玻璃立體式分片系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

許海艇，尉少坤，程 明

(中國建材國際工程集團(tuán)有限公司，蚌埠 233010)

當(dāng)前在高端的玻璃生產(chǎn)加工領(lǐng)域，隨著生產(chǎn)效率不斷提高，玻璃厚度越趨向2 mm以下發(fā)展，產(chǎn)品的規(guī)格越趨多樣性，通常需要輸送每組三片及其以上的玻璃板規(guī)格，且每組玻璃規(guī)格也不一定相同，為滿足生產(chǎn)最小規(guī)格玻璃取片要求，需將成品玻璃分送至幾個(gè)支線上或者延長冷端生產(chǎn)線長度[1]，增加取片工位的方法保證取片周期。目前國內(nèi)外普遍主要采用的解決方式包括，采用傳統(tǒng)的90°轉(zhuǎn)向輸送裝置的方式，雖然結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，但是轉(zhuǎn)向周期較長，只有兩組玻璃時(shí)間間隔在5～10 s，才能將玻璃順利轉(zhuǎn)入支線輸送輥道，對于兩組玻璃最短間隔3 s左右，此方式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足使用要求；采用雙層輥道的方式，利用一段很長的輸送輥道傾斜一定的角度，逐漸過渡到下層的轉(zhuǎn)向輸送裝置上，此種方式對于空間要求有局限性，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜穩(wěn)定性相對較差。

該文鑒于目前技術(shù)存在的不足之處，研究分析了玻璃立體式分片系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)組成和工作原理[2]，提供了一種能夠滿足速度快周期短玻璃分片輸送的解決方案。

1 總體機(jī)構(gòu)與工作原理

1.1 總體結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)包括選片輥道、接應(yīng)輥道、上層輥道、轉(zhuǎn)向輸送輥道、控制系統(tǒng)等組成。選片輥道能實(shí)現(xiàn)與主線輸送輥道輥面標(biāo)高一致或向下擺動呈一定傾斜夾角的功能；接應(yīng)輥道能夠完成傾斜一定角度與選片輥道擺動的夾角保持一致；上層輥道為吊掛式結(jié)構(gòu)，輥面標(biāo)高與主線輸送輥道一致，下層部分能夠保證接應(yīng)輥道和轉(zhuǎn)向輸送裝置輸送玻璃暢通無阻；轉(zhuǎn)向輸送裝置作為接應(yīng)輥道與支線輸送輥道的中繼站，前端銜接接應(yīng)輥道，后端連接支線輸送輥道。選片輥道、接應(yīng)輥道和轉(zhuǎn)向輸送三者沿著玻璃前進(jìn)方向依次布置，其中選片輥道處于主線輸送輥道中間，而接應(yīng)輥道和轉(zhuǎn)向輸送裝置置于上層輥道的正下方，控制系統(tǒng)部分根據(jù)實(shí)際需要現(xiàn)場布置。玻璃立體式分片系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 工作原理

當(dāng)玻璃板到達(dá)選片輥道前，由控制系統(tǒng)告知選片系統(tǒng)此組玻璃板輸送目的地：主線輸送輥道或者支線輸送輥道。若選擇主線輸送輥道方向，選片輥道保持水平狀態(tài)與上層輥道標(biāo)高保持一致，驅(qū)動玻璃板經(jīng)由上層輥道向后段主線輥道繼續(xù)輸送；若選擇支線輥道方向輸送，玻璃板將輸送至選片輥道設(shè)定位置，由選片輥道的起落機(jī)構(gòu)下落擺動一定角度，驅(qū)動的玻璃板也隨之傾斜相對應(yīng)的角度，與此同時(shí)接應(yīng)輥道和轉(zhuǎn)向輸送裝置的升降皮帶輸送輥道均以和選片輥道相同的線速度運(yùn)轉(zhuǎn)，處于待片狀態(tài)。當(dāng)玻璃板經(jīng)過接應(yīng)輥道輸送后，到達(dá)轉(zhuǎn)向輸送裝置的升降皮帶輸送輥道設(shè)定位置，升降皮帶輥道停止運(yùn)轉(zhuǎn)，然后下降至固定輸送輥道的輥面以下，玻璃板由固定輸送輥道托住，隨后固定輸送輥道啟動運(yùn)轉(zhuǎn)，玻璃板沿垂直于進(jìn)入轉(zhuǎn)向輸送輥道的方向輸送出去，玻璃板后沿離開固定輸送輥道后，升降皮帶輥道升起并再次運(yùn)轉(zhuǎn)，等待下一組玻璃板進(jìn)入。簡單的工藝流程如圖2所示。

