车轮坯料炉前智能物流系统及其工作方法

技术领域

本发明属于车轮生产运输技术领域，具体地说，本发明涉及一种车轮坯料炉前智能物流系统及其工作方法。

背景技术

车轮轧制主要工艺流程：切锭——加热——轧制。目前，经过下料区圆盘冷锯锯切成定长的车轮坯料通过设置在圆盘冷锯出料口门吊吊到与地面呈一定斜度的溜槽上方，车轮坯料沿着溜槽滑落到地面，由行车工根据车轮产品规格将车轮坯料吊往设定好的不同地面库内，当轧制到某个车轮产品规格时，再由行车工将地面库内该规格车轮坯料吊上加热炉旁的推钢槽内，由液压推钢机将车轮坯料推到加热炉门口侧，由人工操作移动式叉车夹持车轮坯料送到加热炉内，进行加热，再由人工操作移动式叉车将加热好的车轮坯料送到轧制区受料位开始加热工序。

现有行车吊运、叉车运输车轮坯料方式无法实现自动化操作，不能实现车轮坯料的精确放置，费时费力，并存在着安全隐患，不能很好地进行车轮坯料的单件跟踪，不适合精品车轮生产需求，需要对车轮下料工序到加热工序整个物流系统进行智能化改造。

如公开号为CN115892825A的专利文献公开了一种钢板智能仓储物流系统，包括立体库、入库传输机构、出库传输机构、堆垛机构、RGV小车、行吊、送料切割机构、仓储管理控制系统和掌上电脑，仓储管理控制系统可进行库位排程，安排钢板的入库、出库、切割和配送。本发明一种钢板智能仓储物流系统自动化程度高、负载能力强，能够存放大型钢板，场地利用充分、出库入库效率高，并能对钢板进行切割，使得钢板的存放、转运更加简便。该专利文献中公开的出入库机构以及RGV小车、行吊等不能实现车轮坯料的运输，立体库不便于车轮坯料的智能存放。

如公开号为CN113023209A的专利文献公开了一种挤压机前智能铝棒仓库物流系统，包括架设于铝棒仓库内部的轨道支撑梁，所述轨道支撑梁的侧边处安装有仓储抓取设备，所述轨道支撑梁的侧边处还架设有桁架，所述桁架上安装有铝棒取料装料设备，所述铝棒仓库底面上设置有横移小车、进料辊道、退料辊道和储棒架。本发明由进料辊道将铝棒送达轨道支撑梁下方，再由铝棒取料装料设备从进料辊道上抓取铝棒后放入横移小车，由横移小车带动铝棒移动，并由仓储抓取设备抓取铝棒放入储棒架中进行存储，完成对铝棒的稳定夹持和精准运输，提高铝棒存储效率。该该专利文献中公开的技术方案无法实现车轮坯料的智能运输、存放。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种车轮坯料炉前智能物流系统，目的是提高车轮运输的自动化程度。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：车轮坯料炉前智能物流系统，包括用于在入库时抓取火车车轮坯料的第一桁架机械手、用于接收由第一桁架机械手抓取的火车车轮坯料的第一料台和第二料台、将第一料台和第二料台上的火车车轮坯料运送至入库输送机的入库RGV小车、出库RGV小车、用于改变火车车轮坯料姿态的翻转机、用于接收由出库RGV小车运送的火车车轮坯料的第三料台和第四料台、用于抓取第三料台和第四料台上的火车车轮坯料且将火车车轮坯料放置在翻转机上的第二桁架机械手、用于抓取火车车轮坯料且将火车车轮坯料放置在加热炉中的第一旋转机械手以及用于抓取火车车轮坯料且将火车车轮坯料从加热炉中移出的第二旋转机械手。

所述第一桁架机械手包括龙门支架、X轴平移机构、Y轴横移机构和Z轴升降机构以及电磁吸盘，电磁吸盘设置于Z轴升降机构上；所述第二桁架机械手包括龙门支架、X轴平移机构、Y轴横移机构和Z轴升降机构以及电磁吸盘，电磁吸盘设置于Z轴升降机构上。

