孫 巖 杜偉建 邊久貴

(惠達衛(wèi)浴股份有限公司 河北 唐山 063000)

傳統(tǒng)的衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)模式在生產(chǎn)過程中涉及到多次人工搬運產(chǎn)品,目前較為先進的企業(yè)采用自動化流水線的生產(chǎn)模式,通過流水線自動運輸來減少搬運次數(shù),但部分工序無法用輸送線完成對接,比如在燒成工序中,未經(jīng)燒制的坯體自流水線到窯車的過程,以及燒制完成的產(chǎn)品自窯車到流水線的過程輸送線工序。

未經(jīng)燒制的衛(wèi)生陶瓷白坯強度低(以下簡稱“白坯”),搬運過程中容易造成產(chǎn)品破損,尤其全包連體坐便器和智能坐便器產(chǎn)品,自身體積大、質(zhì)量重對搬運人員的體能消耗大,且該類產(chǎn)品附加值較高,人工搬運過程中產(chǎn)生的破損也給衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)企業(yè)造成了一定的經(jīng)濟損失。

坐便器類生產(chǎn)線存在按訂單生產(chǎn)同時在線生產(chǎn)的情況,規(guī)格型號很多,坐便器本身表面不規(guī)則,尺寸變化大,給通用型夾具的研究造成了一定的困難。

目前行業(yè)內(nèi)現(xiàn)有的通用型夾具多由人工操作,根據(jù)不同的型號選取不同的角度或者夾持點位進行輔助搬運工作,均不能做到配套自動化產(chǎn)品搬運。另外一種自動化搬運采用貨叉類插入坐便器底部,結(jié)構(gòu)簡單,但在將坯體放上窯車時需要在棚板上方鋪設(shè)較厚的塑料泡沫以保證叉子抽出,耗材較多對環(huán)境不友好。因此研發(fā)一種提高工作效率、減少半成品破損、適應自動化搬運、兼容性大、可靠性強、對環(huán)境影響小的坐便器通用夾具是有實際意義的。

1 夾持方案

1.1 夾持點選擇

因需要適應的品類較多,在運動過程中需要保證夾持的平穩(wěn),放置需保持與坐便器底部水平,避免白坯因單角著地造成破損,選用夾持落地面的外表面位置由圖1可知,所有的坐便器主視圖兩側(cè)全包面均與水平面存在夾角α,該面較大且平滑,適合夾持,考慮全包類坐便器的單吃面強度低,因此夾持點選在靠近坐圈距離較近的強度較高位置。

圖1 夾持點選擇

1.2 夾具適應范圍

筆者所探討的為各類典型的全包連體坐便器和智能坐便器,具體分類如圖2、圖3所示。

圖2 全包連體坐便器

圖3 智能坐便器

1.3 夾持點受力分析

以重量較大、夾持面上下較為垂直的B類全包連體坐便器為例進行分析,對夾具直接對坐便器的作用力進行分解,如圖4所示。

圖4 夾具直接對坐便器的作用力分解

在給坐便器兩側(cè)施加垂直于接觸面的力F 后,根據(jù)直角坐標力的分解模型,因坐便器側(cè)面存在傾斜角度會產(chǎn)生豎直向上的分力F1和水平的分力F2,其中F1具有向上提升坐便器的趨勢。

另外在夾具有向上運動的趨勢時,在夾具與坐便器之間F的作用下,產(chǎn)生摩擦力f,對摩擦力f分解,如圖5所示。

圖5 摩擦力f分解

摩擦力f分解為豎直向上的分力f1和水平的分力f2,其中f1具有向上提升坐便器的趨勢。

如果想要利用夾具將坐便器提起且高效率運動需要滿足:

經(jīng)統(tǒng)計坐便器產(chǎn)品質(zhì)量為40～60 kg,取質(zhì)量上限Mmax=70 kg,即

經(jīng)統(tǒng)計夾持面與水平面夾角范圍為6°～26°,取角度下限為6°,即

各類型的坐便器夾持面涉及到的弧度各有不同,夾具所涉及的各類坐便器的α和θ基本相等,將α和θ簡化為等角計算。

綜上得出:

1.4 摩擦系數(shù)μ的確定

夾持面與坯體接觸部分采用耐磨性好、回彈性強的發(fā)泡橡膠海綿,因機械設(shè)計手冊和網(wǎng)絡(luò)公開資料中未能檢索到坯體和發(fā)泡橡膠海綿之間的摩擦系數(shù),故采用實驗法測定,實驗步驟如下:

(1)水平放置表面平整的白坯,本次實驗選取的為水箱蓋(見圖6)。

圖6 水箱蓋

(2)白坯施釉層上表面放置重量43.5 g,尺寸為85 mm×85 mm×30 mm 發(fā)泡橡膠海綿(見圖7)。

圖7 發(fā)泡橡膠海綿

(3)發(fā)泡橡膠海綿上方放置直徑100 mm,重量1.640 kg標準砝碼(見圖8)。

圖8 標準砝碼

(4)通過測力計給發(fā)泡橡膠海綿施加水平拉力(見圖9)。

圖9 施加水平拉力

(5)經(jīng)過多次測試測力計顯示發(fā)泡橡膠海綿和白坯之間的摩擦力為12.5 N(見圖10)。

圖10 摩擦力

按照μ=f/G,因為坯體水平放置,砝碼豎直放置所以取N=G。

f取力計顯示值:f=12.5 N

G 取碼重力加發(fā)泡橡膠重力之和:

