崔憲坤, 劉照軍, 李榮飛, 馬同賀, 閆偉
(泰山醫(yī)學(xué)院信息工程學(xué)院,山東泰安271016)
在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天,勞動(dòng)成本不斷提高,行業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)也在加劇,節(jié)能降耗、增產(chǎn)增效、減少人工成本、生產(chǎn)流程自動(dòng)化則成為企業(yè)增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵因素。卸箱機(jī)是食品、醫(yī)藥行業(yè)的重要設(shè)備。卸箱機(jī)的作用是自動(dòng)從瓶裝箱中取出空瓶,卸箱流程直接影響整條流程線的協(xié)調(diào)運(yùn)作和生產(chǎn)效率。由于卸箱機(jī)工作效率不高,投入成本較大,嚴(yán)重制約著生產(chǎn)效率。我們通過(guò)傳送帶和瓶裝箱的重新設(shè)計(jì),省去了卸箱機(jī)的使用,提高了生產(chǎn)效率,降低了故障率及能耗。
目前相關(guān)行業(yè)的卸箱結(jié)構(gòu)一般由三部分組成:瓶裝箱、傳送帶和卸箱機(jī)。以啤酒生產(chǎn)工藝中的洗瓶流程為例:裝滿瓶子的塑料箱放到傳送帶上,經(jīng)傳送帶送達(dá)到卸箱機(jī)前;當(dāng)感知器感知到下面瓶裝箱數(shù)量足夠時(shí),傳送帶下面的擋板升起,將后面的箱子攔住并將卸箱機(jī)下固定數(shù)量的箱子粗略固定,專門(mén)的工人重新固定,負(fù)責(zé)裝卸的工人放慢卸載啤酒箱的速度。卸箱機(jī)吸住瓶裝箱中瓶子的瓶口,將其取出。根據(jù)以上所述,該流程的主要目的就是將瓶裝箱與瓶子分離,實(shí)現(xiàn)該功能的主要設(shè)備為卸箱機(jī),其缺點(diǎn)有如下幾個(gè)方面:
(1)經(jīng)常發(fā)生所有瓶子無(wú)法被完全吸住的故障。卸箱機(jī)依靠壓力差所產(chǎn)生的壓力來(lái)吸住瓶嘴,從而將瓶子從箱子中取出;如果卸箱機(jī)的吸嘴與瓶嘴在接觸中出現(xiàn)縫隙或無(wú)法完全接觸,就會(huì)出現(xiàn)掉瓶或漏瓶的現(xiàn)象。這樣就需要1~2個(gè)工人來(lái)彌補(bǔ)這一缺陷;而且卸箱機(jī)固定啤酒箱性能差,需專門(mén)工人重新擺放,增加了生產(chǎn)成本。
(2)不利于企業(yè)的動(dòng)態(tài)生產(chǎn)。由于卸箱機(jī)一次所卸箱的箱數(shù)是固定的,當(dāng)企業(yè)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模時(shí),就很可能放棄目前所用的卸箱機(jī),更換為可一次卸更多箱數(shù)的卸箱機(jī),從而增加了生產(chǎn)成本。而且如果企業(yè)需在短期內(nèi)增加生產(chǎn)量,使用卸箱機(jī)更不方便。
(3)卸箱機(jī)的吸嘴需經(jīng)常更換。卸箱機(jī)的吸嘴由橡膠制成,工作一段時(shí)間后,由于長(zhǎng)時(shí)間的摩擦,會(huì)導(dǎo)致瓶子無(wú)法吸住。工人每隔一段時(shí)間就要更換橡膠吸嘴,既增加了生產(chǎn)成本,也降低了生產(chǎn)效率。
為解決上述問(wèn)題,我們對(duì)傳送帶和瓶裝箱進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。
在卸箱環(huán)節(jié)的重新設(shè)計(jì)中放棄了對(duì)卸箱機(jī)的使用,通過(guò)對(duì)傳送帶和啤酒箱的改造實(shí)現(xiàn)目的。首先,瓶子以倒立的形式放入瓶裝箱,然后將裝滿倒立瓶子的瓶裝箱放入傳送帶中。傳送帶分為兩個(gè)部分,第一部分是旋轉(zhuǎn)180°的傳送帶將將瓶裝箱倒立,這樣箱中倒立的瓶子就可以正立過(guò)來(lái),而且瓶底接觸到了傳送帶;第二部分的功能是將瓶子與瓶裝箱分離,這樣就需要在第二部分中有一個(gè)傾斜的傳送帶和一個(gè)水平的傳送帶,其中傾斜的傳送帶能夠在運(yùn)動(dòng)中帶動(dòng)瓶裝箱將其與瓶子分離,此時(shí)瓶子可以通過(guò)水平的傳送帶運(yùn)往目的地。
