流水清洗线系统优化设计

    季松 陆荣鑑 张建红

    摘 要：伴随工业4.0的建设和信息自动化的全面普及，自动清洗技术在工业中的应用越来越广泛。但是由于设计自动化生产线拥有一定的复杂程度，一般自动化清洗设备在设计之初往往没有考虑到人性化设计，生产线维修、维护也比较困难。本文针对一种自动化流水清洗线产品，进行人性化结构优化设计。改进之后的生产线满足模块化设计要求，相对的维修成本也较低，整体生产线流水线拥有了可移植的便捷性。相对的高强度、稳定性、可操作性也得到了进一步的提升，整体生产线的改进设计满足了现代化设计的要求。

    关键词：流水线设计;人机工程学;机械设计;优化设计

    0 引言

    本文改进的是一种直链式自动化清洗线，将其改为环式自动清洗线，这样可以满足循环利用的需求，也符合现代化环保设计，相应地节省了生产成本。

    国外的自动化设计发展较快，自动化程度较高，有些优秀的自动化生产线完全不需要人工操作，控制部分与机械结构部分结合应用，使得生产效率大大提高。良好的生产环境也体现了以人为本的思想。目前优秀的国外自动化生产线都采用了高分辨率相机、高精度传感器、稳定快捷的伺服控制系统，不仅提高了产品质量，减小了废品率，而且减少了人工成本。目前国外的自动化研究方向在往人工智能方向、机器学习方向和嵌入式系统方向靠近。比如配电自动化技术，[1]由系统合理监控用电负载，分析并记录，减少了人工排查的风险与失误率;[2]采用机器识别来分辨水果的成熟程度，进行合理分类的自动化采摘线等。

    随着现代生产的规模化需求提高，国内的自动化设计程度也得到了较大的发展。比如国内的电网调度自动化，满足不同用户的用电需求，通过系统进行对应的调度，具有高度的自动化能力。但是国内的小型自动化生产线存在定位不精准、移植性不高、废品率高等问题，缺乏合理的管理与监督，维修方面也具有一定的困难。国内产品生产要做到检测、控制、分析、低成本、高效率，就必须采用合理的自动化生产线，采用先进的控制自动化技术;应该往嵌入式系统控制方面转变，融合人工智能技术，[3]真正达到生产的完全自动化。

    1 整体结构概述

    整体自动化清洗线由直式改成环式，占用的面积变小，约为60m2。整体结构设计主要由以下6个机构组成：一是储水与过水机构，二是喷洗机构，三是漂洗机构，四是烘干机构，五是供电系统，六是固定与传送机构。[4]整体的工作流程如下：供电系统供电，由操作人员开启自动化清洗流水线，储水罐进水，当进水满足工作需要之后，为整体生产线供水。工作人员将需要清洗的物品放在过水机构上层的挂钩上，进行固定。清洗物品随传动机构进行环式传动，先在过水机构处进行过水浸泡;浸泡完毕之后，进入喷洗机构，进行集中喷洗，方便去除物品上的油污或者其他杂质。从喷洗机构出来后，清洗物品进入漂洗机构，进行漂洗程序，这一步是为了彻底去除清洗物品上的清洗液和其他杂质。清洗完毕后，将物品送入烘干机构进行烘干步骤。等清洗物品全部烘干完毕之后，将物品传动到下料区，由工人取下清洗物品。整个清洗流水线工作循环结束。

    2 固定机构与传送机构设计

    本机构材料采用普通铸铁，形状设计成环式，通过底部的固定柱固定在相应的位置，固定柱通过螺栓固定在地面，采用螺栓固定，方便以后的产品移植。[5]在环式机构上采用直角挂钩，直角挂钩可尽到最大限度的抓取能力，直角挂钩也可以更换为其他抓取机构，满足抓取不同产品的需求。直角挂钩通过滑块与环式机构连接，具有传动方便、快捷的特点。[6]

    3 储水机构和过水机构设计

    储水结构采用大容量球式储水机构，储水能力强;过水机构采用梯形槽，结构稳定。小面朝下、大面朝上，材料采取钣金件折叠而成，成本较低。在储水机构和过水机构的下方采用塑料管进行排水。[7]

    4 喷洗机构与漂洗机构设计

    喷洗机构和漂洗机构同样采用钣金件折叠焊接而成，在漂洗机构内置超声波装置，通过超声波装置可以清洗物品上的顽固污渍。物品从漂洗机构的中间依次进入，方便完全清洗。喷洗机构内置两层多喷头，可以从多角度对物品进行喷洗，方便去除清洗液和污渍。

    5 烘干机构设计

    烘干机构采用不完全封闭式设计，材料是钣金件，形状为方形，两侧是百叶窗，用来散热与排气，在烘干机构上部开有风机洞，用来实现气体循环，满足烘干要求。烘干机构的运行通过PLC控制，工作时，烘干机构需要进行预热，预热完毕后，物品从中间空挡处进入，风机控制风向，可以节省烘干时间，满足烘干需求。[8]

    6 结语

    以上对自动化清洗线整体机构设计进行了介绍，讲解了整体清洗流水线的工作流程和各个结构的整体设计，以及它们之间的连接关系。在对自动化清洗线进行优化设计之后，全程只需要人为上下料、控制系统启停、工作速度模式，不同于以往的传统清洗设备。优化后的系统设计采取了模块化设计，可以方便更改和添加新的清洗机构，提高了清洗和生产的工艺水平，提高人工的利用率，降低工作人員的工作强度，解决了以往生产效率低的问题和可能存在的生产安全问题。在未来的设计改进上，我们将加入机器识别功能，可以同时进行不同产品的清洗，通过机器识别将其进行分类，并传到对应的下料区，引入数据库，记录每天的生产情况和机器的工作状态。这样的改进是未来自动化发展的趋势。

    参考文献：

    [1] 戴晖.国外配电自动化技术与发展趋势的探讨[J].中国新技术新产品，2011（01）：136-137.

    [2] 杨叶，郁舒兰.家具制造企业实施PLM的必要性及策略分析[J].家具，2017，38（01）：（下转第页）（上接第页）1-4.

    [3] 刘英，周晓林，胡忠康，於亚斌，杨雨图，徐呈艺.基于优化卷积神经网络的木材缺陷检测[J].林业工程学报，2019，4（01）：115-120.

    [4] 周海燕，陈旻鹏，徐兆军，郑梅生.三螺杆泵寿命试验台测控系统设计[J].测控技术，2018，37（12）：12-16.

    [5] 陈旻鹏，陆荣鑑，张建红，缑斌丽，张攀.五轴激光切割机床结构设计研究[J].艺术科技，2019，32（06）：221-222.

    [6] 吴狄华.自动化饲料生产线管理问题研究[J].南方农机，2019，50（12）：243.

    [7] 冯小芳，刘艳君.国外新型全自动转杯纺纱机自动化与智能化运用[J].纺织科技进展，2014（05）：15-18.

    [8] 黄海燕.基于S7-1200 PLC立体仓库码垛机控制系统设计[J].机电工程技术，2019，48（05）：37-41.

    作者简介：季松（1995—），男，研究生在读，主要从事机电一体化、嵌入式系统方向的研究。

    通信作者：陆荣鑑（1964—），男，研究生，讲师，主要从事机电一体化、工业控制系统方向的研究。