一种带定位的冰箱夹抱竖箱移载系统的研究

彭红辉 郝郑涛 宋建存 冯建辉 吴文华 李秋浪

（中国电器科学研究院有限公司 广州 314000）

引言

当前国内外大多数冰箱厂都流行采用冰箱、冷柜共线生产以减少设备投入成本从而得到更高的收益，但是在发泡完成后，冰箱和冷柜由于零部件工艺安装的差异，不得不阶段性对其进行分线处理，即在发泡后与竖箱前分叉成两条线段，冷柜走主线段，冰箱走分线段，因此在两线会合前，需要对冰箱进行竖箱与移载到主线段的工序[1]，这一过程就是由本文研究的冰箱夹抱竖箱移载机来完成的。

1 实现原理

本文研究的一种带定位非对称式夹抱旋转移载机构移载机构，包括短行程臂定位单元，位于夹抱机构一侧、竖直方向可旋转的支承单元，以及可控制夹抱和翻转并移动的控制单元；夹抱机构包括两条夹抱臂：一条长行程臂，一条短行程臂，两条夹抱臂上均含吸盘支架并配套有真空发生器，整个夹抱机构可升降，整体由龙门框架支撑，框架上沿含直线导轨副，实现整个夹抱机构的前后移载动作；最后还包含一小段承接滚筒线，用于实现承接夹抱旋转由卧式转成立式的产品，最后驳接至流水生产线。

系统控制采用西门子1200PLC，同时配置有西门子V3 触摸屏与PLC 通讯，通过触屏进行手动操作控制，也配置有实时报警显示以及历史报警记录查询功能。

2 设计目标

1）冰箱宽度适应范围：（400～900）mm 内精准定位方便夹抱；

2）安全防护：加强夹抱与移载稳定性，防止损坏冰箱产品，夹抱成功率99 %以上；

3）优化移载及放置工序控制逻辑防止并线时冰箱冷柜干涉；

4）工作节拍：（60～72）S/台（带变频调速）。

3 关键步骤的介绍

3.1 系统工作流程

整个冰箱夹抱竖箱移载系统工作流程图1。

图1 冰箱夹抱竖箱移载系统工作流程

3.2 冰箱定位方式改进

初代的冰箱夹抱竖箱移载系统（如图2 所示）定位方法是当冰箱产品随生产流水线运转到夹抱工位时，在执行夹抱动作之前的流水线上进行一个定位工序，，因为夹抱臂是两边行程相同的一对夹抱臂，即对称式设计，夹抱时是两臂同时往中间动作从而实现夹抱的动作[2]，因此为兼容不同大小的冰箱，在夹抱之前冰箱必须对中定位才能实现成功夹抱，其难度在于要安装很多光眼来对不同大小的冰箱进行对中定位，而输送冰箱至夹抱工位的线体是多列皮带线，线体上安装多组光眼又不方便；据客户现场生产中反馈，皮带输送线末端对不同类型冰箱产品进行对中定位时，又经常会出现“刹车不住”而使冰箱冲出线体被损坏，也有定位不精准导致夹抱臂下行撞坏冰箱的情况。

图2 旧式冰箱夹抱竖箱装置

根据以上客户反馈的相关问题，经反复研究，我们改进了定位方式，转换思路，让产品在皮带线末端停止时，保证冰箱外沿始终在夹抱短行程臂初始位置左侧停止即可，此时我们的设计思路是让夹抱臂的短行程臂先动作，走到一定位置触及冰箱推动冰箱往内运转到指定位置后停止完成冰箱右侧定位，此时再让长行程夹臂向冰箱作靠近运动，直至左右夹臂上的吸盘触及冰箱产品左右侧，配套的真空发生器动作[3]，对吸盘内进行抽真空，从而对冰箱产品进行成功夹抱。新型夹抱竖箱移载系统布局如图3、图4。

图3 新型夹抱竖箱移载系统布局正视图

图4 新型夹抱竖箱移载系统布局左右视图

3.3 冰箱产品的竖箱过程

冰箱产品夹抱上升到安全高度后，左右夹抱臂上的气缸动作，驱动吸盘单元整体旋转90 °，从而实现冰箱从卧放到竖立的一个转变。整个旋转过程稳定不抖动，可靠性高，新型带定位的冰箱夹抱竖箱移载系统实物图如图5。

