长型材自动配送机构的设计

□ 王 飞

马鞍山市双益机械制造有限公司 安徽马鞍山 243071

1 设计背景

目前,在我国工业领域,工业机器人的应用逐步推广,以机器代人是制造业转型升级发展的必然趋势。在型材制造企业,受人工成本提高及作业环境保护规范影响,型材包装工序已采用机器人自动码垛,改变了传统人工码垛作业模式,实现了型材精整区码垛自动化,提高了型材包装技术水平[1-3]。

在型材自动包装区域,如何高效、可靠地向每个码垛工位自动分配物料,一直是型材包装过程中的技术瓶颈。目前多采用提升式输入链从入料辊道上转接型材到码垛工位,由于提升链抬起时链架阻挡入料辊道的运行方向,造成后续物料无法通过入料轨道区域进入下一个码垛工位。输入链从提升到下落的动作循环周期为10～15 s,而型材出定尺剪切为8～10 s,一慢一快,造成入料辊道区域物料堆积。为了匹配物料输送过程中的工序衔接,用户不得不降低剪切工序的效率,以达到物料输送的平衡。这样,在极端情况下将限制主轧线的工作效率,直接影响企业的经济效益。自动码垛设备对物料来料的需求大于输入链入料的收集输送量,码垛设备多处于等料状态。在并行多工位码垛区,物料不能及时配送的问题更为突出,直接限制了包装线的运行效率,造成投资浪费[4]。

为了解决上述问题,笔者设计了一种长型材自动配送机构,可以实现型材在配送时的准确定位,提高型材的配送质量。这一机构包括使接收的所有型材端部齐平进而形成型材排的入料输送辊道装置、入料收集输送链装置,以及将入料输送辊道装置上型材排转移至入料收集输送链装置的移料车装置。

2 结构

长型材自动配送机构如图1所示,包括带定尺功能的入料输送辊道装置、1号移料车装置、1号入料收集输送链装置、2号移料车装置、2号入料收集输送链装置等结构。长型材包装长度一般在6～12 m之间,在一台码垛工位实现双排6 m长型材同时码垛和长于6 m长型材单排码垛功能,以提高常规6 m长型材码垛包装作业的效率。

在长型材自动配送机构中设置两套入料收集输送链装置和移料车装置,在入料辊道区域设置定尺挡板,在6 m长型材码垛作业模式下,入料辊道区域快速分割两个配送区位,实现双排6 m长型材的快速配送作业。在长于6 m长型材码垛作业模式下,两台移料车装置和入料收集输送链装置同步运转,整合为单个配送区工作。作业模式切换由设备控制系统自动控制,不需要人工干预。

▲图1 长型材自动配送机构

在每个配送区都设有定尺挡板,使型材在入料输送辊道装置上定位并端部齐平。型材在入料输送辊道装置上完成动作后,由对应的移料车装置快速托离辊道,托离时间为0.3～0.5 s,保证后续型材无障碍进入工位,从而提高辊道输送效率。移料车装置将型材移运至对应的入料收集输送链装置上,由入料收集输送链装置送至码垛工位,完成型材在各自码垛区的自动配送任务[5]。

3 入料输送辊道装置

入料输送辊道装置用于对型材进行定位,并且使所有型材端部齐平,其结构如图2所示。定尺挡板用于在挡料状态与放料状态之间进行切换,处于挡料状态时,定尺挡板与入料输送辊道装置接收的所有型材端面贴合。

▲图2 入料输送辊道装置结构

定尺挡板为可旋转组件,定尺挡板的旋转中心线与入料输送辊道装置的输送方向垂直。与定尺挡板连接的连接板,以及与连接板连接的气动翻转执行器为切换机构,用于控制定尺挡板旋转。两套轴承座将定尺挡板安装在辊道支架上,在气动翻转执行器的作用下,定尺挡板可以在一定角度范围内翻转。当气动翻转执行器气缸伸出时,定尺挡板工作面低于辊道工作面,型材可自由通过。当气动翻转执行器气缸缩回时,定尺挡板处于竖立,定尺挡板下部工作面紧贴位于辊道支架上的缓冲器。定尺挡板高出辊道工作面,处于挡料状态,型材运行至定尺挡板定位,并依靠辊道与型材接触的摩擦力使型材端部齐平,型材与定尺挡板的碰撞力传递到缓冲器。在辊道两侧设有侧导向板,保证型材在辊道的有效工作区域内输送。根据配送区域设置若干驱动电机减速机,同一工作区内各个辊道通过传动链条保证同步转动[6]。

