锚固剂生产线胶泥灌装机构的改进

张欣达

（西山煤电（集团）山西支护器材开发有限责任公司， 山西 太原 030053）

引言

锚固剂自动化生产线的发展让机器设备逐渐代替人工劳动，在生产不断发展的过程中设备自动化程度越来越高[1-2]。在国家广泛推进提高工业生产自动化程度、降低工人的劳动强度、提高生产效率的号召下，西山煤电（集团）山西支护器材开发有限责任公司（全文简称公司）积极跟进，不断改进落后的生产设备。通过对锚固剂半自动化生产线的工艺研究及改进，使该生产线的生产效率、产品质量得到提高，作业环境得到改善、工人劳动力进一步降低。

目前，公司一条半自动化锚固剂生产线依然在使用。该生产线原料加注及胶泥灌装主要依靠人工来完成，工人在工作中劳动强度较大，因此该条半自动化锚固剂生产线急需改革。由于更换全套全自动化生产线成本过高，且工作场地有限，必须在原有的生产线上改进生产工艺。

1 工作原理及存在的问题

公司锚固剂半自动化生产线是由石粉上料机构、树脂抽送机构、胶泥自动搅拌系统和胶泥循环出料管等组成。工人的劳动强度主要集中在石粉上料和胶泥灌装这两个工作点。其中胶泥灌装需要更多的工人来完成，而且工作时间长。工作期间胶泥由搅拌仓通过隔膜泵输送到循环管道中，经过手动球阀和导流管进行胶泥的灌装。胶泥灌装工人在工作期间必须不停地开关胶泥灌装阀门，完成胶泥灌装工作，该工序的劳动强度较大。如图1 所示，阀门的离地高度约为1 450 mm，胶泥导流管约为700 mm。阀门和导流管与地面夹角约为45°。由于工人为坐姿工作，阀门距离身体较远，需要加长手柄来控制阀门的开闭。手柄长度约为500 mm，所以手臂在进行开关阀门动作时运动距离较长，且每灌装一次胶泥需要开关一次阀门。工人手臂每次工作距离约为700 mm。

图1 加长手柄运动示意图（单位：mm）

2 改进方案

针对阀门频繁开启且开启行程较长，决定改变手柄运动机构。有以下两种改进方案：一种是用V 型气动阀门代替手动阀门，用气动脚踏开关控制V 型气动阀门的开启关闭，这种改进方式可以大大减少工人的劳动强度；第二种是通过设计一种脚踏连杆机构，用脚踩踏连杆来控制普通阀门的开启，此连杆机构简单，空间占用小[3]。

2.1 V 型气动阀门方案

本改进方案是采用双作用V 型气动阀门代替原有的手动球阀，通过二位五通脚踏开关控制V 型气动阀门的开启和关闭。V 型球阀的特点是球芯带有V 型结构，阀芯是1/4 球壳，开有V 型缺口，流通能力大，可调范围大、具有剪切力、能关闭严密等特点，特别适用于流体物质的工况。阀芯的边缘呈V 字型，球体上有一个V 形开口，随着球的旋转，可使用中间开度面积的变化进行流体调节，并可切断流体中夹杂的杂质而关闭，适用于纸浆、砂浆、黏性流体的控制。在球体转动过程中，球体V 型刀口与阀座相切，从而切断流体中的纤维和固态物质，而一般的球阀则不具备这一功能。当阀门关闭时，V 型缺口与阀座之间产生契形剪刀作用，既具有自洁功能又可防止球芯卡死，维护也简单易行[4-5]。

该阀门只需脚踩踏板，通过输气管实现阀门开启关闭。操作简单，阀门开闭迅速，可以满足工作需要。但是该阀门质量较大，如果阀门直接连接胶泥分管，分管的质量会大大增加，会加大造成胶泥循环管的质量。所以该阀门控制结构需要增加额外的承重结构。V 型球阀工作结构示意图局见图2。

图2 V 型球阀工作结构示意图

2.2 脚踏连杆机构方案

本改进方案为脚踏连杆机构控制阀门开关，阀门离地高约度为1 450 mm，脚踏机与阀门之间需要一根长连杆。

导流管连接阀门与地面夹角约为45°。原先阀门的开启状态为手柄与导流管平行，关闭状态是手柄与导流管垂直，加长手柄直接连接球阀的转动轴，手柄工作轨迹是前后运动。更换成脚踏机构，水平运动的工作轨迹不适合脚踏控制，需要更改为上下运动的方式来开关阀门。开关方式如图3 所示。

图3 阀门开关手柄运动轨迹图

工人在使用脚踏机构时，通常为上下踩踏。需要设计一种上下运动的机构来带动阀门的开启关闭。经过多次的试验，设计一种脚踏结构可以方便开关阀门，基本原理图如图4 所示。

图4 中脚踏连杆实际工作过程中脚踏操纵杆行程太长，不适合直接用脚控制。需增加辅助连杆，作用于脚踏操纵杆上，来完成阀门的开闭，如图5 所示。该机构由连杆和滑块组成，由5 个活动构件和7个运动低副组成。该机构通过脚踏杆做上下运动。在脚踏杆位置增加限位装置，完全可以满足阀门开关的工作要求。

图4 脚踏开关原理图

图5 脚踏滑块连接机构示意图

3 应用效果

经过生产对比，选择方案二来改变原有的生产方式。由于公司实际工作场地有限，胶泥灌装工位间距较窄。经过实际安装试验，方案二更适合公司的实际生产要求。该方案占用空间少，质量小。每个工位都有足够的空间安装使用该机构，且成本低。方案一由于阀门本身质量大、体积大，需要另外安装承重杆，且如果全部工位都安装，气动阀门控制管路需要占用大量的空间，所以不适合公司目前的生产工艺。