張欣達(dá)

（西山煤電（集團(tuán)）山西支護(hù)器材開發(fā)有限責(zé)任公司， 山西 太原 030053）

引言

錨固劑自動化生產(chǎn)線的發(fā)展讓機(jī)器設(shè)備逐漸代替人工勞動，在生產(chǎn)不斷發(fā)展的過程中設(shè)備自動化程度越來越高[1-2]。在國家廣泛推進(jìn)提高工業(yè)生產(chǎn)自動化程度、降低工人的勞動強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率的號召下，西山煤電（集團(tuán)）山西支護(hù)器材開發(fā)有限責(zé)任公司（全文簡稱公司）積極跟進(jìn)，不斷改進(jìn)落后的生產(chǎn)設(shè)備。通過對錨固劑半自動化生產(chǎn)線的工藝研究及改進(jìn)，使該生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量得到提高，作業(yè)環(huán)境得到改善、工人勞動力進(jìn)一步降低。

目前，公司一條半自動化錨固劑生產(chǎn)線依然在使用。該生產(chǎn)線原料加注及膠泥灌裝主要依靠人工來完成，工人在工作中勞動強(qiáng)度較大，因此該條半自動化錨固劑生產(chǎn)線急需改革。由于更換全套全自動化生產(chǎn)線成本過高，且工作場地有限，必須在原有的生產(chǎn)線上改進(jìn)生產(chǎn)工藝。

1 工作原理及存在的問題

公司錨固劑半自動化生產(chǎn)線是由石粉上料機(jī)構(gòu)、樹脂抽送機(jī)構(gòu)、膠泥自動攪拌系統(tǒng)和膠泥循環(huán)出料管等組成。工人的勞動強(qiáng)度主要集中在石粉上料和膠泥灌裝這兩個工作點(diǎn)。其中膠泥灌裝需要更多的工人來完成，而且工作時間長。工作期間膠泥由攪拌倉通過隔膜泵輸送到循環(huán)管道中，經(jīng)過手動球閥和導(dǎo)流管進(jìn)行膠泥的灌裝。膠泥灌裝工人在工作期間必須不停地開關(guān)膠泥灌裝閥門，完成膠泥灌裝工作，該工序的勞動強(qiáng)度較大。如圖1 所示，閥門的離地高度約為1 450 mm，膠泥導(dǎo)流管約為700 mm。閥門和導(dǎo)流管與地面夾角約為45°。由于工人為坐姿工作，閥門距離身體較遠(yuǎn)，需要加長手柄來控制閥門的開閉。手柄長度約為500 mm，所以手臂在進(jìn)行開關(guān)閥門動作時運(yùn)動距離較長，且每灌裝一次膠泥需要開關(guān)一次閥門。工人手臂每次工作距離約為700 mm。

圖1 加長手柄運(yùn)動示意圖（單位：mm）

2 改進(jìn)方案

針對閥門頻繁開啟且開啟行程較長，決定改變手柄運(yùn)動機(jī)構(gòu)。有以下兩種改進(jìn)方案：一種是用V 型氣動閥門代替手動閥門，用氣動腳踏開關(guān)控制V 型氣動閥門的開啟關(guān)閉，這種改進(jìn)方式可以大大減少工人的勞動強(qiáng)度；第二種是通過設(shè)計一種腳踏連桿機(jī)構(gòu)，用腳踩踏連桿來控制普通閥門的開啟，此連桿機(jī)構(gòu)簡單，空間占用小[3]。