4 移料车装置

移料车装置可以实现型材的快速移位输送。型材在移位过程中,穿过托架的通道,可以被连续无阻挡输送,并实现快速取放。移料车装置满足型材包装过程中物流输送的技术要求,可以提高型材的配送效率,其结构如图3所示。

▲图3 移料车装置结构

移料车装置由固定支座、固定梁、弓形托架、拖拽链条、轨道架、提升梁、液压升降执行器、同步联轴器、拖拽电机减速机组成。若干等距排列的轨道架固定在固定梁上,固定梁两端设有销轴座,与固定在设备基础上的两个固定支座通过销轴连接,使轨道架可以以一定角度上下摆动。在每个轨道架上设有可沿轨道架上导轨往复运动的弓形托架,弓形托架在轨道架上由拖拽链条驱动运动。在固定梁上设有拖拽电机减速机,同步联轴器与每个拖拽链条主动链轮相连,在拖拽电机减速机的作用下,驱动弓形托架同步运动。左右对称布置液压升降执行器,驱动提升梁及固定在提升梁上的轨道架上下摆动,实现弓形托架的取料、卸料功能。在液压升降执行器上装有弹性缓冲器块,当轨道架落下后,提升梁落放在缓冲器上,承载移料车装置的大部分重力载荷,并消除落放过程中的冲击,提高移料车装置的工作可靠性,延长工作寿命[7]。移料车装置采用铰轴连接摆动方式,轨道架之间由固定梁和提升梁刚性连接,设备刚性和稳定性好,满足系统频繁取卸料及快速响应的工况要求。

5 入料输送辊道装置输送过程

型材通过定尺挡板如图4所示。定尺挡板在气动翻转执行器的作用下顺时针翻转一定角度,其工作面低于辊道输送工作面,型材在入料输送辊道的驱动下可以自由通过。

▲图4 型材通过定尺挡板

在定尺挡板挡料状态下,型材接近定尺挡板如图5所示。定尺挡板在气动翻转执行器驱动下逆时针翻转,处于竖立。定尺挡板高出入料输送辊道工作面,挡板下表面紧压在缓冲器上。当型材通过位于定尺挡板前方的物料检测装置时,驱动电机减速机由高速切换至低速。

▲图5 型材接近定尺挡板

型材定位齐平工序如图6所示。型材低速靠近并触及定尺挡板,在辊道低速运转驱动下,型材排端部全接触并齐平。因为型材排低速碰撞挡板,所以产生的冲击力小,冲击力通过定尺挡板下部工作面传递至缓冲器,实现型材定位齐平可靠、平稳[8]。

▲图6 型材定位齐平工序

6 移料车装置配送流程

移料车装置配送流程如图7所示。

(1) 流程1。液压升降执行器处于缩回状态,轨道架处于斜置。弓形托架位于轨道架前端部,斜置在入料输送辊道下方。当型材排在入料输送辊道上运行至定尺挡板齐平后,控制系统发出取料信号。

(2) 流程2。移料车装置收到取料信号后,液压升降执行器动作,移料车架向上摆动,使轨道架处在水平状态,入料输送辊道上的型材排被弓形托架托离辊道面,后续型材排可自由通过辊道。车架摆动动作时间仅0.5 s,后续输送的型材不需要减速或停滞,不影响下一个配送工位的物料输送效率,满足多个工位连续配送的需求。

(3) 流程3。弓形托架装载型材排,在拖拽电机减速机的驱动下,在水平方向快速移向入料收集输送链装置。

(4) 流程4。配送的型材排运送到入料收集输送链装置上方,控制系统发出卸料信号,拖拽系统停止工作。液压升降执行器缩回,轨道架向下摆动,恢复到斜置,此时运送的型材排落放在入料收集输送链装置的输送链条上,完成系统的卸料动作。

▲图7 移料车装置配送流程

(5) 流程5。卸料动作完成后,入料收集输送链装置运转,将型材排送往对应的码垛工位。弓形托架在拖拽系统的作用下,沿轨道架向入料输送辊道方向移动。

(6) 流程6。弓形托架运动至入料输送辊道下方,恢复到流程1中的状态,由此完成一个配送工序工作周期[9-10]。

7 结束语

笔者设计了一种长型材自动配送机构,用于完成型材的定位和转移。定位时由入料输送辊道装置接收型材,并使接收的所有型材端部齐平,形成型材排。 转移时,移料车装置将入料输送辊道装置上的型材排转移至入料收集输送链装置上。

长型材自动配送机构采用专用的型材配送系统,可以实现型材的快速移位输送,在定位过程中能可靠齐平型材端面,提高型材的配送效率和质量。长型材自动配送机构满足长型材高效可靠的配送要求,适用于物流输送场合,具有一定的市场推广价值。