□ 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)設備如圖2所示。在裝箱輸送工位附近設計有一條大型環(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、設備成本高、運行過程中響應不及時等現(xiàn)象。對此,需要設計智能化車間包裝領域殘箱緩存周轉(zhuǎn)方法及設備,以解決目前殘箱周轉(zhuǎn)設備占地面積大、成本高、響應不及時的問題。

▲圖2 現(xiàn)有殘箱緩存周轉(zhuǎn)設備

2 殘箱周轉(zhuǎn)設備工作原理

智能化車間殘箱周轉(zhuǎn)設備由箱體輸送線、殘箱周轉(zhuǎn)接駁設備、殘箱貨架組成。殘箱周轉(zhuǎn)接駁設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)設備組成如圖4所示。

▲圖3 殘箱輸送工藝

▲圖4 殘箱周轉(zhuǎn)設備組成

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)接駁設備

殘箱周轉(zhuǎn)接駁設備由水平輸送機構(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)接駁設備結(jié)構(gòu)

水平輸送機構(gòu)由導軌、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、關節(jié)軸承、導向板、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。導向板用于防止殘箱與設備運動部件接觸,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)接駁設備沿水平方向和豎直方向運行,使殘箱與貨位對應,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)接駁設備按系統(tǒng)指令運行到對應的貨位,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)接駁設備的中心線上。殘箱周轉(zhuǎn)接駁設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

筆者設計的智能化車間殘箱周轉(zhuǎn)設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)設備占地面積大、成本高、響應不及時的問題。與原有裝箱設備相比,筆者提出的設備和方法能夠?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。