李海鵬

(永富容器(哈爾濱)有限公司，哈爾濱 150001)

大載荷自動軌道輸送系統(tǒng)

李海鵬

(永富容器(哈爾濱)有限公司，哈爾濱 150001)

為提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化程度，減少一線工作人員的勞動強度及叉車運轉(zhuǎn)時間，提升工作效率和設(shè)備利用率，結(jié)合生產(chǎn)實際設(shè)計研發(fā)了大載荷自動軌道輸送系統(tǒng)。

自動化；自動軌道；減員節(jié)能

1 研發(fā)的目的和意義

中糧包裝永富容器(哈爾濱)有限公司涂印車間整體提升改造項目已經(jīng)完成后，從中糧包裝天津公司購置的UV雙色印刷機印刷速度快，成品率高。但車間生產(chǎn)場地受限，叉車裝卸馬口鐵不便，造成叉車工作效率較低。生產(chǎn)任務(wù)緊急時，部分收料操作人員在未經(jīng)允許的情況下，無證私自駕駛叉車搬運馬口鐵。存在嚴重安全隱患，還增加叉車的工作量。經(jīng)過涂印車間自行研發(fā)大載荷自動軌道輸送系統(tǒng)，省掉了叉車中轉(zhuǎn)的操作程序，叉車只需要在第一遍印刷時上鐵，中間印刷兩遍以上的中間中轉(zhuǎn)和存儲都由該系統(tǒng)完成，無須使用叉車，印刷完成后下鐵即可。

2 創(chuàng)新點和優(yōu)點

大載荷自動軌道輸送系統(tǒng)使用模塊化設(shè)計理念，各組成部分的工作相對獨立，甚至拆分使用也可獨立完成相應的工作，使用靈活多樣，適用于裝卸不便的小空間場地和需頻繁搬運大載荷貨物的車間；該系統(tǒng)的操作簡單，能夠減少作業(yè)人員的工作量；減少叉車的工作量。安全可靠，使用后能夠大幅提高設(shè)備工作效率。減輕了車間叉車工作的壓力，減少了叉車人員的數(shù)量。由于存儲區(qū)的設(shè)計可以將貨物直接在存儲區(qū)儲存，無須另找存儲空間，存儲區(qū)設(shè)計載重量為27 t，全系統(tǒng)最高載重量達37.5 t。

3 經(jīng)濟可行性分析

第一，減少生產(chǎn)現(xiàn)場叉車來回運轉(zhuǎn)鐵，節(jié)約叉車電池的消耗及叉車自身的磨損；哈廠涂印車間原有2印1涂印刷線，叉車蓄電池幾乎2年換一組，如果改造軌道車成功，減少叉車的使用時間，可以增加電池使用壽命約8個月，費用約10 000元/年；第二，涂印車間增加一條生產(chǎn)線，每個月增加彩印鐵約20多萬張，由于車間在三樓，上鐵下鐵及印刷過程中周轉(zhuǎn)鐵，無形中增加叉車操作的工作量，預申請招聘一名叉車工，如果改造成功軌道車，可減少叉車工50%的工作量。叉車工工資6萬元/年，節(jié)約人工費用約3萬元/年。

一條雙色UV印刷機每個月約生產(chǎn)300 t彩印鐵，合計彩印鐵20萬張左右；合計成盒鐵約200包/月；平均每張鐵印刷6pass，合計印次120萬印次，每天約4.6萬印次；以每件鐵1 000張/件；叉車上鐵約1 200次/月，下鐵約1 200次/月，合計約2 400次/月；以每月26天計算，平均每天叉車來回上下鐵約92次/天。

經(jīng)過分析，哈爾濱公司申請完善涂印車間軌道車，項目預算投入總金額約為21萬元，每年預計節(jié)約各項成本約4萬元，預計5年收回成本，經(jīng)濟效益可行。

4 大載荷自動軌道輸送系統(tǒng)的設(shè)計

4.1 大載荷自動軌道輸送系統(tǒng)的設(shè)計原理

該系統(tǒng)的基本原理是通過模仿叉車的工作過程，通過上層輸送將重達1.5 t的貨物儲存在軌道運送設(shè)備上，再通過下層的行走機構(gòu)把貨物連同設(shè)備自身運行到指定位置，把貨物卸到存儲區(qū)，在達到運行條件時，儲存區(qū)再將貨物輸送到另一臺軌道運送設(shè)備上，把貨物單次或批量搬運到下一位置，連續(xù)不停的周轉(zhuǎn)即可完成大質(zhì)量貨物的短途頻繁搬運或大批量連續(xù)周轉(zhuǎn)的重復作業(yè)。

4.2 大載荷自動軌道輸送系統(tǒng)的組成

大載荷自動軌道輸送系統(tǒng)由一號自動軌道車、二號暫存區(qū)、三號自動軌道車、四號存儲區(qū)和五號自動軌道車組成。

圖1 UV印刷機自動軌道車工藝路線圖Fig.1 UV printing machine automatic rail car technology road map

