CN113602949B - 一种精密零件提升转运输送装置及提升转运输送方法 - Google Patents

Abstract

一种精密零件提升转运输送装置及提升转运输送方法，其装置包括，大车、小车、升降装置、磁吸装置。磁吸装置包括磁芯、钢爪、冷却管道、充气管道、缓冲部件；冷却管道从升降臂延伸至磁芯，并且围绕在磁芯外侧及钢爪之间，用于给磁芯降温；充气管道与缓冲部件连接，用于向缓冲部件中充入高压气体，使得缓冲部件能够在钢爪和精密零件之间产生气浮缓冲。本发明能够实现避免在提升转运过程中对于精密零件的机械形变和温度形变，保证精密零件尺寸符合规范。

Description

一种精密零件提升转运输送装置及提升转运输送方法

技术领域

本发明涉及提升起重设备领域，特别涉及用于精密零件的提升输送装置。

背景技术

目前常规的提升输送装置一般采用机械握持、卡接或吊装等方式来进行提升、转运。但这些方式具有较大的机械接触力。这种机械接触力不仅仅用来对零件进行提升，还存在不期望的摩擦、扭转、应变等，从而使得零件磨损和变形，这非常不利于精密零件性能的保持，甚至会使得零件损坏。虽然通常零件具有一定的容差，但精密零件不能允许此类情况发生。

虽然现有技术中也存在使用电磁铁技术进行零件提升的技术方案。然而电磁铁的巨大吸力会导致零件与电磁铁发生不期望的碰撞，从而使得精密零件发生形变、损坏。并且电磁铁工作时产生的较高温度同样会使得精密零件发生热膨胀。特别是，对于一些精密零件，在装配时需要保持恒定的温度，特别是需要低温装配时，温度的变化会导致其外形尺寸发生微小变化，从而影响精密的装配。而提升装置的夹持部由于电流、机械摩擦等原因均会导致接触部分零件温度升高，从而导致精密零件装配误差变大，甚至无法正确装配。

为此，急需一种能够不对精密零件造成接触形变，且能够保持均匀低温的提升装置。

发明内容

为解决上述问题，及下属实施例中提到的诸多问题，本发明提出了如下方案：

一种精密零件提升转运输送装置，包括大车、小车、升降装置、磁吸装置，大车位于轨道上，能够沿轨道移动，从而将零件搬运至安装位置；小车位于大车横梁上，能够沿大车横梁移动，小车上具有升降装置，用于将零件提升和下降，升降装置的下端连接有磁吸装置，用来通过磁力吸取零件，其特征在于：磁吸装置包括磁芯、钢爪、冷却管道、充气管道、缓冲部件；

其中磁芯为电磁铁，用于通电流产生磁力，从而吸取零件；钢爪为磁芯下表面的凸起，用于将磁力传递给零件，多个钢爪之间具有空隙，用来容纳冷却管道；冷却管道从升降装置延伸至磁芯，并且围绕在磁芯外侧及钢爪之间，用于给磁芯降温；充气管道与缓冲部件连接，用于向缓冲部件中充入高压气体，使得缓冲部件能够在钢爪和精密零件之间产生气浮缓冲；

钢爪内部具有容纳空间，用于容纳压力传感器，在容纳空间与压力传感器之间填充有导热材料，从钢爪向上延伸，穿过磁芯下表面，进入磁芯，从而使得磁芯的部分热量能够通过导热材料进入容纳空间，保证压力传感器的工作温度；导热材料外侧，与容纳空间壁之间设置有热隔离材料；

