重型阻擋器的使用維護及優化

王發

(合肥萬力輪胎有限公司，安徽 合肥 231137)

隨著“中國制造2025”戰略規劃的不斷推進和實施，工業化和信息化得到了快速融合，各種各樣的自動化流水線以其靈活多樣化的設計很快在各個生產線、裝配線應用起來，得到不斷完善和迅猛發展，其中倍速鏈輸送線以其獨特的優勢應用最為廣泛。

倍速鏈輸送線也叫倍速鏈流水線，主要用于各種電子電器、機電等裝配及加工生產線物料輸送，其工作原理就是利用倍速鏈條的增速功能，使得承載物料的工裝快速運行，根據輸送需求使用阻擋器及移栽機等相應的指令來實現停止、積放動作、移位或者轉線等功能。在實際應用中，阻擋器是實現整個流水線自動化控制的關鍵，一般會根據現場工況設計或者選用，但由于阻擋器是一個非標準組件，隨著知識產權保護意識和力度的加強，很多企業在成本和知識產權之間權衡，出現了“哈姆雷特”式阻擋器，其質量也就參差不齊，在后期使用維護就需要特別注意故障分析及適度優化，以實現故障率低成本低的運維目標。

1 阻擋器介紹

1.1 分類及結構組成

阻擋器一般是根據自動化流水線需求而設計，是一個非標準組件，廣義上來講，只要是能實現阻擋、積放等功能的都可以稱為阻擋器，大致可以根據動力介質、安裝方向、阻擋工件特性、結構等劃分，例如：

（1）根據動力介質分為：氣動阻擋器、電動阻擋器、液壓阻擋器等。

（2）根據安裝方向形式分為：臥式阻擋器、立式阻擋器（多為阻擋氣缸，目前各大知名氣動廠家均有相應的標準化產品）。

（3）根據阻擋工作特性分為：輕型阻擋器（阻擋單個工件或者工件重量和沖擊力較?。?、重型阻擋器（主要是可阻擋大型工件或者多個工件）。

（4）根據結構分為：杠桿式阻擋器、單輪阻擋器、雙輪阻擋器等等。

在各大知名的氣動廠家推出的輕型阻擋氣缸中，雖然安裝尺寸不盡一致，但質量還是很穩定的，一般在阻擋單個工件或者需要定位及轉線時選用的較多，也為自動流水線的設計者提供多種選擇。我司目前使用較多的是立式輕型阻擋氣缸（外購件，單個工件停止轉線用）、臥式重型阻擋器（自制件，多個工件積放沖擊力大），因此主要的維護工作對象就是重型阻擋器。

重型阻擋器一般由底座、側板、阻擋連桿、氣缸、緩沖器等組成，底座配合安裝板固定于流水線底部中間（也有雙阻擋器在兩側形式，根據工件阻擋位確定安裝位置），氣缸安裝在底座后方，其前端連接有支架及推輥，側板安裝后在自重下可緊密貼合推輥，在推輥被氣缸推進或后退時實現側板上升和下降，阻擋連桿和緩沖器安裝在側板上，中間設有緩沖頂桿，阻擋連桿端部設有擋輥直接接觸擋停工件，同時防止阻擋連桿因自重下垂，在中間部位設置了限位扭簧，兼具工件通過后阻擋連桿的復位功能，如圖1所示。

1.2 工作原理

重型阻擋器可根據控制要求設定為常閉型（允許工件通過）和常開型（阻擋工件），主要工作原理是當氣缸處于縮回狀態時，推輥處理側板凹槽部位，阻擋連桿隨著側板處于下垂狀態，其上方滾輪頂端低于工件下表面，當工件通過時不能阻擋進而放行（如圖2）；而當壓縮空氣進入氣缸伸出氣缸桿時，推輥前進至側板凸出部位，側板整體上升，阻擋連桿也隨著側板上升至水平位置，滾輪高度剛好與工件的阻擋位齊平，從而導致工件不能前進被擋下（如圖3），氣缸的伸出與縮回主要通過PLC控制的電磁閥進行控制，以實現工件的阻擋與放行，同時也可以在阻擋器上安裝接近開關或者氣缸上設置磁性開關，以實現檢測阻擋器阻擋狀態。

1.3 運行現狀

我司自動化物流線自2016年建成投用，輸送的物料通過托盤工裝輸送，根據物流線上應用特點，原設備廠家選擇兩種阻擋器配合使用，第一種是用于單個托盤阻擋實現定位、移栽機轉線的輕型阻擋氣缸（外購件，采用知名氣動廠家產品），第二種是用于多個托盤積放以實現托盤分離便于移栽機轉線的重型阻擋器（自制件，已申請相關專利）。

在生產運行維護中，輕型阻擋氣缸可以直接通過供應商購買用于維修備件，但是重型阻擋器只有通過原設備廠家購買備件。由于原廠家自制件在運行初期時故障頻繁，因此曾與一知名氣動廠家合作帶圖定制一批重型阻擋器，經試用后效果良好，但是涉及專利問題不能直接供貨我司，仍需通過原設備廠家購買整件，運行維護成本過高、采購周期過長，不能滿足現場維修需求。