2 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和研究

2.1 選片輥道

選片輥道[3]，包括若干平行間隔布置且方向垂直于玻璃運(yùn)行方向的擺臂組件；起落機(jī)構(gòu)置于擺臂組件正下方，起到帶動擺臂組件上下擺動的作用；傳動系統(tǒng)通過鏈條傳動驅(qū)動擺臂組件的轉(zhuǎn)輪組運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)而帶動玻璃前進(jìn)。選片輥道立體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

擺臂組件包括一個(gè)主動鏈輪、若干張緊鏈輪、若干從動鏈輪和轉(zhuǎn)輪組，通過鏈條連接組成鏈條傳動；起落機(jī)構(gòu)，由氣缸和置于擺臂組件下方的耳座連接，從而組成一個(gè)獨(dú)立的選片輥道單元，耳座位于兩個(gè)導(dǎo)向滑塊之間，從而保證擺臂組件上下自由移動，克服其左右方向上的位移，有利于擺臂組件擺動的穩(wěn)定性；伺服驅(qū)動系統(tǒng)，由伺服電機(jī)驅(qū)動傳動軸串聯(lián)擺臂組件的主動鏈輪所構(gòu)成的鏈條傳動系統(tǒng)，從而帶動與從動輪同軸的轉(zhuǎn)輪組運(yùn)轉(zhuǎn)，能夠準(zhǔn)確對玻璃板跟蹤定位。擺臂組件結(jié)構(gòu)如圖4所示。

選片輥道可根據(jù)玻璃板規(guī)格、位置、等級等信息，控制系統(tǒng)通過一體化的集成閥島，集中控制起落機(jī)構(gòu)的不同動作組合，自動控制的玻璃板相對應(yīng)的擺臂組件 (根據(jù)玻璃板的規(guī)格確定擺臂的數(shù)量及組合)同時(shí)落下或者升起，每組包括若干個(gè)擺臂組且各擺臂動作同步一致，從而完成選擇不同規(guī)格玻璃，為玻璃板選擇目的地。

選片輥道擺動角度較小，垂直起落機(jī)構(gòu)運(yùn)行穩(wěn)定，玻璃可以被平穩(wěn)擺下，不會造成玻璃表面擦傷或引起破碎；選片輥道長度短，升降行程小，玻璃通過需要的時(shí)間短，滿足了周期小的玻璃安全通過的要求。

2.2 接應(yīng)輥道

接應(yīng)輥道[4]，包括若干平行間隔布置的輸送輥；動力系統(tǒng)由伺服電機(jī)、錐齒輪傳動機(jī)構(gòu)、傳動軸等組成，伺服電機(jī)通過聯(lián)軸器將動力傳至傳動軸，錐齒輪傳動機(jī)構(gòu)的主動輪固定在傳動軸上、從動輪固定在輸送輥端部，主動輪與從動輪嚙合，從而驅(qū)動輸送輥轉(zhuǎn)動以達(dá)到輸送玻璃的目的；機(jī)架起到支撐輸送輥和動力系統(tǒng)的作用，沿玻璃運(yùn)行方向向下呈一定傾斜夾角。接應(yīng)輥道的立體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