計算出兩者之間的摩擦系數(shù)為:

帶入摩擦系數(shù),即:

得出F>408 N 可滿足搬運需求。

1.5 夾具動力的選用

從性價比高、耐高溫性能好、耐粉塵性強、運行穩(wěn)定等方面考慮,采用氣動系統(tǒng),執(zhí)行部分采用氣缸,氣路控制部分采用電磁閥和多組精密調(diào)壓閥,確保達到加持力的精確控制。

2 夾具的設(shè)計

2.1 實際生產(chǎn)中需要考慮的因素

(1)適應與自動化設(shè)備對接,能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制;

(2)夾持面與水平面夾角α值不固定,夾具必須適應角度變化;

(3)適應靠墻面與圈尖側(cè)坐便器寬度差距較大;

(4)適應白坯的強度,保證搬運的同時不破壞坯體以及表面釉層;

(5)適應現(xiàn)場高溫、粉塵的作業(yè)環(huán)境;

(6)設(shè)備穩(wěn)定運行,適應常年運行。

2.2 夾具的結(jié)構(gòu)

如圖11所示,夾具包括:固定架(見圖12)夾持裝置(見圖13)及固接于固定架上的驅(qū)動裝置(見圖14),夾持裝置包括夾臂及固接于夾臂下端的柔性夾持機構(gòu),夾臂在固定架兩側(cè)對稱設(shè)有多個,夾臂上端與固定架鉸接,驅(qū)動裝置的自由端與夾臂中部設(shè)有連桿,連桿的兩端分別與驅(qū)動裝置自由端及夾臂中部鉸接,驅(qū)動裝置往復運動帶動連桿與夾臂之間的角度發(fā)生改變,由于夾臂上端與固定架鉸接,因此使夾臂之間的開合角度發(fā)生改變,實現(xiàn)了對坐便器的夾緊或放松,柔性夾持機構(gòu)包括與夾臂下端固接的萬向球節(jié)、固接于萬向球節(jié)上的夾板及固接于夾板外側(cè)的柔面層,當夾持裝置夾緊坐便器時,夾板與坐便器外表接觸,萬向球節(jié)在夾板的作用下自動調(diào)整角度,從而達到夾板與坐便器達到最佳貼合角度。

圖11 夾具

圖12 固定架

圖13 夾持裝置

圖14 驅(qū)動裝置

夾臂與萬向球節(jié)之間固接有擋板,萬向球節(jié)上套設(shè)有彈簧,彈簧的兩端分別抵在擋板及夾板相對側(cè),彈簧安裝時做適量的預壓緊,以保證夾板在不接觸坐便器狀態(tài)時處于豎直狀態(tài)。固定架上固接有氣缸安裝板,驅(qū)動裝置包括氣缸、氣缸后法蘭及固接于氣缸自由端的Y 型氣缸接頭,氣缸通過氣缸后法蘭與氣缸安裝板固接,連桿通過銷軸與Y 型氣缸接頭鉸接。

固定架上固接有鉸耳,夾臂通過銷軸與鉸耳鉸接,夾臂中部開有腰型孔,連桿插入腰型孔中通過螺栓與夾臂鉸接。

固定架包括矩形的框架及固接于框架上的連接法蘭,通過連接法蘭可以將夾具固定在其他設(shè)備上,用于搬運或翻轉(zhuǎn)角度。

柔面層為多孔耐磨發(fā)泡橡膠板,既具有良好的柔性,保護坐便器表面,又能夠提供足夠的摩擦力,防止坐便器脫落,表面的開放孔也能有效地容納坯體表面的粉塵,保持摩擦力。

3 結(jié)語

筆者設(shè)計了一種適應面較廣的坐便器產(chǎn)品夾具,該夾具采用的氣缸作為驅(qū)動,通過配套電氣控制系統(tǒng)可對不同類型的坐便器采取不同的夾緊力,兩組夾臂可以開合不同角度,以適應同一個坐便器前后位置寬度不同的情況,可以穩(wěn)定地將坐便器拾起并快速平移,萬向球節(jié)的應用可以使夾板完美的貼合坐便器表面,對不同重量、坯體強度、外形的產(chǎn)品有廣泛的適用性,該夾具結(jié)構(gòu)簡單、耐高溫、穩(wěn)定性好,可以有效地降低產(chǎn)品破損,對比傳統(tǒng)人工的搬運方式不會產(chǎn)生過多的耗材且環(huán)保,同時,該夾具可以根據(jù)生產(chǎn)實際需要多組并聯(lián),大幅提高生產(chǎn)效率。