周宇 邵添 顏建強 李清友 袁炯根 卜和蜇

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.18.031

摘 要：目前國內(nèi)中小型火花塞生產(chǎn)企業(yè)多為人工流水線送裝火花塞，為了減輕火花塞自動包裝流水線操作人員的勞動強度，提高火花塞流水線的自動化程度，提升生產(chǎn)效率，特此設計一種氣動的火花塞自動送裝工作臺。該文介紹了工作臺的組成和工作原理。實踐證明，火花塞自動送裝工作臺運行安全、穩(wěn)定，可以取代人工投放，能夠滿足生產(chǎn)要求。

關鍵詞：流水線 火花塞 自動化 氣動 送裝工作臺

中圖分類號：U64 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）06（c）-0031-03

就目前我國生產(chǎn)流水線的水平而言，大多數(shù)火花塞生產(chǎn)企業(yè)的包裝流水線上火花塞包裝的上料和投放仍由工人手工完成，大部分是以半自動為主。這種生產(chǎn)模式勞動強度大、效率低，工人在如此的勞動強度下易產(chǎn)生誤操作，并且有可能出現(xiàn)安全問題。

隨著科技的發(fā)展，為了提高生產(chǎn)流水線的工作效率并且合理控制設備更新成本，夾取模塊或自動工作臺已被廣泛應用到工業(yè)生產(chǎn)中。

該火花塞自動送裝工作臺實現(xiàn)了矩形擺放盒中火花塞的夾取與投送，替代了人工的重復投放，實現(xiàn)了后續(xù)包裝流水線的卡槽傳送帶的配套自動上料和投送。工人只需將已擺放好火花塞的擺放盒依次放置于自動送裝工作臺的傳送帶上，后續(xù)的分行夾取與分別投送即可自動連續(xù)完成。并且，即使暫時無人值守，利用工作臺上傳送帶模塊的冗余與自動送裝，亦可以自動進行循環(huán)工作。

1 火花塞自動送裝工作臺的組成及工作流程

火花塞自動送裝工作臺主要可以劃分為4個模塊，分別為傳送帶模塊、氣動夾取模塊、投放盒模塊、電氣控制柜模塊（見圖1）。

1.1 傳送帶模塊

火花塞自動送裝工作臺需要提高人工分配的效率。通過擺放盒在傳送帶模塊的自動傳送與冗余，能夠實現(xiàn)某時間段內(nèi)即使無人值守也可以自動送裝。

1.2 氣動夾取模塊

該工作臺設計使用了一種抽拉式多位自適應獨立氣動夾取頭來完成對火花塞的夾取，并且配合線軌模組上氣動伸縮機械臂的移動進行火花塞的定位。

在實際生產(chǎn)中，火花塞豎直插在矩形火花塞擺放盒中。由于擺放的位置是連續(xù)的，而投放處火花塞卻是以間隔形式擺放的，為了協(xié)調流水線機器的工作，該氣動夾取模塊采用連續(xù)夾取，投放至一處，由投放盒做出相應的改變進行投放（見圖2）。

1.3 投放盒模塊

火花塞自動包裝流水線的傳送帶為格子狀，每次運動兩格，所以投放火花塞時是以每次間隔一個格子的形式擺放，但是直接由夾取模塊的氣動夾取頭夾送過來的火花塞是連續(xù)的，沒有間隔。

該工作臺設計使用了一種雙層交錯式氣動抽拉機構來對被夾取的火花塞進行適應性處理，實現(xiàn)火花塞投送時的間隔投放，以適應包裝流水線的火花塞擺放特點。

1.4 電器控制柜模塊

電氣控制柜包含了西門子s7-200PLC控制器、輸入傳感器、輸出電磁閥、電機驅動器、繼電器等。

PLC控制器通過檢測各個傳感器來確認指令操作是否到位，并通過控制相應的電磁閥與電機驅動器來實現(xiàn)電機的啟停或氣缸的開閉。從而可以完成傳送帶模塊對于多個火花塞擺放盒的連續(xù)傳送、氣動夾取模塊對火花塞的逐行夾取與定點投放以及投放盒模塊將火花塞由豎直轉為水平擺放且分奇偶兩組由同一位置分送等檢測與控制過程。

