流水清洗線系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

季松 陸榮鑑 張建紅

摘 要：伴隨工業(yè)4.0的建設(shè)和信息自動(dòng)化的全面普及，自動(dòng)清洗技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。但是由于設(shè)計(jì)自動(dòng)化生產(chǎn)線擁有一定的復(fù)雜程度，一般自動(dòng)化清洗設(shè)備在設(shè)計(jì)之初往往沒(méi)有考慮到人性化設(shè)計(jì)，生產(chǎn)線維修、維護(hù)也比較困難。本文針對(duì)一種自動(dòng)化流水清洗線產(chǎn)品，進(jìn)行人性化結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。改進(jìn)之后的生產(chǎn)線滿足模塊化設(shè)計(jì)要求，相對(duì)的維修成本也較低，整體生產(chǎn)線流水線擁有了可移植的便捷性。相對(duì)的高強(qiáng)度、穩(wěn)定性、可操作性也得到了進(jìn)一步的提升，整體生產(chǎn)線的改進(jìn)設(shè)計(jì)滿足了現(xiàn)代化設(shè)計(jì)的要求。

關(guān)鍵詞：流水線設(shè)計(jì);人機(jī)工程學(xué);機(jī)械設(shè)計(jì);優(yōu)化設(shè)計(jì)

0 引言

本文改進(jìn)的是一種直鏈?zhǔn)阶詣?dòng)化清洗線，將其改為環(huán)式自動(dòng)清洗線，這樣可以滿足循環(huán)利用的需求，也符合現(xiàn)代化環(huán)保設(shè)計(jì)，相應(yīng)地節(jié)省了生產(chǎn)成本。

國(guó)外的自動(dòng)化設(shè)計(jì)發(fā)展較快，自動(dòng)化程度較高，有些優(yōu)秀的自動(dòng)化生產(chǎn)線完全不需要人工操作，控制部分與機(jī)械結(jié)構(gòu)部分結(jié)合應(yīng)用，使得生產(chǎn)效率大大提高。良好的生產(chǎn)環(huán)境也體現(xiàn)了以人為本的思想。目前優(yōu)秀的國(guó)外自動(dòng)化生產(chǎn)線都采用了高分辨率相機(jī)、高精度傳感器、穩(wěn)定快捷的伺服控制系統(tǒng)，不僅提高了產(chǎn)品質(zhì)量，減小了廢品率，而且減少了人工成本。目前國(guó)外的自動(dòng)化研究方向在往人工智能方向、機(jī)器學(xué)習(xí)方向和嵌入式系統(tǒng)方向靠近。比如配電自動(dòng)化技術(shù)，[1]由系統(tǒng)合理監(jiān)控用電負(fù)載，分析并記錄，減少了人工排查的風(fēng)險(xiǎn)與失誤率;[2]采用機(jī)器識(shí)別來(lái)分辨水果的成熟程度，進(jìn)行合理分類(lèi)的自動(dòng)化采摘線等。

隨著現(xiàn)代生產(chǎn)的規(guī)?；枨筇岣?，國(guó)內(nèi)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)程度也得到了較大的發(fā)展。比如國(guó)內(nèi)的電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化，滿足不同用戶的用電需求，通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的調(diào)度，具有高度的自動(dòng)化能力。但是國(guó)內(nèi)的小型自動(dòng)化生產(chǎn)線存在定位不精準(zhǔn)、移植性不高、廢品率高等問(wèn)題，缺乏合理的管理與監(jiān)督，維修方面也具有一定的困難。國(guó)內(nèi)產(chǎn)品生產(chǎn)要做到檢測(cè)、控制、分析、低成本、高效率，就必須采用合理的自動(dòng)化生產(chǎn)線，采用先進(jìn)的控制自動(dòng)化技術(shù);應(yīng)該往嵌入式系統(tǒng)控制方面轉(zhuǎn)變，融合人工智能技術(shù)，[3]真正達(dá)到生產(chǎn)的完全自動(dòng)化。

1 整體結(jié)構(gòu)概述

整體自動(dòng)化清洗線由直式改成環(huán)式，占用的面積變小，約為60m2。整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要由以下6個(gè)機(jī)構(gòu)組成：一是儲(chǔ)水與過(guò)水機(jī)構(gòu)，二是噴洗機(jī)構(gòu)，三是漂洗機(jī)構(gòu)，四是烘干機(jī)構(gòu)，五是供電系統(tǒng)，六是固定與傳送機(jī)構(gòu)。[4]整體的工作流程如下：供電系統(tǒng)供電，由操作人員開(kāi)啟自動(dòng)化清洗流水線，儲(chǔ)水罐進(jìn)水，當(dāng)進(jìn)水滿足工作需要之后，為整體生產(chǎn)線供水。工作人員將需要清洗的物品放在過(guò)水機(jī)構(gòu)上層的掛鉤上，進(jìn)行固定。清洗物品隨傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行環(huán)式傳動(dòng)，先在過(guò)水機(jī)構(gòu)處進(jìn)行過(guò)水浸泡;浸泡完畢之后，進(jìn)入噴洗機(jī)構(gòu)，進(jìn)行集中噴洗，方便去除物品上的油污或者其他雜質(zhì)。從噴洗機(jī)構(gòu)出來(lái)后，清洗物品進(jìn)入漂洗機(jī)構(gòu)，進(jìn)行漂洗程序，這一步是為了徹底去除清洗物品上的清洗液和其他雜質(zhì)。清洗完畢后，將物品送入烘干機(jī)構(gòu)進(jìn)行烘干步驟。等清洗物品全部烘干完畢之后，將物品傳動(dòng)到下料區(qū)，由工人取下清洗物品。整個(gè)清洗流水線工作循環(huán)結(jié)束。