所述入库RGV小车包括行走车体、设置于行走车体上的货叉和设置于行走车体下方的输送轨道，输送轨道的一侧设置有条码带，条码带沿输送轨道延伸，行走车体上设置与条码带位置对应的读码器。

所述出库RGV小车包括行走车体、设置于行走车体上的货叉和设置于行走车体下方的输送轨道，输送轨道的一侧设置有条码带，条码带沿输送轨道延伸，行走车体上设置与条码带位置对应的读码器。

所述第一料台和所述第二料台位于所述第一桁架机械手的正下方，所述第三料台和所述第四料台位于所述第二桁架机械手的正下方，所述翻转机位于第二桁架机械手正下方，与第三料台和第四料台衔接。

所述翻转机上设有检测翻转机起始位的检测接近开关和检测翻转架上有无火车车轮坯料的物料检测传感器，物料检测传感器为光电传感器。

本发明还提供了一种车轮坯料炉前智能物流系统的工作方法，包括步骤：

S1、火车车轮坯料自动入库；

S2、火车车轮坯料自动出库；

S3、火车车轮坯料自动进出加热炉。

所述步骤S1包括：

S11.待料状态，所述第一桁架机械手的电磁吸盘位于原始零位；

S12.第一桁架机械手接到信号后，电磁吸盘得电，吸住火车车轮坯料；

S13.第一桁架机械手将火车车轮坯料放置在第一料台或第二料台上的托盘上；

S14.所述入库RGV小车接收到信号后，运动到达设定的装料工位处；

S15.入库RGV小车托起第一料台或第二料台上的托盘；

S16.入库RGV小车控制托盘下降；

S17.入库RGV小车行走到设定的卸料工位，即入库输送机的进料位时，入库RGV小车停止运动；

S18.入库RGV小车将装有火车车轮坯料的托盘送到入库输送机上，入库RGV小车再回到设定原始位，准备接受下一工作指令；

S19.入库输送机将装载有火车车轮坯料的托盘输送至出料位；

S110.堆垛机接收到接料信号，堆垛机移动到入库输送机出料位，接收装载有火车车轮坯料的托盘；

S111.堆垛机将火车车轮坯料的托盘运送至立库中。

所述步骤S2包括：

S21.堆垛机接收到出料信号，接收立库中指定库位处装载有火车车轮坯料的托盘；

S22.堆垛机将装载有火车车轮坯料的托盘运送至出库输送机的进料位；

S23.装载有火车车轮坯料的托盘落到所述出库输送机上，堆垛机移动到设定位，等待下一工作指令；

S24.出库输送机将装载有火车车轮坯料的托盘输送至出料位；

S25.所述出库RGV小车收到接料信号后，出库RGV小车行走到设定的接料位，即出库输送机的出料位时，出库RGV小车停止运动；

S26.出库RGV小车托起装载有火车车轮坯料的托盘；

S26.出库RGV小车控制托盘下降；

S27.出库RGV小车将托盘运送至所述第三料台或第四料台上；

S29.所述第二桁架机械手抓取第三料台或第四料台上的火车车轮坯料；

S210.第二桁架机械手将抓取的火车车轮坯料放置在所述翻转机上；

S211.翻转机的接到信号，进行90度转动，使火车车轮坯料由水平放置状态转换为竖直放置状态，等待第一旋转机械手抓取火车车轮坯料；

待第一旋转机械手抓取坯料后，翻转机进行90度逆转动，回到原始工作位，待下一工作指令。

所述步骤S3包括：

S31.所述第一旋转机械手接到给加热炉装料信号；

S32.第一旋转机械手抓取火车车轮坯料；

S33.第一旋转机械手的夹钳机构伸入到加热炉内设定位置；

S34.第一旋转机械手的夹钳机构打开，火车车轮坯料落到加热炉炉底设定位；

S35.第一旋转机械手回到原始零位，待下一工作指令；

S36.第二机旋转械手接到给加热炉出料信号；

S37.第二旋转机械手的夹钳机构处于设定开度，抓取火车车轮坯料；

S38.第二旋转机械手将火车车轮坯料移动至设定位置；

