劉 智 胡國(guó)緯 楊 偉 劉修泉 張濤川 陳 思

（佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院智能制造學(xué)院，廣東 佛山 528137）

0 引言

在陶瓷衛(wèi)浴用品行業(yè)，馬桶泥坯因其特殊的制作工藝，目前仍是一種勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)。近年來(lái)，隨著人力資源成本的日益上漲和行業(yè)內(nèi)熟練技工數(shù)量的日益減少，陶瓷衛(wèi)浴產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)招工難的問(wèn)題也日趨嚴(yán)峻。將馬桶泥坯的部分工藝流程進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)改造便成為行業(yè)亟須解決的問(wèn)題。在這一背景下，以生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)效率高、模具壽命長(zhǎng)為特點(diǎn)的泥坯高壓注漿[1，2]生產(chǎn)工藝便應(yīng)運(yùn)而生。然而這一工藝因其快排水的功能，不可避免地會(huì)存在部分水流入馬桶泥坯，殘留在泥坯坑口而無(wú)法自行排走?？涌诘臍埩羲畷?huì)造成泥坯軟化而影響后續(xù)工藝，進(jìn)而帶來(lái)產(chǎn)品質(zhì)量和良品率的問(wèn)題。

對(duì)于坑口內(nèi)殘留水的排水問(wèn)題，目前產(chǎn)線工人的常用做法是通過(guò)海綿塊的多次吸水、擠壓排水來(lái)解決這一問(wèn)題。在本就繁重的生產(chǎn)線上，這個(gè)附加動(dòng)作勢(shì)必增加工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，且殘留水是否排盡存在較大的隨機(jī)性。本文針對(duì)這一問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一套自動(dòng)化排水裝置，并根據(jù)高壓注漿生產(chǎn)線的工藝流程編制了排水裝置的PLC控制程序[3]，用于排除馬桶泥坯坑口內(nèi)的殘留水。

1 自動(dòng)抽水裝置結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目的馬桶泥坯高壓注漿生產(chǎn)車間有八條馬桶泥坯生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線有十二個(gè)工位。該高壓注漿生產(chǎn)線從注漿到完成脫模用時(shí)25～28 min，脫模后泥坯需要完成轉(zhuǎn)運(yùn)、開(kāi)孔、喉面粘接、翻轉(zhuǎn)等動(dòng)作。對(duì)工藝動(dòng)作及流程進(jìn)行分析后，需要在脫模后30 s內(nèi)完成坑口殘留水的排水工作。

高壓注漿生產(chǎn)線在完成對(duì)模具型腔注漿后采用了水環(huán)真空泵對(duì)模具進(jìn)行真空抽水工作，在開(kāi)模后再用高壓空氣吹入模具內(nèi)部使模具快速排水。對(duì)模具進(jìn)行抽水期間以外，水環(huán)真空泵均處于閑置狀態(tài)，因此坑口殘留水的抽排水方案可以在現(xiàn)有水環(huán)真空泵真空系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，將水環(huán)真空泵在閑置狀態(tài)下的部分時(shí)間用于抽排泥坯坑口內(nèi)的殘留水。

由于需要在30 s內(nèi)完成泥坯坑口內(nèi)殘留水的抽排工作，因此用于抽水的機(jī)械裝置各個(gè)執(zhí)行件的動(dòng)作需要快速而簡(jiǎn)單。而現(xiàn)場(chǎng)高溫高濕的環(huán)境對(duì)抽水裝置的可靠性提出了較高的要求，因此該抽水裝置應(yīng)盡量避免采用復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)。結(jié)合以上的工藝要求和現(xiàn)場(chǎng)工況，設(shè)計(jì)了一套如圖1所示的氣壓傳動(dòng)真空抽水裝置。

圖1 真空抽水自動(dòng)裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

該真空抽水裝置采用升降氣缸將吸水重錐放入坑口，為了防止兩個(gè)吸水重錐在執(zhí)行升降運(yùn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)，在升降氣缸一側(cè)添加了導(dǎo)向裝置。在調(diào)整好該抽水裝置的位置后保證吸水重錐能落入坑口的底部。為了防止重錐破壞泥坯坑口底部的表面形貌，連接吸水重錐的吸水管采用硅膠軟管。

