一種香料成品移動罐自動清洗裝置的設計與應用

摘 要：【目的】為了實現自動清洗香料成品移動罐，采用自動控制技術，設計了一種運用純凈水自動清洗香料成品移動罐裝置?！痉椒ā吭撗b置由執行系統和控制系統組成。執行系統由定位機構、支架、滑軌式升降機構、調壓系統、雙介質旋轉噴頭等組成?？刂葡到y由PLC控制器、變頻器、電動機等組成。通過定位機構快速把待清洗的香料成品移動罐放置在指定的位置；利用滑軌式升降機構拖動旋轉噴頭在香料成品移動罐內部上下往復移動；運用PLC控制技術，實現自動清洗香料成品移動罐內壁。【結果】經過在生產現場實際應用，結果表明，該裝置能夠實現無死角自動清洗，清洗效率高，耗用時間短，運行穩定可靠，操作簡便，維護方便。【結論】該裝置解決了依靠人工清洗香料成品移動罐時存在的操作不便、效率低、耗用時間不可控、勞動強度高等問題，實現了清洗過程的自動化、標準化、高效化。該裝置在香料移動罐清洗領域具有很好的應用前景。

關鍵詞：香料成品移動罐；自動清洗裝置；設計；應用

中圖分類號：TP29" " "文獻標志碼：A" " "文章編號：1003-5168（2024）02-0040-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.02.007

Design and Application of an Automatic Cleaning Device for Mobile Tanks of Finished Spice Product

LIANG Hongmou

（Anhui China Tobacco Industry Co.， Ltd. Fuyang Cigarette Factory， Fuyang 236000， China）

Abstract： [Purposes] In order to achieve automatic cleaning of the mobile tank of spice products after use， a device for automatically cleaning the mobile tank of spice products using purified water was designed using automatic control technology. [Methods] The device consists of an execution system and a control system. The execution system consists of a positioning mechanism， a bracket， a sliding rail lifting mechanism， a pressure regulating system， a dual medium rotating nozzle， etc. The control system is composed of a PLC controller， a frequency converter， an electric motor， etc. Through the positioning mechanism， the moving tank of the finished spice product to be cleaned is quickly placed in the specified position; the rotary nozzle is dragged by the slide rail lifting mechanism to move up and down inside the moving tank of the finished spices. And PLC control technology is used to realize automatic cleaning of the inner wall of the moving tank of spice products. [Findings] After practical application in the production site， the results show that the device can achieve automatic cleaning without dead corners， with high cleaning efficiency， short time consumption， reliable stability， simple operation， and convenient maintenance. [Conclusions] The device solves the problems of inconvenient operation， low efficiency， uncontrollable time consumption， and high labor intensity that exist when relying on manual cleaning of mobile cans for finished spice products. The automation， standardization， and high efficiency of the cleaning process have been achieved. The device has good application prospects in the field of cleaning mobile spice tanks.

Keywords： fragrance finished product mobile tank; automatic cleaning device; design; application

0 引言

企業在生產過程中，使用香料成品移動罐盛放生產用香料。根據生產管理的需要，通常配置本班次生產所需要的香料，需要數十只香料成品移動罐進行盛放。香料成品移動罐內香料使用完畢，罐體內壁需要及時清洗干凈。附著在罐體內壁的殘液，如果不及時清理干凈，用該罐體盛放不同牌號香料時，會出現混香現象，影響在制品的品質。

通常清洗香料成品移動罐，采用人工的辦法，運用高壓水槍進行清洗。該辦法易清洗香料成品移動罐的外壁。清洗香料成品移動罐內壁時，需要把噴槍頭伸入香料成品移動罐內部，依靠作業人員的經驗進行作業。該方法對于作業人員的技能有一定要求，需要作業人員手工移動噴槍進行清洗作業。人的視覺感知不到的工況下，如清洗香料成品移動罐內部靠近灌口附近時，噴槍頭直接作用難度大，其內壁沾附的香料殘液難以清洗干凈。

在化工行業生產過程中，通常用周轉移動罐盛放生產原輔材料，使用完畢，需要及時把周轉移動罐清理干凈。通常在生產線上，會配置專門的清洗設備，在線自動清洗［1-2］。該清洗設備，在投產前需要專門設計，投資成本高、占用空間大，需要專業人員進行日常維護保養，管理運行費用高。

