智能化車間殘箱周轉(zhuǎn)研究

□ 劉佳斌 □ 呂萬會 □ 王 棟 □ 田廣奪 □ 李 東

北京強度環(huán)境研究所 北京 100076

1 研究背景

隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展,制造行業(yè)自動化生產(chǎn)線逐步向適應(yīng)多品種、柔性化生產(chǎn)線發(fā)展[1]。以氨綸生產(chǎn)車間為例[2-4],由于產(chǎn)品型號多樣,型號轉(zhuǎn)產(chǎn)時會存在箱體裝不滿的現(xiàn)象,這種箱體稱為殘箱。氨綸生產(chǎn)過程中,需要對殘箱進行緩存,方便對應(yīng)型號產(chǎn)品再次生產(chǎn)時拼裝為滿箱,然后隨輸送線運送至箱體存儲倉庫。箱體輸送工藝如圖1所示。

▲圖1 箱體輸送工藝

現(xiàn)有的殘箱緩存周轉(zhuǎn)設(shè)備如圖2所示。在裝箱輸送工位附近設(shè)計有一條大型環(huán)形輸送線,充當緩存線。當產(chǎn)生殘箱時,依靠人工、機械手或其它接駁設(shè)備將殘箱放置在環(huán)形緩存線上,箱體隨環(huán)形緩存線運行。當需要殘箱時,根據(jù)產(chǎn)品型號調(diào)取對應(yīng)的殘箱。采用這種平面環(huán)形緩存周轉(zhuǎn)方式,存在占地面積大、設(shè)備成本高、運行過程中響應(yīng)不及時等現(xiàn)象。對此,需要設(shè)計智能化車間包裝領(lǐng)域殘箱緩存周轉(zhuǎn)方法及設(shè)備,以解決目前殘箱周轉(zhuǎn)設(shè)備占地面積大、成本高、響應(yīng)不及時的問題。

▲圖2 現(xiàn)有殘箱緩存周轉(zhuǎn)設(shè)備

2 殘箱周轉(zhuǎn)設(shè)備工作原理

智能化車間殘箱周轉(zhuǎn)設(shè)備由箱體輸送線、殘箱周轉(zhuǎn)接駁設(shè)備、殘箱貨架組成。殘箱周轉(zhuǎn)接駁設(shè)備將位于箱體輸送線上的殘箱存入貨位,或根據(jù)指令將貨位內(nèi)的殘箱運送至箱體輸送線上,實現(xiàn)殘箱在箱體輸送線和殘箱貨架貨位之間的轉(zhuǎn)換。

殘箱輸送工藝如圖3所示,殘箱周轉(zhuǎn)設(shè)備組成如圖4所示。

▲圖3 殘箱輸送工藝

▲圖4 殘箱周轉(zhuǎn)設(shè)備組成

3 箱體輸送線

殘箱脫離箱體輸送線如圖5所示,殘箱放置于箱體輸送線上如圖6所示。采用技術(shù)較為成熟的電動輥道輸送線,頂升機構(gòu)采用氣缸帶動C形板的形式。當有殘箱需要存儲時,殘箱輸送到位,由頂升機構(gòu)將殘箱托起,實現(xiàn)殘箱與箱體輸送線的脫離。當殘箱需要繼續(xù)拼裝時,從貨架運送過來的殘箱放置在升起的頂升機構(gòu)上,隨后頂升機構(gòu)下降,殘箱再次隨箱體輸送線輸送裝箱。

▲圖5 殘箱脫離箱體輸送線

▲圖6 殘箱放置于箱體輸送線

4 殘箱周轉(zhuǎn)接駁設(shè)備

殘箱周轉(zhuǎn)接駁設(shè)備由水平輸送機構(gòu)、豎直輸送機構(gòu)組成[5-7],具有水平輸送、垂直輸送、左右輸送的功能。殘箱周轉(zhuǎn)接駁設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖7所示,可實現(xiàn)殘箱按指令要求從箱體輸送線上放置到殘箱貨架貨位,或從殘箱貨架貨位放置到箱體輸送線上。

