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0概述
擺臂式水泥袋自動插袋機(jī)旨在提供一種與水泥包裝機(jī)結(jié)合的自動插袋裝置，特別適宜于回轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)配套使用，具有節(jié)省勞動力、降低生產(chǎn)成本、提高工作效率、減少環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。該裝置的使用可以從根本上解決工人在惡劣環(huán)境中工作的現(xiàn)狀，完全擺脫矽肺，更有利于環(huán)保，適應(yīng)我國產(chǎn)業(yè)升級的規(guī)劃。將進(jìn)一步提高水泥生產(chǎn)的自動化程度，對企業(yè)的發(fā)展具有巨大經(jīng)濟(jì)和社會效益，體現(xiàn)“中國智造”的優(yōu)勢。

1技術(shù)特點(diǎn)
紙質(zhì)全新水泥包裝袋的袋口貼合得非常緊，這就要求在插袋之前首先要使袋口張開。本機(jī)構(gòu)釆用真空吸盤吸附的方式將袋口吸開，然后用轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂配合插袋機(jī)械手將紙質(zhì)包裝袋套入勻速轉(zhuǎn)動的回轉(zhuǎn)式水泥裝包機(jī)的出灰管上。機(jī)械方面主要由吸袋機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂，插袋機(jī)械手三大部分組成；在控制系統(tǒng)上，采用PLC為核心控制元件。
2結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與設(shè)計(jì)要點(diǎn)
2.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工藝流程
擺臂式水泥袋自動插袋機(jī)與回轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)總體示意圖見圖1。其中包裝機(jī)系統(tǒng)工作時做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，8個出灰管，依次插上水泥袋，然后開始進(jìn)行灌裝，回轉(zhuǎn)一周可以完成8個水泥袋的灌裝。
其轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂由伺服驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動完成凸輪間歇運(yùn)動。此運(yùn)動可驅(qū)動轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂完成插袋的主體動作。在機(jī)械臂的前端安裝插袋機(jī)械手，當(dāng)達(dá)到制定位置時完成夾袋動作。而吸袋機(jī)構(gòu)用來完成紙質(zhì)水泥袋的開口與定位工作。
工作時，回轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)應(yīng)處于勻速轉(zhuǎn)動狀態(tài)。首先，插袋機(jī)的吸袋機(jī)構(gòu)在氣缸的驅(qū)動下動作，吸起一個水泥袋，使其上半部分呈豎直狀態(tài)，在吸盤的配合下將袋口吸開。然后，插袋機(jī)械手在氣缸驅(qū)動下，完成夾袋動作，同時，機(jī)械手的結(jié)構(gòu)可以保持袋口張開的狀態(tài)。下一步，開口吸盤斷氣，為機(jī)械臂動作做好準(zhǔn)備。下一步，轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂帶動水泥
袋向包裝機(jī)上的出灰管擺動，機(jī)械手保持加持狀態(tài)，確保水泥袋口處于張開狀態(tài)。此后在轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂的驅(qū)動下，機(jī)械手將袋子套入包裝機(jī)上的出灰管。袋子就位后，機(jī)械手釋放夾袋動作，使夾袋機(jī)構(gòu)張開，以確保轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂復(fù)位時不會發(fā)生干涉碰撞現(xiàn)象：
2.2吸袋機(jī)構(gòu)
功能：將水泥包裝袋吸起，使其上半部分呈豎直狀態(tài)，并使包裝袋口張開，
工作原理：吸袋機(jī)構(gòu)主體框架獨(dú)立固定在地面上。