第一次印刷完成后，1#軌道輸送車會將印刷一遍的馬口鐵自動搬運到2#暫存區(qū)，2#暫存區(qū)存儲完成后，1#車自動回位，3#自動運轉(zhuǎn)，將馬口鐵自動搬運到4#存儲區(qū)，鐵包到位后3#車自動回位，4#存儲區(qū)可以通過觸摸屏設(shè)置存儲數(shù)量，數(shù)量完成后會自動將存儲的貨物搬運到4#存儲區(qū)的尾部，5#軌道輸送車會根據(jù)設(shè)備印刷人員的要求自動上料或在印刷完成后自動下料。

4.3 設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.3.1 自動軌道車的結(jié)構(gòu)

上層輸送機構(gòu)、下層行走機構(gòu)、基于觸摸屏和PLC為核心控制系統(tǒng)。第一，上層輸送機構(gòu)是由1.5 kW交流電動機帶動的齒輪鏈條連接的直徑80 mm的動力滾筒。第二，0.75 kW交流電動機帶動的齒輪鏈條連接的接觸軌道直徑80 mm，四個動力輪構(gòu)成下層行走機構(gòu)。第三，電氣控制系統(tǒng)由人機交互界面、控制PLC、交流變頻器和空開等低壓控制原件組成。

4.3.2 動力輥存儲區(qū)的結(jié)構(gòu)

動力輥輸送機構(gòu)和基于觸摸屏和PLC為核心控制系統(tǒng)。第一，動力輥輸送機構(gòu)共有14節(jié)，每節(jié)1.5 m，暫存區(qū)和存儲區(qū)最末尾的緩沖區(qū)為一節(jié)一個電動機，剩下的12節(jié)，每3節(jié)一個電動機，提供運行動力。第二，動力輥存儲區(qū)的電氣控制系統(tǒng)和自動軌道車的控制系統(tǒng)使用西門子1214C系列PLC和KTP700HMI觸摸屏控制。

4.4 電氣控制設(shè)計

4.4.1 大載荷自動軌道輸送系統(tǒng)自動控制設(shè)計原理

自動控制部分是相對獨立的，一號自動軌道車控制部分、三號自動軌道車控制部分、二號暫存區(qū)四號存儲區(qū)控制部分、五號自動軌道車控制部分。每個控制部分有獨立的PLC、觸摸屏、變頻器和低壓控制原件，數(shù)據(jù)交換通過信號線完成。大載荷自動軌道輸送系統(tǒng)的自動控制核心為觸摸屏、PLC和變頻器。

4.4.2 控制部分介紹

西門子KTP700觸摸屏負責控制設(shè)備的啟動、停止或手自動切換，監(jiān)視設(shè)備的運行狀態(tài)和各種報警的處理；西門子S7-1200PLC是整個系統(tǒng)的大腦，所有的控制模式、設(shè)置的參數(shù)存儲和整個系統(tǒng)的動作都是由PLC控制。PLC的編程使用的是西門子最新推出的TIA(全集成自動化) V14編程軟件。

圖2 部分程序(由于程序過長，截取其中一部分)Fig.2 Part of the program (due to the procedure is too long, to intercept some of them)

4.4.3 其他低壓原件

自動軌道車的行走位置和加減速控制是通過分辨率為1 000P/R的PNP型歐姆龍角度編碼器給PLC的高速脈沖信號。貨物在存儲區(qū)動力輥和軌道車上的定位是由奧拓尼克斯對射光電開關(guān)給定。

5 結(jié)語

中糧包裝哈爾濱永富容器大載荷自動軌道輸送系統(tǒng)自2017年5月研發(fā)，2017年8月正式運行，有效地提高了生產(chǎn)設(shè)備的自動化程度，提高了工作效率，每天每班次減少叉車工作時間6 h，減少叉車工作人員92次/天動作，該項目實施可行。

該系統(tǒng)的模塊化設(shè)計理念，使其能夠靈活完成個性化的搬運需求，如兩個工序的設(shè)備比較近，可使用自動軌道輸送車，也可以大規(guī)模使用，將車間的各個工序組成一個整體網(wǎng)絡(luò)，完成全自動上料、儲存、下料、分揀等。

[1] 廖常初.S7-1200 PLC編程及應用(第3版)[M]. 北京：機械工業(yè)出版社 , 2017.

[2] 廖常初 .PLC 編程及應用(第3版)[M]. 北京：機械工業(yè)出版社,2008.

[3] 于修，陳維健，李功熹.礦石大型固定設(shè)備技術(shù)測試 [M]. 南京：中國礦業(yè)大學出版社 ,1995.

Largeloadautomaticrailtransportationsystem

LI Hai-peng

(Yongfu Container (Harbin) Co., Ltd., Harbin 150001, China)

In order to improve the automation of production equipment, reduce the labor intensity of the front-line workers and the operation time of the forklift, improve the working efficiency and equipment utilization rate, a large-load automatic rail transportation system has been developed according to the actual production design.

Automation; Automatic orbit; Reduction of energy-saving

U239.5

B

1674-8646(2017)20-0026-02

2017-08-15