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数控毛边板码垛机核心组件的设计与研究

发布时间:2020-05-01 12:09文字数:3616字

  摘 要:为解决大型通用码垛机在对毛边板码垛过程中出现的适应性差、生产效率低的问题,本文设计了一台专门针对毛边板的全自动码垛机。本研究首先对毛边板码垛机的工艺流程进行分析,确定了码垛工艺框图。其次,根据码垛机工作原理和工艺流程制定了码垛机的整体设计方案。第三,依据码垛机实际工况参数,建立数学模型,对核心组件所受负载进行分析,确定推板组件、升降组件、辅助辊台组件的具体结构设计。该数控毛边板码垛机可实现对于毛边板的全自动码垛,大大节约了人力物力,大幅度提高了码垛精度和码垛质量。

  关键词:码垛机;码垛工艺;升降组件;推板组件

  随着我国木材家具需求量的增长,国内市场和木材加工厂商对木工机械提出了更高的要求。而国内的码垛机在毛边板码垛方面,一直存在着工作效率低、自动化程度低的问题,甚至有些厂家依然使用人工码垛的方式,这无疑造成了大量人力物力的浪费。本研究设计了一种专门针对被多片锯加工之后的毛边板材进行码垛的设备,以期提高板材生产线的生产效率,降低成本和工人的劳动强度。在设计过程中,如何实现码垛机在竖直方向和水平方向全自动运送板材是本设计的核心,因此本论文设计了使用PLC 控制的升降组件和推板组件来解决这一问题,提高了码垛机的码垛效率和码垛质量。

  1 码垛机的工艺流程分析

  码垛工艺流程的合理性是设计码垛机的前提, 主要是用来确定码垛机的具体码垛顺序,保证每块板都能准确整齐的码垛到指定位置,同时每个动作互相独立,互不影响;码垛工艺流程的合理性直接影响码垛机的工作效率,动作精度。

  经过多片锯加工之后的毛边板材,出料后经过板材输送后进入码垛机,码垛机上设有辅助辊台组件,完成对板材的接料以及对板材的输送,通过辅助辊台组件将板材运送到移动推板组件,板材继续输送至移动推板组件的末端,到达指定位置后,移动推板组件会纵向运动到指定位置对每块板进行推板码垛,通过对铺板区进行计数,每当三块板码垛完成后会进行添加垫条的动作,将每层板之间进行隔断,然后重复进行上述码垛动作,待板材达到设定的码垛层数之后,码垛完成,机器停止,并发出警报,由叉车将料垛移走,继续进行下一垛板材的码垛。

  2 确定码垛机方案

  板材码垛机在设计过程中一个最重要的环节就是整机总体布局的确定,总体布局的合理性将直接影响码垛机的码垛性能,同时也将影响到生产加工的制造成本,影响码垛机整体的操作性和稳定性。根据板材码垛工艺进行分析,码垛机执行的动作主要有辅助辊台组件板材输送、移动推板组件板材进料、板材进入铺板区、垫条添加、码垛升降组件升降。

  2.1 码垛机传动方式分析

  基本的机械传动方式包括齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、带传动、链传动等,针对不同的机械结构选用适合的传动方式能在保证动作精度的同时,提高工作效率。

  2.2 码垛机的基本参数

  随着板材应用市场的不断发展,板材生产设备也在不断向着智能化发展,码垛机的性能将大大影响着板材业的发展。码垛机的主要技术参数是码垛机的总体设计和零部件设计过程中重要的的依据,也代表着机器的性能。基本参数包括:辅助辊台组件送料速度、移动推板组件送料速度和纵向移动速度、码垛升降组件额定提升质量、码垛升降组件提升速度等。

  材从辅助辊台进入到移动推板组件的整个过程平稳进行,同时链传动可以很好的适应环境,噪声小, 可有效的降低生产线的噪声。码垛升降组件的传动方式也选用链传动。移动推板组件的纵向运动采用齿轮齿条机构,通过在移动推板组件中安装齿轮来啮合安装在机架组件中的齿条,来实现对移动推板组件的纵向移动。该方式传动比准确,效率高,结构紧凑,工作可靠,寿命长。

  码垛时间/s 301~478

  2.3 码垛机方案确定

  码垛机方案设计主要涉及码垛机功能分析、结构布局和传动方案的设计,对后续码垛机各个部件和结构的细节设计起到指导作用。

  1. 辅助辊台组件;2. 机架组件;3. 移动推板组件;4. 码垛升降组件

  板材进入移动推板组件输料辊台后继续前进将板材送到移动推板组件的末端,当板材碰到限位装置后停止,然后移动推板组件纵向移动将板材输送到指定区域,移动推板组件上的推板器将木板推送到指定位置,然后退回继续进行推板动作,每块板都有指定的码垛区域,当铺满一层之后,机架组件上的垫条仓储机构会将料仓中的垫条落下将每层板材隔断方便后续加工。

