流水清洗線系統優化設計

季松 陸榮鑑 張建紅

摘 要：伴隨工業4.0的建設和信息自動化的全面普及，自動清洗技術在工業中的應用越來越廣泛。但是由于設計自動化生產線擁有一定的復雜程度，一般自動化清洗設備在設計之初往往沒有考慮到人性化設計，生產線維修、維護也比較困難。本文針對一種自動化流水清洗線產品，進行人性化結構優化設計。改進之后的生產線滿足模塊化設計要求，相對的維修成本也較低，整體生產線流水線擁有了可移植的便捷性。相對的高強度、穩定性、可操作性也得到了進一步的提升，整體生產線的改進設計滿足了現代化設計的要求。

關鍵詞：流水線設計;人機工程學;機械設計;優化設計

0 引言

本文改進的是一種直鏈式自動化清洗線，將其改為環式自動清洗線，這樣可以滿足循環利用的需求，也符合現代化環保設計，相應地節省了生產成本。

國外的自動化設計發展較快，自動化程度較高，有些優秀的自動化生產線完全不需要人工操作，控制部分與機械結構部分結合應用，使得生產效率大大提高。良好的生產環境也體現了以人為本的思想。目前優秀的國外自動化生產線都采用了高分辨率相機、高精度傳感器、穩定快捷的伺服控制系統，不僅提高了產品質量，減小了廢品率，而且減少了人工成本。目前國外的自動化研究方向在往人工智能方向、機器學習方向和嵌入式系統方向靠近。比如配電自動化技術，[1]由系統合理監控用電負載，分析并記錄，減少了人工排查的風險與失誤率;[2]采用機器識別來分辨水果的成熟程度，進行合理分類的自動化采摘線等。

隨著現代生產的規模化需求提高，國內的自動化設計程度也得到了較大的發展。比如國內的電網調度自動化，滿足不同用戶的用電需求，通過系統進行對應的調度，具有高度的自動化能力。但是國內的小型自動化生產線存在定位不精準、移植性不高、廢品率高等問題，缺乏合理的管理與監督，維修方面也具有一定的困難。國內產品生產要做到檢測、控制、分析、低成本、高效率，就必須采用合理的自動化生產線，采用先進的控制自動化技術;應該往嵌入式系統控制方面轉變，融合人工智能技術，[3]真正達到生產的完全自動化。

1 整體結構概述

整體自動化清洗線由直式改成環式，占用的面積變小，約為60m2。整體結構設計主要由以下6個機構組成：一是儲水與過水機構，二是噴洗機構，三是漂洗機構，四是烘干機構，五是供電系統，六是固定與傳送機構。[4]整體的工作流程如下：供電系統供電，由操作人員開啟自動化清洗流水線，儲水罐進水，當進水滿足工作需要之后，為整體生產線供水。工作人員將需要清洗的物品放在過水機構上層的掛鉤上，進行固定。清洗物品隨傳動機構進行環式傳動，先在過水機構處進行過水浸泡;浸泡完畢之后，進入噴洗機構，進行集中噴洗，方便去除物品上的油污或者其他雜質。從噴洗機構出來后，清洗物品進入漂洗機構，進行漂洗程序，這一步是為了徹底去除清洗物品上的清洗液和其他雜質。清洗完畢后，將物品送入烘干機構進行烘干步驟。等清洗物品全部烘干完畢之后，將物品傳動到下料區，由工人取下清洗物品。整個清洗流水線工作循環結束。

2 固定機構與傳送機構設計

本機構材料采用普通鑄鐵，形狀設計成環式，通過底部的固定柱固定在相應的位置，固定柱通過螺栓固定在地面，采用螺栓固定，方便以后的產品移植。[5]在環式機構上采用直角掛鉤，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構，滿足抓取不同產品的需求。直角掛鉤通過滑塊與環式機構連接，具有傳動方便、快捷的特點。[6]

3 儲水機構和過水機構設計

儲水結構采用大容量球式儲水機構，儲水能力強;過水機構采用梯形槽，結構穩定。小面朝下、大面朝上，材料采取鈑金件折疊而成，成本較低。在儲水機構和過水機構的下方采用塑料管進行排水。[7]

4 噴洗機構與漂洗機構設計

噴洗機構和漂洗機構同樣采用鈑金件折疊焊接而成，在漂洗機構內置超聲波裝置，通過超聲波裝置可以清洗物品上的頑固污漬。物品從漂洗機構的中間依次進入，方便完全清洗。噴洗機構內置兩層多噴頭，可以從多角度對物品進行噴洗，方便去除清洗液和污漬。

5 烘干機構設計

烘干機構采用不完全封閉式設計，材料是鈑金件，形狀為方形，兩側是百葉窗，用來散熱與排氣，在烘干機構上部開有風機洞，用來實現氣體循環，滿足烘干要求。烘干機構的運行通過PLC控制，工作時，烘干機構需要進行預熱，預熱完畢后，物品從中間空擋處進入，風機控制風向，可以節省烘干時間，滿足烘干需求。[8]

6 結語

以上對自動化清洗線整體機構設計進行了介紹，講解了整體清洗流水線的工作流程和各個結構的整體設計，以及它們之間的連接關系。在對自動化清洗線進行優化設計之后，全程只需要人為上下料、控制系統啟停、工作速度模式，不同于以往的傳統清洗設備。優化后的系統設計采取了模塊化設計，可以方便更改和添加新的清洗機構，提高了清洗和生產的工藝水平，提高人工的利用率，降低工作人員的工作強度，解決了以往生產效率低的問題和可能存在的生產安全問題。在未來的設計改進上，我們將加入機器識別功能，可以同時進行不同產品的清洗，通過機器識別將其進行分類，并傳到對應的下料區，引入數據庫，記錄每天的生產情況和機器的工作狀態。這樣的改進是未來自動化發展的趨勢。

參考文獻：

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[2] 楊葉，郁舒蘭.家具制造企業實施PLM的必要性及策略分析[J].家具，2017，38（01）：（下轉第頁）（上接第頁）1-4.

[3] 劉英，周曉林，胡忠康，於亞斌，楊雨圖，徐呈藝.基于優化卷積神經網絡的木材缺陷檢測[J].林業工程學報，2019，4（01）：115-120.

[4] 周海燕，陳旻鵬，徐兆軍，鄭梅生.三螺桿泵壽命試驗臺測控系統設計[J].測控技術，2018，37（12）：12-16.

[5] 陳旻鵬，陸榮鑑，張建紅，緱斌麗，張攀.五軸激光切割機床結構設計研究[J].藝術科技，2019，32（06）：221-222.

[6] 吳狄華.自動化飼料生產線管理問題研究[J].南方農機，2019，50（12）：243.

[7] 馮小芳，劉艷君.國外新型全自動轉杯紡紗機自動化與智能化運用[J].紡織科技進展，2014（05）：15-18.

[8] 黃海燕.基于S7-1200 PLC立體倉庫碼垛機控制系統設計[J].機電工程技術，2019，48（05）：37-41.

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

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