S39.第二旋转机械手的夹钳机构打开，热态的火车车轮坯料落到待轧制坯料受料台上；

S310.第二旋转机械手回到原始零位，待下一工作指令。

本发明的车轮坯料炉前智能物流系统，可以实现车轮坯料的自动下线、定点运输、智能仓区、炉前自动上料、下料，与车轮坯料加热轧制系统无缝对接；结构设计新颖，配置紧凑、合理，自动化程度高，操作维护方便，使用安全可靠。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是本发明车轮坯料炉前智能物流系统的作业流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例,

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上方”、“下方”、“一侧”等指示的方位或位置关系为基于本专利的说明书和权利要求书中所叙述的方位或位置关系，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

如图1所示，本发明提供了一种车轮坯料炉前智能物流系统，包括用于在入库时抓取火车车轮坯料的第一桁架机械手、用于接收由第一桁架机械手抓取的火车车轮坯料的第一料台和第二料台、将第一料台和第二料台上的火车车轮坯料运送至入库输送机的入库RGV小车、出库RGV小车、用于改变火车车轮坯料姿态的翻转机、用于接收由出库RGV小车运送的火车车轮坯料的第三料台和第四料台、用于抓取第三料台和第四料台上的火车车轮坯料且将火车车轮坯料放置在翻转机上的第二桁架机械手、用于抓取火车车轮坯料且将火车车轮坯料放置在加热炉中的第一旋转机械手以及用于抓取火车车轮坯料且将火车车轮坯料从加热炉中移出的第二旋转机械手。

具体地说，第一桁架机械手用于对锯切好的定尺火车车轮坯料的抓取，第一桁架机械手包括龙门支架、X轴平移机构、Y轴横移机构和Z轴升降机构以及电磁吸盘，电磁吸盘铰接于Z轴升降机构的下端。第一桁架机械手采用PLC和伺服驱动器控制，X轴平移机构、Y轴横移机构、Z轴升降机构采用伺服电机+精密行星减速机驱动，齿轮齿条传动，高精度直线导轨导向，保证机械手抓取火车车轮坯料时的精确定位。

第一料台和第二料台为框架式结构，型钢焊接而成；第一料台和第二料台位于第一桁架机械手正下方，第一料台和第二料台用于存放装载火车车轮坯料的托盘。

入库RGV小车实现火车车轮坯料在不同设定站点间的智能运输，入库RGV小车用于第一料台、第二料台与进料输送机之间火车车轮坯料的转运。

入库RGV小车包括行走车体、固定设置在行走车体上方的货叉、设置在行走车体下方的输送轨道以及采用条码定位的读码器和条码带，条码带安装于输送轨道的一侧，条码带并沿输送轨道延伸，读码器设置在与条码带对应侧入库RGV小车车体上。入库RGV小车可在输送轨道上行走，并且读码器恰好与条码带的位置对应，通过条码带实时监测入库RGV小车所处的位置，实现对入库RGV小车的定位。

进料输送机为一种双排链式输送机，进料输送机用于火车车轮坯料在入库RGV小车和立库之间的转接；进料输送机包括机架、设于机架上的输送链、固装在链条上的托架以及给输送链提供动力的驱动机构。机架两端设置有位置检测元件，用于托架到位信号的检测。

立库用于火车车轮坯料的智能存储，包括仓库管理系统(WMS)、仓库设备控制系统(WCS)、堆垛机和双排高层货架。双排高层货架上设置有若干个用于存放托盘的存放库位。

立库综合了火车车轮坯料的入库管理、出库管理、物料对应、库存盘点、仓库管理、库存统计等诸多功能，有效控制并跟踪仓库的物流，实现完善的坯料托盘和坯料ID信息管理，并可以与其他信息系统对接。

