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大金属桶自动堆垛装备关键机构的技术研究.pdf
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1、设备管理与维修2023 翼11(上)0引言大金属桶制作完成后,需要上下叠加地堆叠在一起,以节省空间,上下堆叠在一起的过程简称码垛或堆垛,而且桶制品的码垛夹持机构型式多样,结构复杂1-3。国内制桶企业所用的码垛装备基本从国外进口,一般采用换垛停机工作模式,单通道仅有 25耀30 桶/min 的产能,双通道则导致设备体积庞大、造价高,增加企业生产成本。近年来,我国码垛装备技术的研发虽然取得了很大进步,但与国外发达国家相比,还存在通用程度低、稳定性差等缺点,装备的性能和自动化程度仍有差距4-6。1问题1.1换垛停机传统的码垛装备在换垛过程中,抱桶夹块必须夹着原有垛体离开托桶板,卸垛后再返回来,换垛时
2、间较长。在此过程中,各抱爪不能接收新的金属桶,托桶板不能持续接收前工序输送线带来的金属桶,即换垛过程中不能继续堆垛,前工序输送金属桶的机构也必须暂时停机,不仅影响堆垛速度,而且降低了制桶装备的生产效能7。1.2单层弹性抱爪现有码垛装备的单层弹性抱爪方式抑制了堆垛的速度,主要原因如下:(1)每叠放一个新的金属桶,抱桶夹块都必须经历水平张开、竖向下降、水平抱合、竖向上升的一系列循环动作过程,动作步骤过多、重复耗时。(2)水平气缸和竖向动作部件在时间上的配合要求精确度高,如果水平气缸过早或过慢打开、过早或过慢闭合,都可能造成撞桶或整垛掉落的事故。为确保各部件配合的精确度,不得不限制动作的速度,延长了
3、执行动作时间。1.3工艺及装备衔接受限于现有堆垛设备的技术,金属桶自动堆垛装备的堆垛速度无法跟上整条生产线其他工位的速度,严重影响整体生产效能,因而需要突破传统设计,在考虑堆垛及换垛协同动作的同时,进一步优化整体设计。2自动堆垛装备不停机换垛机构整体设计思路为解决上述问题,设计金属桶自动堆垛装备工作原理如图1 所示,其中托举堆垛装置将抱送机构传来的罐桶竖向托起,在托桶板的上方设计两组弹性抱爪,第 1 组(上层)弹性抱爪夹块组件设有多个弹性抱桶夹块,且各个弹性抱桶夹块竖向高度位置相同并互相配合而实现夹住垛体;第 2 组(下层)弹性抱爪夹块组件的竖向位置低于第一组弹性抱爪夹块组件,同样设有多个弹性
4、抱桶夹块,第 2 组(下层)弹性抱爪夹块组件的各个弹性夹块竖向高度位置相同且互相配合而实现抱住垛体。当水平开合驱动机构驱动第 2 组抱桶夹块组件的弹性抱桶夹块完全张开时,位于对应夹块组件中心轴线前方的弹性抱桶夹块与夹块组件中心轴线之间的横向距离,大于所堆垛的金属桶的桶底半径;当水平开合驱动机构驱动第一组抱桶夹块组件的弹性抱桶夹块完全张开时,位于对应夹块组件中心轴线后方的弹性抱桶夹块与夹块组件中心轴线之间的横向距离,大于所堆垛的金属桶的桶底半径。当托桶板自然上升,托起罐桶进入第 2 组(下层)弹性抱爪,弹性抱爪利用组件的弹性夹块与金属桶壁上缘的圆环形凸圈相结合而夹持(顶住)垛体,变主动夹持为被动
5、夹持,从而简化堆垛过程动作,使各部件动作配合简单,堆垛过程不需水平夹持力与竖向抬升力在时间上的准确配合,也不需主动驱动抱桶夹块上下移动及水平移动,有利于提高堆垛速度。当托桶板托住垛体的金属桶达到设定数量后,第 1 组弹性抱爪能够抱住垛体离开托桶板,随即托桶板和第 2 组弹性抱爪可以进行新一轮的正常堆垛,即换垛过程中可以继续进行堆垛而无需停机;第1 组弹性抱爪抱住垛体离开托桶板将垛体放在左右托板上,可以返回原位而不影响第 2 组弹性抱爪的正常堆垛。3具体设计和功能实现3.1结构设计及工作原理码垛装置由托桶座及其驱动机构组成,托桶座竖向向上移动并托住垛体。堆垛装置还设有上、下两层弹性抱爪,上层弹性
6、抱爪如图 2 所示,组件有 3 只弹性抱桶夹块,呈品字形分布,并且与垛体的水平距离相等;下层弹性抱爪如图 3 所示,组件有 6 只弹大金属桶自动堆垛装备关键机构的技术研究张添孝(广东省粤东技师学院,广东汕头515078)摘要:传统大金属桶生产线的堆垛装备由于采用换垛停机工作模式,生产效率较低,而采用双通道(即双堆垛机)方式,又会增加成本和占地面积。研究基于单通道模式,通过分析大金属桶竖向堆垛的协同工作机理,研发托桶座竖向自动移动装置,并进一步优化了弹性抱爪的弹性爪块结构,将主动定位夹桶方式创新设计为固定位置被动夹桶。将弹性抱爪设计成上下两层,上层弹性抱爪抱住垛体离开托桶板时,下层弹性抱爪继续新
7、一轮的正常堆垛,从而完成不停机换垛。通过与前道生产设备的柔性结合,大金属桶堆叠速度达到 50 桶/min,生产效能提升显著。关键词:码垛;换垛不停机;高效;自动化中图分类号:TH246文献标识码:BDOI:10.16621/ki.issn1001-0599.2023.11.50骳髈髕设备管理与维修2023 翼11(上)性抱桶夹块,各夹块竖向高度位置相同,且能相互配合而实现抱住垛体。每个抱桶夹块对应配套有水平气缸,气缸的延伸动作控制弹性爪块,向垛体的径向运动(图4)。每个弹性爪块还对应设有爪块支座、径向导轨,爪块支座能径向滑动地安装在径向导轨上;爪块支座与对应的水平气缸活塞杆末端固定连接在一起,
8、每个弹性爪块利用转轴能转动地安装在对应爪块支座上,且弹性爪块的转轴方向为垛体的切向;每个弹性爪块在靠近垛体中心轴线一侧的上角部形成为仰角,每个爪块支座还安装有对弹性爪块施加弹力的复位弹簧、限制弹性爪块转动幅度的限位构件;复位弹簧对弹性爪块施加力矩的方向是使弹性爪块的仰角角点向更靠近垛体中心轴线的方向移动;当复位弹簧处于常态时,弹性爪块的仰角角点位于弹性爪块转轴的内侧上方;当弹性爪块的仰角角点受到桶壁圆环形凸圈的向下压力时,限位构件对弹性爪块施加的阻力方向是限制弹性爪块的仰角角点向下摆动。3.2关键技术及功能动作(1)堆垛过程上下两组弹性抱爪的协调配合。在堆垛过程中,下层弹性抱爪利用带有仰角的弹
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