2.1 V 型氣動閥門方案

本改進(jìn)方案是采用雙作用V 型氣動閥門代替原有的手動球閥，通過二位五通腳踏開關(guān)控制V 型氣動閥門的開啟和關(guān)閉。V 型球閥的特點(diǎn)是球芯帶有V 型結(jié)構(gòu)，閥芯是1/4 球殼，開有V 型缺口，流通能力大，可調(diào)范圍大、具有剪切力、能關(guān)閉嚴(yán)密等特點(diǎn)，特別適用于流體物質(zhì)的工況。閥芯的邊緣呈V 字型，球體上有一個V 形開口，隨著球的旋轉(zhuǎn)，可使用中間開度面積的變化進(jìn)行流體調(diào)節(jié)，并可切斷流體中夾雜的雜質(zhì)而關(guān)閉，適用于紙漿、砂漿、黏性流體的控制。在球體轉(zhuǎn)動過程中，球體V 型刀口與閥座相切，從而切斷流體中的纖維和固態(tài)物質(zhì)，而一般的球閥則不具備這一功能。當(dāng)閥門關(guān)閉時，V 型缺口與閥座之間產(chǎn)生契形剪刀作用，既具有自潔功能又可防止球芯卡死，維護(hù)也簡單易行[4-5]。

該閥門只需腳踩踏板，通過輸氣管實(shí)現(xiàn)閥門開啟關(guān)閉。操作簡單，閥門開閉迅速，可以滿足工作需要。但是該閥門質(zhì)量較大，如果閥門直接連接膠泥分管，分管的質(zhì)量會大大增加，會加大造成膠泥循環(huán)管的質(zhì)量。所以該閥門控制結(jié)構(gòu)需要增加額外的承重結(jié)構(gòu)。V 型球閥工作結(jié)構(gòu)示意圖局見圖2。

圖2 V 型球閥工作結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 腳踏連桿機(jī)構(gòu)方案

本改進(jìn)方案為腳踏連桿機(jī)構(gòu)控制閥門開關(guān)，閥門離地高約度為1 450 mm，腳踏機(jī)與閥門之間需要一根長連桿。

導(dǎo)流管連接閥門與地面夾角約為45°。原先閥門的開啟狀態(tài)為手柄與導(dǎo)流管平行，關(guān)閉狀態(tài)是手柄與導(dǎo)流管垂直，加長手柄直接連接球閥的轉(zhuǎn)動軸，手柄工作軌跡是前后運(yùn)動。更換成腳踏機(jī)構(gòu)，水平運(yùn)動的工作軌跡不適合腳踏控制，需要更改為上下運(yùn)動的方式來開關(guān)閥門。開關(guān)方式如圖3 所示。

圖3 閥門開關(guān)手柄運(yùn)動軌跡圖

工人在使用腳踏機(jī)構(gòu)時，通常為上下踩踏。需要設(shè)計一種上下運(yùn)動的機(jī)構(gòu)來帶動閥門的開啟關(guān)閉。經(jīng)過多次的試驗(yàn)，設(shè)計一種腳踏結(jié)構(gòu)可以方便開關(guān)閥門，基本原理圖如圖4 所示。

圖4 中腳踏連桿實(shí)際工作過程中腳踏操縱桿行程太長，不適合直接用腳控制。需增加輔助連桿，作用于腳踏操縱桿上，來完成閥門的開閉，如圖5 所示。該機(jī)構(gòu)由連桿和滑塊組成，由5 個活動構(gòu)件和7個運(yùn)動低副組成。該機(jī)構(gòu)通過腳踏桿做上下運(yùn)動。在腳踏桿位置增加限位裝置，完全可以滿足閥門開關(guān)的工作要求。

圖4 腳踏開關(guān)原理圖

圖5 腳踏滑塊連接機(jī)構(gòu)示意圖

3 應(yīng)用效果

經(jīng)過生產(chǎn)對比，選擇方案二來改變原有的生產(chǎn)方式。由于公司實(shí)際工作場地有限，膠泥灌裝工位間距較窄。經(jīng)過實(shí)際安裝試驗(yàn)，方案二更適合公司的實(shí)際生產(chǎn)要求。該方案占用空間少，質(zhì)量小。每個工位都有足夠的空間安裝使用該機(jī)構(gòu)，且成本低。方案一由于閥門本身質(zhì)量大、體積大，需要另外安裝承重桿，且如果全部工位都安裝，氣動閥門控制管路需要占用大量的空間，所以不適合公司目前的生產(chǎn)工藝。