水泥灌料自动插袋机械手臂的设计

发布时间：2020-06-17 03:41

【摘要】：水泥生产制造业向来是一个十分基础的制造行业,而现代化水泥生产线大多采用自动化工业设备进行生产以应对较大的需求量,即利用旋转料嘴将生产好的水泥灌入到编织袋中,每一个旋转周期同一平面内有多个料嘴,在某一位置将水泥编织袋插入到料嘴中,该料嘴检测到编织袋插入后即向内进行灌料(边旋转边灌料),灌料完成后在另一位置卸下编织袋,即完成一次灌料操作。现有的水泥生产线插袋机均各有缺陷,有的插袋准确率不足,有的则由于占地空间过大且对编织袋材质有要求限制,总而言之,现在应用在各种生产线上的插袋机均各有生产缺陷,无法完全适用于各种不同的生产环境与条件,尤其是由于某些插袋机易产生漏袋等情况,需人工在一旁实时检测插袋情况,协助插袋灌料等工作的正常进行,而水泥厂生产环境较为恶劣,粉尘较为严重,人长期呆在这种工作环境中不利于人体健康,故本文的研究工作主要在于一套全自动插袋机械手臂的设计,并保证插袋手臂插袋的正确率。围绕全自动插袋机械手臂的研究,我们先就实际插袋机的模型进行了1:4的缩小,进行了可行性实验验证,在基于料嘴以一定速度运转的前提下,设计相应的机械手臂结构,对其结构以及尺寸不断进行优化,保证其具有同步插袋的功能并保证具有较好的插袋效果,本文的研究工作主要包含以下几个方面:(1)插袋机械手臂理论研究与相应的结构设计,主要包括:对插袋方案进行了设计;比较各种方案之间的优缺点与插袋成功率以及成本和可行性;插袋手臂的结构设计;对插袋手臂的惯量的计算;相应伺服电机以及减速器、联轴器的选型和校核;对相应主要受力零部件进行有限元仿真分析。(2)机械手臂运动学及力学研究。基于相应的料嘴旋转速度以及数量,根据电机以及减速器的选型,设计相应的电机驱动方案。根据相应的驱动方案在ADAMS中进行相应的运动学仿真。相应的机械结构不断优化电机控制方案。建立相应的空间坐标系,拾取运动轨迹平面投影来判断插袋准确度。(3)搭建实验平台,针对相应的电机以及驱动器进行控制板程序设计。调试各项设备参数,并进行摆臂实验。验证摆臂工作的可行性并测量其运动轨迹,与仿真结果比较,优化其控制模型。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ172.6;TP241
【图文】：

插袋,工业机器人,包装机,日本

图 1.1 日本 3CM-P 型全自动插袋包装机目前应用于自动插袋方向的工业机器人在国外包装领域的发展日趋成熟而言我国制造业相关技术领域，插袋机械手的实际应用较少。（2）插袋机械手国内研究状态国内有关插袋机械手的研究最早出现于 1995 年，最先出现的水泥灌料袋机械手，是一种与水泥包装机配套使用的大型自动化设备。该插袋设备输袋机构、送袋机构、上袋机构、插袋机构、同步根机机构这几部分组成[9-袋机构是由安装在仓储袋下方的输袋滚筒和锟轮还有输袋锟组成，而送袋送袋机间接通过连杆的传动来作弧线的运动，将编织袋送出去，而完成送要其他零部件相互配合来共同进行，水泥包装机与其共用一整套动力系统于其动力系统是采用了一种不太适合的机电式机构的传动，其未在实际生厂中成功投入使用过[11]。2013 常州先进制造研究所也曾研发过一种全自

产的插袋机能够实现相关插袋步骤的进行，适用于各种生产车间。研究该课题期间，在相关研发人员的陪同下，深入工厂内部进行了考察用在合作工厂生产实际中的插袋机主要有两种，一种为德国生产的抛插，另一种则是中科院先进所设计的滑插式插袋机[13]。抛插式插袋机体型较大，整个插袋过程对控制要求极高，且在抓取之前的摆放有一定要求，需将编织袋朝一个方向摆放整齐之后再进入待抛插种方法对袋子的材质也有一定的要求，放在皮带轮上的编织袋随着滚轮前移动，直至被皮带轮夹住，再利用两条相对快速运动的皮带轮将夹在子甩出去，袋子腾空，依靠袋子自身的运动惯性向前作抛物线运动，经数学计算，保证袋子离开皮轮后经过运动开口对准到料嘴口进入到料嘴所以袋子的柔性不能太大，必须保证在依靠惯性运动的过程中，不会因以及空气阻力产生过大的变形，导致袋口偏移，不能对准料嘴口[14]。

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