200L钢桶桶盖收集与卸料方案设计

文/高文研

摘要：针对200L钢桶桶盖半成品的运输设计了一套桶盖收集和卸料装置，通过采用机械代替人工，提高了生产效率，节约了成本。

关键词：桶盖生产；收集；卸料；效率

钢桶作为一种绿色环保材料，在化工、矿业以及危化品等包装领域有着无可替代的作用。据统计，2015年全国200L钢桶总产量已达1.2亿只，且产量一直保持较高增长率。桶盖作为钢桶必不可少的组成部分，对钢桶整体的气密性及适用性至关重要。同时，由于钢桶整体结构的要求，需要更高的劳动生产率。因此，提高桶盖生产流水线的自动化程度成为一种迫切需求。笔者针对桶盖实际生产过程中存在的问题，设计一套可行的桶盖收集和卸料装置，通过机械代替人工，提高桶盖生产效率。

1 现有操作方案

1.1 操作方式

钢板经冲压成型得到桶盖半成品，经流水线运输至操作位置，由人工将桶盖半成品收集至图1所示的收集框；待收集框满后，用叉车将收集框运输至另一个车间，再进行人工卸料。

1.2 存在问题

该方案存在的主要问题是采用人工操作导致生产效率低。同时，由于桶盖较重，工人操作强度高，以及桶盖半成品毛刺较多，易对人体产生伤害。

图1 现有收集方案

2 新的收集与卸料设计方案

工业机器人已经得到广泛应用，并且将成为国内装备业成长性最快的行业。桶盖半成品的收集与卸料工作可以由机器人完成， 实现收集和卸料的全自动化。

考虑到钢桶生产线的工作节拍、机器人初期投资以及设备维护缺少专业人才等原因，笔者设计了一套符合生产实际的桶盖收集与卸料装置。

2.1 桶盖收集装置

桶盖收集装置如图2所示，它由升降机构、升降平台、抬升挡板机构、推送机构、流水线和收集框组成。收集框放置于升降平台上，在升降机构的带动下可在竖直方向上移动。流水线负责将需要收集的桶盖运送到指定位置， 然后由抬升挡板机构进行定位，再由推送机构将桶盖推入收集框中。每收集满一层，收集框上升一定距离。

图2 桶盖收集装置

2.2 桶盖卸料装置

桶盖卸料装置如图3所示，它由升降机构、升降平台、流水线、收集框、卸料机构和卸料机构导轨组成。收集框放置于升降平台上，在升降机构的带动下可在竖直方向上移动。卸料机构在卸料机构导轨上滑动，用于变换推送工位，负责将桶盖从收集框中推出。流水线负责将桶盖运往待加工位置。每推完一层，收集框下降一定距离。

图3 桶盖卸料装置

2.3 成本及效率分析

表1为人工作业与机器作业两者的参与作业人员数量对比。显然，通过采用机器作业方案，可以使参与工作的作业人员大大减少，使用工成本大大降低。此外，采用人工作业时，经常有桶盖半成品在流水线等待的现象，影响上一工序生产效率。机器作业方案中，由于单次推送3个桶盖， 并且可根据实际情况变更收集框尺寸，大大提高了冲压、收集与卸料的工作效率。

表1 参与作业人员数量

3 控制系统优化

现代工业中PLC应用十分广泛，收集和卸料通过传感器采集数据，并由PLC控制执行机构。本设计方案中，原采用传感器数量较多，为减少PLC的I/O数量，节约成本，笔者对流水线上的传感器进行了优化。

如图4所示，进行桶盖收集工作时，挡板在气缸的推动下处于升起状态，桶盖经流水线运输到指定位置，桶盖到位，传感器便会检测到桶盖，然后触发下一步动作。根据PLC 的工作原理，在采用漏型输入模式时，只要PLC检测到低电平就会接通。

图4 流水线传感器分布

改进后（如图5所示），在抬升档板上从右至左依次安装绝缘板、铁片，且两者之间完全绝缘，然后将铁片开关信号接到PLC上。这样，只要桶盖与抬升挡板接触，PLC 就会接通，证明桶盖已经到位，传感器的使用大大减少。

节约效果与单次收集的桶盖数量成正比，假设单次收集N个桶盖，则需要2N个抬升挡板机构。改进前需要的传感器数量M1=3×2N=6N，改进后需要的传感器数量M2=2N，节约的传感器数量为4N。

图5 改进后的挡板机构

4 结束语

笔者设计了一套桶盖半成品的运输方案，通过采用机械代替人工，大幅缩减作业人员，提高了生产效率。同时对控制系统进行了优化，大大减少了传感器的使用量，为金属制品的定位提供了一种通用优化方法。