錢曉平（無錫技師學(xué)院，江蘇 無錫 214153）

自動擺盤裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

錢曉平
（無錫技師學(xué)院，江蘇 無錫 214153）

針對湯圓機(jī)在制作湯圓過程中人工擺盤的不足，創(chuàng)新地設(shè)計(jì)了一種由步進(jìn)式升降裝置、吸盤裝置、移盤裝置等組成，氣電結(jié)合驅(qū)動與控制的自動擺盤裝置，能夠替代人工操作實(shí)現(xiàn)自動擺放湯圓托盤，并試圖將該實(shí)用新型結(jié)構(gòu)應(yīng)用于相似的生產(chǎn)流水線中。

自動擺盤；步進(jìn)式升降；吸盤裝置；PLC；觸摸屏

1　問題的提出

目前食品生產(chǎn)企業(yè)中，湯圓的制作由湯圓機(jī)完成。湯圓機(jī)在運(yùn)行時，其移動小車作左、中、右三位橫向往復(fù)運(yùn)動，同時小車上的輸送帶作縱向步進(jìn)運(yùn)行，需要一個操作工按湯圓機(jī)生產(chǎn)節(jié)奏（周期約15s），把存放湯圓的托盤準(zhǔn)時、正確、可靠地放置到移動小車的輸送帶上。這種操作方式有三點(diǎn)不足：一是每臺湯圓機(jī)必需配這一操作工，才能維持湯圓機(jī)正常運(yùn)行；二是這種機(jī)械式、高頻率重復(fù)作業(yè)很容易使人厭煩、疲倦，不利于身心健康，繼而影響生產(chǎn)；三是托盤由人工擺放，存在湯圓可能被污染的風(fēng)險。由此可見，機(jī)器制作湯圓時，需要一種能與其配套運(yùn)行的自動擺盤裝置。

2　自動擺盤裝置的設(shè)計(jì)

存放湯圓的托盤是一長寬為700mm×400mm、厚度1mm、重量約120g的塑料盤。

自動擺盤裝置運(yùn)行設(shè)計(jì)總體方案：層疊的托盤放置于步進(jìn)式升降裝置的盤架上，利用托盤底的半球型面定位，步進(jìn)式升降裝置自動控制處在最頂層托盤的位置高度，每取走一只托盤，盤架上升一步（一只托盤的厚度）；吸盤裝置下降吸牢一只托盤后上升到位；吸盤裝置被移盤裝置帶著平移到移動小車上方后下降到位等待放盤；在接收到湯圓機(jī)的放盤信號時，吸盤裝置把托盤吹落到移動小車上；循環(huán)運(yùn)行；盤架上托盤數(shù)少于所設(shè)定的最小量時，擺盤機(jī)發(fā)出要求添加托盤的警示信號；加盤時，盤架快速下降，自動調(diào)整好頂層托盤的位置高度；擺盤機(jī)能檢測運(yùn)行狀態(tài)，并設(shè)有保護(hù)裝置，若遇故障即發(fā)出報(bào)警信號并停機(jī)；控制擺盤裝置運(yùn)行的方式有手動與自動兩種。

設(shè)計(jì)的自動擺盤裝置主要由機(jī)架、步進(jìn)式升降裝置、吸盤裝置、移盤裝置、氣動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等組成。機(jī)架采用不銹鋼型材焊接而成。

2.1自動擺盤裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)

2.1.1步進(jìn)式升降裝置

步進(jìn)式升降裝置固定于機(jī)架上，其盤架的上下運(yùn)動由步進(jìn)電機(jī)1驅(qū)動，電機(jī)采用海頓87000系列Size34直線步進(jìn)電機(jī)。四根導(dǎo)柱保證了盤架上下移動的精度。

2.1.2吸盤裝置

吸盤裝置通過兩只氣缸連接于移盤裝置，由此帶動吸盤裝置的上下運(yùn)動，氣缸選用SMC的C55系列薄型氣缸。八只真空吸盤實(shí)現(xiàn)對托盤的吸放，同樣，真空吸盤選用SMC的ZPT系列垂直真空口接管吸盤。

2.1.3移盤裝置

移盤裝置依靠兩根水平圓導(dǎo)軌支承與導(dǎo)向，由水平氣缸驅(qū)動，完成把湯圓托盤從升降裝置端左移到右端移動小車的上方。氣缸選用SMC的MB系列標(biāo)準(zhǔn)氣缸，也可采用CY1S系列磁偶式無桿氣缸。

2.1.4運(yùn)動部件的位置檢測

步進(jìn)式升降裝置、吸盤裝置及移盤裝置的運(yùn)動部件在運(yùn)行中的位置采用光電式接近開關(guān)檢測。

2.2氣動系統(tǒng)

自動擺盤裝置的氣動系統(tǒng)主要由一只水平氣缸、兩只上下氣缸、八只真空吸盤、三只換向閥、四只真空發(fā)生器及其它氣動附件等組成，控制回路原理較為簡單。

2.3自動擺盤裝置的電氣控制

自動擺盤裝置的電氣控制系統(tǒng)主要由觸摸屏、PLC、步進(jìn)驅(qū)動器、直線步進(jìn)電機(jī)、光電式接近開關(guān)、控制按鈕、壓力繼電器及其它電器件等組成。

自動擺盤裝置PLC控制流程如圖1所示。

圖1　PLC控制流程

3　自動擺盤裝置的應(yīng)用

按本設(shè)計(jì)所制作的自動擺盤裝置、托盤搬運(yùn)輸送機(jī)、湯圓機(jī)、輸送帶等組成的我國第一條湯圓自動生產(chǎn)線，已在思念食品股份有限公司投入使用。本結(jié)構(gòu)類型的自動擺盤裝置適用于食品生產(chǎn)企業(yè)中采用機(jī)器制作湯圓、餃子、饅頭、包子、糕點(diǎn)等的生產(chǎn)流水線，也可配套應(yīng)用在其它行業(yè)生產(chǎn)中需要自動擺放類似于湯圓托盤的產(chǎn)品或零件存放盤的自動化生產(chǎn)線。

4　結(jié)論

自動擺盤裝置替代人工擺放湯圓托盤，讓操作者擺脫機(jī)械重復(fù)的簡單作業(yè)，消除了人工擺盤存在食品可能被污染的隱患，提高了機(jī)器制作湯圓的自動化程度。

［1］《機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊》編寫組.《機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊》［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1989.

［2］SIEMENS AG.《S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊》.2008.

［3］SMC.《氣動元件（中文第五版）》.

［4］SIEMENS AG.《OP73micro，TP177micro（WinCC flexible）操作說明》.2007.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.233

錢曉平（1961-），男，高級工程師，正高級講師，主要從事機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用研究與教學(xué)工作。