袋装水泥自动装车机结构及应用_高秉伟.pdf

2023.No.6-73-1机器人装车机的应用背景和发展概述原始的水泥袋装出厂，大多是用人工装车，或者是半自动装车设备，还要人工来接收材料。随着劳动力的短缺和劳动力成本上涨，企业需要全自动装车系统来替代人工，以节省成本。在水泥袋装出厂过程中，工人处于粉尘大量扩散的环境中，容易引发尘肺病等职业病，为此，国家严格限定水泥企业包装和装车岗位的水泥粉尘浓度不得超标，即时间加权平均浓度总尘限值4 mg/m3、呼尘限值1.5 mg/m31。机器人装车机实际就是机械手在水泥袋装系统中的应用，机械手控制精确，可以提高效率，降低员工劳动强度，改善工作环境，降低能源消耗。它的使用解放了劳动力，在行业的发展中发挥了重要作用。全自动水泥装车机可适应不同类型车辆并进行自动装车，其识别系统利用激光和3D扫描获取车辆信息，定位系统通过多个激光传感器获取车辆位置信息，机器人结合上述信息进行水泥包装袋抓取、规划和自动装袋。2机器人装车机的工作原理及装车流程2.1工作原理机器人装车系统采用了3D扫描技术，能准确定位、扫描车辆的外部形态，以达到装车位置准确、装车系统与包装机互动联锁和自动装车的目的。装车机之所以在小范围区域内可以自由活动，是由于其采用了新型关节式三维伸缩机构，实现了数字控制与X、Y、Z三方向轴的机构协同作业的目标。2.2扫描装车流程当车辆行驶到扫描区域，在刷卡进车之前，应先将设备Z轴升到（3.550.05）m的位置，Y轴走到（0.30.05）m的位置，然后把显示状态调整到“1”，总状态调整到“2”，打开自动扫描。此时LED显示请刷卡，且扬声器播放“请刷卡”。在第一个刷卡器处刷卡，第一次刷卡成功后，车指示灯会由红色变为绿色，显示状态会跳变到“2”，扬声器会提示“刷卡成功请开车到装车区域”，此时驾驶员才可以将车开到装车区域，行驶过程中听到由位置传感器触发的“装车位置正确，请停车”的播报声时，应立即停车。刷卡操作和停车动作这一系列操作由企业相关岗位人员完成。机器人装车工作场景如图1所示。车道图1机器人装车机工作场景示意LED显示屏实现了调试、运行双界面的应用。装车扫描时，若LED显示“停车靠前，请后退”，则请驾驶员将车缓慢倒退，再次听到警报响起，立即停车，会看到LED显示“停车成功，请再次刷卡”，再次刷卡是为了保证车辆已进入正确的候车区，且给装车系统一个信号指示，此时可以开始扫描、装车。这时候先确认装车吨数以及袋子种类是否正确，吨数不对可手动更改，而后观察车辆尾部是否有高于0.2 m的梆子，如果有则需要在触摸屏主界面上点击“车尾梆子”按钮。若是手动第一次刷卡进来的车辆需要先手动输入装车吨数，再第二次刷卡，再次刷卡袋装水泥自动装车机结构及应用高秉伟（永登祁连山水泥有限公司，甘肃兰州730300）摘要：介绍在袋装水泥出厂的过程中，利用机器人袋装系统装车的优势以及装车系统的工作原理和装车流程。重点研究了机器人装车机各部件结构的运动原理，分析各个结构的组成和在装车过程中的作用。机器人装车机相对于人工装车可以节省劳动力，且出厂量稳定，安全性更高，装车质量更优，装车出厂效率更高。将此自动化设备运用到水泥袋装出厂工序中，可以达到节约成本、优化现场管理、解放劳动力、提产增效和适应数字化时代可持续性发展的目的。关键词：机器人；袋装水泥；结构分析中图分类号：TQ172.681文献标志码：B文章编号：1002-9877（2023）06-0073-04DOI：10.13739/11-1899/tq.2023.06.021-74-2023.No.6成功后，设备会自动检测车辆的长、宽、高，在此过程中禁止人员进入车厢内，扫描成功后会自动启动装车，若在手动模式下，须切换到自动模式才会自动装车，再进行扫描。车辆进车时，车中心应与设备中心重合，保证测量车宽传感器在车厢内，并且测宽传感器在左右运动时能运动到车厢栏板外。另外，对于车厢有拉筋的车，该装车机同样适用。