卸箱流程的優(yōu)化設(shè)計(jì)

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）

1 引言

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。

2 現(xiàn)有生產(chǎn)中的卸箱環(huán)節(jié)

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)工人來彌補(bǔ)這一缺陷；而且卸箱機(jī)固定啤酒箱性能差，需專門工人重新擺放，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。

為解決上述問題，我們對(duì)傳送帶和瓶裝箱進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。

3 卸箱環(huán)節(jié)重新設(shè)計(jì)概述

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來，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)瓶子可以通過水平的傳送帶運(yùn)往目的地。

4 對(duì)瓶裝箱的重新設(shè)計(jì)

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)

5 對(duì)傳送帶的重新設(shè)計(jì)

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。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，金屬復(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)中倒立過來，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。

6 結(jié)語

改進(jìn)后完善了啤酒生產(chǎn)中的卸箱流程；通過提高傳送帶速度，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)帶來了便利條件。

［1］ 黃友劍，王明星，趙煕雍.純橡膠與橡膠金屬復(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.