對(duì)瓶裝箱的重新設(shè)計(jì)目的是瓶子以倒立的形式放到箱子中,而且在傳送帶的運(yùn)動(dòng)中盡量增大與傳送帶的摩擦,當(dāng)瓶裝箱倒立后,應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)出使瓶裝箱掛起的結(jié)構(gòu)。
瓶裝箱的設(shè)計(jì)多參考了現(xiàn)有的塑料啤酒箱,目前的塑料啤酒箱結(jié)構(gòu)大體如圖1所示。
重新設(shè)計(jì)的瓶裝箱結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖1 塑料啤酒箱結(jié)構(gòu)
圖2 新設(shè)計(jì)的瓶裝箱結(jié)構(gòu)
由上圖可以看出,主要設(shè)計(jì)有如下幾個(gè)方面:(1)在箱中有十二個(gè)瓶位,可以固定十二個(gè)倒置的瓶子。(2)在箱底兩側(cè)有兩個(gè)凹入部分,在凹入部分內(nèi)下側(cè)有齒狀凸出形狀,這樣可以使瓶裝箱在旋轉(zhuǎn)傳送帶中穩(wěn)固。(3)由不同類型的啤酒瓶底不同直徑確定(見(jiàn)圖 3),其中:d<鏤空凹槽直徑<d′,最佳參考直徑:d+0.618×(d′-d)。
圖3 倒立啤酒瓶的結(jié)構(gòu)
傳送帶的設(shè)計(jì)理念是運(yùn)用了兩個(gè)莫比烏斯帶單側(cè)曲面,使其平行放置,其中兩曲面之間的距離略高于瓶裝箱的高度,這樣就可以使箱子從中穿過(guò)。對(duì)于兩曲面可以使用滾筒平鋪,并由電機(jī)帶動(dòng)滾筒,啟動(dòng)時(shí)可由兩側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)的滾筒夾帶著啤酒箱,這樣滾筒就可以帶著瓶裝箱在傳送帶中運(yùn)動(dòng)[1]。為了增加滾筒與瓶裝箱的摩擦力,在滾筒和瓶裝箱的設(shè)計(jì)中可以使用凹凸平面,經(jīng)各種材料分析,金屬?gòu)?fù)合橡膠滾筒既可提供較大摩擦力,又可有一定的彈性保證啤酒箱順利傳送[2]。另外在兩曲面之間的支撐也可以使用滾筒,這樣可以減少瓶裝箱在傳送帶運(yùn)動(dòng)中的阻力。
傳送帶的設(shè)計(jì)目的是將瓶裝箱在這段傳送帶的運(yùn)動(dòng)中倒立過(guò)來(lái),圖4為傳送帶的3D模型。
圖4 傳送帶3D模型
在該模型中可以看出瓶裝箱在左邊正立放入傳送帶,進(jìn)入傳送帶旋轉(zhuǎn)后,倒立進(jìn)入斜坡階段。
v:第一部分傳送帶速度;vu:傾斜傳送帶的向上分速度;vl:傾斜傳送帶速度。
改進(jìn)后完善了啤酒生產(chǎn)中的卸箱流程;通過(guò)提高傳送帶速度,加快了生產(chǎn)效率,減少了設(shè)備故障率,降低了生產(chǎn)成本,減少了操作人員,提高自動(dòng)化程度。通過(guò)對(duì)傳送帶的檔速設(shè)計(jì),為企業(yè)的動(dòng)態(tài)生產(chǎn)和擴(kuò)大再生產(chǎn)帶來(lái)了便利條件。
[1] 黃友劍,王明星,趙煕雍.純橡膠與橡膠金屬?gòu)?fù)合體的性能對(duì)比研究[C]//ABAQUS軟件2003年度用戶論文集,2003.
[2] 周春國(guó),童林,劉云霞.啤酒瓶裝箱機(jī)的運(yùn)動(dòng)分析[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù),2000(4):590-591.
[3] 陳秀寧.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京:高等教育出版社,2010.