堆垛机主要由机架、载货台、水平运行机构、提升机构、货叉伸缩机构等部件组成，置于双排高层货架之间，能在三维空间上按照一定的顺序组合运动，以完成对托盘的出入库搬运作业。堆垛机采用PLC控制和变频器驱动，位置检测采用多圈绝对值编码器、条码定位和激光测距定位，堆垛机上还安装了多组光电开关和接近开关检测元件，具有安全可靠和停准精度高的特点。

第二桁架机械手用于对锯切好的定尺火车车轮坯料的抓取，第二桁架机械手包括龙门支架、X轴平移机构、Y轴横移机构和Z轴升降机构以及电磁吸盘，电磁吸盘铰接于Z轴升降机构的下端。第二桁架机械手采用PLC和伺服驱动器控制，X轴平移机构、Y轴横移机构、Z轴升降机构采用伺服电机+精密行星减速机驱动，齿轮齿条传动，高精度直线导轨导向，保证机械手抓取火车车轮坯料时的精确定位。

第三料台和第四料台为框架式结构，型钢焊接而成；第三料台和第四料台位于第二桁架机械手正下方，第三料台和第四料台用于存放装载火车车轮坯料的托盘。

出库RGV小车用于出料输送机与第三料台、第四料台之间火车车轮坯料的转运；出库RGV小车包括行走车体、固定设置在行走车体上方的货叉、设置在行走车体下方的输送轨道以及采用条码定位的读码器和条码带，条码带安装于输送轨道的一侧，条码带并沿输送轨道延伸，读码器设置在与条码带对应侧出库RGV小车车体上。出库RGV小车可在输送轨道上行走，并且读码器恰好与条码带的位置对应，通过条码带实时监测出库RGV小车所处的位置，实现对出库RGV小车的定位。

出料输送机为一种双排链式输送机，出料输送机用于立库和出库RGV小车之间的转接；出料输送机包括机架、设于机架上的输送链、固装在链条上的托架以及给输送链提供动力的驱动机构。机架两端设置有位置检测元件，用于托架到位信号的检测。

翻转机位于第二桁架机械手的正下方，翻转机与第三料台、第四料台衔接，翻转机包括翻转机架、扇形翻转架、固装于扇形翻转架外侧扇形面上的双排链、驱动机构和安装在翻转机架下方的托辊组件。扇形翻转架内侧呈L型，其中一面镶有V型块，便于平放火车车轮料坯，并能实现火车车轮料坯的径向定位。

作为优选的，翻转机上设有检测翻转机起始位的检测接近开关和检测翻转架上有无火车车轮坯料的物料检测传感器，物料检测传感器为光电传感器。

第一旋转机械手和第二旋转机械手为液压重载机械手，第一旋转机械手用于将火车车轮坯料放入加热炉中，第二旋转机械手用于从加热炉中取出火车车轮坯料。第一旋转机械手和第二旋转机械手的结构相同，均包括旋转机构、水平移动机构和垂直升降机构、夹钳机构，水平移动机构和垂直升降机构采用平行四连杆结构，夹钳机构夹持坯料时采用压力检测。

第一旋转机械手和第二旋转机械手采用以运动控制器为核心，并配置PLC控制和HMI画面监控。PLC和画面建立TCP/IP通讯实现操作室远程监控，机械手的PLC和生产线上其它设备采用PROFINET总线通讯。

本发明的火车车轮坯料炉前智能物流系统含有多个托盘，托盘为焊接件，托盘底部为倒“山”字型，便于货叉进出，托盘上部并排布置三个火车车轮坯料存放槽，存放槽呈“V”型，托盘底部设有RFID电子标签；

从桁架机械手到料台、RGV、立库、输送机、翻转机、旋转机械手之间的物料信息传递，通过托盘RFID电子标签和坯料ID绑定，分别在立库进口和第三料台、第四料台处的RFID读写器进行效验，保障坯料信息和实物吻合。

