摘 要：玻璃產(chǎn)業(yè)是我國(guó)最為重要的產(chǎn)業(yè)之一，同時(shí)也是平板玻璃最大的生產(chǎn)國(guó)家。基于此，本文從靜態(tài)特性與動(dòng)態(tài)特性這兩方面來分析玻璃生產(chǎn)線上所使用的機(jī)械手堆垛機(jī)，并提出相對(duì)應(yīng)的優(yōu)化對(duì)策，希望能為提升玻璃生產(chǎn)效率和質(zhì)量提供有效建議。

關(guān)鍵詞：玻璃生產(chǎn)線;機(jī)械手堆垛機(jī);靜態(tài)特性;動(dòng)態(tài)特性

機(jī)械手堆垛機(jī)適用應(yīng)各行業(yè)領(lǐng)域中，具有應(yīng)用廣泛性的特征，因有著較好的平衡性，在玻璃生產(chǎn)線上進(jìn)行使用，不僅能夠提升生產(chǎn)效率，也能減輕工作人員工作量。通過從靜態(tài)與動(dòng)態(tài)這兩方面的特性來分析機(jī)械手堆垛機(jī)，如何發(fā)揮機(jī)械手堆垛機(jī)在玻璃生產(chǎn)線上的實(shí)際效用，是目前各相關(guān)人員需要考慮的問題。

1. 機(jī)械手堆垛機(jī)靜態(tài)特性

有限元法是分析機(jī)械手堆垛機(jī)靜態(tài)特性的主要應(yīng)用方式，通過分析該設(shè)備的受力情況和變形狀況，在此基礎(chǔ)上來考量機(jī)械手堆垛機(jī)的強(qiáng)度與承受度是否能夠滿足玻璃生產(chǎn)線需求，機(jī)械手堆垛機(jī)具備良好的靜態(tài)性能是提升該設(shè)備動(dòng)態(tài)性能的關(guān)鍵。

1.1有限元法基本內(nèi)容

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展和進(jìn)步，使得有限元法得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，通過對(duì)連續(xù)性的物體采取有限次的分割，結(jié)合相應(yīng)的力學(xué)知識(shí)與幾何知識(shí)對(duì)分割后的小塊進(jìn)行分析，并對(duì)分析完成后的小塊結(jié)果進(jìn)行累計(jì)求和，代替連續(xù)物體結(jié)果。以下通過對(duì)玻璃材料的均勻性與線性進(jìn)行假設(shè)，借助力學(xué)知識(shí)，來重點(diǎn)分析機(jī)械手堆垛機(jī)靜態(tài)特性。

有限元法具體分析過程如下：第一，結(jié)構(gòu)的離散化。把結(jié)構(gòu)劃分成有限個(gè)小型單元體，并將單元、邊界等元素利用節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接，此過程為結(jié)構(gòu)離散化[1]。小塊結(jié)果與單位劃分的形狀和大小有著一定影響，換句話說，越小的單元，其形狀也就越復(fù)雜，而單元結(jié)果與實(shí)際變形情況也會(huì)越接近，但相對(duì)應(yīng)的也會(huì)增加整個(gè)單元體結(jié)構(gòu)的運(yùn)算量。

第二， 等效節(jié)點(diǎn)應(yīng)力，當(dāng)物體的結(jié)構(gòu)離散化后，節(jié)點(diǎn)與各單元的聯(lián)系是十分密切的，所以計(jì)算機(jī)械手堆垛機(jī)靜態(tài)特性的力也是節(jié)點(diǎn)上的力。因?qū)嶋H中物體是連續(xù)的，物體的任何位置都可以產(chǎn)生力作用，所以力在物體上的傳遞也呈現(xiàn)連續(xù)性，通過將作用于物體上的力等效平移在節(jié)點(diǎn)上，其為等效節(jié)點(diǎn)應(yīng)力。每個(gè)單位位移后，有限元法把離散化后單元小塊進(jìn)行節(jié)點(diǎn)連接來還原成原有的物體結(jié)構(gòu)，經(jīng)過一系列計(jì)算，來解出整體的節(jié)點(diǎn)位移量。

