朱景紅，蔣新啟，申兆亮

(山東省農(nóng)業(yè)機(jī)械科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250100)

0 引言

渣漿泵是一種適用于輸送含有固體顆粒漿液的泵，具有耐磨蝕性和耐腐蝕性[1]，它被廣泛應(yīng)用于礦山、電力、冶金、煤炭以及環(huán)保等行業(yè)，如冶金選礦廠礦漿輸送、電廠灰渣輸送、煤漿輸送及重介質(zhì)輸送等[2]；在化工產(chǎn)業(yè)，也可輸送一些含有結(jié)晶的腐蝕性漿體。

隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，渣漿泵生產(chǎn)企業(yè)不斷加大泵的生產(chǎn)投入，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，泵體的型號逐漸增多，泵體重量也不斷增大，以期滿足渣漿泵的市場需求。但是目前渣漿泵生產(chǎn)企業(yè)配套的自動化裝配設(shè)備并不健全，大大制約了渣漿泵的生產(chǎn)效率。

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前企業(yè)針對渣漿泵的裝配并沒有專門的裝配設(shè)備，依舊是在車間采用行車吊裝[3]、輔助人工翻轉(zhuǎn)等最原始的裝配方法，工作效率低下。而且泵殼型號較多，其中最大泵體重量達(dá)1.7 t，最大直徑接近1.5 m，采用人工吊裝翻轉(zhuǎn)安全性得不到保障，存在砸傷、壓傷等安全隱患。所以應(yīng)某企業(yè)要求，設(shè)計(jì)了一款重型渣漿泵裝配設(shè)備。

1 渣漿泵泵體裝配設(shè)備結(jié)構(gòu)組成及工作原理

渣漿泵泵體裝配設(shè)備主要由兩部分組成，一部分是單立柱裝配平臺，另一部分是軌道小車，兩者配合完成整個(gè)泵體的裝配過程。泵體裝配設(shè)備整體三維效果圖見圖1。

1-裝配平臺;2-渣漿泵;3-軌道小車 1-升降立柱;2-升降裝置;3-回轉(zhuǎn)驅(qū)動器;4-支撐臂;5-風(fēng)炮支架;6-伸縮臂;7-夾持裝置;8-連接法蘭;9-連接孔板 1-小車定位裝置；2-小車貼板；3-小車架；4-主動輪；5-驅(qū)動輪軸；6-軌道；7-驅(qū)動電機(jī)；8-從動輪

1.1 單立柱裝配平臺結(jié)構(gòu)

單立柱裝配平臺整體結(jié)構(gòu)主要由升降立柱1、立柱內(nèi)部升降裝置2、回轉(zhuǎn)驅(qū)動器3、支撐臂4、風(fēng)炮支架5、伸縮臂6、夾持裝置7、連接法蘭8以及連接孔板9等主要部件組成，如圖2所示。

單立柱裝配平臺懸臂部分具有上下、左右、旋轉(zhuǎn)以及泵殼自身水平面內(nèi)360°旋轉(zhuǎn)等功能。其中升降立柱右邊整體懸臂部分可通過升降立柱內(nèi)部升降裝置實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動；支撐臂以及伸縮臂及其連接的夾持裝置和泵殼可通過回轉(zhuǎn)驅(qū)動器帶動實(shí)現(xiàn)空間旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，為了防止電線纏繞，對旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行了限位，旋轉(zhuǎn)角度設(shè)為0°～180°，實(shí)現(xiàn)泵殼正反翻轉(zhuǎn)即可；伸縮臂可通過內(nèi)部絲杠裝置沿支撐臂做左右運(yùn)動；泵殼夾持裝置可通過電機(jī)驅(qū)動回轉(zhuǎn)支撐實(shí)現(xiàn)水平面內(nèi)360°旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，滿足泵殼裝配所需的各動作要求。

1.2 軌道小車結(jié)構(gòu)

軌道小車主要由小車定位裝置1、小車貼板2、小車架3、主動輪4、驅(qū)動輪軸5、小車軌道6、驅(qū)動電機(jī)7及從動輪8等主要部件構(gòu)成，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

軌道小車可通過電機(jī)驅(qū)動小車主動輪軸，實(shí)現(xiàn)小車前進(jìn)、后退功能，并且通過小車定位裝置可實(shí)現(xiàn)后泵殼初定位功能，小車定位裝置動力實(shí)現(xiàn)通過氣缸來完成，定位裝置加速了裝配平臺夾持裝置和后泵殼的快速連接。