本发明还提供了一种车轮坯料炉前智能物流系统的工作方法，包括如下的步骤：

S1、火车车轮坯料自动入库；

S2、火车车轮坯料自动出库；

S3、火车车轮坯料自动进出加热炉。

上述步骤S1包括：

S11.待料状态，第一桁架机械手Z轴升降机构上的电磁吸盘位于原始零位。

S12.第一桁架机械手接到锯切机切好坯料的信号后，电控单元给出信号，桁架机械手X轴平移机构、Y轴横移机构动作，驱动Z轴升降机构移至抓取坯料的指定位置，Z轴升降机构带动电磁吸盘下降到抓取火车车轮坯料的工作位，电磁吸盘得电，吸住坯料；

S13.第一桁架机械手Z轴升降机构上升，X轴平移机构、Y轴横移机构驱动Z轴升降机构移至放在第一料台上的空坯料托盘上方，Z轴升降机构下降到设定位置，电磁吸盘失电，坯料落入托盘指定的V型槽内；

重复执行步骤S12、S13，当第一料台上的托盘装满设定数量的坯料时，第一桁架机械手开始对第二料台的空托盘装料；

S14.当第一料台上的托盘装满设定数量的坯料时，电控单元给入库RGV小车发出信号，入库RGV小车运动到达到设定的装料工位；

S15.入库RGV小车货叉伸缩臂上升到设定高度，按设定方向伸出，伸缩臂位于放在第一料台上装有火车车轮坯料的托盘正下方，伸缩臂上升托起托盘；

S16.入库RGV小车货叉伸缩臂回撤下降到原始工作位；

S17.入库RGV小车行走到设定的卸料工位，即入库输送机的进料位时，入库RGV小车停止运动；

S18.入库RGV小车伸缩臂上升托起托盘，伸缩臂伸出，将装有火车车轮坯料的托盘送到入库输送机托架上方，小车伸缩臂下降到设定高度，退出，小车伸缩臂继续下降到原始位，小车回到设定原始位，准备接受下一工作指令；

S19.入库输送机的驱动机构动作，驱动装有火车车轮坯料的托盘移动一个工作步长到达出料位；

S110.电控单元给立库堆垛机发出接料信号，堆垛机水平移动到入库输送机出料位，提升机构上升，货叉伸出托起托盘回缩到原始位，提升机构回到零位；

S111.堆垛机水平移动到指定位置，提升机构上升到设定高度，货叉伸出到指定库位，货叉下降到设定高度，回缩，托盘落到指定库位上,货叉继续下降到原始位，等待下一工作指令；

上述步骤S2包括：

S21.电控单元给立库堆垛机发出出料信号，堆垛机水平移动到指定位置，提升机构上升到设定高度，货叉伸出到指定库位待出库托盘的下方；

S22.堆垛机的提升机构上升，货叉托起托盘回缩到原始位，提升机构回到零位，堆垛机水平移动到出库输送机进料位；

S23.堆垛机的提升机构上升，货叉伸出，托起托盘行进到出库输送机的托架上方，堆垛机的货叉下降到设定高度，回缩到原始位，托盘落到出库输送机的托架上，提升机构继续下降到原位，堆垛机水平移动到设定位，等待下一工作指令；

S24.出库输送机的驱动机构动作，驱动装有火车车轮坯料的托盘移动一个工作步长到达出料位，驱动机构停止工作；

S25.出库RGV小车收到接料信号后，出库RGV小车行走到设定的接料位，即出库输送机的出料位时，小车停止运动；

S26.出库RGV小车的货叉上升到预定高度，货叉伸缩臂伸出到托盘下方，伸缩臂上升托起托盘；

S26.出库RGV小车的货叉伸缩臂回撤下降到原始工作位；

S27.出库RGV小车得到开始行走的信号，出库RGV小车运动到达到设定第三受料台接料处；

S28.出库RGV小车的货叉伸缩臂上升伸出到第三料台上方设定位，货叉伸缩臂下降回撤，托盘落到第三料台上，货叉伸缩臂继续下降到原始位，小车回到设定原始位置，准备接受下一工作指令；