扫描系统对车辆进行扫描，记录车辆箱体的长、宽、高，通过内部系统进行计算，计算出装包数量及码垛装车布局，以此达到自动装车的目的。整个装车过程司机无需下车，只需要听扬声器的指示正确启、停车辆即可。刷卡操作、停车动作等操作过程由企业专门相关岗位人员辅助完成。2.3主要工作参数及要求机器人装车机主要用于水泥袋装装车系统（袋标重50 kg），其装车能力可达100110 t/h，主臂行程01 350 mm/s，辅臂行程100850 mm/s，二级提升高度01 000 mm，可适应车箱宽度1.82.8 m，可适应车箱长度17.5 m以下。这保证了装车机可适用多种车型，并且运行准确、装车速度快。以上性能参数使得机器人装车机机头能完全进入车厢内，实现车厢内放包，不扬尘，增长了装车长度，小巧机身不扩槽，降低了现场改造工程量。装车现场模拟场景如图2所示。图2装车现场模拟场景3机器人装车机的机构及性能3.1装车主机机器人装车机主机的尺寸要求：长宽高=3.12 m2.80 m1.40 m。保证了此装车机适用目前最长货车车厢13 m的车型，同时也适用水泥行业货车的车宽。主机的框架钢板材料、型材采用有良好热加工性和焊接性能的Q235-A材料，Q235-A作为一种碳素结构钢屈服强度一般为235 MPa左右，具有良好的韧性、可塑性、延展性、热加工性和焊接性能2。此种材料提升了壳体对内部构件的保护作用，并且钢材厚度均在10 mm及以上，提升了其强度，也保证了可靠性和寿命，在本体结构发生疲劳损坏时，可以通过铆接、焊接等方式修复，也缓解了水泥包因惯性进入机械手时对整体结构的冲击。主机头及附属机构示意如图3所示。图3主机头及附属机构示意机器人主机头进包机构就是一个链条传动机构，利用减速机带动与辊筒连接的双排链条，进而带动皮带，将水泥包带入相应的发包机构。就是在不连包的情况下，利用皮带传动，将水泥包送入装车机机头，进行下一步。机器人主机头分包翻板机构共两套（左右各一套）与码包机构（旋转机构）、码包放料机构相互配合，在旋转的同时码包，使袋子放到正确的位置上。利用伺服电机（启动控制编码器）带动减速机运转，根据系统指令进行左右分包，以中间为界限，车厢左边的水泥包分装到左边车厢，车厢右边的水泥包分装到右边车厢，不断一层一层进行码垛，直至装够要求的数量为止。机器人主机头发包机构也是链条传动机构。发包机构共两套（左右各一套）。利用机构紧凑的减速机一体机带动双排链条与辊筒连接，从而带动皮带，通过皮带的运动将水泥包带入相应的部位。机器人主机头中间挡料装置采用Q235-A钢板，提高其耐磨性和韧性，维修方便。机器人装车机头部收尘机构由伸缩管道固定机构、伸缩风管、收尘风槽、垂直收尘风道等机构组成。垂直输送的收尘风道与车头完全进入车厢装车，保证可以快速收尘、不扬尘。头部收尘连接口结构如图4所示。2023.No.6-75-高秉伟：袋装水泥自动装车机结构及应用出尘口图4头部收尘连接口示意3.2装车机X、Z方向行走机构机器人装车机X轴行走机构为左右拨料机构提供了行走基础。运用伺服电机带动减速机运转，连接同步带带动拨料板左右运动，达到左右拨袋子的目的。同步带也保证了机构左右行走过程中不打滑和行程准确的目的。机架、框架拨料板内型材采用45SiMnP合金钢材料，耐磨性好、强度高，避免了长期拨料过程中的疲劳磨损。机器人装车机Z轴升降机构共两套（左右各一套）。利用左右两根链条同步运行使整个机头上下运动，以此适应不同的车高和装车高度。图5为升降机构示意。图5升降机构示意3.3检测机构机器人装车机前检测机构共3套，用来测车宽和停车时是否倾斜。后检测机构1套，配合前检测机构检测倾斜度，找最后面的车栏板，确认检测车辆是否进入装车区域。当车栏板位于两扫描点之间，说明车辆已经进入装车区域。当停车不正时，为防止装车装到车栏外，音响会发出提示让重新停车，直至停正为止，方可装车。前、后检测机构原理如图6所示。当车厢后栏板位于G、H点之间时，表示停车前后位置正确；当A、B点同时位于车厢侧栏板上时，表示停车倾斜度为零，此时车停正；当车厢两侧栏板位于A、C点之间时，可准确测量车宽。