降低真空吸盘型机械手掉件故障策略探讨

（衡阳市烟草公司物流配送中心，湖南 衡阳 421000）

1 前言

随着自动化技术在商业物流的持续推广，机械手的广泛应用也应势而生。在物流配送中心卷烟出入库系统中，真空吸盘型机械手负责将件烟按30件/垛组盘或拆盘（件烟入库时组盘，件烟出库时拆盘），是出入库系统中的一项核心设备。作为整个卷烟分拣系统的上游，机械手的出入库效率需要充分满足卷烟分拣的补货要求，然而机械手的频繁掉件故障会导致分拣线缺烟，严重制约出入库乃至整个分拣系统生产效率的提高。本文以衡阳烟草物流配送中心为例，介绍降低真空吸盘型机械手掉件故障的几项策略。

2 机械手掉件故障的影响

2.1 制约卷烟分拣效率的提升

卷烟出入库系统如图1所示，在物流配送中心卷烟出入库系统中，作为系统主体设备的出入库机械手频繁掉件时，因为无法采用人工干预的手段代替，从而引发下游区域缺烟，严重制约了出入库系统乃至下游的高速缓存、卷烟分拣系统生产效率的提升。统计数据显示，2018年元月份出库机械手日均掉件82次，掉件故障率高达1.76%，影响分拣线日均缺烟时间达到37min，这也直接导致卷烟分拣效率仅有20 000条/h，与设计值24 000条/h相距甚远。

图1 卷烟出入库系统

2.2 造成人员受伤卷烟受损

机械手掉件以后，需要设备操作员手工将该件烟从地面或托盘上搬运至输送辊道，频繁掉件导致操作员工作强度异常繁重，容易因身体劳累而刮擦输送辊受伤。同时，部分件烟在掉落时因砸碰现场设备边缘棱角，造成卷烟受损形成残次烟。

3 机械手掉件原因分析

机械手作业所涉及的要素主要有垛烟烟箱、码垛托盘以及供气压力、真空吸盘等，因此机械手掉件故障主要由烟箱因素（循环烟箱表面破损）、托盘因素（托盘因承重变形）、供气因素（空气流量不足）以及其他因素（如程序设置不合理、吸盘堵塞）等几个方面原因所致，如图2所示。

图2 机械手掉件故障原因分析图

3.1 机械手供气流量不足

经过长期观察发现：机械手待机状态时，气压表显示为8.0bar，可以满足机械手正常工作时所需的压力（6.0bar）要求；而机械手真空吸盘形成负压抓取件烟的瞬间，压力表指针由8.0bar突降至4.0bar，持续2-3s直至机械手抓取件烟动作完成，再缓缓升回至8.0bar。这说明机械手抓烟动作耗费的空气流量很大，当无外接气流补充时，输气管内的空气流量难以完成后续动作从而造成掉件故障频发。

3.2 循环烟箱表面破损严重

烟箱表面严重受损会直接影响机械手抓取成功率，而循环烟箱由于多次回收必然会造成不同程度损伤。根据掉件统计数据显示，衡阳烟草循环次数较多的省内畅销品牌如白沙（精品）、芙蓉王（硬）掉件次数远高于其他品牌。同时，烟箱表皮湿度大对真空吸盘型机械手掉件也有明显影响，比如在衡阳地区4-5月份的梅雨季节，因库区湿度升高而导致卷烟出库时掉件现象明显增加。

3.3 因负重导致托盘变形所致

机械手作业要求塑料托盘技术参数满足如下条件：（1）托盘表面平整，两平面翘曲变形不大于3mm，两对角线误差不大于4mm；（2）在各种承重工况下，满载的变形量小于5mm；（3）额定承载能力为700kg。实际工作中，因塑料托盘持续受到卷烟重力作用而出现不可恢复的变形，实测结果表明部分使用3年以上的塑料托盘变形量甚至超过13mm，而托盘因承重变形使得机械手抓烟高度发生变化，影响机械手抓烟的准确性。