接應(yīng)輥道位于上層輥道的正下方，分成三段的結(jié)構(gòu)形式布置，傾斜角度依次減小，每段接應(yīng)輥道之間設(shè)置成特定角度，既可以平穩(wěn)高效的承接選片輥道輸送的玻璃，又可以將玻璃穩(wěn)定快速的輸送給轉(zhuǎn)向輸送輥道。此外接應(yīng)輥道由多段組成，每段輥道獨(dú)立配置伺服傳動系統(tǒng)，此種處理方式可以滿足兩組以上的玻璃在此區(qū)間內(nèi)完成玻璃成組，第一片需要成組的玻璃到達(dá)后，停止在第二和第三段輥道上待片，當(dāng)?shù)诙枰山M玻璃到達(dá)時(shí)，二者同時(shí)加速輸送至后續(xù)輥道。

接應(yīng)輥道采取減小相鄰輥間距的措施，使得玻璃運(yùn)行更加平穩(wěn)；每段輥道的傾斜角度呈微小遞減變化，既不會對玻璃輸送產(chǎn)生不良影響，又實(shí)現(xiàn)了第三段接應(yīng)輥道與升降輸送皮帶的夾角較小，玻璃進(jìn)入升降輸送皮帶時(shí)沿垂直方向的能量分解較小，有效地避免了玻璃對皮帶表面造成的劃傷，大大的延長輸送皮帶的使用壽命。

2.3 上層輥道

上層輥道包括立柱、橫梁、吊掛梁、輸送輥等。立柱直接固定在地面上，橫梁安裝固定在立柱上，吊掛梁固定在橫梁兩側(cè)，沿玻璃輸送方向延伸，輸送輥通過兩端的軸承座安裝于兩側(cè)的吊掛梁。為了保證輥道運(yùn)行平穩(wěn)，主體結(jié)構(gòu)采用H型鋼，兩側(cè)的吊掛梁可上下調(diào)節(jié)。第1根輸送輥采用全硫化橡膠輥，相比其它輸送輥可選擇較小的外徑，可由電機(jī)等直接驅(qū)動，第1根和第2根輸送輥之間可采用同步帶方式傳動，其余輸送輥可采用非硫化橡膠輥。傳動方式采用錐齒輪傳動結(jié)構(gòu),與接應(yīng)輥道處理的方式相同。

吊掛輥道第一根輸送輥采用全硫化橡膠輥，此種材質(zhì)可以做到輥芯與其它輥?zhàn)酉嗤耐瑫r(shí)，輥外徑較小，為接應(yīng)輥道端部讓出上方空間，保證玻璃向接應(yīng)輥道輸送時(shí)不會與吊掛輥道干涉。

2.4 轉(zhuǎn)向輸送輥道

轉(zhuǎn)向輸送輥道由輥道輸送系統(tǒng)、皮帶輸送系統(tǒng)、升降系統(tǒng)組成。輥道輸送系統(tǒng)，包括若干垂直于接應(yīng)輥道中心線平行間隔布置的輸送輥；皮帶輸送系統(tǒng)包括平行間隔布置的多個(gè)皮帶輸送組件，輸送輥和皮帶輸送組件在水平方向交錯(cuò)間隔設(shè)置；升降系統(tǒng)包括升降機(jī)構(gòu)和驅(qū)動電機(jī)，其中皮帶輸送系統(tǒng)安裝在升降機(jī)構(gòu)上，隨升降機(jī)構(gòu)做上下移動。轉(zhuǎn)向輸送輥道結(jié)構(gòu)如圖7所示。

伺服電機(jī)通過同步帶將動力傳至傳動軸，錐齒輪傳動機(jī)構(gòu)的主動輪固定在傳動軸上、從動輪固定在輸送輥端部，主動輪與從動輪嚙合，從而驅(qū)動輸送輥。輸送輥和動力系統(tǒng)固定在橫梁上，橫梁通過支腿固定在升降系統(tǒng)的機(jī)架上。皮帶輸送系統(tǒng)[5]包括平行間隔布置的多個(gè)皮帶輸送組件，輸送輥和皮帶輸送組件在水平方向交錯(cuò)間隔設(shè)置，伺服電機(jī)通過同步帶驅(qū)動傳動軸所串聯(lián)若干皮帶輸送組件主動輪，帶動所有皮帶輸送組件同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)玻璃在皮帶上輸送。皮帶輸送系統(tǒng)如圖8所示。

