高温玻璃挑料机械手的研究

王建立

摘 要：本文主要针对加工玻璃器皿的高温工况，分析了人工挑料操作对产品质量、生产效率的影响，为改善工人劳动强度，提高生产效率，本文研究一种挑料的机械手，能够代替人工完成高温玻璃溶液的挑起、浇注等工作。

关键词：高温；玻璃；挑料；机械手

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

为了满足市场上对高性能玻璃挑料机械装置的需求，有效的提高玻璃挑料的质量、效率，本项目要研发一种新型的玻璃挑料机械手，底座采用圆形结构，上有可旋转圆台，能够360°自由转动，可解决玻璃胎具位置的灵活调整；同时，实现电气自动化控制，便于工人安全操作，把工人从高温、充满灰尘和高强度的体力劳动中解放出来，提高生产效率，创造经济效益，为行业快速发展助力。

1 现状分析

玻璃器具在我们日常生活中是最常用的环保容器，尤其在化学研究领域更是检测与实验中必不可少的一种玻璃器皿，而玻璃容器的生产制造过程，需要1100°-1200°高温玻璃溶液在胎具中浇注成型，一直以来因高温恶劣的工作环境直接影响操作工人的安全，且人工操作不稳定，更影响了产品的质量，生产效率低。为解决此问题，一般玻璃制造企业设计简易的机械手来辅助工人完成玻璃溶液的挑料工作。但是，目前在玻璃制造行业中，对一些器型较大的产品，挑料的方式依然主要是依靠人工在高温炉口逐个生产，无论产品质量，质量稳定性，还是工人的劳动环境、劳动强度，生产效率等都难以满足生产需要。

目前市场上常见的玻璃挑料机械装置主要采用框架式结构，存在的主要问题是框架固定不能转动，整个装置的挑料杆只能在垂直平面内摆动，设备自由度少，这样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 挑料机械手的机构设计

玻璃挑料装置基本结构如上图所示，主要由固定座1、回转盘2 、机架3、摇臂4、杆座5、挑料杆6、曲柄7、拉杆8、回转电机9、摇臂电机10、拉杆电机11、摇臂轴17、齿圈18、齿轮20 等组成。

玻璃挑料机械手的设计参照国内外先进技术，旨在设计一种结构紧凑、合理，能够适用于不同挑料重量和胎具安装位置的高效率的玻璃挑料机械手，完成市场调研、方案论证、整机结构及零部件设计、电气控制系统设计、图纸绘制及标准化等研发工作。

设计技术路线：

首先明确企业技术指标要求，分析现有设备存在的问题，确定项目整体设计要点，机器人整机结构布局设计（绘制运动简图）；根据机器人运动参数要求，零部件结构设计；根据电机功能参数，零部件强度可靠性设计；根据加工要求进行工艺性设计；根据控制要求，设计电气控制线路；图纸的绘制、审核及标准化。

本机构的设计主要内容包括：

（1）玻璃挑料机械手的整体功能设计，要满足企业使用要求，并解决市场上现有装置的使用缺陷；（2）玻璃挑料机械手的整体结构设计，保证结构紧凑、运转灵活平稳，安全可靠；（3）玻璃挑料机械手的电气控制系统的设计，要便于控制，方便操作，保证手臂转动到位、准确可靠；（4）玻璃挑料机械手结构工艺设计，既要保证零部件设计强度刚度要求，同时要结构轻巧，搬运方便，便于加工和安装；（5）玻璃挑料机械手加工工艺性设计，工艺工装设计要保证设备制造精度，保证产品质量；（6）主要技术指标：配用动力：5.6kW；回转半径：2.4m（最大），1.2m（最小）；挑料重量：5Kg；挑料速度：6个/分钟（最大）；挑料杆回转速度：120rpm；主摇臂回转角度：前倾40度，后倾25度；控制方式：四轴联动。

3 结构设计创新点、先进性

相比企业现有玻璃挑料装置的缺陷，本设计创新点主要体现在：圆形底座上安装回转盘，可在水平面内自由旋转，利于灵活调整玻璃胎具安装位置；主摇臂和调节拉杆配合使玻璃挑料杆在垂直平面内来回摆动，保证机器人灵活挑料和准确浇注；玻璃挑料杆能导入冷却水适时降温；电气控制圆形挑料头不断旋转以保证玻璃溶液不滴落。主要体现在以下几个方面：

（1）底座采用圆形结构，上面按装回转盘，可在水平面内自由旋转，利于灵活调整玻璃胎具安装位置，方便工人操作。（2）回转盘支撑轴空心结构设计，利于导线的安装。（3）主摇臂和调节拉杆在垂直平面内来回摆动，以灵活调整挑料球的工作位置，保证玻璃挑料机械手灵活挑料和准确浇注。主摇臂、调节拉杆与有开口槽的挑料杆支架连接，安装拆卸方便。（4）挑料杆空心结构设计，在运行过程中导入冷却水，适时降低挑料杆的温度，同时，旋轉的圆形挑料头保证玻璃料液在输送过程中不滴落。（5）挑料杆支架有轴承承托挑料杆，电机用同步带轮带动挑料杆旋转，保证挑料杆运转平稳可靠。

4 结语

玻璃挑料机械手投入使用后，将解放劳动力，为玻璃制造企业节省人工成本，同时降低废品率，大大提高生产效率，预计年产量将提高60%，年销售收入增加50万元，年增利润10万元，经济效益显著。

同时，本研发机械手将工人从高温恶劣、不环保的工作环境中解放出来，保证工人身体不受损害，社会效益不是用钱可衡量的。

本研发玻璃挑料机械手突破传统玻璃器具制造瓶颈，解决企业生产难题，技术水平达到国内先进水平，填补行业技术空白。

参考文献：

[1]蒋昊俣.液态玻璃挑料机械手关键部件的设计研究[D].黑龙江八一农垦大学，2016.

[2]黄迎辉，王艳春，薛大为.自动上下料玻璃机械手控制系统[J].机械工程与自动化，2016.

[3]郐红艺.自动下料机的机械结构设计与研究[D].中北大学，2017.