保轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂復(fù)位時(shí)不會(huì)發(fā)生干涉碰撞現(xiàn)象:
2.2吸袋機(jī)構(gòu)
功能:將水泥包裝袋吸起,使其上半部分呈豎直狀態(tài),并使包裝袋口張開,
工作原理:吸袋機(jī)構(gòu)主體框架獨(dú)立固定在地面上。
上面每次放置16個(gè)紙質(zhì)水泥袋。工作時(shí),為了補(bǔ)償插袋后減少的紙袋總體厚度差,設(shè)計(jì)了由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)缸進(jìn)行步進(jìn)動(dòng)作,根據(jù)工作頻率,自動(dòng)使放置的紙袋始終處于同一高度上??蚣苌辖M裝有氣缸,可驅(qū)動(dòng)吸盤機(jī)架完成上下動(dòng)作,同時(shí)配合真空系統(tǒng),在下部時(shí)完成吸附紙袋功能;在上部時(shí)完成紙袋開口和紙袋定位功能,為后續(xù)機(jī)械手夾袋動(dòng)作做好準(zhǔn)備。
2.3轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂
功能:推動(dòng)插袋機(jī)械手將水泥袋轉(zhuǎn)運(yùn)至包裝機(jī)的出灰管上。
工作原理:由于回轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)處于勻速轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài),要求機(jī)械手在套袋動(dòng)作時(shí)始終保持與出灰管運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑共線,見圖2。
其中2。4段為轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂本體,由驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)周期插袋動(dòng)作4。3段為平行四連桿結(jié)構(gòu)的前連桿,用來控制機(jī)械手的朝向。轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂在進(jìn)行插袋動(dòng)作時(shí),運(yùn)動(dòng)分為三部分:第一部分為機(jī)械臂加速運(yùn)動(dòng),使機(jī)械臂迅速達(dá)到與包裝機(jī)同步的速度;第二部分為插入動(dòng)作部分,這部分要求。4。3段控制的機(jī)械手朝向始終與包裝機(jī)上的出灰口對(duì)正,即保持同步狀態(tài)。此時(shí)機(jī)械手相對(duì)于包裝機(jī)上的出灰管在徑向上是靜止的,只有一個(gè)軸向運(yùn)動(dòng),這樣就可以避免機(jī)械手與轉(zhuǎn)動(dòng)著的出灰管發(fā)生碰撞;第三部分為運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械臂復(fù)位動(dòng)作,此時(shí)需要機(jī)械手打開,釋放紙袋,然后加速回到零位。
2.4插袋機(jī)械手
功能:具有準(zhǔn)確抓取水泥袋及保持水泥袋口處于張開狀態(tài)的功能。
工作原理:機(jī)械手主要由驅(qū)動(dòng)氣缸,兩個(gè)對(duì)稱抓手及安裝架組成。其中安裝架被安裝在轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂前端。其上采用餃鏈連接安裝兩個(gè)對(duì)稱結(jié)構(gòu)的抓手,用來抓取由吸袋機(jī)構(gòu)定位完畢且袋口張開的紙袋。同時(shí),抓手結(jié)構(gòu)釆用特殊設(shè)計(jì)成符合紙袋袋口打開形狀的外形,能夠在氣缸驅(qū)動(dòng)兩抓手完成抓取動(dòng)作后,保持紙袋的開口狀態(tài)。為后續(xù)工序中的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂的插袋動(dòng)作做好準(zhǔn)備。
3控制系統(tǒng)
3.1系統(tǒng)流程
(1)水泥袋運(yùn)輸裝置將待插水泥袋輸送到吸袋機(jī)構(gòu)上,一般16個(gè)袋為一組。
(2)吸袋機(jī)構(gòu)的氣缸驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與吸盤動(dòng)作將水泥袋豎立,并將袋口打開。
(3)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂動(dòng)作到吸袋機(jī)構(gòu)上方,機(jī)械手完成抓取袋子的動(dòng)作。