3.4 其他原因所致

（1）程序设置不合理：机械手从抓取件烟到在输送辊上端静止的过程中，如果程序设置的加速度过快，将导致惯性过大，容易发生掉件故障。

（2）真空吸盘或真空发生器堵塞：从空压机输出的高压气流经管道输送时会在管道内壁产生冷凝水，如输送管道采用普通钢而非不锈钢材料，冷凝水会锈蚀管道内壁产生铁锈，从而导致真空吸盘和真空发生器堵塞，直接导致机械手工作时吸盘压力不足，引发掉件故障。

（3）烟箱尺寸变更导致掉件：烟箱外形尺寸特别是高度方向尺寸发生变更时，如程序内未及时作出修改，会直接影响机械手抓烟成功率。

4 机械手掉件对策分析

从前述分析中我们知道造成机械手掉件故障频发的主要原因是空气流量不足、循环烟箱表面破损严重以及托盘变形等，因此解决机械手掉件故障亦是针对这几项原因开展。

4.1 机械手前端增加储气罐，补充机械手工作时的空气流量

储气罐能够存储一定的压缩空气，可以短时内保障机械手在抓烟的过程中拥有充足的空气流量，从而保证机械手真空发生器产生负压的稳定性；同时也能实现进一步冷却空气、分离和清除压缩空气的水分、油污等杂质的作用。储气罐的尺寸选择需要因地制宜考虑安装空间、制作成本以及机械手实际工作时的空气流量，过大容易造成浪费，太小则发挥不了补充空气流量的作用。

4.2 加强空压机管理，改善输气管道内空气品质

烟草行业绝大多数企业选择进口品牌的空气压缩机提供气源，目的是希望保障正常生产的需要，但忽略了压缩空气品质的好坏对生产品质及生产效率的巨大影响。压缩空气的净化主要分干燥和过滤两个部分，用过滤器去除油和尘，用干燥机去除压缩空气中的水分，但水分的去除是较难的技术，因此，需要从管理上要求设备维护人员定时对空压机进行排水处理，定期进行过滤器清理作业，从而保障管道内空气品质。

4.3 加强烟箱回收管理，保障烟箱表面质量完好

加强烟箱回收管理，规范卷烟烟箱的初次回收到重复利用各个环节，严格把控循环烟箱质量，及时剔除破损严重的烟箱，保证烟箱质量完好。

4.4 做好库区温湿度管理，防止湿度过高使烟箱受潮

梅雨季节到来时，仓库管理员需要增加库区的日常巡检次数，根据巡查结果及时做好通风除湿、设备除湿工作，调整库区湿度在合理区间。

4.5 提高库区卷烟周转率，降低卷烟在库存放时间

物流中心与营销部门联动做好卷烟的库存管理，特别是营销部门需要衔接工业公司控制卷烟到货时间，提升库存卷烟周转率，防止卷烟在库时间过长产生表面积尘以及箱皮返潮。

4.6 做好托盘日常管理，及时剔除变形严重的托盘

出入库日常作业过程中细致观察托盘的变形情况，及时剔除变形量大的托盘。

4.7 研究程序设置，改善机械手运行参数设置

根据设备实际使用情况调整机械手运行参数，如衡阳烟草将机械手取烟步骤中的吸取时间由0.6s提高到1.2s，将机械手旋转步骤的加速度降低至初始值的80%，提高了取烟与放烟过程中设备的稳定性。

4.8 做好机械手定期维护，按时清理机械手真空吸盘与真空发生器

先进的设备需要先进的管理，定期清洁机械手真空吸盘与真空发生器，一方面可以提高配件的使用寿命，另一方面也可以充分保障机械手工作压力输出。

5 总结

近年来，真空吸盘机械手在烟草行业的件烟自动码垛与拆垛方面得到了广泛的运用，它可以轻松地完成烟箱抓取、搬运、平移、升降等动作，降低作业人员劳动强度，但随着瓦楞烟箱的循环利用大幅增加，一方面降低了件烟成本支出，但另一方面也造成件烟自动抓取故障率不断升高。衡阳烟草依据现实需要开展课题研究，理清了真空吸盘机械手掉件故障的原因，并采取针对性的方案实施解决，机械手掉件故障率得到了较好控制，日均掉件次数降低至11.8件，掉件故障率降低至0.22%。