上面每次放置16個紙質(zhì)水泥袋。工作時，為了補(bǔ)償插袋后減少的紙袋總體厚度差，設(shè)計(jì)了由伺服電機(jī)驅(qū)動的電動缸進(jìn)行步進(jìn)動作，根據(jù)工作頻率，自動使放置的紙袋始終處于同一高度上。框架上組裝有氣缸，可驅(qū)動吸盤機(jī)架完成上下動作，同時配合真空系統(tǒng)，在下部時完成吸附紙袋功能；在上部時完成紙袋開口和紙袋定位功能，為后續(xù)機(jī)械手夾袋動作做好準(zhǔn)備。
2.3轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂
功能：推動插袋機(jī)械手將水泥袋轉(zhuǎn)運(yùn)至包裝機(jī)的出灰管上。
工作原理：由于回轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)處于勻速轉(zhuǎn)動狀態(tài)，要求機(jī)械手在套袋動作時始終保持與出灰管運(yùn)動軌跡的半徑共線，見圖2。
其中2。4段為轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂本體，由驅(qū)動電機(jī)帶動凸輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動運(yùn)轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)周期插袋動作4。3段為平行四連桿結(jié)構(gòu)的前連桿，用來控制機(jī)械手的朝向。轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂在進(jìn)行插袋動作時，運(yùn)動分為三部分：第一部分為機(jī)械臂加速運(yùn)動，使機(jī)械臂迅速達(dá)到與包裝機(jī)同步的速度；第二部分為插入動作部分，這部分要求。4。3段控制的機(jī)械手朝向始終與包裝機(jī)上的出灰口對正，即保持同步狀態(tài)。此時機(jī)械手相對于包裝機(jī)上的出灰管在徑向上是靜止的，只有一個軸向運(yùn)動，這樣就可以避免機(jī)械手與轉(zhuǎn)動著的出灰管發(fā)生碰撞；第三部分為運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械臂復(fù)位動作，此時需要機(jī)械手打開，釋放紙袋，然后加速回到零位。
2.4插袋機(jī)械手
功能：具有準(zhǔn)確抓取水泥袋及保持水泥袋口處于張開狀態(tài)的功能。
工作原理：機(jī)械手主要由驅(qū)動氣缸，兩個對稱抓手及安裝架組成。其中安裝架被安裝在轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂前端。其上采用餃鏈連接安裝兩個對稱結(jié)構(gòu)的抓手，用來抓取由吸袋機(jī)構(gòu)定位完畢且袋口張開的紙袋。同時，抓手結(jié)構(gòu)釆用特殊設(shè)計(jì)成符合紙袋袋口打開形狀的外形，能夠在氣缸驅(qū)動兩抓手完成抓取動作后，保持紙袋的開口狀態(tài)。為后續(xù)工序中的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂的插袋動作做好準(zhǔn)備。
3控制系統(tǒng)
3.1系統(tǒng)流程
(1)水泥袋運(yùn)輸裝置將待插水泥袋輸送到吸袋機(jī)構(gòu)上,一般16個袋為一組。
(2)吸袋機(jī)構(gòu)的氣缸驅(qū)動傳動機(jī)構(gòu)與吸盤動作將水泥袋豎立，并將袋口打開。
(3)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂動作到吸袋機(jī)構(gòu)上方，機(jī)械手完成抓取袋子的動作。
(4)調(diào)節(jié)速度使插袋系統(tǒng)與回轉(zhuǎn)包裝機(jī)相協(xié)調(diào)，當(dāng)包裝機(jī)系統(tǒng)帶動出灰管到達(dá)某一個地點(diǎn)時(一直位于該地點(diǎn)插袋)，插袋系統(tǒng)恰好將包裝袋輸送到此地點(diǎn)，并進(jìn)行插袋動作過程。
(5)此過程結(jié)束，重復(fù)(2)到(4)步驟。

圖3為系統(tǒng)控制流程圖。
3.2系統(tǒng)控制
系統(tǒng)控制的核心是要將原有的回轉(zhuǎn)式包裝機(jī)的控制系統(tǒng)與插袋機(jī)的控制系統(tǒng)相結(jié)合成一個新的控制系統(tǒng)。但兩個系統(tǒng)仍保持各自的機(jī)械機(jī)構(gòu)，故需要考慮兩個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，性問題。
⑴系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性說明。
①包裝系統(tǒng)的速度與插袋系統(tǒng)的速度相協(xié)調(diào)。
包裝系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)速度通過變頻器控制，插袋系統(tǒng)的速度通過伺服系統(tǒng)控制。其中，包裝機(jī)的變頻器中存儲其運(yùn)轉(zhuǎn)速度，并將此轉(zhuǎn)速信息傳送到新控制系統(tǒng)的PLGh進(jìn)行存儲計(jì)算。然后根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)換為向插袋系統(tǒng)傳遞的信息，并控制插袋系統(tǒng)的伺服驅(qū)動器,使伺服電機(jī)驅(qū)動的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂達(dá)到與包裝機(jī)匹配的轉(zhuǎn)速。
②氣缸與吸嘴折起包裝袋與取袋動作相協(xié)調(diào)。
在插袋機(jī)械手(由伺服系統(tǒng)驅(qū)動轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂，機(jī)械臂前端安裝插袋機(jī)械手)返回取袋之前，氣缸與吸嘴需要將包裝袋吸起并使袋口張開以等待取袋。