升降装置逐渐下降吸取零件过程中，采集压力传感器信号，同时启动充气管道，保证充气压强按照如下公式进行充气：

，

其中a=0.53，b=6，c=0.12，d=0.47，e=2.9，F为压力传感器测量的压力；

当F>10N时，停止升降装置移动，此时设定磁吸装置电流按如下公式变化：

其中t为时间，I0为额定电流的20%。

通过升降装置将磁吸装置以速度V0移动至零件上方0.5米处，开启磁吸装置，将电流设定为额定电流的20%，设定为I0。

在容纳空间内，压力传感器旁设置温度传感器。

一种使用上述的提升转运输送装置的提升转运输送方法，包括

（1）提升转运输送装置启动；

（2）启动完成后，关闭电磁铁电流；移动大车和小车，从而使得磁吸装置对准零件；

（3）通过升降装置将磁吸装置移动至零件上方0.5米处；开启磁吸装置，将电流设定为额定电流的20%，记为I0；

（4）将升降装置缓慢向零件靠近，同时采集压力传感器信号；同时启动充气管道，进行充气；

（5）当压力传感器感知压力超过10N时，停止升降装置移动；

（6）当磁吸装置电流达到设定的额定电流，且压力传感器压力值达到设定的额定值，则完成磁吸操作，此时确认零件已经牢固地固定在磁吸装置上；

（7）升降装置提升零件，同时移动大车和小车，将零件移动至安装部，对准后缓慢将零件下放，在装配到位后，关闭磁吸装置电流。

发明点及技术效果

1、精密零件的提升搬运要求需要采用电磁铁方案，但电磁铁散热无法保证零件低温及避免碰撞（或大压强），本发明采用了①低温冷却的方式实现零件低温恒定，②高压气体缓冲实现零件防碰撞。然而选择高压气体适合的压力需要压力传感器采集，压力传感器又无法工作在低温环境下，与方案①矛盾，为此本发明设计了保持压力传感器恒定工作温度的方案。由此，系统性地解决了精密零件提升搬运时需要的恒定低温，及避免碰撞或较大压强。

2、通过优选设置缓冲材料，及缓冲材料的充气压力，在保证吸取牢固的前提下，避免了钢爪与零件硬接触，从而能够保护精密零件。

3、通过设置导热材料的结构和位置，保证了传感器的工作温度，避免了低温失效的问题。

4、通过优选设置热隔离材料，及其中流体填充量，进一步保证了传感器工作温度，使其能够适应于不同外界工作温度和电磁铁不同工作电流，扩展了工作场景。

5、通过以上设置，能够避免对精密零件的机械压力变形，以及温度变形。

本发明的发明点包括但不限于以上，具体以实施例记载的技术内容为准。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是提升转运传输系统整体示意图

图2是磁吸装置示意图

图3是钢爪内部示意图。

具体实施方式

提升转运传输系统结构

提升转运传输系统包括，大车1、小车2、升降装置3、磁吸装置4。

大车位于轨道上，能够沿轨道移动，从而将零件搬运至安装位置。小车位于大车横梁上，能够沿大车横梁移动，从而对零件位置进行微调。小车上具有升降装置，用于将零件提升和下降。升降装置的下端连接有磁吸装置，用来通过磁力吸取零件。

磁吸装置结构

磁吸装置包括磁芯4-1、钢爪4-2、冷却管道4-3、充气管道4-4、缓冲部件4-5。

其中磁芯为电磁铁，用于通电流产生磁力，从而吸取零件。

钢爪为磁芯下表面的凸起，用于将磁力传递给零件。多个钢爪之间具有空隙，用来容纳冷却管道，对从而实现对钢爪的降温冷却。

冷却管道从升降臂延伸至磁芯，并且围绕在磁芯外侧及钢爪之间，用于给磁芯降温，避免由于大电流带来的局部温度升高。由此，可以防止磁芯的热量通过钢爪传递给零件，导致零件升温，影响装配精度。

充气管道与缓冲部件连接，用于向缓冲部件中充入高压气体，使得缓冲部件能够在钢爪和精密零件之间产生气浮缓冲，避免钢爪与零件的硬接触。目前常常使用柔性材料，例如橡胶作为缓冲，然而这种缓冲的弹性系数是一定的，由材质决定。但由于零件不同，磁力不同，需要的缓冲材料的弹性并不相同。采用高压气体方式，可以根据磁力大小选择适合的气压，从而为缓冲部件提供恰当的弹性，保证既能够保护零件不受损伤，又能够牢固固定零件。具体气压设置方式如下：

其中a=0.53，b=6，c=0.12，d=0.47，e=2.9，F为压力传感器测量的压力 ，单位为100N（即F=1代表100N），P单位为一个标准大气压。

如此设置，可以在磁力较小时提供较小气压，避免长期大气压对缓冲部件的冲击；在磁力变大后气压较为快速增长，用以提供较为稳定的弹性效果，在磁力继续增大后，气压增加放缓，避免过大气压对于缓冲部件的冲击，同时提供足够弹性支撑。根据上述原则，同时结合缓冲部件、待提升零件、工作环境等具体情况，经过大量实验，总结出如上经验公式。根据测试，利用上述公式进行气压调节时，能够兼顾节约高压气体资源、牢固固定零件和提供足够缓冲支撑，也是发明点之一。