皮帶輸送組件包括主動輪、從動輪、同步帶、鋁型材、從動輪等。主動輪和從動輪之間為輸送段，主動輪和過渡輪通過支撐板固定在鋁型材，一端位于輸送端上方靠近接應(yīng)輥道一側(cè)，另一個(gè)過渡輪和從動輪通過支撐板固定在鋁型材另一端位于輸送端下方。整體的框架采用鋁型材的形式，大大降低了升降系統(tǒng)的負(fù)載。皮帶輸送組件結(jié)構(gòu)如圖9所示。

升降系統(tǒng)[6]采用四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)行形式實(shí)現(xiàn)升降動作，包括兩組曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、兩個(gè)支撐軸、傳動軸和升降電機(jī)，電機(jī)位于兩組曲柄搖桿機(jī)構(gòu)之間，通過傳動軸連接兩端的曲柄，四個(gè)搖桿分別布置于兩個(gè)支撐軸兩端，通過拉桿連接曲柄與搖桿、搖桿與搖桿。皮帶輸送裝置底部安裝有內(nèi)嵌偏心套的軸承座[7]，四個(gè)軸承座固定在升降系統(tǒng)支撐軸兩端。升降電機(jī)通過傳動軸驅(qū)動曲柄轉(zhuǎn)動，曲柄通過拉桿帶動搖桿，隨之搖桿帶動與之同軸的偏心套轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)皮帶輸送系統(tǒng)上下位置移動，開始位置低于輸送輥面，結(jié)束位置高于輸送輥面，略低于接應(yīng)輥道末段輥面最低點(diǎn)。此外，升降系統(tǒng)機(jī)架下方設(shè)置有車輪組，當(dāng)需要檢修維護(hù)時(shí)，便于整體拉出。升降系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖10所示。

升降機(jī)構(gòu)簡單可靠，行程控制準(zhǔn)確，升降周期精確。升起后的輸送皮帶上表面比第三段接應(yīng)輥道的輥面最低點(diǎn)略低，此種方式的處理使玻璃前沿與皮帶的實(shí)際接觸點(diǎn)后移，借助玻璃本身和皮帶本身的彈性，消減玻璃前沿接觸皮帶時(shí)產(chǎn)生的沖擊力，有效地預(yù)防了玻璃啃皮帶現(xiàn)象的發(fā)生，延長了皮帶的使用壽命。

2.5 控制系統(tǒng)

為了滿足系統(tǒng)需要，開發(fā)了一套智能的玻璃立體分片控制技術(shù)，其控制邏輯原理如圖11所示。輥道輸送和皮帶輸送均采用伺服驅(qū)動系統(tǒng)，采用光電開關(guān)精確檢測玻璃片前端位置。采用位置跟蹤技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對停片精度的控制，分片的位置控制也采用板位識別與跟蹤的控制方法。

3 結(jié) 論

玻璃立體分片系統(tǒng)同時(shí)沿著相互垂直的兩個(gè)方向交叉輸送玻璃，滿足生產(chǎn)線玻璃高速生產(chǎn)時(shí)分片需要，優(yōu)化冷端布置總體布局。目前在汽車玻璃生產(chǎn)線得以廣泛的應(yīng)用，可以在主線輸送輥道上設(shè)置若干套這種立體分片輥道，根據(jù)玻璃信息按預(yù)定目的地發(fā)至主線輸送輥道或者多條不同的支線輸送輥道，實(shí)現(xiàn)速度快、規(guī)格小、周期短玻璃的輸送。