2 常見故障及原因分析

2.1 輥輪及銷軸磨損

由于阻擋器在工作中會頻繁受到工件的沖擊，輥輪不能安裝軸承，同時為防止接觸部位潤滑油污染工件，輥輪和輥軸之間采用干摩擦方式，材質使用優質碳素鋼，表面調質發黑處理工藝增強耐磨性和減少腐蝕性。但在實際使用過程初期磨損較少，但由于磨損碎屑不能及時排出導致加劇了磨損速度，其磨損周期為1～2個月就出現了擋輥和輥軸嚴重磨損不能使用，隨著運行時間越來越長需要投入大量的人力物力去維修保養才能保證輸送線的正常運行，造成員工苦不堪言，一定程度上降低了輸送效率。

2.2 限位扭簧斷裂

阻擋連桿是一種鈍角形式不規則形狀，上方安裝有2個阻擋輥輪，下方安裝一個緩沖輥輪，通過銷軸固定于側板中，阻擋輥輪端會受自重下垂，因此安裝了限位扭簧，但阻擋器在放行工件后為了能夠及時阻擋下一個工件，需在工件未完全通過時氣缸就伸出，此時阻擋連桿上方受工件自重壓力，下方受到推輥的推力，對扭簧雙向施壓。同時由于扭簧在設計時未考慮軸向定位，因此在頻繁沖擊下會出現軸向竄動，嚴重影響扭簧的壽命，出現斷裂現象，周期約2個月。

2.3 氣缸漏氣和損壞

原設計廠家采用的是一個合作氣動廠家的定制氣缸，氣缸桿長度比標準氣缸長一倍，安裝方式與其他氣缸也有一定差異，不能與其他標準氣缸通用。在使用過程中因輥輪與銷軸磨損碎屑灑落，通過缸桿進入防塵圈和內部，易造成防塵圈磨損。同時由于缸桿長度長，安裝調整不到位時易產生缸桿彎曲不能使用。

2.4 緩沖器剮蹭工件

阻擋器在設計時為保證緩沖效果，減少撞擊力損壞工件和噪音，選擇的是大直徑液壓緩沖器，配有緩沖彈簧等，但在放行工件時液壓緩沖器后端上翹與工件的預留間隙較小，因此當出現阻擋器安裝板在長時間沖擊下逐漸扭曲變形時，緩沖器后端翹起升高與工件間隙會越來越小直至干涉剮蹭，產生噪音和工件損傷及大量碎屑，很難清理干凈。

3 問題解決及優化

3.1 輥輪結構優化

為解決磨損過快等問題，先后嘗試過更換為40Cr和黃銅材質輥輪，有一定程度改善，但仍處于干摩擦狀態，輥輪與輥軸其中一個必有一個磨損大需要經常更換，并伴有磨屑，進一步加劇輥輪和輥軸的磨損，同時也應該氣缸密封性，綜合性價比因素，最終采用鋼制輥輪內部鑲嵌自潤滑軸承。

自潤滑軸承又稱無油襯套或者無油軸承（如圖4），是一種不添加潤滑劑具有自身潤滑性的軸承，主要分為復合型、干模型、鑲嵌型，本次優化選用的是金屬基鑲嵌型自潤滑軸承，主要有以下優點：

（1）沒有潤滑油，內部嵌入粉末冶金固體潤滑劑，能夠防止污染，減少保養，改善勞動環境。

（2）耐磨性好，耐沖擊性能好，摩擦系數小，承載能力高。

（3）有適量彈塑性，能夠均勻分布應力，提高承載減少沖擊噪音。

（4）薄壁結構（3 mm厚），體積小質量輕，適合鑲嵌到擋輥內部，性價比高。

（5）運行中能形成潤滑膜，保護輥軸，對輥軸要求也比較低，降低輥軸的加工難度。

3.2 限位扭簧設計變更

針對扭簧軸向竄動問題，把扭簧尾部直線型結構變更為L形式，同時安裝位置開槽以便軸向定位防止竄動。因雙重載荷導致斷裂的問題，經測試更改材質及加粗線徑，效果良好，更改圖紙后推廣已降低80%的故障。

3.3 氣缸維保及緩沖器處理

在解決輥輪磨損后大大減少了磨屑的產生，所以減少粉塵通過缸桿進入防塵圈，降低氣缸漏氣故障率。同時通過測繪此定制氣缸相關參數向知名氣動廠家訂做氣缸購買備件，提高氣缸質量的穩定性。

關于緩沖器末端與工件間隙過小剮蹭工件，調整將緩沖器安裝位置前移至極限位置，縮短整體長度，同時在不影響緩沖器結構性能的前提下打磨后端倒角，減小外圍尺寸。另一方面對阻擋器安裝板增加加強筋，降低變形量，從而降低約90%的剮蹭故障。

4 結語

重型阻擋器是根據自動物流線的輸送阻停特性及工件形狀、載荷等設計的非標組件，結構及材料難免有不合適部分，因此在生產運行中除了日常保養維護，還需要多觀察、多總結、多改善才能保證阻擋器的正常高效運行。

本文所改進的臥式重型阻擋器主要考慮現場維護備件的通用性，暫未進行大的尺寸改動，輥輪及扭簧改進后極大的降低了故障率的發生，有效降低維護費用；但同時也存在液壓緩沖器選型外形尺寸過大導致阻擋器總長大的問題、阻擋氣缸定制化費用高且不能實現備件標準化問題等，因重型阻擋器現場用量較多，全部改造成本較大，因此暫緩此類的優化。

古語有云“術業有專攻”，雖然我們在運行中不斷優化，但也能看到與專業生產制造阻擋器的廠家有一定差距，后期會根據現場重型阻擋器使用更換情況尋找專業廠家訂做試用，以期實現增效提產降本目標。