钢爪内部具有容纳空间4-2-3，用于容纳压力传感器4-2-1。在容纳空间与压力传感器之间填充有导热材料4-2-2，并且导热材料从钢爪向上延伸，穿过磁芯下表面，进入磁芯内部一定距离（优选为5cm），也就是说，导热材料为两个长方体叠加形成的立体形状，上面的长方体更宽，下面的长方体更窄。如此设计使得磁芯的部分热量能够通过导热材料进入容纳空间，保证压力传感器的工作温度。由于外部有冷却管道为钢爪进行急速降温，此时会导致传感器工作环境温度较低。而通常传感器的工作温度应当高于-20℃，极限也在-40℃。但某些精密零件装配时要求使用液氮降温，因此会使得零件上的冷量通过钢爪传递至内部的压力传感器，从而导致传感器失效。为此，本发明提出了利用电磁铁的热量保持传感器工作温度的方案，既不增加额外热源，又可以保证传感器正常工作。导热材料外侧，与容纳空间壁之间设置有热隔离材料，从一定程度上避免外部冷量进入，也避免内部热量流出。

然而，热隔离材料需要对隔离系数进行优选，隔离效果过好，会导致传感器温度过高，隔离效果差会导致传感器温度过低。如果单一的隔离材料，则只能应对一种磁芯电流和冷却条件。如果电流变化，或冷却温度发生变化，则隔离材料难以保证传感器位于合适的温度区间。为此，设计了可变式隔离方案。隔离材料为中空式结构，外壳为热隔离材料，内部设置有可流动的隔热流体。若需要更高的隔热效果，则充满隔热流体，若需要较低的隔热效果，则不填充隔热流体，仅利用中空部的空气隔热。也就是说，根据隔热需要，对隔热流体流入热隔离材料中空部的量进行控制。其中隔热流体并不限于液体、气体，还包括例如诸多固体小颗粒构成的颗粒群。但无论哪种隔热流体，均是流动性的，即在热隔离材料中流动，保证隔热效果，同时保证隔热流体的均匀性分布。例如，自身具有流动性的液体和气体，以及随气体或液体流动的固体小颗粒。优选在压力传感器旁设置温度传感器。根据温度值来调整隔热流体的流入量，具体调整方法参加下述提升转运输送装置的启动流程。

启动流程

（1）启动电磁铁，将驱动电流设置在额定电流的20%。

（2）根据本次工作目标温度T要求，开启冷却系统，向冷却管道中充入额定量冷却液。

（3）设置热隔离材料中隔热流体填充量。若T<-40℃，则热隔离材料中初始填充30%隔热流体；若-20℃>T≥-40℃，则热隔离材料中初始填充20%隔热流体；若0℃>T≥-20℃，则热隔离材料中初始填充10%隔热流体；若T≥0℃，则热隔离材料中初始不填充隔热流体。

（4）压力传感器的工作温度区间为[Q1,Q2]，

若温度传感器的温度Q属于该区间，且温度传感器温度10秒钟内变化满足变化的绝对值△Q＞(Q2-Q1)/10，则隔热流体填充量变化12%（若温度传感器升高，则填充量增加；若温度传感器降低，则填充量减小）。