為此，運用自動控制技術，設計一種香料成品移動罐自動清洗裝置［3-7］。該裝置能夠根據被清洗的罐體清洗工藝要求，設置相適宜的清洗模式，實現清洗過程的自動化、標準化、高效化，在香料移動罐清洗領域具有很好的應用前景。

1 系統結構

香料成品移動罐自動清洗裝置由執行系統和控制系統組成。

1.1 執行系統設計

執行系統由線性導軌、行程開關、法蘭、法蘭端蓋、電動機、滑座、導桿、旋轉噴頭、蓋板、支架、控制部件等組成。執行系統結構示意如圖1所示。

執行系統的線性導軌一端固定在支架上，線性導軌的另一端布設法蘭，電動機固定在法蘭端蓋上，法蘭端蓋固定在法蘭上。電動機經連接部件與線性導軌的絲桿連接，滑座為線性導軌的滑動部件。導桿的一端固定連接在滑座上，導桿的另一端布設旋轉噴頭，導桿中間布設蓋板。

1.1.1 配置線性導軌。線性導軌的功能為拖動導桿按照設定的行程上下運動。根據工作現場工況特點，對于沒有防爆要求的場所，采用防護、防塵、防水單軸機器人，其防護性能可有效防止異物卷入轉動部件引起設備故障或發生危險。其防塵、防水性能可保障滑動部件有效運行時間。工作現場是水作為清洗載體的工作環境，采用不低于IP65防水等級。采用滾珠絲桿和U形線性滑軌軌道結構，其滑座同時為滾珠螺桿的驅動螺帽及線性滑軌的導引滑座，其行走平行度、控制精度優，能夠滿足工作要求［8-9］。單軸機器人有效行程需要滿足被清洗容器的高度要求。采用可搭載端部法蘭、伺服電機、行程開關等組合式線性導軌，導軌端部法蘭可搭載伺服電機，伺服電機與絲杠通過轉接部件連接。采用線性導軌，在滿足傳動需求的同時，運行維護保養簡單易行，不需要專業熟手即可完成。采用機械式、防水型行程開關，具有低成本、免維護、高可靠性等特點。根據需要清洗香料成品移動罐的高度，設置行程開關的位置。

1.1.2 配置導桿。導桿的功能是為清洗用水、壓縮空氣等介質提供通路。清洗用水、壓縮空氣等介質經該導桿以及與其連接的旋轉噴頭引出。導桿通過固定裝置固定在滑座上。導桿上端配置進水接口、進氣接口。導桿有效長度與線性導軌的有效行程相匹配，需要滿足清洗香料成品移動罐的高度要求。導桿材質為316L不銹鋼或304不銹鋼。導桿下端端部設置旋轉噴頭。旋轉噴頭能夠水平方向繞導桿端部進行360°勻速旋轉。

1.1.3 配置旋轉噴頭。旋轉噴頭為清洗用水、壓縮空氣等介質清洗干燥香料成品移動罐的執行機構。該裝置采用雙介質旋轉噴頭。清洗用水、壓縮空氣等介質可分時流過該噴頭。旋轉噴頭由旋轉體和噴嘴構成。噴嘴與旋轉體通過螺紋連接。噴嘴材質為316L不銹鋼或304不銹鋼。噴嘴形狀為扇形結構。根據清洗物的清洗要求，可配置相應形狀的結構。多噴嘴布設在旋轉體上。旋轉體的材質為316L不銹鋼或304不銹鋼。旋轉體的形狀為圓柱、圓臺組合旋轉體，中間噴嘴所在面為圓柱體、上、下噴嘴所在面均為圓錐體，錐面與噴嘴垂直，根據被清洗容器的大小與高低，噴嘴的形狀，設計錐面的傾斜角度，滿足清洗工況要求。

1.1.4 配置蓋板。蓋板經其中間的圓孔設置在導桿上，蓋板的作用是在清洗罐體時，該蓋板蓋在罐體口，防止清洗罐體內壁的過程中，清洗水濺出罐體外，影響所在環境的現場工況。蓋板材質可以為橡膠材料，通常為圓形，中心為孔狀結構，其孔徑略大于導桿的直徑，其外徑大于待清洗罐體口的直徑。該蓋板根據工作環境要求，設置為可以控制開合的機構，在清洗工作中，自動開合蓋板。

