曹小彬，吳一飛

（馬鋼設(shè)備管理部，安徽馬鞍山 243000）

前言

1 項目背景

由于人工上紙?zhí)淄策^程會占用出口段連續(xù)運行時的穿帶時間，稍有差錯便會造成出口活套沖頂停車（在120 m/min 的工藝速度下，出口從降速——剪切——分卷——卸卷——上紙?zhí)淄病崴伲麄€過程只有90 s左右）。

人工上紙?zhí)淄沧鳂I(yè)步驟如下：

剪切后卷取機進行收卷，芯軸外置支撐打開，卸卷小車將成品鋼卷運送至稱重鞍座。然后由2～3名操作工將紙?zhí)淄部沟郊缟?，運送到芯軸旁，舉起紙?zhí)淄苍偬兹胄据S，其中1 人用自制的定尺測量紙?zhí)淄苍谛据S上的對中位置并進行調(diào)整，確認無誤后由另一名操作工啟動穿帶操作：卷取機外置支撐下，芯軸膨脹，伸縮導(dǎo)板抬起，皮帶助卷器進入進行穿帶。

由于人工作業(yè)必須中斷自動化控制流程，作業(yè)區(qū)域又在皮帶助卷器和芯軸等關(guān)鍵設(shè)備之間，屬于高危作業(yè)區(qū)域。使用工業(yè)機器人來代替人工搬運和安裝定位，不僅可以提高作業(yè)效率，清除生產(chǎn)線自動化生產(chǎn)的短板，更重要的是大大降低了對操作人員人身傷害的可能性。

總結(jié)起來，增加自動上套筒機器人的原因有以下幾個方面：

(1)人員效率低

大荔縣土地總面積1776.4km2，分為北部黃土臺塬區(qū)、中部洛灌區(qū)、東部黃河灘區(qū)和南部沙苑區(qū)，除沙苑區(qū)外，其他各區(qū)均適宜核桃生長，我們充分利用此類土地大力發(fā)展核桃產(chǎn)業(yè)，促進農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，帶動群眾增收致富。

普通壁厚15～25 mm 的紙?zhí)淄残枰? 人在穿帶前將其抬裝到卷取機芯軸上并且使用人工測量定位，壁厚超過30 mm 的紙?zhí)淄灿捎谔兀執(zhí)淄仓亓繌?5 kg 到45 kg 不等）甚至需要3～4 人才能抬起裝到芯軸上。

(2)操作不安全

上紙?zhí)淄捕ㄎ缓筮M行穿帶動作：外置支撐下——芯軸膨脹——皮帶助卷器進——芯軸旋轉(zhuǎn)開始穿帶。如果設(shè)備出現(xiàn)問題造成異常動作的情況下，上套筒的人還沒有離開芯軸區(qū)域，則存在非常大的安全隱患。

(3)影響生產(chǎn)效率

人工操作上套筒需要考慮安全和時間問題，生產(chǎn)120 m/min 速度的產(chǎn)品工藝段需要降速到100 m/min 速度生產(chǎn)，否則出口段來不及處理會造成機組停機。降速生產(chǎn)必然造成生產(chǎn)效率的降低，自動化裝置可以準確計算時間且差錯率很低。

2 解決方案

2.1 總體方案

工業(yè)機器人的自由度決定了它的整體靈活性和活動范圍，每一個自由度具有一個單獨方向的運動作業(yè)能力，即每個關(guān)節(jié)作為一個單獨的伺服機構(gòu)，稱為一個運動自由度。從紙?zhí)淄残枰\輸?shù)目臻g路線制定方案，擬采用六自由度工業(yè)機器人，其軟硬件構(gòu)成和控制精度見表1。

表1 機器人軟硬件構(gòu)成

六自由度機器人有如下特點：

（1）可編程：可隨工作環(huán)境變化的需要而再編程，是柔性制造系統(tǒng)中的一個重要組成部分。

（2）擬人化：在機械結(jié)構(gòu)上有類似人的行走、旋轉(zhuǎn)、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有電腦。六自由度機器人對紙?zhí)淄驳淖ト?、提升、旋轉(zhuǎn)、喂入等一系列動作組合滿足要求。

（3）通用性：在執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)時具有較好的通用性。比如，更換工業(yè)機器人手部末端操作器（手爪、工具等）便可執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)。

2.2 仿真模擬

根據(jù)現(xiàn)場位置和測量數(shù)據(jù)制作仿真系統(tǒng),見圖1所示。標(biāo)識機器人為六自由度電驅(qū)，機器人本體等硬件系統(tǒng)安裝在皮帶助卷器與稱重鞍座之間的位置。

圖1 仿真模擬

2.3 工作模式

控制模式分為人工手動模式和自動模式，之間轉(zhuǎn)換由人工觸發(fā)。

手動模式（優(yōu)先）：分示教器調(diào)試使用模式和人工手動模式；

自動模式：依據(jù)生產(chǎn)線條件因素觸發(fā)，機器人自動完成上紙?zhí)淄踩^程的工藝模式。

2.4 運行條件

機器人準備位動作條件：轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇“機器人上紙?zhí)淄病狈绞?，皮帶助卷器回位信號、外置撐打開信號、皮帶助卷器壓輥回位信號、芯軸收縮信號全部滿足，同時接受到分卷剪切信號。

機器人等待位動作條件：卸卷小車行走編碼器測量小車到達稱重鞍座，為避免編碼器故障時機器人動作發(fā)生意外損傷設(shè)備，又在鞍座旁邊增加鋼卷小車接近開關(guān)作為雙重保險。

完成信號：當(dāng)機器人回到等待位時向生產(chǎn)線發(fā)出完成信號，然后外置支撐下，芯軸膨脹，皮帶助卷器進入進行穿帶運行。

2.5 運行工況

常用紙?zhí)淄惨?guī)格見表2。

表2 紙?zhí)淄惨?guī)格重量分布

放置對象（芯軸）：直徑470 mm（最小支持450 mm），放置后與板帶中心線偏差最大不超過15 mm。

生產(chǎn)線冷態(tài)聯(lián)動試車，機器人自動投入并從20%到100%進行調(diào)速試驗，對系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化。試驗顯示在全速情況下機器人從等待位開始動作到上完紙?zhí)淄埠笸庵弥伍_始動作穿帶，時間僅為10 s。

2.6 控制流程圖

控制流程圖見圖2。

圖2 控制流程圖

3 安全措施

（1）安全聯(lián)鎖：轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇方式（機器人上套方式和人工上套方式），操作根據(jù)實際情況進行選擇。

（2）安裝2 m 高防護網(wǎng)及安全欄桿，制作警示語。

（3）制定安全操作規(guī)程和相關(guān)作業(yè)文件，全員培訓(xùn)。

4 結(jié)語

連續(xù)生產(chǎn)上紙?zhí)淄伯a(chǎn)品，對機器人動作進行驗證運行正常，該項目于2017 年6 月建成投用，已運行近4 年，機器人共完成自動上紙?zhí)淄布s3.2 萬次，成功生產(chǎn)上紙?zhí)淄伯a(chǎn)品約16萬t。

馬鋼彩涂線自動上套筒機器人投資改造項目經(jīng)連續(xù)生產(chǎn)驗證能滿足現(xiàn)場生產(chǎn)的需要，消除了人員在該區(qū)域人工上紙?zhí)淄驳臉O不安全因素，其理論計算最高線速度可以比原來提高15%左右，同時節(jié)約了2～3 人的人力成本，達到了方案設(shè)計的預(yù)期目標(biāo)。該項目從安全生產(chǎn)和減員增效方面都具有一定價值。