2 固定機(jī)構(gòu)與傳送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

本機(jī)構(gòu)材料采用普通鑄鐵，形狀設(shè)計(jì)成環(huán)式，通過(guò)底部的固定柱固定在相應(yīng)的位置，固定柱通過(guò)螺栓固定在地面，采用螺栓固定，方便以后的產(chǎn)品移植。[5]在環(huán)式機(jī)構(gòu)上采用直角掛鉤，直角掛鉤可盡到最大限度的抓取能力，直角掛鉤也可以更換為其他抓取機(jī)構(gòu)，滿足抓取不同產(chǎn)品的需求。直角掛鉤通過(guò)滑塊與環(huán)式機(jī)構(gòu)連接，具有傳動(dòng)方便、快捷的特點(diǎn)。[6]

3 儲(chǔ)水機(jī)構(gòu)和過(guò)水機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

儲(chǔ)水結(jié)構(gòu)采用大容量球式儲(chǔ)水機(jī)構(gòu)，儲(chǔ)水能力強(qiáng);過(guò)水機(jī)構(gòu)采用梯形槽，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。小面朝下、大面朝上，材料采取鈑金件折疊而成，成本較低。在儲(chǔ)水機(jī)構(gòu)和過(guò)水機(jī)構(gòu)的下方采用塑料管進(jìn)行排水。[7]

4 噴洗機(jī)構(gòu)與漂洗機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

噴洗機(jī)構(gòu)和漂洗機(jī)構(gòu)同樣采用鈑金件折疊焊接而成，在漂洗機(jī)構(gòu)內(nèi)置超聲波裝置，通過(guò)超聲波裝置可以清洗物品上的頑固污漬。物品從漂洗機(jī)構(gòu)的中間依次進(jìn)入，方便完全清洗。噴洗機(jī)構(gòu)內(nèi)置兩層多噴頭，可以從多角度對(duì)物品進(jìn)行噴洗，方便去除清洗液和污漬。

5 烘干機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

烘干機(jī)構(gòu)采用不完全封閉式設(shè)計(jì)，材料是鈑金件，形狀為方形，兩側(cè)是百葉窗，用來(lái)散熱與排氣，在烘干機(jī)構(gòu)上部開(kāi)有風(fēng)機(jī)洞，用來(lái)實(shí)現(xiàn)氣體循環(huán)，滿足烘干要求。烘干機(jī)構(gòu)的運(yùn)行通過(guò)PLC控制，工作時(shí)，烘干機(jī)構(gòu)需要進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱完畢后，物品從中間空擋處進(jìn)入，風(fēng)機(jī)控制風(fēng)向，可以節(jié)省烘干時(shí)間，滿足烘干需求。[8]

6 結(jié)語(yǔ)

以上對(duì)自動(dòng)化清洗線整體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹，講解了整體清洗流水線的工作流程和各個(gè)結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)，以及它們之間的連接關(guān)系。在對(duì)自動(dòng)化清洗線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)之后，全程只需要人為上下料、控制系統(tǒng)啟停、工作速度模式，不同于以往的傳統(tǒng)清洗設(shè)備。優(yōu)化后的系統(tǒng)設(shè)計(jì)采取了模塊化設(shè)計(jì)，可以方便更改和添加新的清洗機(jī)構(gòu)，提高了清洗和生產(chǎn)的工藝水平，提高人工的利用率，降低工作人員的工作強(qiáng)度，解決了以往生產(chǎn)效率低的問(wèn)題和可能存在的生產(chǎn)安全問(wèn)題。在未來(lái)的設(shè)計(jì)改進(jìn)上，我們將加入機(jī)器識(shí)別功能，可以同時(shí)進(jìn)行不同產(chǎn)品的清洗，通過(guò)機(jī)器識(shí)別將其進(jìn)行分類(lèi)，并傳到對(duì)應(yīng)的下料區(qū)，引入數(shù)據(jù)庫(kù)，記錄每天的生產(chǎn)情況和機(jī)器的工作狀態(tài)。這樣的改進(jìn)是未來(lái)自動(dòng)化發(fā)展的趨勢(shì)。

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作者簡(jiǎn)介：季松（1995—），男，研究生在讀，主要從事機(jī)電一體化、嵌入式系統(tǒng)方向的研究。

通信作者：陸榮鑑（1964—），男，研究生，講師，主要從事機(jī)電一體化、工業(yè)控制系統(tǒng)方向的研究。