1.1.5 配置支架與定位機構。支架的功能是為線性導軌和定位機構提供支撐。采用304不銹鋼材質規格40 mm×40 mm方管，在兩側立柱分別設置定位裝置，定位裝置采用304不銹鋼材質規格20 mm×20 mm方管。定位機構可以采用方管構造的L形結構，方便制作，成本低，易操作，維護便捷。香料成品移動罐規格相對較少，可以采用“U”字形開口裝置與三角形擋塊組成，通過測算移動罐罐口中央位置與罐體底部的1只導向輪距離，計算出定位系統安裝位置，以確保移動罐1只導向輪被定位系統鎖定在預定位置。設定定位裝置的作用，在清洗同規格罐體時，可以快速定位同規格的待清洗的罐體。當導桿從罐體口中心伸入待清洗的罐體，調整定位裝置并固定，需清洗待清洗的同規格的罐體時，只需將罐體貼著定位裝置，可以快速確定待清洗罐體的初始位置，既可減少用時，又可減輕作業人員的工作強度。

1.1.6 配置供水系統。根據清洗容器盛放香料工藝要求，在制品對水質沒有要求的，可以采用自來水作為清洗用水，在制品對于對水質有要求的，需要采用純凈水作為清洗用水。純凈水通常采用反滲透的辦法，現場制備，純凈水用不銹鋼容器儲水罐存放，經水泵與自動穩壓裝置、電磁閥，接入導桿。自動穩壓裝置可由高壓柱塞泵及配套機架、閥件和防護裝置組成，額定壓力可調節，流量可調節。

1.1.7 配置供氣系統。氣源可以采用氣泵供氣，如果生產現場有壓縮空氣氣源，也可以采用生產現場的壓縮空氣作為氣源，采用生產現場的壓縮空氣作為氣源。該管路經空氣過濾器、調壓閥、壓力表、流量控制閥接入導桿，根據所清洗的罐體的要求，設置滿足要求的公相適宜的公稱壓力。

1.2 控制系統設計

控制系統由PLC控制器、變頻器、電動機、執行機構、繼電器、電磁閥、供水管路、供氣管路等組成?？刂葡到y結構示意如圖2所示。

控制系統由PLC控制器控制變頻器，由變頻器調節電動機轉速，電動機驅動線性導軌的絲桿按照設定的速度轉動，絲桿驅動滑座沿導軌移動，固定在滑座上的導桿和與其相連接的雙介質旋轉噴頭隨滑塊按照設定的速度上下移動。PLC控制器采取分別控制2只繼電器輸出控制信號的控制模式，每只繼電器控制1只電磁閥工作，2只電磁閥分別控制供水管路和供氣管路開閉。

待清洗的香料成品移動罐，放置在指定的位置，待確認無誤，PLC控制器控制變頻器、電動機，驅動線性導軌滑座機構沿導軌滑動。此時，通過電動機驅動螺桿滑座機構的滑座向下勻速運動，當滑座移動到設定的位置，設置在該處的行程開關產生一個控制信號，該控制信號傳給PLC控制器，PLC控制器根據該控制信號控制供水電磁閥工作，清洗用水經雙作用旋轉噴頭噴出，雙作用旋轉噴頭沿著水平方向繞導桿端部進行360°勻速旋轉，雙作用旋轉噴頭在罐體內自上而下清洗罐體的內壁。當導桿到達設定的位置，設置在該處的行程開關產生一個控制信號，PLC控制器根據該控制信號，分別輸出關閉供水電磁閥信號和驅動滑座和與其相連接的導桿向上運動的控制信號，用水清洗完成。PLC控制器控制導桿向上移動至設定位置，PLC控制器控制壓縮空氣電磁閥工作，PLC控制器控制導桿以設定的速度向下移動，當導桿到達設定的位置，PLC控制器輸出關閉供壓縮空氣之路控制信息，關閉壓縮空氣之路，吹落罐體內壁的水珠，經過罐體底部的引流口引出管體。PLC控制器驅動導桿向上移動，離開罐體，完成本次清理工作。

作業人員在使用成品移動罐自動清洗裝置時，只需將罐體送至清洗工位，開啟相應的清洗模式，3～5 min就能完成一個清洗流程。

2 結語

本研究介紹了一種運用自動控制技術設計的香料成品移動罐自動清洗裝置。本裝置具有清洗效率高，運行穩定可靠，操作簡便，維護方便的特點，解決了依靠人工清洗香料成品移動罐存在的操作不便、效率低、耗用時間不可控、勞動強度高等問題，實現了清洗過程的自動化、標準化、高效化，應用前景廣闊。

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