2 自動(dòng)抽水裝置的氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在高壓注漿車間的各條生產(chǎn)線上均安裝了高壓空氣供氣系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)以及供水系統(tǒng)等。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的系統(tǒng)配置，該自動(dòng)抽水裝置各動(dòng)作的執(zhí)行通過(guò)氣動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。兩個(gè)吸水重錐的升降通過(guò)如圖2所示的升降氣缸實(shí)現(xiàn)。抽真空系統(tǒng)利用產(chǎn)線一側(cè)的水環(huán)真空泵實(shí)現(xiàn)，真空系統(tǒng)的開(kāi)啟和關(guān)閉通過(guò)氣動(dòng)截止閥實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)抽水裝置的氣動(dòng)系統(tǒng)原理如圖2所示。

圖2 電氣原理設(shè)計(jì)圖

3 自動(dòng)抽水裝置邏輯控制流程

如圖3所示，模具在開(kāi)模以后在泥坯脫模的過(guò)程中從模具內(nèi)部排除的部分水分掉落泥坯內(nèi)匯集在坑口部位，體積約200 mL，這部分殘留水會(huì)軟化坑口部位的泥坯，對(duì)后續(xù)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量帶來(lái)影響。

圖3 泥坯坑口殘留水

本文所設(shè)計(jì)的自動(dòng)抽水裝置是在現(xiàn)有高壓注漿生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一個(gè)技術(shù)改進(jìn)項(xiàng)目。因此，動(dòng)作的執(zhí)行需要在現(xiàn)有工藝流程的基礎(chǔ)上進(jìn)行。高壓注漿生產(chǎn)線目前的工藝流程如圖4所示。

圖4 泥坯生產(chǎn)工藝流程

馬桶泥坯坑口殘留水主要來(lái)自泥坯脫模后模具排出的水自然流入馬桶內(nèi)部，而聚集在坑口。從上述工藝流程來(lái)看，要完成泥坯坑口內(nèi)殘留水的排出，需要在“模具排水”動(dòng)作和“泥坯轉(zhuǎn)運(yùn)”動(dòng)作之間完成。而目前高壓注漿生產(chǎn)線這兩個(gè)動(dòng)作之間的時(shí)間間隔為30 s，因此自動(dòng)抽水裝置包含抽水在內(nèi)的各個(gè)動(dòng)作所有時(shí)間需要在30秒內(nèi)完成。為了簡(jiǎn)化動(dòng)作流程，本項(xiàng)目的程序設(shè)計(jì)思路如圖5所示。

圖5 自動(dòng)抽水裝置控制流程

根據(jù)圖2所示氣動(dòng)系統(tǒng)原理圖，確定輸入、輸出元件及控制對(duì)象。系統(tǒng)所需的用戶輸入設(shè)備有按鈕開(kāi)關(guān)、光電傳感器；輸出設(shè)備有電磁閥、氣動(dòng)截止閥、指示燈等。根據(jù)以上元器件類型及數(shù)量，本項(xiàng)目采用12個(gè)I/O分配點(diǎn)的小型PLC對(duì)自動(dòng)抽水裝置進(jìn)行控制，根據(jù)動(dòng)作原理和工藝要求進(jìn)行程序編寫(xiě)。程序的基本邏輯如下：通過(guò)馬桶泥坯傳送帶一側(cè)的光電傳感器感應(yīng)馬桶泥坯位置，控制升降氣缸的下降動(dòng)作。升降氣缸上的下限位傳感器控制氣動(dòng)截止閥的打開(kāi)動(dòng)作以及水環(huán)真空泵的開(kāi)啟動(dòng)作。通過(guò)時(shí)間繼電器控制水環(huán)真空泵的抽真空時(shí)間以及升降氣缸的上升動(dòng)作和氣動(dòng)截止閥的關(guān)閉動(dòng)作。在程序編制完成后進(jìn)行泥坯坑口殘留水的抽排水工作。經(jīng)實(shí)測(cè)，抽排完坑口部位殘留水所需時(shí)間約9 s。測(cè)試結(jié)果如圖6所示。

圖6 抽排水完成的坑口部位

4 結(jié)語(yǔ)

本文從提高自動(dòng)化程度和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度的角度出發(fā)，對(duì)佛山某陶瓷衛(wèi)浴產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)的高壓注漿生產(chǎn)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)工作，用于完成生產(chǎn)線上馬桶泥坯脫模后坑口殘留水的抽排水工作。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)配置和工藝流程設(shè)計(jì)了一套自動(dòng)抽水裝置，并用小型PLC完成了自動(dòng)抽水裝置的程序編寫(xiě)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該裝置能在泥坯脫模后很短的時(shí)間內(nèi)完成坑口殘留水的抽排水工作，且該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作可靠，該裝置的使用在提高企業(yè)生產(chǎn)效率的同時(shí)為泥坯良品率的提高提供了有力的保障。