降低真空吸盤型機械手掉件故障策略探討

（衡陽市煙草公司物流配送中心，湖南 衡陽 421000）

1 前言

隨著自動化技術在商業物流的持續推廣，機械手的廣泛應用也應勢而生。在物流配送中心卷煙出入庫系統中，真空吸盤型機械手負責將件煙按30件/垛組盤或拆盤（件煙入庫時組盤，件煙出庫時拆盤），是出入庫系統中的一項核心設備。作為整個卷煙分揀系統的上游，機械手的出入庫效率需要充分滿足卷煙分揀的補貨要求，然而機械手的頻繁掉件故障會導致分揀線缺煙，嚴重制約出入庫乃至整個分揀系統生產效率的提高。本文以衡陽煙草物流配送中心為例，介紹降低真空吸盤型機械手掉件故障的幾項策略。

2 機械手掉件故障的影響

2.1 制約卷煙分揀效率的提升

卷煙出入庫系統如圖1所示，在物流配送中心卷煙出入庫系統中，作為系統主體設備的出入庫機械手頻繁掉件時，因為無法采用人工干預的手段代替，從而引發下游區域缺煙，嚴重制約了出入庫系統乃至下游的高速緩存、卷煙分揀系統生產效率的提升。統計數據顯示，2018年元月份出庫機械手日均掉件82次，掉件故障率高達1.76%，影響分揀線日均缺煙時間達到37min，這也直接導致卷煙分揀效率僅有20 000條/h，與設計值24 000條/h相距甚遠。

圖1 卷煙出入庫系統

2.2 造成人員受傷卷煙受損

機械手掉件以后，需要設備操作員手工將該件煙從地面或托盤上搬運至輸送輥道，頻繁掉件導致操作員工作強度異常繁重，容易因身體勞累而刮擦輸送輥受傷。同時，部分件煙在掉落時因砸碰現場設備邊緣棱角，造成卷煙受損形成殘次煙。

3 機械手掉件原因分析

機械手作業所涉及的要素主要有垛煙煙箱、碼垛托盤以及供氣壓力、真空吸盤等，因此機械手掉件故障主要由煙箱因素（循環煙箱表面破損）、托盤因素（托盤因承重變形）、供氣因素（空氣流量不足）以及其他因素（如程序設置不合理、吸盤堵塞）等幾個方面原因所致，如圖2所示。

圖2 機械手掉件故障原因分析圖

3.1 機械手供氣流量不足

經過長期觀察發現：機械手待機狀態時，氣壓表顯示為8.0bar，可以滿足機械手正常工作時所需的壓力（6.0bar）要求；而機械手真空吸盤形成負壓抓取件煙的瞬間，壓力表指針由8.0bar突降至4.0bar，持續2-3s直至機械手抓取件煙動作完成，再緩緩升回至8.0bar。這說明機械手抓煙動作耗費的空氣流量很大，當無外接氣流補充時，輸氣管內的空氣流量難以完成后續動作從而造成掉件故障頻發。

3.2 循環煙箱表面破損嚴重

煙箱表面嚴重受損會直接影響機械手抓取成功率，而循環煙箱由于多次回收必然會造成不同程度損傷。根據掉件統計數據顯示，衡陽煙草循環次數較多的省內暢銷品牌如白沙（精品）、芙蓉王（硬）掉件次數遠高于其他品牌。同時，煙箱表皮濕度大對真空吸盤型機械手掉件也有明顯影響，比如在衡陽地區4-5月份的梅雨季節，因庫區濕度升高而導致卷煙出庫時掉件現象明顯增加。

3.3 因負重導致托盤變形所致

機械手作業要求塑料托盤技術參數滿足如下條件：（1）托盤表面平整，兩平面翹曲變形不大于3mm，兩對角線誤差不大于4mm；（2）在各種承重工況下，滿載的變形量小于5mm；（3）額定承載能力為700kg。實際工作中，因塑料托盤持續受到卷煙重力作用而出現不可恢復的變形，實測結果表明部分使用3年以上的塑料托盤變形量甚至超過13mm，而托盤因承重變形使得機械手抓煙高度發生變化，影響機械手抓煙的準確性。

