矿用炮泥码垛设备的设计

张 宇

（晋能控股煤业集团大斗沟煤业公司， 山西 大同 037003）

引言

对某矿企业调查研究表明，当采用传统炮泥机进行作业的过程中，尤其是面对装箱和人工切断等作业时，需要人工操作，不仅增加了弯腰作业等多种重复性劳动，加重工人的劳动负担，而且工作效率低下以及在装箱过程中出现排列不一致的现象，面对该种现象，急切需要提出针对性的方案实现机械化或自动化的生产，减轻工人的劳动强度。若采用工业机器人来进行作业，出现的问题是成本高，而且由于炮泥尺寸较小，易变性，工业机器人很难对炮泥进行操作。为了在工作过程中降低生产成本和提高生产效率，通过设计自动码垛工艺路线来满足对设备的生产要求，明确了机构的相对位置和机构尺寸的相互联系，在标定的工艺路线中，设备可以根据路线快速码垛，完成码垛流程，码垛的运行、炮泥的整个生产，在这些过程中只需要一名工人来进行操作，不仅降低了工人的数量、工人的劳动强度，而且为整个企业生产过程创造了工业价值和经济效益。

1 码垛设备工作过程和总体结构

一些码垛机械手在实际的生产过程中运用的是PLC 控制技术和气动技术，炮泥在运动的过程中，通过到达设定的位置，通过传感器的形式将传感器监测到的信号传输到主控制器，当主控制器接收到信号并进行分析和记录后，将对控制执行装置，对执行装置的相关位移量进行调整，从而实现码垛作业顺利进行。采用炮泥自动码垛机器具有的优势是能够满足箱体自动下降、炮泥切断等相关任务。其设备总装图（见下页图1），主要包括三大部分：箱体升降装置、主体装置、切拨装置，设备总装图主要由电控系统、推板、过渡口、箱体和传送带等组成。该设备的工作流程为：炮泥机产出炮泥泥坯，泥坯达到所设定的尺寸以后，通过光电监测机构进行监测，控制切拨机构进行间隙工作，当炮泥达到所设定的尺寸以后，有切割机进行切割操作，并将切割后的炮泥经过过渡口传送到传送带，在传送带的运输中，最后到达指定的炮泥箱体位置，产生的信号由传感器进行监测，将信号传输到主控器，在主控器的控制下，侧推气缸将会通过活塞杆对侧板进行推动，在箱体内的合适位置进行多个炮泥的同时送进，通过对传送带进行相应的设置，当满足箱体装满一箱的操作以后要停止继续向该箱体输送炮泥，其原理是通过气缸、导轨等设备，当炮泥装满一层后，在箱体安装的检测器能够及时地监测到相关的信息，进行箱体下移操作，下移距离为一个炮泥的高度，如此反复操作，直到箱体全部装满时，会触发计数装置进行报警，使得工作人员及时了解到该箱体已经装满，重复这样的装箱操作，在各个机构实现相互配合，相互联系[1]。

2 主要组成装置的工作原理

2.1 主体构架运行分析

主体构架由侧推装置和传动装置组成。传动装置主要由挡板、承载托辊组、框架、传送带、滚筒、主体框架等零件组成，如下页图1 所示。前滚筒安装在传动装置的前侧，后滚筒安装在其后侧，托辊安装在前后滚筒之间。过渡口中出来的炮泥掉落到倾斜的传送带上，在挡板上滚靠，依靠传送带将其输送到设定的地点，并通过传感器进行位置变化的监测，传感器将监测到的信号传输到主控制器，通过主控制器将信号进行分析记录后，控制气缸的运动。

图1 炮泥码垛装置总体装配图

2.2 炮泥箱升降装置工作原理

如下页图2 所示为炮泥箱升降装置结构，该结构主要是由气缸支撑板、滑块、气缸、直线导轨、炮泥箱底座等部件组成。炮泥箱限位板的作用是能够确定箱子的位置，确保箱体都能到达指定的位置。当炮泥被推进的过程中，传感器将会检测到这一动作，以信号的形式将其传输给主控制器，通过主控制器将信号进行分析记录后，控制侧推板气缸的运动，当侧推板结束一个行程以后又回到最初设定的地点，通过气缸的作用，箱体将会下移一个炮泥直径的距离。通过重复以上的动作流程，当箱体内的炮泥被装满以后，通过计数器监测报警后，进行下一个空的箱体更换[2-3]。

图2 炮泥箱升降装置结构图

2.3 切拨装置结构及运行分析

如图1 所示，炮泥坯支撑台和主体架平台之间的支撑架上，安装切拨装置。如图3 所示为切拨装置结构，侧挡板分别在炮泥坯支撑台的两侧设置，分布在支撑台两侧的挡板V 形形状，其作用是可以放置泥条的槽。切拨装置主要是由传动轴、4 个拨齿、4 把切断刀形成。4 把切泥刀和4 个拨齿分别在传动轴的四轴分布排列，切泥刀的位置之后拔齿45°，截面形状呈弧形。当炮泥机生产出炮泥以后，炮泥到达炮泥坯支撑台，光电监测机构设置在炮泥坯支撑台前方，当光电检测机构监测到炮泥坯到达所需要的尺寸时，将信号传输给主控器，主控器在接受到信号以后通过控制电动机的运转[4-5]。

图3 切拔装置结构

3 主要技术参数分析

3.1 传送带尺寸及安装位置

在胶带输送机的参数计算中，安息角具有非常重要的作用，当炮泥机产生炮泥时，随着掉落至传送带，由于传送带倾斜一定的角度，且传送的角度要保证其切斜角度比安息角稍大一点，这样的好处是能够保证炮泥紧挨防滑挡板的同时，还能让炮泥以较快的速度滚动时对拍好的炮泥和挡板的损坏较小，保证炮泥在排列的时候很紧密。胶带输送机的输送带的倾斜角度主要由输送带和被输送的物料之间的摩擦因数来决定。

3.2 侧推板、箱体底座尺寸

炮泥尺寸：长度和直径分别是150 mm 和37 mm，由于单边也是需要一定的尺寸，所以皮带的长度和宽度分别为1 900 mm 和160 mm。避免炮泥在传送时发生偏斜的防滑挡块，其宽和高的尺寸都为5 mm，挡块长度为100 mm。应用两个侧推板和两个气缸的好处是能够确保平顺的将炮泥推送到炮泥箱中，每次推10 根炮泥，所以推板的宽、高分别设定为180 mm 和30 mm[6]。

根据炮泥的尺寸，其箱体的尺寸设定为厚2 mm、容宽160 mm、容长389 mm、容高380 mm，箱体底座的宽和长分别设定为162 mm 和395 mm。

4 结语

炮泥码垛在本文的设计中属于新型设备，该设备实用性强，工作效率高，解决了对小型圆柱件的拾取造成变形和装箱等问题，抛弃了之前一根根的拾取小型圆柱件的繁重任务，结合炮泥机完成炮泥生产的自动化问题，在以后的生产中具有很好地效益。本文设计的炮泥码垛具有以下特点和优势：通过各个机构自动协调控制，降低了工人的劳动强度和工人数量；设备简单可靠，成本低，工作效率大幅提升；各个装置通过气动来实现协调动作，对环境的污染小。