1.5 主要工作流程

火花塞擺放盒通過傳送帶傳送，當對射式紅外傳感器感應到擺放盒時，傳送帶停止，限位氣缸的氣缸桿伸出進行定位。上下行氣缸動作，帶動氣動夾取頭下移。

氣缸的霍爾感應開關感應到氣缸桿動作到位，此時夾取頭在氣缸的動作下壓縮彈簧夾緊火花塞。上下行氣缸動作，帶動夾取頭上移，同時滑臺動作，滑臺帶動夾取頭移動至投放點。夾取頭在氣缸的動作下松開，火花塞通過滑槽掉落入投放盒中。當一排火花塞完全落到流水線上之后，夾取頭返回夾取下一排火花塞。夾完一盒之后，傳送帶模塊動作，送出空的擺放盒，并且讓下一盒進入等待檢測。過程如圖3所示。

2 火花塞自動送裝工作臺的結構設計

2.1 火花塞擺放盒的傳送及定位機構

火花塞擺放盒傳送及定位機構如圖4所示。機架由工業(yè)鋁型材搭建而成，兩側安裝有導向條。傳送帶模組的主動輪采用的是兩個動力滾筒，帶動傳送帶模組的皮帶轉動。帶剎車單相交流電機通過螺栓固定于鈑金電機安裝座上，鏈輪安裝于帶剎車單相交流電機的伸出軸上，動力滾筒一端安裝有鏈輪，帶剎車單相交流減速電機通過鏈輪與鏈條將動力提供給一端安裝有鏈輪的動力滾筒。

對射式感應開關通過傳感器安裝座與螺栓固定于傳送帶模塊機架上，傳送帶模塊機架兩側分別安裝射式感應開關的發(fā)射端和接收端。限位用氣缸通過氣缸安裝座與螺栓固定于上述傳送帶模塊機架的兩端上，傳送帶模塊機架兩側分別安裝限位用氣缸。

2.2 抽拉式多位自適應獨立氣動夾取頭機構設計

該工作臺設計使用了一種抽拉式多位自適應獨立氣動夾取頭，結構如圖5所示。氣動夾取頭通過一個上下行氣缸與線軌的滑臺連接，實現(xiàn)氣動夾取頭的橫向與縱線的移動，從而達到對火花塞擺放盒里的火花塞分行逐次夾取與投送。

氣動夾取頭一端通過螺釘安裝有氣缸安裝座，夾緊氣缸固定于氣缸安裝座上，夾緊氣缸的氣缸桿通過連接塊與抽拉桿固定連接。抽拉桿上設有均布的通孔，相鄰兩通孔的間距與矩形擺放盒單行中兩相鄰火花塞的間距相適配。

2.3 雙層交錯式氣動抽拉投放盒機構設計

雙層交錯式氣動抽拉機構投放盒的結構如圖6所示。接料弧形槽通過4個帶有條形槽的安裝角鋁及螺栓安裝于投放盒上。

投放盒分為上、下兩層。兩板中間的開槽中插入上抽拉板，投放盒下板的開槽中插入下抽拉板，并使用螺釘加墊片使其只能在投放盒下板的開槽中滑動。

兩側板通過螺釘固定于機架連接桿上，上、下兩個抽拉氣缸通過螺釘安裝于氣缸安裝板上，氣缸安裝板固定于機架連接桿上，投放盒通過螺釘固定于兩個側板之間。上、下兩個抽拉氣缸分別通過抽拉板連接塊與上、下抽拉板連接。