3.4 其他原因所致

（1）程序設置不合理：機械手從抓取件煙到在輸送輥上端靜止的過程中，如果程序設置的加速度過快，將導致慣性過大，容易發生掉件故障。

（2）真空吸盤或真空發生器堵塞：從空壓機輸出的高壓氣流經管道輸送時會在管道內壁產生冷凝水，如輸送管道采用普通鋼而非不銹鋼材料，冷凝水會銹蝕管道內壁產生鐵銹，從而導致真空吸盤和真空發生器堵塞，直接導致機械手工作時吸盤壓力不足，引發掉件故障。

（3）煙箱尺寸變更導致掉件：煙箱外形尺寸特別是高度方向尺寸發生變更時，如程序內未及時作出修改，會直接影響機械手抓煙成功率。

4 機械手掉件對策分析

從前述分析中我們知道造成機械手掉件故障頻發的主要原因是空氣流量不足、循環煙箱表面破損嚴重以及托盤變形等，因此解決機械手掉件故障亦是針對這幾項原因開展。

4.1 機械手前端增加儲氣罐，補充機械手工作時的空氣流量

儲氣罐能夠存儲一定的壓縮空氣，可以短時內保障機械手在抓煙的過程中擁有充足的空氣流量，從而保證機械手真空發生器產生負壓的穩定性；同時也能實現進一步冷卻空氣、分離和清除壓縮空氣的水分、油污等雜質的作用。儲氣罐的尺寸選擇需要因地制宜考慮安裝空間、制作成本以及機械手實際工作時的空氣流量，過大容易造成浪費，太小則發揮不了補充空氣流量的作用。

4.2 加強空壓機管理，改善輸氣管道內空氣品質

煙草行業絕大多數企業選擇進口品牌的空氣壓縮機提供氣源，目的是希望保障正常生產的需要，但忽略了壓縮空氣品質的好壞對生產品質及生產效率的巨大影響。壓縮空氣的凈化主要分干燥和過濾兩個部分，用過濾器去除油和塵，用干燥機去除壓縮空氣中的水分，但水分的去除是較難的技術，因此，需要從管理上要求設備維護人員定時對空壓機進行排水處理，定期進行過濾器清理作業，從而保障管道內空氣品質。

4.3 加強煙箱回收管理，保障煙箱表面質量完好

加強煙箱回收管理，規范卷煙煙箱的初次回收到重復利用各個環節，嚴格把控循環煙箱質量，及時剔除破損嚴重的煙箱，保證煙箱質量完好。

4.4 做好庫區溫濕度管理，防止濕度過高使煙箱受潮

梅雨季節到來時，倉庫管理員需要增加庫區的日常巡檢次數，根據巡查結果及時做好通風除濕、設備除濕工作，調整庫區濕度在合理區間。

4.5 提高庫區卷煙周轉率，降低卷煙在庫存放時間

物流中心與營銷部門聯動做好卷煙的庫存管理，特別是營銷部門需要銜接工業公司控制卷煙到貨時間，提升庫存卷煙周轉率，防止卷煙在庫時間過長產生表面積塵以及箱皮返潮。

4.6 做好托盤日常管理，及時剔除變形嚴重的托盤

出入庫日常作業過程中細致觀察托盤的變形情況，及時剔除變形量大的托盤。

4.7 研究程序設置，改善機械手運行參數設置

根據設備實際使用情況調整機械手運行參數，如衡陽煙草將機械手取煙步驟中的吸取時間由0.6s提高到1.2s，將機械手旋轉步驟的加速度降低至初始值的80%，提高了取煙與放煙過程中設備的穩定性。

4.8 做好機械手定期維護，按時清理機械手真空吸盤與真空發生器

先進的設備需要先進的管理，定期清潔機械手真空吸盤與真空發生器，一方面可以提高配件的使用壽命，另一方面也可以充分保障機械手工作壓力輸出。

5 總結

近年來，真空吸盤機械手在煙草行業的件煙自動碼垛與拆垛方面得到了廣泛的運用，它可以輕松地完成煙箱抓取、搬運、平移、升降等動作，降低作業人員勞動強度，但隨著瓦楞煙箱的循環利用大幅增加，一方面降低了件煙成本支出，但另一方面也造成件煙自動抓取故障率不斷升高。衡陽煙草依據現實需要開展課題研究，理清了真空吸盤機械手掉件故障的原因，并采取針對性的方案實施解決，機械手掉件故障率得到了較好控制，日均掉件次數降低至11.8件，掉件故障率降低至0.22%。