冰箱翻转移栽设备能力提升的研究与应用

冰箱翻转移栽设备能力提升的研究与应用

王金龙 

长虹智能厨房机器人技术有限公司 621000

摘要：在冰箱生产过程中，从零部件组装到成品包装，需要经过不同的组装生产线完成各阶段的组装工艺要求，零部件之间的转运就显得尤为关键。本系统通过冰箱定位、冰箱对中，然后夹持臂上的吸盘将冰箱吸附抓紧，提升至安全高度后，冰箱旋转180度后，将冰箱移载至下一操作工位，下降一定高度将冰箱放置在传输滚筒线上，完成冰箱的翻转移载动作。这种翻转移载系统的应用不仅提高产品的外观质量，而且提升生产线自动化水平，进而降低劳动强度、提升人效。

关键词：冰箱 翻转移载 自动化

引言

在冰箱生产过程中，主要生产线体包括门壳体预装线、箱体预装线、总装线、抽真空环形线、检测线、打包线及返修线组成，另外还包括顶升平移机、打包机等各类专机，共同完成冰箱的生产任务。随着国内制造业工资待遇和福利保障成本的增加以及市场竞争的加剧，越来越多的家电企业面临招工难的困境，因此国内家电制造业的生产自动化、少人化进程已经开启。

本文着眼于能够替代人工、满足多品种、柔性化的混线生产方式，同时能保证冰箱的质量，还能满足生产需要，从而能节约成本， 并能提高生产效率，解决劳动强度大、用工难等问题。

一、概述

1.1 生产状况

目前冰箱的翻面基本都是人工来操作完成，劳动强度相对较大的，尤其对于大冰箱来说，冰箱翻面显得更为困难，基本需要两个人同时来操作，时间一长，影响生产效率不说，操作人员易疲劳，从而存在安全隐患。

1.2 生产工艺参数

箱体深度参数：500~800mm；体高度参数：1200~2000mm；箱体宽度参数: 500~1200mm；箱体重量:70Kg

1.3生产工艺要求

1.产能达到1500台，基准节拍20秒/台，速度可调；

2.保证产品外观质量不收损伤；

3.生产线满足以上尺寸范围内20多种产规格品的混线生产。

二、系统总体方案及设计

2.1 该翻转移载系统的工作流程：

1. 冰箱在滚筒线上定位；

2. 夹持臂上的吸盘向冰箱靠拢，将冰箱吸附抓紧；

3. 升至安全高度后，冰箱旋转180度；

4. 将冰箱移载至下一操作工位，下降一定高度将冰箱放置在传输滚筒线上；

5. 夹持臂上的吸盘破坏真空，夹持臂放开冰箱后上升一定高度后回初始等待位置，完成一次冰箱翻转移载动作；

2.2系统总体方案

本系统采用龙门机构夹持的方式实现冰箱的夹持和水平移载，水平运动采用伺服电机驱动，升降采用伺服电机，箱体夹紧采用同步带同步夹紧，机架钢结构，全程由龙门机械手抱夹，吸盘抓取。配备人机操作界面，操作简单、界面友好。配有紧急停止按钮，连锁安全电路设计，周密保护操作人员的人身安全。系统设计总图1。

2.3 系统总体设计

2.3.1结构实现方式

翻转移栽系统包括机架，水平移栽系统，对中夹持机构，左右夹持臂构成，其中水平移栽系统采用伺服电机驱动，同步带传动的方式，可准确定位和多位置定位。对中夹持机构采用电机驱动，同步带带动左右夹持臂运动的结构原理，左右夹持臂上安装有升降伺服电机和旋转伺服电机，通过接近开关检测确定吸盘吸附冰箱的合理距离，真空发生器保证吸盘达到所需的真空度要求，结构设计图见附图2和夹持臂图见附图3。

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2.3.2系统性能参数

系统运动机构速度参数如下：

1、水平移栽系统,伺服电机驱动,速度40m/min;