若温度传感器的温度Q不属于该区间：若Q>Q2，则隔热流体填充量减少12%；若Q<Q1，则隔热流体填充量增加12%。

以上参数均是经过大量实验总结出来的，能够快速完成系统启动，保证压力传感器迅速工作在正常温度内，不会发生控制上的震荡，同时也不会浪费资源。

可以理解，在启动完毕后，在提升转运过程中，与上述过程相似，根据温度对隔热流体填充量进行调整。

提升转运输送流程

（1）提升转运输送装置按照上述启动流程启动。

（2）启动完成后，关闭电磁铁电流。移动大车和小车，从而使得磁吸装置对准零件。

（3）通过升降装置将磁吸装置以速度V0移动至零件上方0.5米处。开启磁吸装置，将电流设定为额定电流的20%，记为I0。

（4）升降装置移动速度按如下公式设定：

，其中t为时间。将升降装 置缓慢向零件靠近，同时采集压力传感器信号。同时启动充气管道，保证充气压强按照公式

进行充气。

（5）当压力传感器感知压力超过10N时，停止升降装置移动。设定磁吸装置电流按如下公式变化：

其中t为时间。如此，可以使得磁力逐渐增大，避免磁力过大引起的零件移动碰撞。同时也为充气管道提供恰当压强预留足够的时间，实现磁力与压强的配合，避免磁力突然过大，缓冲部件压强不足以实现缓冲而导致零件碰撞变形。上述公式是经过大量实验总结优选的，也是发明点之一。

（6）当磁吸装置电流达到设定的额定电流，且压力传感器压力值达到设定的额定值，则完成磁吸操作，此时确认零件已经牢固地固定在磁吸装置上。

（7）升降装置提升零件，同时移动大车和小车，将零件移动至安装部，对准后缓慢将零件下放，在装配到位后，关闭磁吸装置电流。

可以理解，除了上述内容，还包括一些常规结构和常规方法，由于这些内容都是公知的，不再赘述。但这并不意味着本发明不存在这些结构和方法。

本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (4)

1.一种精密零件提升转运输送装置，其特征在于：包括大车、小车、升降装置、磁吸装置，大车位于轨道上，能够沿轨道移动，从而将零件搬运至安装位置；小车位于大车横梁上，能够沿大车横梁移动，小车上具有升降装置，用于将零件提升和下降，升降装置的下端连接有磁吸装置，用来通过磁力吸取零件，其特征在于：磁吸装置包括磁芯、钢爪、冷却管道、充气管道、缓冲部件；

其中磁芯为电磁铁，用于通电流产生磁力，从而吸取零件；钢爪为磁芯下表面的凸起，用于将磁力传递给零件，多个钢爪之间具有空隙，用来容纳冷却管道；冷却管道从升降装置延伸至磁芯，并且围绕在磁芯外侧及钢爪之间，用于给磁芯降温；充气管道与缓冲部件连接，用于向缓冲部件中充入高压气体，使得缓冲部件能够在钢爪和精密零件之间产生气浮缓冲；

钢爪内部具有容纳空间，用于容纳压力传感器，在容纳空间壁与压力传感器之间填充有导热材料，从钢爪向上延伸，穿过磁芯下表面，进入磁芯，从而使得磁芯的部分热量能够通过导热材料进入容纳空间，保证压力传感器的工作温度；导热材料外侧，与容纳空间壁之间设置有热隔离材料；

升降装置逐渐下降吸取零件过程中，采集压力传感器信号，同时启动充气管道，保证充气压强按照如下公式进行充气：

，

其中a=0.53，b=6，c=0.12，d=0.47，e=2.9，F为压力传感器测量的压力；

当F>10N时，停止升降装置移动，此时设定磁吸装置电流按如下公式变化：

其中t为时间，I0为额定电流的20%。

2.如权利要求1所述的提升转运输送装置，其特征在于：通过升降装置将磁吸装置以速度V0移动至零件上方0.5米处，开启磁吸装置，将电流设定为额定电流的20%，设定为I0。

3.如权利要求1所述的提升转运输送装置，其特征在于：在容纳空间内，压力传感器旁设置温度传感器。

4.一种使用如权利要求1-3之一所述的提升转运输送装置的提升转运输送方法，其特征在于：包括

（1）提升转运输送装置启动；

（2）启动完成后，关闭电磁铁电流；移动大车和小车，从而使得磁吸装置对准零件；

（3）通过升降装置将磁吸装置移动至零件上方0.5米处；开启磁吸装置，将电流设定为额定电流的20%，记为I0；

（4）将升降装置缓慢向零件靠近，同时采集压力传感器信号；同时启动充气管道，进行充气；

（5）当压力传感器感知压力超过10N时，停止升降装置移动；

（6）当磁吸装置电流达到设定的额定电流，且压力传感器压力值达到设定的额定值，则完成磁吸操作，此时确认零件已经牢固地固定在磁吸装置上；

（7）升降装置提升零件，同时移动大车和小车，将零件移动至安装部，对准后缓慢将零件下放，在装配到位后，关闭磁吸装置电流。

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