电石出炉机工具架的设计与应用

（新疆天业(集团)有限公司，石河子市，832000）

电石是重要的基础化工原料，电石工业在我国化学工业乃至社会经济的发展中发挥着重要的作用。根据我国能源结构和资源禀赋以及未来发展趋向，在今后一个较长的时期内，特别是随着现代化煤化工的技术进步，电石工业将在我国化学工业整体协调发展中，扮演着越来越重要的角色。

电石出炉工序是电石生产的重要环节，技术发展较为缓慢，近些年，随着自动化、智能化设备的不断发展和普及，电石企业积极开拓进取，在电石出炉系统方面将先进理念和先进生产设备引入电石炉出炉环节，采用智能机器人技术，实现电石出炉工序的自动化操作，与此同时，与智能机器人相配套的设施也进行了改进，本文着重描述与智能出炉机器人配套的工具架的新型设计，进一步提升智能出炉机器人的出炉效率。

1 出炉工具架的应用现状

电石出炉工序是电石炉生产控制的一个重要环节，出炉岗位也是用工最多、劳动强度最大、安全风险最高的岗位，天业电石多年来不断探索研究电石出炉技术，引进先进的智能出炉机器人技术，采用远程控制技术，实现出炉操作的自动化、智能化。而目前出炉机配套的工具多是放置在钢结构焊接的单层结构或多层工具架上，工具架上焊接“V 型”槽，各个出炉工具依次摆放在“V型”槽上，这种结构不仅占地面积大，浪费空间资源，还影响出炉机抓取工具的准确性和便捷性，间接影响出炉机的出炉效率。

2 新型出炉工具架的设计

2.1 旋转工具架结构设计

出炉工序主要包括烧眼、开眼、带钎、扒炉舌、修眼、堵眼和清炉舌等作业，在完成一次出炉作业，出炉机器人需要使用5 项工具，工具架至少还需备用两个工具位，现有的工具架基本采用单层结构或双层结构，在机器人运行过程中需要对各个工具点进行定位校准，严重影响出炉机器人操作的准确性，同时，抓取远距离工具时需要消耗的时间更长，直接影响出炉效率。

针对以上工具架存在的问题，某厂技术人员集思广益，将出炉工具架进行重新设计，主体采用环形结构，包括工具固定装置、支撑装置、驱动装置（如图1），固定装置包括前固定装置与后固定装置，由气缸和机械抓手组成，气缸和机械抓手相连安装于固定装置的防护罩内，因出炉系统为高温环境，工具架需要做好防护，防止电石料喷至工具架；工具架的支撑装置由支撑杆和旋转轴组成，支撑杆顶部为中空套管结构，中空套管内安装轴承，轴承与旋转轴链接，工具架驱动装置通过链条带动齿轮传动运行，每个旋转工具架设计以旋转轴为中心，设计7～8 个工具放置区，在运行时将工具固定在旋转式工具架上，同时，在机械抓手和固定装置的防护罩上分别安装信号传感器。

图1 新型工具架示意图

2.2 工具架驱动装置选型设计

因电石出炉属于高温作业，出炉口设备需要长时间处于高温环境，因此，在驱动选型时尽可能简化其驱动形式，避免使用液压元件，出炉工具架要尽量远离出炉口，对关键的驱动装置和传统的部件做隔热处理，减少热量辐射延长设备使用寿命。目前，工业机械设备主要采用的驱动方式为电驱动和气驱动，电驱动装置具有精度高、驱动力大、响应快等优点，但设备成本高于其他方式驱动的，而气驱动具有其他驱动方式所没有的优点，如成本低、高性价比、无污染、结构简单、抗干扰能力强等，因而越来越多的工业机械手，采用气动控制。本设计采用电机驱动与气压驱动相结合的方式，出炉机器人在运行过程对于工具定位的要求较高，选用伺服电机作为驱动装置，手抓驱动选用气压驱动，在确保控制系统精确度的同时降低维护费用。

3 出炉工具架的运行过程及效果

3.1 环形工具架的控制过程

在出炉操作过程中，根据出炉操作的不同，需要抓取的工具不同，在出炉机器人抓取工具时，启动环形工具架，工具架开始旋转，当控制信号接收到该工具为所需工具时，工具架停止旋转，气动装置控制机械手抓打开，出炉机器人抓取工具，出炉工序完成后，出炉机器人再次将工具放置在工具架打开的机械手抓上，机械手抓闭合，将工具固定环形工具架上，完成一次操作过程。

3.2 两种工具架运行效果对比

目前某厂使用的出炉机配套的工具多是放置在钢结构焊接的双层工具架上，工具架上焊接“V型”槽，各个出炉工具依次摆放在“V 型”槽上，出炉机器人在运行过程中，需要对工具架做8个定位点，出炉机器人给一个定位点，将工具放回工具架，再重新定位另一点拿去新的工具，对出炉机机器人定位精准度有严格要求，完成一个放工具拿去新工序一个循环，根据工具位置的不同抓取工具需要15～20S，采用新型旋转环形工具架后，出炉机器人只需要设定一个点位来抓取工具，当需要换取工具时，机器人将工具放置在工具架上，工具架旋转至所需工具时，机器人完成抓取工具，完成一个循环需要时间为10S左右，因此，环形工具架的应用大大减少出炉作业现场占地面积，提高出炉机器人抓取工具的准确率，且能保证装置稳定运行，最大程度提高电石出炉效率，提升电石炉生产能力。

4 结束语

截止目前我国电石产能已达4 500万吨，但是，现有的电石企业的出炉方式仍然以人工出炉方式为主，采用机械出炉的产能不足20%，现在出炉机器人技术日渐成熟，但在推广应用过程中仍有改进的空间，本设计采用环形设计理念，合理利用了空间资源，通过应用先进的传感技术实现工具架自动旋转定位，方便了出炉机抓取工具，减少了出炉机抓取工具时复杂的动作。因此，该技术的成功应用将进一步提升出炉机器人的出炉效率，推动电石行业智能制造转型升级向前发展。