图5 新型带定位的冰箱夹抱竖箱移载系统实物图

3.4 竖箱后的冰箱移载过程

冰箱完成竖箱动作后将由夹抱机构沿龙门架上的直线导轨向主线体方向运动，到达放置工位的位置即停止，完成移载过程。

3.5 冰箱移载到位后的放置与输送

冰箱产品竖箱移载到位，在放置之前需安放泡沫底托于承接动力滚筒上且需在冰箱放置位置正下方，底托的放置准确与否和之前冰箱定位的精准密切相关，待底托放好，承接滚筒下方设计有一脚踏开关，当开关动作，即发出控制命令，系统接到放机命令，整个夹抱机构下降将冰箱缓慢放置在承接动力滚筒上，冰箱触及底托并触及滚筒表面时，行程开关动作提示放置成功，此时左右夹抱臂松开，整个夹抱机构整体上升，并延龙门架上直线导轨往冰箱支线运动，返回到初始待夹抱位置，等待下一台产品的夹抱移载，如此循环。

4 创新优势点

4.1 性能优势

1）新型冰箱夹抱竖箱移载机针对过去传统设计中所暴露出来的问题进行了相应改进，采用左右非对称式双夹臂设计，所谓的非对称式是指左右夹臂的行程长有短，系统采用短行程夹臂来进行冰箱定位，使其能适应不同大小的冰箱，每次夹抱竖箱移载后在放置工位都能顺利放置在下方的承接滚筒线上。为防止移载过去主线的冰箱与主线段正在运行冷柜产品出现干涉，移载机也不便将竖箱后的冰箱直接移载过去放置于主线段，为解决这一问题，设计在两线汇合前一工序移载下面做一承接滚筒输送线，将该段线与主线进行互锁防干扰，同时又不影响到移载机的移载节拍。整系统在传统夹抱竖箱移载机的基础上改进了定位方式，夹抱臂设计以及控制逻辑优化，使得整个系统的生产节拍加快了至少8 s。

2）改变了双行程臂的夹抱逻辑以及双臂出力情况，新型设计是先让短臂夹到受限位置从而实现准确定位，待这一动作完成后，再启动长臂夹紧，实际上就是单独长臂侧出力进行夹紧动作，这样也能避免以往设计双臂同时出力夹紧夹坏冰箱的情况出现；同时，在冰箱放置工位，采用先松开长臂再松开处在操作侧的短臂，这样避免了短的夹臂在松开过程中撞到操作工，安全性更高。

3）通过对各工作流程的优化控制，改变了竖箱动作发启时间，将以往在夹换工位高位进行气缸旋转竖箱动作改为在冰箱移载离开夹抱工位到达安全竖箱点即开始进行气缸旋转动作，即边移载边进行竖箱动作，这样既避免了夹抱工位下一输送过来的冰箱的干涉也节省了单独竖箱这一动作的时间，节拍有所加快，移载效率提高。

4.2 经济优势

首先，将定位由皮带线上安装的光电传感器定位设计改为直接利用夹抱臂进行定位，省去了几组光眼以及安装支架及电控接线以及节省了PLC 输入点，这样在成本上省了不少。

其次，通过定位的简化以及控制流程的优化，冰箱在空中的移载行程，同时引入了下方小段承接滚筒线，从而也减少了整体移载时间，使得整个专机的工作节拍加快，旧式竖箱移载设备节拍在84 s 以上，改进的新型竖箱移载设备节拍为（60～72）s，至少提快了12 s，产能有所提高，若按一天按8h 生产400 台冰箱，400*12/72=66.7（台）一天下来可多生产至少66.7 台冰箱，如果是按两班轮班，则每天多生产冰箱可成倍增加至133 台以上，这样带来的经济效益是非常可观的，等于相同时间内可以创造更多的价值。

5 结论

研究的新型带定位的冰箱夹抱竖箱移载系统，经实际测试以及工厂运行后，完美解决了客户之前提出的经常出现“摔箱”或者“夹抱不准”而撞坏冰箱箱体以及由于双臂的出力问题导致“夹坏”冰箱的问题，同时通过对系统各环的控制逻辑的优化，又加快了生产节拍，各设计目标均成功实现，受到了客户的一致好评，相信在当今竞争激烈的冰箱市场，新型的夹抱竖箱移载专机系统 定会有好的推广前景，同时我们也会继续跟进客户的反馈不断去完善该系统的软硬件，以市场为导向，研究更好的系统。