2、对中夹持机构,普通电机减速机,速度30m/min;

3、升降运动（左右夹持臂）,伺服电机驱动,速度30m/min;

4、旋转运动（左右夹持臂）,伺服电机驱动,速度12rad/min;

5、滚筒传输线,普通电机减速机,速度15m/min;

2.3.3控制系统的实现

冰箱进入各运动阶段，光电开关检测产品到位状态，发送数据给PLC，通过程序运算，PLC对各机构发送指令，控制各机构的正常运转，PLC根据结果执行报警、正常运行等指令。

为了方便操作，本系统配备人机操作界面，操作简单、界面友好。在人机界面中可以设置控制参数及查看报警信息。

2.4 计算和选型

2.4.1 升降伺服电机选型

电机旋转一圈导螺 前进距离

ΔS = PB x 1/RN = 0.01(mm)

负载端相对於电机端的转动惯量计算：

JB = ( π x LB x ρ x DB^4 ) / 32 = 0.000321428416817572(kg*m^2)

JF = ( MT + ML ) x (ΔS/2π)^2 = 0.000215307515239968(kg*m^2)

JL = JF + ( JS + JR +JC + JB x (1/RN)^2) = 0.00053673593205754(kg*m^2)

外力与摩擦力换算成电机端等效力矩

TW = ( F + ( MT + ML - ) x g ) x ΔS/2π = 1.32576067595549(N.m)

TF = μ x ( F + ( MT + ML ) x g ) x ΔS/2π = 0.132576067595549(N.m)

上升等效力矩= ( TW + TF ) x 1/η = 1.71569028653063(N.m)

综合考虑以上计算参数，所选电机力矩必须大于上升等效力矩，同时电机转动惯量JM > JL/m (m=15:电机惯量比)。因此选出的伺服电机型号为ECMA-C11010SS。

2.4.2 旋转伺服电机选型

电机旋转一圈导螺 前进距离

ΔS = 360 x 1/RN = 3.6(deg)

负载端相对於电机端的转动惯量计算

JT = ( MT x ( DT/2)^2 ) / 2 = 20.25(kg*m^2)

JSH = π x ρ x LS x DS^4 / 32 = 0.00411412920817628(kg*m^2)

JL = ( JS + JR + JC + ( JT + JSH ) x (1/RN)^2 ) = 0.00207541141292082(kg*m^2)

外力与摩擦力换算成电机端等效力矩

TL = μ x ( MT + ML) x g x DF/2 x 1/RN x 1/η = 0.0432352941176471(N.m)

综合考虑以上计算参数，所选电机力矩必须大于上升等效力矩，同时电机转动惯量JM > JL/m (m=15:电机惯量比)。因此选出的伺服电机型号为ECMA-CA0807SS。

三、系统调试

在完成翻转移栽设备的机械装配、电器装配以及PLC控制连接后，进行系统调试，检查系统安装有无错误，调试传感器安装位置到最佳位置，检查程序动作是否正确，调节各单元的运动速度，在满足生产节拍的情况下保证各执行单元的协调性。

经过一段时间的调试后，逐渐解决存在的问题，优化系统，并形成最终的优化后的存档设计资料。

四、结论

总而言之，工业自动控制系统是受益于未来发展的新兴方向，工业自动化控制系统拥有提高效率、节能降耗、节省人力成本、促进产业升级的明显效果，未来发展潜力巨大。特别是在流水线作业的生产线上，提倡混线生产，柔性生产，少人化生产等等生产模式，采用本系统，能很好的提升生产线自动化程度，解决当前企业发展遇到的一系列问题。

参考文献：《现代实用气动技术》SMC（中国）有限公司编，机械工业出版社，2003.10

程宏、曾连荪、童毅 物料翻转机研发实践 农机化研究 2009.12

《机械设计手册》闻邦椿主编，机械工业出版社，2010.1

《台达电子：交流伺服系统》使用手册，2003年版

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