▲圖7 殘箱周轉(zhuǎn)接駁設(shè)備結(jié)構(gòu)

水平輸送機構(gòu)由導(dǎo)軌、齒條、基座、滑塊、豎直機構(gòu)連接板、減速器連接固定板、減速器、伺服電機、斜齒輪等組成。伺服電機、減速器、斜齒輪通過螺釘固定在一起。減速器通過減速器固定板與豎直機構(gòu)連接板固連,豎直機構(gòu)連接板與水平運動滑塊通過螺釘連接,在伺服電機的驅(qū)動下,帶動豎直升降機構(gòu)一起沿水平方向運動。

豎直升降機構(gòu)由伸縮叉連接架、伸縮叉、升降缸、升降支架、升降架、關(guān)節(jié)軸承、導(dǎo)向板、防護罩、耳座等組成。伸縮叉與伸縮叉連接架通過螺釘固定,伸縮叉連接架與升降架通過螺釘連接。升降缸通過關(guān)節(jié)軸承與升降架上的耳座連接在一起,通過升降缸的動力系統(tǒng)帶動升降架沿升降支架做豎直升降運動。升降支架通過螺釘與豎直機構(gòu)連接板連接,可隨水平輸送機構(gòu)一起運動。導(dǎo)向板用于防止殘箱與設(shè)備運動部件接觸,防護罩對運動機構(gòu)起保護作用。伸縮叉與伸縮叉連接架通過螺釘連接在一起,具有雙向輸送功能[8]。

5 殘箱貨架

殘箱貨架是通用的立體貨架[9-10],一個兩層殘箱貨架如圖8所示。實際上,可以根據(jù)需要設(shè)計數(shù)量和層數(shù)相互組合的殘箱貨架,如圖9所示。

▲圖8 兩層殘箱貨架

▲圖9 組合殘箱貨架

6 智能化車間殘箱周轉(zhuǎn)流程

智能化車間殘箱周轉(zhuǎn)流程如圖10所示。當有殘箱產(chǎn)生時,殘箱周轉(zhuǎn)接駁設(shè)備的豎直升降機構(gòu)下降到合適位置,伸縮叉伸出,進入頂升機構(gòu)的C形槽內(nèi),將殘箱托起。殘箱托起后,伸縮叉回縮到中位,使殘箱處于殘箱周轉(zhuǎn)接駁設(shè)備的中心線上。根據(jù)控制系統(tǒng)的指令,殘箱周轉(zhuǎn)接駁設(shè)備沿水平方向和豎直方向運行,使殘箱與貨位對應(yīng),此時伸縮叉帶著殘箱伸出,升降機構(gòu)下降,將殘箱放置在殘箱貨架上。伸縮叉回縮到中位,等待控制系統(tǒng)發(fā)出下一個指令。當有殘箱需要繼續(xù)拼裝時,殘箱周轉(zhuǎn)接駁設(shè)備按系統(tǒng)指令運行到對應(yīng)的貨位,伸縮叉伸出,升降機構(gòu)升起,將貨位內(nèi)的殘箱托起。伸縮叉回縮到中位,帶動殘箱回到殘箱周轉(zhuǎn)接駁設(shè)備的中心線上。殘箱周轉(zhuǎn)接駁設(shè)備帶著殘箱沿水平方向和豎直方向運行到箱體輸送線的接箱位,伸縮叉伸出,升降機構(gòu)下降,將箱體放置在頂升機構(gòu)上。

▲圖10 智能化車間殘箱周轉(zhuǎn)流程

7 結(jié)論

筆者設(shè)計的智能化車間殘箱周轉(zhuǎn)設(shè)備及方法具有原理清晰、結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)、安全可靠等優(yōu)點,能夠有效解決智能化車間中殘箱周轉(zhuǎn)設(shè)備占地面積大、成本高、響應(yīng)不及時的問題。與原有裝箱設(shè)備相比,筆者提出的設(shè)備和方法能夠?qū)Χ嘈吞?、多?shù)量殘箱進行緩存與周轉(zhuǎn),具有良好的推廣價值。