2 設(shè)備關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 升降裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

升降裝置結(jié)構(gòu)如圖4所示，升降立柱內(nèi)的升降裝置通過電機(jī)2提供動力，電機(jī)正反轉(zhuǎn)，帶動絲杠3正反轉(zhuǎn)，銅螺母及銅螺母支架5沿著絲杠做上下運(yùn)動，滑動架8和銅螺母支架5通過U型卸扣6連接到一起，滑動架8做同樣的上下運(yùn)動，即沿著方鋼導(dǎo)軌4上下移動，進(jìn)而帶動裝配平臺右邊懸臂部分上下運(yùn)動，以滿足泵殼裝配要求。升降裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)如下：

1-減速機(jī)；2-電機(jī)；3-絲杠；4-方鋼軌道；5-銅螺母支架；6-U型卸扣；7-軸承座套；8-滑動架 1-回轉(zhuǎn)驅(qū)動總成；2-連接法蘭；3-連接孔板 1-推拉桿；2-拉緊接頭；3-銷軸；4-連接桿；5-鎖緊滑塊；6-定位塊；7-六角定位盤；8-夾具底座；9-氣缸

(1)最終確定雙絲杠的結(jié)構(gòu)形式，一臺電機(jī)提供動力源，兩絲杠的減速機(jī)通過聯(lián)軸器連接到一起實(shí)現(xiàn)同步聯(lián)動，保證兩絲杠運(yùn)動同步，這樣可保證提升架在上下運(yùn)動過程中不至于發(fā)生偏斜，保障上下運(yùn)動平穩(wěn)。

(2)滑動架與銅螺母支架通過兩個(gè)U型卸扣連接到一起，這相當(dāng)于一種柔性連接形式，兩者運(yùn)動自由度沒有完全約束到一起，只是上下運(yùn)動實(shí)現(xiàn)同步。如果直接將絲杠銅螺母固定在滑動架上，當(dāng)裝配平臺裝上渣漿泵后，整個(gè)裝配平臺右邊懸臂部分重量大于2 t，勢必會導(dǎo)致滑動架產(chǎn)生形變，由于二者運(yùn)動自由度完全一致，銅螺母及支架不可避免地會產(chǎn)生變形，銅螺母變形很容易將絲杠磨損報(bào)廢而無法使用，設(shè)計(jì)的這種柔性連接結(jié)構(gòu)使用效果較好。

2.2 回轉(zhuǎn)連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)渣漿泵裝配要求，單立柱裝配平臺右邊懸臂部分需做空間旋轉(zhuǎn)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)泵殼的翻轉(zhuǎn)，即中間回轉(zhuǎn)連接結(jié)構(gòu)左邊是滑動架上下運(yùn)動，右邊是懸臂部分的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。我們采用如圖5所示的回轉(zhuǎn)連接結(jié)構(gòu)，中間驅(qū)動部分選用WEA17回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，該裝置能承受較大的徑向、軸向載荷以及較大的傾覆力矩，運(yùn)行平穩(wěn)，經(jīng)計(jì)算選型符合所需設(shè)計(jì)要求。回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置采用連接孔板3通過螺栓與升降裝置的滑動架連接到一起，可隨滑動架一起上下運(yùn)動。回轉(zhuǎn)驅(qū)動器與支撐臂連接采用連接法蘭，連接法蘭與回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置通過螺栓連接到一起實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動，連接法蘭右邊與支撐臂連到一起，進(jìn)而帶動支撐臂及其右邊部分一起回轉(zhuǎn)。

2.3 泵殼夾持裝置設(shè)計(jì)

泵殼夾持裝置是非常重要的部件，夾持裝置可隨裝配平臺懸臂部分上下運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)與泵殼的連接與分離，進(jìn)而完成泵殼裝配系列動作。夾持裝置結(jié)構(gòu)如圖6所示，夾具底座8和伸縮臂上的回轉(zhuǎn)支撐通過螺栓連接到一起，回轉(zhuǎn)支撐旋轉(zhuǎn)帶動夾持裝置及泵殼旋轉(zhuǎn)，完成泵殼螺栓及頂絲的安裝。

