大尺寸陶瓷载体三元催化剂涂覆专机设计

（沈阳新松机器人自动化股份有限公司，辽宁 沈阳 110168）

1 涂覆工艺流程

该文设计的催化剂涂覆专机能够自动完成大尺寸载体的称重、浆料涂覆和抽真空等工作，主要是由载体上料输送机、一次称重工位、涂覆及一次抽真空工位、二次抽真空工位和二次称重工位组成。工作中需要人工将载体搬运到输送线上，机械手抓取载体在各个工位之间自动移位，PLC 控制各工位自动完成相应的动作，最后由六轴机器人将载体抓取至下一工序。其工作流程如图1 所示。

2 涂覆设备布局

涂覆专机的4 个工位总体上呈现一字型分布，设备尺寸为2.8 m×2.6 m×2.4 m，工位间距为600 mm，工作台框架由方钢管焊接而成，整体喷塑处理，台面高度为850 mm，2 个横移机械手通过螺栓固定在台面上。涂覆工位设计了一组横移机构，将载体移出650 mm 后再进行涂覆作业。灌装机由一个独立的钢结构框架支撑，台面高度为1 270 mm，中心处安装回转支撑，灌装机能够以回转支撑为中心转动，方便维护检修，当维修完毕归位后，有机械锁紧装置锁紧定位，同时有感应式传感器进行归位信号检测。2 个抽真空工位通过管道与真空罐相连，工作时阀门打开，完成抽真空动作。灌装机吸料口通过管道与配液罐相连，完成浆料的自动供应。在设备外侧使用钢丝网围栏进行安全防护，在合适的位置留出安全门，方便人员进入整个系统内进行维修与故障处理。涂覆设备三维如图2 所示。

3 涂覆产品参数

陶瓷蜂窝载体是当前使用最为广泛的催化剂载体[1]，其优点是众多约束气道为废气和催化剂活性成分的相互反应提供了最大接触面积，在提升催化转化效率的同时，又可以使气流的压力降到最小，且热膨胀系数低，热稳定好，有利于提高催化剂的起燃性能[2]。该催化剂涂覆专机适用于大尺寸陶瓷蜂窝载体的涂覆作业，生产中要求每个空白载体单独包装，涂覆前需要外观检查，确保载体无污损、裂缝、碎边等缺陷，校验无误后方可进行上线涂覆作业，涂覆产品相关参数如下。1）陶瓷载体规格范围：直径25.40 cm～33.02 cm，载体高度为10.16 cm ～15.24 cm，每平方厘米有62 个方形孔眼，方孔大小为0.10 cm×0.10 cm。2）载体涂覆量：空白载体的重量在3 kg～6 kg，载体涂覆干重量理论值为≥100g/L。3）涂覆节拍：小于30 s/件。4）浆料pH：1.0 ～8.5。5）浆料主要成分：铈锆硝酸盐、柠檬酸、硝酸铝等。

4 各工位组成及功能介绍

4.1 载体上料输送机

图1 涂覆工艺流程

平顶链输送机呈3/4 圆形布置，两端各有1 m 直线段，链板为不锈钢材质，配有可调节非金属挡边。人工将陶瓷载体放在链板上，链板将载体依次输送至待抓取位置，整条输送线能缓存20 个左右的载体。待抓取位置处的对射传感器能检测到载体有无并上传给PLC，当载体到位后，PLC 发出整条输送线停止运转和上料机械手抓件指令，工件被上料机械手抓取后，输送线继续运转。

图2 涂覆设备三维图

4.2 一次称重工位

上料机械手将链板输送机上的载体抓取至一次称重工位，称重模块自动进行称重，将重量信息上传给上位机，正确采集重量后，继续后续工作。上料机械手由导向机构、直线气缸、气爪和传感器组成，实现抓取、升降和横移动作，完成载体的移位工作。秤体台面为不锈钢材质，尺寸为400 mm×400 mm，量程30 kg，精度0.01%。

4.3 涂覆、一次吸真空工位

穿梭机械手将载体从一次称重工位抓取至涂覆工位前端的定位工装内，横移机构带动工装移动到涂覆工位。下部顶升机构将下工装和载体同时顶升80 mm，使载体被紧密固定在下工装和上部涂覆工装之间，下工装和上工装的平行度要求不大于0.5 mm/m，上工装要求平面内的四个方向均可调整，调整完成后锁紧[3]。载体固定后，配液设备管道上的阀门打开，定量浆料吸入灌浆机针筒中，伺服电缸推动活塞将浆料经喷头均匀涂覆在载体上表面。涂覆完成后，系统发出抽真空信号，进行一定时间的抽真空动作，抽真空时间的长短可通过屏幕设置，通过抽真空将浆液均匀的吸附在载体内壁上。抽真空完毕后，顶升机构下降，横移机构带动下工装回位，穿梭机械手将载体抓取至二次吸真空工位。

4.4 二次吸真空工位

穿梭机械手将载体从涂覆工位的定位工装内抓取至二次吸真空工位，该工位对载体进行二次抽真空动作，目的是使浆液能够更加完全的吸附在载体孔壁上，减少堵孔率。抽真空漏斗下部与真空管道连接，上部开口与定位工装紧密接触，通过“O”形密封圈密封。载体到位后进行抽真空，抽真空时间的长短可通过屏幕设置，完毕后关闭抽真空管道阀门。该工位按照生产工艺需求，可在触摸屏上进行设置是否工作，如设置为不工作，则该工位设备不动作，等同于空工位。

4.5 二次称重工位

穿梭机械手将载体从二次吸真空工位抓取至二次称重工位，该工位进行灌浆后载体称重工作。系统正确采集重量，重量在控制范围内时，由六轴机器人抓取工件至下一工序。未正确采集或重量超出控制范围时，则屏幕标识该工位产品异常，由六轴机器人将该载体抓取到不合格品区。

4.6 穿梭机械手

穿梭机械手可以同时抓取3 个工件，使工件在4 个工位间进行顺次移动，实现工件的快速、稳定传输。机械手由导轨滑块结构、直线气缸和气爪组成，实现工件的抓取、提升和横移动作，相邻2 个夹爪的间距为600 mm，与每个工位之间的间距一致，夹爪开闭行程可覆盖25.40 cm～33.02 cm 载体，配有检测传感器，防止无件误抓情况发生。

5 电控系统

催化剂涂覆专机控制系统选用可编程控制器（PLC）控制，选用触摸屏作为人机界面，系统通过光电开关、对射传感器和称重传感器等设备获取信号，经由PLC 程序控制载体抓取横移、涂覆、抽真空等执行机构。出于安全考虑，专机设置了机械和电气保护装置，例如安全围栏、急停开光等，对于人员和设备安全起到了很好的保护作用[4]。

电控系统分为3 种模式，即手动运行、自动运行、单步运行。处于手动运行模式时，操作人员可以启停单个执行机构。处于自动运行模式时，控制器根据传感器检测的信号完成每一步的运行。处于单步运行模式时，系统所有动作按自动顺序单步执行，该模式经常用于分析和测试系统。3 种操作模式可以通过选择开关或触摸屏操作来互相转换。触摸屏界面包括自动操作画面、手动选择画面、报警画面、系统画面和I/O 状态监视画面，设备人机界面清晰简易，便于操作人员的使用。

6 结语

催化剂涂覆专用设备已经广泛应用于汽车尾气净化器生产行业，该文研发的催化剂涂覆专机极大地提高了催化剂涂覆作业的生产质量和生产效率，具有运转高效、全自动控制、安全可靠和维修方便等技术特点，通过重卡企业的实际生产应用，取得了理想的效果。