(2)系統(tǒng)控制。
系統(tǒng)采用PLC作為整個新系統(tǒng)的控制核心，見圖4。3.3脈沖輸出控制
PLC控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動,使水泥袋備料處最頂端的袋子保持在某個固定的位置，當(dāng)檢測到該位置沒有袋子時，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動，將底部水泥袋上升到該位置。
3.4模擬量輸入控制
(1)稱重儀表信號。將稱重儀表測定的包裝袋重量反饋至PLC,使PLC做出動作，如果達(dá)到規(guī)定重量則掉袋，若沒有達(dá)到則重新進(jìn)行灌裝。
(2)速度調(diào)節(jié)表。將速度調(diào)節(jié)表的速度反饋至PLC,PLC根據(jù)反饋來的速度進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到插袋系統(tǒng)的速度。
3.5模擬量輸出控制
(1)包裝系統(tǒng)速度控制一頻器。PLC輸出模擬量控制包裝系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)速度，見圖6。該速度是由速度調(diào)節(jié)表控制。
姓調(diào)節(jié)表    一?)PLC    -A    頻器；■電動機(jī)
圖6回轉(zhuǎn)系統(tǒng)速度控制
(2)插袋系統(tǒng)速度控制一^服系統(tǒng)。PLC內(nèi)部根據(jù)速度調(diào)節(jié)器所輸出的速度進(jìn)行變換得到插袋系統(tǒng)的控制速度，并輸出至插袋伺服驅(qū)動器控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度，見圖7。
a#調(diào)節(jié)表］.plc    ?伺服驅(qū)動器伺服電機(jī)
圖7回轉(zhuǎn)系統(tǒng)速度控制
3.6數(shù)字量輸入控制
主要是傳感器或者接近開關(guān)的信號輸入到PLC。當(dāng)包裝系統(tǒng)檢測到有水泥袋插入、達(dá)到規(guī)定重量掉袋、中途掉袋、插袋系統(tǒng)檢測到該取袋或者是插袋完畢時,傳感器都會將情況反饋到PLC,同時PLC發(fā)出相應(yīng)的控制信號。
(1)原點(diǎn)接近開關(guān)。在系統(tǒng)開始工作之前，首先將系統(tǒng)進(jìn)行回原點(diǎn)操作，兩個分系統(tǒng)電機(jī)慢速運(yùn)轉(zhuǎn)，直至達(dá)到原點(diǎn)接近開關(guān)處，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn),完成原點(diǎn)定位操作。
(2)包裝袋有無檢測傳感器。檢測插袋系統(tǒng)的機(jī)械手上是否抓有水泥袋，在系統(tǒng)斷電后重新開始上電工作前，進(jìn)行傳感器判斷,如果插袋系統(tǒng)的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂抓手上抓有袋子，則不再進(jìn)行取袋動作,直接進(jìn)行插袋動作。
(3)插袋傳感器。插袋完畢，傳感器信號反饋至PLC,控制機(jī)械手釋放抓袋動作，機(jī)械手張開。
(4)取袋傳感器。電機(jī)帶動轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂上的插袋機(jī)械手運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)竭_(dá)取袋傳感器處電機(jī)停轉(zhuǎn)，同時機(jī)械手動作夾取水泥袋。
3.7數(shù)字量輸出控制
數(shù)字量輸出控制主要是PLC在某時刻控制電磁閥開合從驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)(氣缸，吸嘴等)動作，控制主要體現(xiàn)在順序上，即該在什么時刻進(jìn)行控制及各個控制動作的前后順序。
(1)氣缸的控制。主要作用是控制插袋機(jī)械手夾取包裝袋與控制吸盤支架上下進(jìn)行吸附動作。主要控制元件為電磁閥。
(2)吸嘴的控制。主要作用是產(chǎn)生真空度，在氣缸帶動支架的協(xié)助下，完成對水泥袋的吸附與袋口打開功能。主要控制元件為電磁閥。
3.8特殊情況處理
(1)重量達(dá)不到50kg造成包裝機(jī)出灰管上存在水泥袋。此時水泥袋不滿足水泥廠出廠標(biāo)準(zhǔn)，需要繼續(xù)灌裝，此時在掉袋點(diǎn)處此水泥袋是不掉的，故此不需要重新插袋，需要控制運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械臂不進(jìn)行插袋動作。
(2)中途故障掉袋。有時因包裝機(jī)上的壓袋氣缸故障，會導(dǎo)致在灌裝過程中出現(xiàn)異常掉袋情況。此時,傳感器立刻發(fā)出信號到控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)控制出灰管處立刻停止灌料，同時顯示故障信號，以便提醒維修人員。
(3)系統(tǒng)回原點(diǎn)。插袋系統(tǒng)在插袋的時候開始插入出灰管的地點(diǎn)是固定的，包裝機(jī)在連續(xù)停車后再啟動的過程中，系統(tǒng)中的插袋點(diǎn)與實(shí)際的插袋點(diǎn)位置會產(chǎn)生誤差。所以需要間隔一段時間重新設(shè)定插袋點(diǎn)位置，即重新定義零點(diǎn)位置。設(shè)置一個回原點(diǎn)按鈕，按下此按鈕，系統(tǒng)回到原點(diǎn)。按下按鈕之后，包裝系統(tǒng)與插袋系統(tǒng)都處于低速運(yùn)行狀態(tài)，包裝系統(tǒng)轉(zhuǎn)動直至出灰口轉(zhuǎn)動到原點(diǎn)接近開關(guān)處，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，完成零點(diǎn)定位；插袋系統(tǒng)同樣做出如上動作完成原點(diǎn)定位功能。
4應(yīng)用情況與市場前景
擺臂式水泥袋自動插袋機(jī)已經(jīng)完成第一臺樣機(jī)制作、調(diào)試，正在現(xiàn)場使用之中，經(jīng)過幾個月的使用和觀察,滿足客戶實(shí)用要求。海螺水泥集團(tuán)、華潤水泥集團(tuán)都提出要引進(jìn)此插袋機(jī)的需求?，F(xiàn)在我公司正在與集團(tuán)客戶進(jìn)行商業(yè)合作談判,并有希望在2017年下半年實(shí)現(xiàn)大面積產(chǎn)業(yè)推廣，導(dǎo)致海外項(xiàng)目對于插袋機(jī)的需求更為迫切。

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