夾持裝置與泵殼連接動作如下：夾持裝置隨裝配設(shè)備單臂下降至泵殼定位工裝板表面并停止，氣缸9動作帶動推拉桿1收回，拉緊接頭2同步運(yùn)動，連桿4則會沿著銷軸3旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動鎖緊滑塊5在定位塊6及六角定位盤7形成的滑道內(nèi)伸出，將泵殼夾緊，氣缸9鎖死，則實(shí)現(xiàn)了夾持裝置和泵殼的連接。同理，夾持裝置和泵體的分離，控制氣缸9反向伸縮即可完成。

2.4 軌道小車定位裝置設(shè)計(jì)

軌道小車定位裝置的主要作用是實(shí)現(xiàn)渣漿泵后泵殼的初步定位，便于裝配平臺夾持裝置和后泵殼的快速連接，具體結(jié)構(gòu)如圖7所示。

1-定位樁滑道；2-定位樁；3-拉桿；4-定位托盤；5-頂升氣缸；6-定位軸；7-拉伸氣缸

定位裝置自動定位過程如下：渣漿泵后泵殼及其定位工裝板連接好后放到軌道小車上，啟動小車定位裝置的頂升氣缸5，推動定位托盤4上升，定位托盤4帶動三根定位軸6同步運(yùn)動，到達(dá)限定位置后頂升氣缸5停止動作；然后拉伸氣缸7控制定位樁2沿滑道向外拉伸，直至定位軸6和泵殼定位工裝板(見圖8)的三個(gè)角相切，并使拉伸氣缸一直保持拉伸狀態(tài)，泵殼中心定位完成。

圖8 泵殼定位工裝板

待小車攜帶泵殼運(yùn)行至支撐臂夾持裝置下方中心位置自動停止，定位裝置需回位。首先控制三個(gè)拉伸氣缸7撤回，待定位軸6進(jìn)入到定位裝置的定位托盤4處，拉伸氣缸7停止運(yùn)動；同時(shí)定位裝置頂升氣缸斷電，定位托盤4及定位軸6在重力作用下和頂升氣缸5慢慢撤回至初始位置。撤回的目的是為夾持裝置和后泵殼的連接騰出空間。

3 自動化控制及裝配流程

裝配設(shè)備采用PLC為核心控制模塊，同時(shí)整機(jī)配置了多種傳感器，將各部件的運(yùn)動狀態(tài)反饋給PLC，然后配合上位機(jī)一起完成各控制動作；整機(jī)配有控制柜(有控制按鈕)、觸摸顯示屏以及無線遙控器，均可對設(shè)備進(jìn)行控制，操作人員可根據(jù)現(xiàn)場需要及操作便捷性自行選擇使用。

泵體自動化裝配過程主要分為后泵殼裝夾過程和泵體脫離裝配平臺兩大工序。后泵殼裝夾流程見圖9，后泵殼與裝配平臺連接好之后，通過平臺系列動作到達(dá)指定工位，效果圖見圖10，然后等待泵體陶瓷蝸殼及前泵殼的組裝過程。

圖9 后泵殼裝夾流程

圖10 后泵殼到達(dá)指定工位效果圖

待組裝好之后，需要將裝配好的泵體與裝配平臺脫離，最終將泵體置于軌道小車上，運(yùn)送至小車初始位，泵體裝配過程到此結(jié)束。泵體脫離裝配平臺流程見圖11，泵體裝配完畢效果如圖12所示。

圖11 泵體脫離裝配平臺流程

圖12 泵體裝配完畢效果圖

4 結(jié)論及展望

(1)該設(shè)備是目前國內(nèi)首臺套渣漿泵自動化裝配設(shè)備，設(shè)計(jì)過程中經(jīng)過多次現(xiàn)場試驗(yàn)最終確定方案。渣漿泵裝配設(shè)備采用單立柱形式，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙合理，經(jīng)驗(yàn)證設(shè)備整體運(yùn)行平穩(wěn)可靠，已應(yīng)用到企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中；同時(shí)單立柱形式減小了占地面積，滿足企業(yè)生產(chǎn)場地限制的要求。

(2)通過PLC實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的自動化控制，裝泵殼及卸泵殼裝配過程實(shí)現(xiàn)了一鍵自動控制，大大提高了裝配效率，代替了粗放的人工吊裝裝配，人員安全性得到保障。

(3)目前該設(shè)備泵殼夾持裝置適用于企業(yè)產(chǎn)量較大的六種泵型，后續(xù)針對小泵型及更大泵型可進(jìn)一步設(shè)計(jì)通用型的泵殼夾持裝置，以滿足企業(yè)需求。