(4)調(diào)節(jié)速度使插袋系統(tǒng)與回轉(zhuǎn)包裝機(jī)相協(xié)調(diào),當(dāng)包裝機(jī)系統(tǒng)帶動(dòng)出灰管到達(dá)某一個(gè)地點(diǎn)時(shí)(一直位于該地點(diǎn)插袋),插袋系統(tǒng)恰好將包裝袋輸送到此地點(diǎn),并進(jìn)行插袋動(dòng)作過程。
(5)此過程結(jié)束,重復(fù)(2)到(4)步驟。
圖3為系統(tǒng)控制流程圖。
3.2系統(tǒng)控制
系統(tǒng)控制的核心是要將原有的回轉(zhuǎn)式包裝機(jī)的控制系統(tǒng)與插袋機(jī)的控制系統(tǒng)相結(jié)合成一個(gè)新的控制系統(tǒng)。但兩個(gè)系統(tǒng)仍保持各自的機(jī)械機(jī)構(gòu),故需要考慮兩個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào),性問題。
⑴系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性說明。
①包裝系統(tǒng)的速度與插袋系統(tǒng)的速度相協(xié)調(diào)。
包裝系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)速度通過變頻器控制,插袋系統(tǒng)的速度通過伺服系統(tǒng)控制。其中,包裝機(jī)的變頻器中存儲(chǔ)其運(yùn)轉(zhuǎn)速度,并將此轉(zhuǎn)速信息傳送到新控制系統(tǒng)的PLGh進(jìn)行存儲(chǔ)計(jì)算。然后根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)換為向插袋系統(tǒng)傳遞的信息,并控制插袋系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)器,使伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂達(dá)到與包裝機(jī)匹配的轉(zhuǎn)速。
②氣缸與吸嘴折起包裝袋與取袋動(dòng)作相協(xié)調(diào)。
在插袋機(jī)械手(由伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂,機(jī)械臂前端安裝插袋機(jī)械手)返回取袋之前,氣缸與吸嘴需要將包裝袋吸起并使袋口張開以等待取袋。
(2)系統(tǒng)控制。
系統(tǒng)采用PLC作為整個(gè)新系統(tǒng)的控制核心,見圖4。3.3脈沖輸出控制
PLC控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),使水泥袋備料處最頂端的袋子保持在某個(gè)固定的位置,當(dāng)檢測(cè)到該位置沒有袋子時(shí),伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),將底部水泥袋上升到該位置。
3.4模擬量輸入控制
(1)稱重儀表信號(hào)。將稱重儀表測(cè)定的包裝袋重量反饋至PLC,使PLC做出動(dòng)作,如果達(dá)到規(guī)定重量則掉袋,若沒有達(dá)到則重新進(jìn)行灌裝。
(2)速度調(diào)節(jié)表。將速度調(diào)節(jié)表的速度反饋至PLC,PLC根據(jù)反饋來的速度進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到插袋系統(tǒng)的速度。
3.5模擬量輸出控制
(1)包裝系統(tǒng)速度控制一頻器。PLC輸出模擬量控制包裝系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)速度,見圖6。該速度是由速度調(diào)節(jié)表控制。
姓調(diào)節(jié)表 一?)PLC -A 頻器;■電動(dòng)機(jī)
圖6回轉(zhuǎn)系統(tǒng)速度控制
(2)插袋系統(tǒng)速度控制一^服系統(tǒng)。PLC內(nèi)部根據(jù)速度調(diào)節(jié)器所輸出的速度進(jìn)行變換得到插袋系統(tǒng)的控制速度,并輸出至插袋伺服驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度,見圖7。
a#調(diào)節(jié)表].plc ?伺服驅(qū)動(dòng)器伺服電機(jī)
圖7回轉(zhuǎn)系統(tǒng)速度控制
3.6數(shù)字量輸入控制
主要是傳感器或者接近開關(guān)的信號(hào)輸入到PLC。當(dāng)包裝系統(tǒng)檢測(cè)到有水泥袋插入、達(dá)到規(guī)定重量掉袋、中途掉袋、插袋系統(tǒng)檢測(cè)到該取袋或者是插袋完畢時(shí),傳感器都會(huì)將情況反饋到PLC,同時(shí)PLC發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。