车厢后栏板侧栏板前栏板AGHB侧栏板A侧栏板C图6前、后检测机构原理3.4大车行走机构大车行走机构是机车架在轨道上往复前后运动，在有限位的情况下不能逾越这个范围。大车行走的行程在一定意义上也决定了机器人装车机在一次装车情况下的实际装车长度。3.5控制柜组及传感仪机器人装车机控制柜组及传感仪主要有LED显示屏运动控制系统柜、触摸屏自动/手动复位操作台柜、内嵌式视频解码显示系统、音响、网络高清数字摄像机、机器人专用线缆、传感仪器（连包识别检测装置、入包检测装置、分包检测装置、到位检测装置）、控制柜自动降温系统等部件组成。实现了现场与云端相结合，智能装车机智能平台与5G网络的搭建实现了系统共享与层级管理，为水泥工厂智能化建设提供了条件3。3.6车辆扫描系统（3D扫描）车辆扫描系统（3D扫描）不仅能够完成车辆结构的扫描识别，同时还可以扫描出前车厢栏板处的油箱和有些车卷起来的帐篷，对于有拉筋的车厢也能识别，通过内部系统计算，对即将要装袋车厢做出相应的布局，实现了自动运算二次装车的目的。3.7系统软件系统软件主要分为集成系统软件和刷卡软件，并达到了智能建模、自适应运动算法的目的。机器人装车机的集成系统软件由扫描软件、驱动软件、提升传感自控软件、输送自控软件、智能装车机系统控制软件、基础系统控制软件、自动装车机控制软件等软件系统组成。软件系统以基础系统控制软件和驱动软件为依托，配合完成车辆箱体（包括-76-2023.No.6拉筋）信息扫描、Z轴提升、X、Y轴移动、皮带输送、智能装车等一系列操作。机器人装车机刷卡软件分为刷卡通软件和识别刷卡通软件，两者配套使用。当车辆两次刷卡成功时，其装车重量会被内部计算机折算成装车袋数，通过软件系统将袋数信息导入机器人装车机的“大脑”，此时机器人会准确无误下达相应装车数量的指令，直至数量装够为止。至此，整套装车流程结束。4应用效果我公司使用机器人装车机后的装车效果如图7所示，机器人装车机完成了智能装车机云端平台构架，实现了本地平台与云端平台相结合、装车智能远程服务与共享4。不仅使用单位可以现场解决装车机故障，厂家还可以远程、快速地解决用户在使用过程中遇到的技术难题。图7装车效果使用机器人进行袋装出厂，可以在无人的情况下自行装车，节省了大量的人力，且工人长时间工作会感到疲劳，而机器人运转的时间是固定的，无需休息，尤其是在炎热的天气或夜班中使用效果更好。使用机械手降低了工人意外伤害的风险和患呼吸道职业病的风险。机器人装车机装车质量更好，装车效率更高。操作人员和包装人员可以集中精力进行质量控制，不会因为袋子的数量、装载的均匀性等影响工作。机器人会自动进行装车规划，确保装车质量。我公司使用后，装车整齐度和美观度明显提升，提高了企业的竞争力。参考文献：1国家安全监管总局办公厅关于推动水泥行业淘汰落后产能开展安全生产和职业健康执法专项行动的通知J.国家安全生产监督管理总局国家煤矿安全监察局公告，2017（5）：30-34.2汤精明.第二相颗粒在搅拌摩擦作用下的流动及演化机制D.南京：南京航空航天大学，2020.3李林.智慧城市大数据与人工智能M.南京：南京东南大学出版社，2020.4物联网产业技术创新战略联盟.中国物联网产业发展概况M.北京：人民邮电出版社，2016.（编辑张迪）0引言圆形堆取料机是水泥生产线常见的设备，主要作用是进行物料的均化和存储，圆形堆取料机的工作方式是堆料机和取料机分别在圆形料场内以中心柱为圆心支点做规律运动，分别实现堆料和取料。堆取料机通过安装在中心立柱内的滑环系统装置，实现控制信号有线传输。冀东水泥下属某公司80 m石灰石圆形堆取料机，由于工作环境恶劣，造成堆取料机的控制信号丢失，设备时常无故停车，严重影响设备正常运行。针对这种情况，对该公司的石灰石圆形堆取料机进行了无线控制改造，取代有线控制信号，从而达到控制堆取料机安全稳定运行的目的。本文对此进行简单的介绍。1原堆取料机控制系统介绍原堆取料机控制系统采用的是