1.2模型簡(jiǎn)化

采取有限元法時(shí)，因運(yùn)算量較大，相對(duì)應(yīng)需要保存的數(shù)據(jù)也很多，為了提升分析結(jié)果的精準(zhǔn)性，對(duì)所分析的對(duì)象進(jìn)行綜合的考慮，對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，以此來提高建模效率和運(yùn)算速度[1]。機(jī)械手堆垛機(jī)靜態(tài)特性分析主要從大臂、小臂以及基座等幾個(gè)關(guān)鍵的構(gòu)件著手，模型具體簡(jiǎn)化內(nèi)容如下：一是，因零件的圓角、倒角以及溝槽等連接點(diǎn)對(duì)機(jī)械手堆垛機(jī)強(qiáng)度影響較小，可以進(jìn)行忽略，由于分析軟件的特性，對(duì)機(jī)械手堆垛機(jī)裝有軸承的軸去掉，簡(jiǎn)化為階梯軸，在一定程度上可以避免后續(xù)機(jī)械手堆垛機(jī)靜態(tài)特性分析結(jié)果出現(xiàn)偏差;二是，鋁合金型材料是機(jī)械手吸盤架中許多小零件的主要制成材料，無法利用有限元法采取網(wǎng)格劃分，通過考慮機(jī)械手堆垛機(jī)強(qiáng)度問題，將這一部分有矩形管替代。簡(jiǎn)化后的機(jī)械手堆垛機(jī)模型參考圖1。

1.3靜態(tài)結(jié)果分析

通過對(duì)簡(jiǎn)化后的模型進(jìn)行導(dǎo)入，并對(duì)以導(dǎo)入的模型采取以一系列的計(jì)算工序來對(duì)機(jī)械手堆垛機(jī)在整體結(jié)構(gòu)上的受力情況進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上尋找出該設(shè)備的薄弱點(diǎn)。在此過程中，對(duì)機(jī)械手堆垛機(jī)工作時(shí)變形最大、力矩最大以及最危險(xiǎn)的位置進(jìn)行重點(diǎn)分析，可以發(fā)現(xiàn)該設(shè)備在搬運(yùn)玻璃時(shí)，機(jī)械手堆垛機(jī)的大臂、小臂仍停留在原有的水平位置，并沒有發(fā)生變化，但整體重心卻向前移動(dòng)，所產(chǎn)生的力矩也最大，與此同時(shí)，機(jī)械手堆垛機(jī)所抓起的玻璃距離設(shè)備底座越遠(yuǎn)，其力矩的產(chǎn)生也就越大，也就表明此時(shí)機(jī)械手堆垛機(jī)受力所產(chǎn)生的力矩與變形都呈現(xiàn)最大化，該狀態(tài)為機(jī)械手堆垛機(jī)的極限工作狀態(tài)，工作時(shí)具有一定的危險(xiǎn)性。因此，玻璃生產(chǎn)線上機(jī)械手堆垛機(jī)的設(shè)計(jì)，以及各關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)部件制成材料的選擇應(yīng)符合玻璃生產(chǎn)所需的強(qiáng)度，調(diào)整機(jī)械手底座所承受的最大變形量，以此來緩沖物體作用力。

2. 機(jī)械手堆垛機(jī)動(dòng)態(tài)特性

2.1動(dòng)態(tài)分析基本內(nèi)容

振動(dòng)是機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中無可避免的問題，振動(dòng)幅度與振動(dòng)頻率過高對(duì)機(jī)械設(shè)備正常的運(yùn)行有著一定影響，減少機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)，在一定程度能夠確保各類型生產(chǎn)工作順利且安全的進(jìn)行[2]。借助模態(tài)分析來對(duì)機(jī)械手堆垛機(jī)的工作頻率與原有的運(yùn)行頻率進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性比對(duì)，在實(shí)際操作的過程中，要求機(jī)械手堆垛機(jī)抓取玻璃板后，抓取玻璃板的速度應(yīng)維持平穩(wěn)狀態(tài)，無明顯沖擊;分析結(jié)果表明，機(jī)械手堆垛機(jī)在抓取玻璃板后，由于在工業(yè)機(jī)器人的帶動(dòng)下，機(jī)械手吸盤出現(xiàn)了加速變化，雖然所增加的幅度不大，但頻率較高，尤其是以吸盤架擺動(dòng)為主的機(jī)械手堆垛機(jī)。