3 火花塞自動送裝工作臺各結構的工作原理

3.1 火花塞擺放盒傳送及定位機構工作原理

帶剎車單相交流電機通過鏈條將動力傳遞給動力滾筒，帶動傳送帶運動，火花塞擺放盒一起跟隨傳送帶運動，并且通過機架兩端安裝的導向條的導向作用使盒子擺放整齊。

當對射式紅外傳感器感應到火花塞擺放盒已經(jīng)就位時，帶剎車單相交流電機停止使得傳送帶停止，限位氣缸桿伸出，開始夾取時又縮入。

在一盒火花塞被夾取完后，帶剎車單相交流電機繼續(xù)運作，傳送帶送出已經(jīng)夾取完的火花塞擺放盒，并且送入下一盒新的待抓取火花塞，依次循環(huán)。

3.2 抽拉式多位自適應氣動夾取頭機構工作原理

抽拉式多位自適應獨立氣動夾取頭通過上下行氣缸與線軌滑臺的運動，套入當前位所需夾取的一排火花塞。

火花塞進入位置后，夾緊氣缸動作，拉動抽拉桿，抽拉桿向左運動。由于此時火花塞在多位夾取頭模塊的夾取位上，多位夾取頭上板的每個夾取位的左邊都設有擋塊，這時壓緊塊由于右端有彈簧，壓緊塊會跟著抽拉桿一起往左運動，這樣壓緊塊在左移一小段距離后就壓在了火花塞上。這時夾緊氣缸的行程還沒走完，抽拉桿繼續(xù)左移，由于壓緊塊不動，所以彈簧被右側的定位開口銷壓縮，使得火花塞被夾在壓緊塊與擋塊之間。

投放盒下板均開有異形錐形通孔槽，其數(shù)量為投放盒上板的通孔方槽數(shù)量的一半，其位置為使得投放盒上板相鄰兩個通孔方槽的火花塞均能落入投放盒下板的同一異形錐形通孔槽中。

上抽拉板均勻間隔的開有數(shù)量為投放盒上板通孔方槽數(shù)量一半的通孔。下抽拉板與上抽拉板通孔的數(shù)量相同且位置呈交錯狀，交錯距離為一個通孔位。

當抽拉氣缸的上缸氣缸桿伸出時，推動連接的上抽拉板，使得投放盒上板奇數(shù)位的通孔方槽打開，偶數(shù)位為關閉；當上缸氣缸桿縮進時相反。而當抽拉氣缸的下缸氣缸桿伸出時，推動連接的下抽拉板，使得投放盒下板的異形錐形通孔槽打開；當下缸氣缸桿縮進時相反。

通過分送模塊的各機構配合，能夠實現(xiàn)火花塞按照奇偶兩組、分兩次分送出去。如圖7為火花塞掉落情況模擬圖。

4 控制系統(tǒng)的設計

該設備采用PLC作為控制器，PLC放置于電氣控制柜中，通過檢測各個傳感器的信號輸入來對設備進行控制?？刂葡到y(tǒng)主要分為設備運行狀態(tài)監(jiān)控、定位運動控制、設備與自動包裝流水線同步信號檢測、各個氣缸的運動控制幾個部分進行相應的動作。

其中設備運行狀態(tài)監(jiān)控為通過檢測氣缸上的霍爾感應開關是否在規(guī)定的時間內(nèi)到達指定位置來判斷設備是否出現(xiàn)卡死的問題。如果卡死機器自動復位，紅色警示燈會亮起，并且會發(fā)出蜂鳴聲，提醒工作人員進行設備的檢查，并且在緊急情況可以摁下急停按鈕。在處理完故障后松開急停按鈕，然后按下啟動按鈕，就能繼續(xù)啟動。

定位運動控制采用PLC提供的脈沖控制庫（MAP庫）進行伺服電機的加減速及位置控制，使電機的運動更加平滑，最大限度地使用電機的驅動能力。

5 結語

火花塞自動送裝臺已經(jīng)嘗試投入使用，較大提高了工作效率與流水線的自動化程度。

參考文獻

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