  3 码垛机核心组件设计

  3.1 移动推板组件设计

  移动推板组件是整个码垛机码垛的核心部件, 其主要作用是将辅助辊台组件输送过来的板材继续输送。

  链传动电机组件;2. 推板组件;3. 驱动电机组件;4. 导轨;运输辊组件;6. 移动推板机架;7. 推板气缸;8. 行程开关总成

  链传动电机组件1 通过螺栓螺母安装在移动推板组件机架6 的电机组件安装板上,运输辊组件5 和链传动电机组件1 安装于移动推板组件机架6 上,链传动电机组件1 通过链传动带动运输辊组件

  5 转动,行程开关总成8 安装于移动推板组件机架6 上梁的侧边,控制码垛的动作顺序,同时对板材进行限位,推板组件2 通过上面的滑块与安装于移动推板组件机架6 上的导轨4 配合,推板组件2 可以沿着导轨4 进行滑动,推板气缸7 安装于移动推板组件机架6 上,当移动推板组件移动到推板区时, 推板气缸运动,将板材推到用来堆垛的托盘上,气缸收回会碰到安装在移动推板机架6 上的行程开关,然后移动推板组件会退回至初始位置,继续进行接下来的码垛动作。

  3.2 码垛升降组件结构设计

  码垛升降组件也是码垛机中的核心部件,其主要作用是在整台设备开始工作之前,将托料板提升至指定工作高度,待一层木板堆垛完成后,码垛升降组件将板材托料板下降一层板的高度,进行下一层板的码垛,直至整个料垛码垛完成。

  码垛升降组件的具体结构如图5 所示,电机减速器组件7 通过螺栓螺母固定在码垛升降组件机架10 上,主动链轮6 通过平键、螺钉、挡圈固定在电机减速器组件7 的减速器输出轴上,从动链轮b3 和从动链轮a2 固定在码垛升降组件机架10 上。从动链轮b3 为双排链,左右各一个,通过长链条4 与主动链轮6 啮合进行动力的传递,从动链轮b3 通过短链条1 将动力传递给从动链轮a2。机架左右两端的立柱顶端各有两个从动链轮a2,中间通过传动轴 8 进行动力传递,立柱的下面还有一个从动链轮a2,与从动链轮b3 对称布置,通过短链条1 将上方的动力传递下来。组件的左右各有一个托料板12, 通过螺钉固定在两边的短链条1 上,因为考虑到两个从动链轮b3 的中心距过长,影响传动效率,因此在主动链轮6 的两边设置了两个界轮5,可以对链轮进行换向,增大主动链轮的包角,增大主动链轮与链条啮合的齿数,界轮5 的另一端安装了锁死机构11, 防止机器断电时码垛升降组件失去自锁突然落下对机器和板材造成损伤。标尺9 安装在码垛升降组件机架10 上,光电开关组件13 安装在托料板12 上,通过标尺9 来进行码垛升降组件下降距离的控制。

  3.3 辅助辊台组件结构设计

  用螺栓连接。电机组件的安装板和气动组件的安装板焊在左右立梁之上。

  1. 短链条;2. 从动链轮a;3. 从动链轮b;4. 长链条;5. 界轮;6. 主动链轮;7. 电机减速器组件;8. 传动轴;9. 标尺;10. 码垛升降组件机架;

  11. 锁死机构;12. 托料板;13. 光电开关组件

  存放,经过多片锯加工之后的毛边板材出来之后通过辅助辊台组件进入移动推板组件,进行板材的码垛,当前一块板进入移动推板组件之后,辅助辊台组件中的气动挡块抬起,下一块板可以在辅助辊台组件进行暂时的储存,待上一块板码垛完成后,储存在辅助辊台组件中的板材会继续输送到移动推板组件进行码垛。

  其具体结构如图6 所示。电机组件4 通过螺栓螺母安装在辅助辊台机架的安装板上,气动挡块组件3 和输送辊组件5 通过螺钉固定在辅助辊台机架2 上,电机组件4 通过链条1 将动力传递到输送辊组件5 上。辅助辊台机架2 主要用于支撑和安装各个零部件,承担各个部件的重量,机架主体由上圈梁和左右两个立柱组成,主要采用槽钢焊接而成,为了方便拆卸、调试和安装。

  1. 链条;2. 辅助辊台机架;3. 气动挡块组件;

  4. 电机组件;5. 输送辊组件

  4 结语

  通过对毛边板码垛机工艺原理的分析,确定了码垛机的总体方案;对码垛机的核心组件进行数学建模,分析其所承受负载,进而确定升降组件、推板组件、辅助辊台组件的具体结构。

  该毛边板码垛机解决了大型通用码垛机在对毛边板码垛时适应性差、生产效率低的问题,是一种专门针对毛边板而设计的码垛设备。本论文为毛边板全自动码垛机提供一定的研究依据和思路,但同时也存在着一些不足之处:该码垛机适用的毛边板材长度和厚度都具有很大的灵活性,但是对于板材的宽度具有比较严格的要求,当板材的宽度不在许用范围之内时,码垛机的码垛效果将会大打折扣。

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