2.2動(dòng)態(tài)結(jié)果分析

玻璃生產(chǎn)線上的機(jī)械手堆垛機(jī)由兩個(gè)結(jié)構(gòu)主體構(gòu)成，分別是工業(yè)機(jī)器人和機(jī)械手吸盤，前者負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)，后者負(fù)責(zé)抓取，經(jīng)過一系列的計(jì)算和分析，機(jī)械手堆垛機(jī)動(dòng)態(tài)主要包括該機(jī)械設(shè)備的工作空間，空間的規(guī)劃與配置對(duì)實(shí)際運(yùn)用中的機(jī)械手堆垛機(jī)有一定影響，在安裝機(jī)械手堆垛機(jī)底座時(shí)，需要充分考慮該設(shè)備所能達(dá)到的工作空間，合理規(guī)劃玻璃生產(chǎn)線上的布置，對(duì)于后期機(jī)械手堆垛機(jī)的控制以及工作路徑規(guī)劃有著關(guān)鍵性的作用。

3. 針對(duì)玻璃生產(chǎn)線上的機(jī)械手堆垛機(jī)優(yōu)化對(duì)策

3.1關(guān)鍵零部件優(yōu)化

通過分析可知，現(xiàn)階段所采用的機(jī)械手堆垛機(jī)仍存在許多不足，設(shè)備底座受力不強(qiáng)，在工作時(shí)，一旦所搬運(yùn)的物體重量超過設(shè)備承載，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)零部件發(fā)生損壞，進(jìn)而影響使用。因此，對(duì)該設(shè)備的關(guān)鍵零部件進(jìn)行優(yōu)化，比如小臂，機(jī)械手堆垛機(jī)所有的受力都在小臂上，既要承擔(dān)承重作用，也要對(duì)其負(fù)載，機(jī)械手堆垛機(jī)小臂的優(yōu)化要從強(qiáng)度、承重以及負(fù)載等方面入手，對(duì)原有小臂的壁厚加大，減少變形，提升承重能力。

3.2玻璃生產(chǎn)線上機(jī)械手堆垛機(jī)的具體使用類型

通過對(duì)上述分析，鋁合金材料所制成的結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的強(qiáng)度，完全符合玻璃生產(chǎn)需求，其安全性也相對(duì)較高，所以可對(duì)這一型號(hào)材料制成的機(jī)械手堆垛機(jī)進(jìn)行考慮，但機(jī)械手堆垛機(jī)工作時(shí)間不易過高，而現(xiàn)下玻璃生產(chǎn)速度越來越快，縮減堆板周期是關(guān)鍵，周期縮減相對(duì)應(yīng)的機(jī)械手堆垛機(jī)振動(dòng)頻率與幅度也就越高，因此，玻璃實(shí)際生產(chǎn)的過程中，可考慮多臺(tái)機(jī)械手堆垛機(jī)協(xié)調(diào)工作，減少每臺(tái)設(shè)備工作頻率，既能提升工作效率，也能保障玻璃生產(chǎn)安全。

隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展和進(jìn)步，相信各類機(jī)械手堆垛機(jī)制造工藝與玻璃生產(chǎn)技術(shù)也會(huì)越來越成熟，不斷完善機(jī)械手堆垛機(jī)功能，并提高玻璃生產(chǎn)技術(shù)水平，強(qiáng)化機(jī)械手堆垛機(jī)在玻璃生產(chǎn)中的應(yīng)用效果，提升玻璃堆垛效率和最終玻璃成品質(zhì)量，能夠有效降低玻璃生產(chǎn)成本投入的同時(shí)，也能為操作人員提供安全保障，從而確保我國(guó)玻璃制造業(yè)未來可持續(xù)的發(fā)展。

結(jié)束語：綜上所述，通過對(duì)上述機(jī)械手堆垛機(jī)靜動(dòng)態(tài)特性的全面分析，利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)來進(jìn)一步完善與升級(jí)機(jī)械手堆垛機(jī)各項(xiàng)功能，能夠有效促進(jìn)我國(guó)玻璃生產(chǎn)現(xiàn)代化、機(jī)械化方向發(fā)展的同時(shí)，也能為推動(dòng)我國(guó)玻璃產(chǎn)業(yè)可持續(xù)的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介：劉勇（1981— ），男，漢族，安徽宿州人，本科，工程師

研究方向：浮法玻璃自動(dòng)化堆垛設(shè)備

（中建材（蚌埠）光電材料有限公司? ? 安徽? 蚌埠? ?234300）