中國(guó)報(bào)告大廳網(wǎng)訊，隨著煤礦自動(dòng)化程度的不斷提高，市場(chǎng)對(duì)礦用電磁鐵的需求持續(xù)增長(zhǎng)。然而，傳統(tǒng)的礦用電磁鐵生產(chǎn)裝配方式，尤其是保護(hù)帽的裝配環(huán)節(jié)，存在諸多問(wèn)題，嚴(yán)重制約了生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量。在此背景下，對(duì)礦用電磁鐵保護(hù)帽自動(dòng)裝配工藝及裝備的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

  一、礦用電磁鐵保護(hù)帽裝配工藝現(xiàn)狀剖析

  目前，H 型電磁鐵和 HX 型低功耗電磁鐵保護(hù)帽裝配主要依賴手工操作。這種方式不僅效率低下，而且裝配質(zhì)量因操作人員的差異而不穩(wěn)定。H 型電磁鐵和 HX 型低功耗電磁鐵雖使用相同保護(hù)帽，但兩者外殼尺寸略有不同，H 型電磁鐵殼體高度為 65.5mm，HX 型低功耗電磁鐵殼體高度為 50mm，其余外形尺寸相同，且裝配工藝一致。為實(shí)現(xiàn)保護(hù)帽自動(dòng)裝配，需涵蓋電磁鐵半成品上料、型號(hào)識(shí)別、保護(hù)帽上料、篩選、拾取、壓裝、壓裝檢測(cè)以及成品下料等一系列工序，構(gòu)建完整且高效的工藝流程。

  二、電磁鐵保護(hù)帽自動(dòng)裝配設(shè)備總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

  《2025-2030年全球及中國(guó)電磁鐵行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展前景分析報(bào)告》指出，為滿足 H 型和 HX 型電磁鐵兼容生產(chǎn)的需求，設(shè)計(jì)了一款自動(dòng)化裝配設(shè)備。該設(shè)備主要由電磁鐵半成品上料 AGV 料站、電磁鐵拾取機(jī)構(gòu)、電磁鐵成品下料 AGV 料站、電磁鐵不合格品軌道、電磁鐵旋轉(zhuǎn)定位機(jī)構(gòu)、保護(hù)帽振動(dòng)盤上料機(jī)構(gòu)、保護(hù)帽拾取壓裝機(jī)構(gòu)及電磁鐵檢測(cè)機(jī)構(gòu)八部分構(gòu)成。兩種型號(hào)電磁鐵的保護(hù)帽通過(guò)同一振動(dòng)盤上料，設(shè)備可自動(dòng)完成取料;其殼體端面 O 形圈利用同一多點(diǎn)式激光傳感器檢測(cè);并且采用同一個(gè) AGV 料站進(jìn)行上下料，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)取放料操作。該設(shè)備具備四大核心功能：一是由電磁鐵半成品上料 AGV 料站自動(dòng)送料，電磁鐵拾取機(jī)構(gòu)自動(dòng)取料;二是電磁鐵拾取機(jī)構(gòu)抓取半成品電磁鐵至電磁鐵檢測(cè)機(jī)構(gòu)，檢測(cè)殼體端面 O 形圈狀況，不合格電磁鐵放入不合格電磁鐵軌道，合格電磁鐵放入電磁鐵旋轉(zhuǎn)定位機(jī)構(gòu);三是保護(hù)帽通過(guò)振動(dòng)盤篩選上料，由保護(hù)帽拾取壓裝機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)與壓裝功能;四是電磁鐵檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)保護(hù)帽壓裝是否合格，不合格電磁鐵放入不合格品軌道，合格電磁鐵放入電磁鐵成品下料 AGV 料站。

  三、礦用電磁鐵保護(hù)帽自動(dòng)化裝配設(shè)備關(guān)鍵系統(tǒng)詳解

  電磁鐵半成品及成品下料 AGV 料站：此料站由料架和定位架組成，分別承擔(dān)半成品電磁鐵和成品電磁鐵的存取任務(wù)。電磁鐵通過(guò) AGV 托盤定位方式上下料，料架上表面安裝物料托盤。以電磁鐵成品下料為例，AGV 先將空料架放置在指定區(qū)域，待料架裝滿成品電磁鐵后，AGV 小車鉆入料架底部，掃描底部二維碼并馱起料架，移動(dòng)至指定位置后放下。定位架按要求尺寸固定在地面，通過(guò)調(diào)節(jié)地腳微調(diào)高度，使兩個(gè)定位架高度一致。料架與定位架的牛眼輪機(jī)構(gòu)接觸，可在平面內(nèi)自由移動(dòng)。此時(shí)，兩個(gè)料架定位氣缸頂桿伸出，實(shí)現(xiàn)料架一級(jí)定位;頂升氣缸頂桿伸出，定位銷升降機(jī)構(gòu)升起，定位銷進(jìn)入料架定位孔，完成二級(jí)定位。每個(gè)托盤可放置 140 件電磁鐵，每批上下料各使用 1 個(gè)托盤，按照 62s 節(jié)拍，每小時(shí)消耗 58 個(gè)電磁鐵，兩組托盤可滿足 145min 的使用需求，能夠充分滿足生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際使用要求。

  電磁鐵拾取機(jī)構(gòu)：該機(jī)構(gòu)由六軸機(jī)器人組件與六軸機(jī)械臂協(xié)同動(dòng)作，負(fù)責(zé)兩種型號(hào)電磁鐵的取放操作。六軸機(jī)器人組件包含連接桿、滑臺(tái)氣缸和抓取手指?；_(tái)氣缸選用 φ20mm 缸徑，在 0.5MPa 氣壓下輸出力約 155N，橡膠條與電泳金屬表面干摩擦因數(shù)為 0.6，取安全系數(shù) 0.8，抓取力為 155×0.6×0.8 = 74.4N>18.4N(電磁鐵質(zhì)量約 1.84kg)。經(jīng)過(guò)單點(diǎn)模擬及機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模擬，電磁鐵拾取機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程位置可達(dá)且無(wú)干涉。