(1)原點(diǎn)接近開關(guān)。在系統(tǒng)開始工作之前,首先將系統(tǒng)進(jìn)行回原點(diǎn)操作,兩個(gè)分系統(tǒng)電機(jī)慢速運(yùn)轉(zhuǎn),直至達(dá)到原點(diǎn)接近開關(guān)處,電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn),完成原點(diǎn)定位操作。
(2)包裝袋有無(wú)檢測(cè)傳感器。檢測(cè)插袋系統(tǒng)的機(jī)械手上是否抓有水泥袋,在系統(tǒng)斷電后重新開始上電工作前,進(jìn)行傳感器判斷,如果插袋系統(tǒng)的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂抓手上抓有袋子,則不再進(jìn)行取袋動(dòng)作,直接進(jìn)行插袋動(dòng)作。
(3)插袋傳感器。插袋完畢,傳感器信號(hào)反饋至PLC,控制機(jī)械手釋放抓袋動(dòng)作,機(jī)械手張開。
(4)取袋傳感器。電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂上的插袋機(jī)械手運(yùn)轉(zhuǎn),當(dāng)?shù)竭_(dá)取袋傳感器處電機(jī)停轉(zhuǎn),同時(shí)機(jī)械手動(dòng)作夾取水泥袋。
3.7數(shù)字量輸出控制
數(shù)字量輸出控制主要是PLC在某時(shí)刻控制電磁閥開合從驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(氣缸,吸嘴等)動(dòng)作,控制主要體現(xiàn)在順序上,即該在什么時(shí)刻進(jìn)行控制及各個(gè)控制動(dòng)作的前后順序。
(1)氣缸的控制。主要作用是控制插袋機(jī)械手夾取包裝袋與控制吸盤支架上下進(jìn)行吸附動(dòng)作。主要控制元件為電磁閥。
(2)吸嘴的控制。主要作用是產(chǎn)生真空度,在氣缸帶動(dòng)支架的協(xié)助下,完成對(duì)水泥袋的吸附與袋口打開功能。主要控制元件為電磁閥。
3.8特殊情況處理
(1)重量達(dá)不到50kg造成包裝機(jī)出灰管上存在水泥袋。此時(shí)水泥袋不滿足水泥廠出廠標(biāo)準(zhǔn),需要繼續(xù)灌裝,此時(shí)在掉袋點(diǎn)處此水泥袋是不掉的,故此不需要重新插袋,需要控制運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械臂不進(jìn)行插袋動(dòng)作。
(2)中途故障掉袋。有時(shí)因包裝機(jī)上的壓袋氣缸故障,會(huì)導(dǎo)致在灌裝過程中出現(xiàn)異常掉袋情況。此時(shí),傳感器立刻發(fā)出信號(hào)到控制系統(tǒng),使系統(tǒng)控制出灰管處立刻停止灌料,同時(shí)顯示故障信號(hào),以便提醒維修人員。
(3)系統(tǒng)回原點(diǎn)。插袋系統(tǒng)在插袋的時(shí)候開始插入出灰管的地點(diǎn)是固定的,包裝機(jī)在連續(xù)停車后再啟動(dòng)的過程中,系統(tǒng)中的插袋點(diǎn)與實(shí)際的插袋點(diǎn)位置會(huì)產(chǎn)生誤差。所以需要間隔一段時(shí)間重新設(shè)定插袋點(diǎn)位置,即重新定義零點(diǎn)位置。設(shè)置一個(gè)回原點(diǎn)按鈕,按下此按鈕,系統(tǒng)回到原點(diǎn)。按下按鈕之后,包裝系統(tǒng)與插袋系統(tǒng)都處于低速運(yùn)行狀態(tài),包裝系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)直至出灰口轉(zhuǎn)動(dòng)到原點(diǎn)接近開關(guān)處,電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng),完成零點(diǎn)定位;插袋系統(tǒng)同樣做出如上動(dòng)作完成原點(diǎn)定位功能。
4應(yīng)用情況與市場(chǎng)前景
擺臂式水泥袋自動(dòng)插袋機(jī)已經(jīng)完成第一臺(tái)樣機(jī)制作、調(diào)試,正在現(xiàn)場(chǎng)使用之中,經(jīng)過幾個(gè)月的使用和觀察,滿足客戶實(shí)用要求。海螺水泥集團(tuán)、華潤(rùn)水泥集團(tuán)都提出要引進(jìn)此插袋機(jī)的需求。現(xiàn)在我公司正在與集團(tuán)客戶進(jìn)行商業(yè)合作談判,并有希望在2017年下半年實(shí)現(xiàn)大面積產(chǎn)業(yè)推廣,導(dǎo)致海外項(xiàng)目對(duì)于插袋機(jī)的需求更為迫切。
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