S29.第二桁架机械手接到从托盘运送坯料到翻转机上的信号后，第二桁架机械手的X轴平移机构、Y轴横移机构动作，驱动Z轴升降机构移至待抓取坯料的正上方，Z轴升降机构下降，带动电磁吸盘落到抓取火车车轮坯料的工作位，电磁吸盘得电，吸住坯料；

S210.第二桁架机械手的Z轴升降机构上升，X轴平移机构、Y轴横移机构驱动Z轴升降机构移至翻转机受料位上方，Z轴升降机构下降到设定位置，电磁吸盘失电，坯料落入翻转机的V型块内；

第二桁架机械手的Z轴升降机构上升到设定位，X轴平移机构、Y轴横移机构驱动Z轴升降机构移至原始位，准备接受下一工作指令；

S211.翻转机的接到信号，进行90度转动，火车车轮坯料由水平放置状态转换为竖直放置状态，等待第一旋转机械手抓取坯料；

待第一旋转机械手抓取坯料后，翻转机进行90度逆转动，回到原始工作位，待下一工作指令。

上述步骤S3包括：

S31.第一旋转机械手接到给加热炉装料信号后，夹钳机构打开，旋转到待夹持火车车轮坯料前方，伸出，夹钳机构夹持辊位于待夹持火车车轮坯料的外侧；

S32.第一旋转机械手的夹钳机构关闭到设定开度，实现火车车轮坯料的四点夹持；

S33.第一旋转机械手的夹钳机构缩回，旋转到加热炉上料炉门口，夹钳机构伸出到炉内设定位置；

S34.第一旋转机械手的夹钳机构打开，坯料落到炉底设定位；

S35.第一旋转机械手的夹钳机构回撤出炉门，闭合，夹钳机构回到原始零位，等待下一块火车车轮坯料进炉指令；

S36.第二机旋转械手接到给加热炉出料信号后，夹钳机构打开，旋转到待夹持火车车轮坯料前方，伸出，夹钳机构夹持辊位于待夹持火车车轮坯料的外侧；

S37.第二旋转机械手的夹钳机构关闭到设定开度，实现火车车轮坯料的四点夹持；

S38.第二旋转机械手的夹钳机构缩回，旋转到车轮待轧制坯料受料台的正前方，伸出到设定位置；

S39.第二旋转机械手的夹钳机构打开，热态火车车轮坯料落到待轧制坯料受料台上；

S310.第二旋转机械手的夹钳机构回撤出受料位，闭合，夹钳机构回到原始零位，等待下一块火车车轮坯料出炉指令。

本发明的车轮坯料炉前智能物流系统及其工作方法，具有如下的优点：

1、桁架机械手采用PLC和伺服驱动器控制，X轴、Y轴、Z轴采用伺服电机+精密行星减速机驱动，齿轮齿条传动，高精度直线导轨导向，能实现对抓取车轮坯料的精确定位。

2、带有伸缩货叉的RGV小车通过条码带实时监测运行位置，实现对RGV小车的定位。

3、立库用于车轮坯料的智能存储，包括仓库管理系统(WMS)、仓库设备控制系统(WCS)、堆垛机和双排高层货架。

4、旋转机械手为液压重载机械手，采用以运动控制器为核心，并配置PLC控制和HMI画面监控。PLC和画面建立TCP/IP通讯实现操作室远程监控，机械手的PLC和生产线上其它设备采用PROFINET总线通讯。

5、从桁架机械手到料台、RGV、立库、输送机、翻转机、旋转机械手之间的物料信息传递，通过托盘RFID电子标签和坯料ID绑定，分别在立库入口和第三料台、第四料台处的RFID读写器进行效验，保障坯料信息和实物吻合。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。