  保護(hù)帽拾取壓裝機(jī)構(gòu)：此機(jī)構(gòu)由氣缸、真空吸盤和支架構(gòu)成，用于實(shí)現(xiàn)保護(hù)帽的吸取和壓裝功能。吸盤先運(yùn)動(dòng)至保護(hù)帽振動(dòng)盤上料機(jī)構(gòu)處吸取保護(hù)帽，然后移動(dòng)至電磁鐵旋轉(zhuǎn)定位機(jī)構(gòu)處將保護(hù)帽放置到電磁鐵上，氣缸帶動(dòng)真空吸盤向下運(yùn)動(dòng)完成壓裝動(dòng)作。為防止氣缸壓力過(guò)大壓潰電磁鐵，采用彈簧實(shí)現(xiàn)吸盤的上下柔性運(yùn)動(dòng)，這樣既能降低壓裝過(guò)程中對(duì)電磁鐵的壓力，又能使保護(hù)帽受力更均勻，壓裝更到位。在 H 型和 HX 型電磁鐵一鍵切換生產(chǎn)時(shí)，通過(guò)程序控制取料吸盤下移高度即可滿足生產(chǎn)需求。真空吸盤經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證可行，利用真空吸盤可實(shí)現(xiàn)保護(hù)帽壓裝，經(jīng)力矩傳感器測(cè)試，吸盤壓裝保護(hù)帽所需壓力為 8N。

  電磁鐵檢測(cè)機(jī)構(gòu)：該機(jī)構(gòu)由多點(diǎn)式激光傳感器 IX - 150 和支架組成，可對(duì)兩種型號(hào)的半成品電磁鐵端面 O 形圈以及成品電磁鐵保護(hù)帽壓裝情況進(jìn)行檢測(cè)。多點(diǎn)式激光傳感器通過(guò)檢測(cè)工件待測(cè)面高度來(lái)達(dá)成檢測(cè)目的。六軸機(jī)器人將半成品電磁鐵置于檢測(cè)組件特定位置，電磁鐵端面 O 形圈檢測(cè)不合格的直接放置于電磁鐵不合格品軌道;檢測(cè)合格的電磁鐵放入電磁鐵旋轉(zhuǎn)定位機(jī)構(gòu)。電磁鐵保護(hù)帽壓裝檢測(cè)不合格的同樣直接放置于電磁鐵不合格品軌道;檢測(cè)合格的則順序放入電磁鐵成品下料 AGV 料站。多點(diǎn)式激光傳感器 IX - 150 經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可行，能夠?qū)崿F(xiàn)電磁鐵端面 O 形圈和壓片保護(hù)帽的壓裝檢測(cè)。

  礦用電磁鐵行業(yè)保護(hù)帽自動(dòng)化裝配設(shè)備電氣系統(tǒng)：該設(shè)備采用西門子 1200 系列 PLC 控制，上層與產(chǎn)線 SCADA 系統(tǒng)通過(guò) TCP/IP 協(xié)議對(duì)接，下層通過(guò) Profinet 或 I/O 接口與氣缸、六軸機(jī)器人、振動(dòng)盤、電機(jī)以及各類傳感器等進(jìn)行信號(hào)通信。為確保后續(xù)系統(tǒng)具備可擴(kuò)展性，系統(tǒng)預(yù)留 20% 的 I/O 冗余。PLC 與人機(jī)交互界面通過(guò) Profinet 通信，HMI 可顯示設(shè)備運(yùn)行信息、傳感器狀態(tài)等。由于設(shè)備需兼容兩種規(guī)格的電磁鐵，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了自動(dòng)控制、手動(dòng)操作以及兩種型號(hào)電磁鐵保護(hù)帽的裝配工藝，可實(shí)現(xiàn)一鍵切換各生產(chǎn)模式，無(wú)需對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行修改，極大地方便了現(xiàn)場(chǎng)操作。

  四、總結(jié)

  礦用電磁鐵保護(hù)帽自動(dòng)裝配設(shè)備已在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)投入使用，取得了顯著成效。該工藝優(yōu)化及設(shè)備研發(fā)成功實(shí)現(xiàn)了 H 型和 HX 型低功耗電磁鐵一鍵換產(chǎn)功能，大幅縮短了換產(chǎn)時(shí)間，提高了換產(chǎn)效率。設(shè)備運(yùn)行情況表明，其借助柔性壓裝技術(shù)顯著提升了電磁鐵保護(hù)帽的裝配效率，極大地降低了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的工作強(qiáng)度，減少現(xiàn)場(chǎng)操作人員 1 名。同時(shí)，通過(guò)提高電磁鐵保護(hù)帽的裝配一致性，增強(qiáng)了電磁鐵產(chǎn)品的穩(wěn)定性，達(dá)到了降本增效的目的。不過(guò)，該設(shè)備仍存在一些有待改進(jìn)的問(wèn)題，例如需要現(xiàn)場(chǎng)操作人員定期向振動(dòng)盤中添加保護(hù)帽，且生產(chǎn)節(jié)拍還有進(jìn)一步縮短的空間。未來(lái)，需繼續(xù)優(yōu)化裝配工藝，實(shí)現(xiàn)保護(hù)帽全自動(dòng)上料，朝著無(wú)人生產(chǎn)模式的目標(biāo)邁進(jìn)，持續(xù)推動(dòng)礦用電磁鐵行業(yè)生產(chǎn)裝配技術(shù)的發(fā)展與革新。

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