作者简介：岳建峰（1994-），男，本科，任万达控股集团有限公司总裁办发展规划部助理工程师，负责设备管理、项目管理工作。
收稿日期：2019-08-07
1　现状分析
我公司为了响应国家新旧动能转换，淘汰落后产能，减轻员工劳动强度，提高安全可靠性，杜绝安全事故发生，提升企业智能化、自动化水平，打造智慧工厂，提高公司半钢轮胎分拣、输送工作效率，因此对目前公司的半钢轮胎输送线进行升级改造，使成品输送自动化，成品识别分拣智能化，产品分类、入库信息智能化。
我公司半钢轮胎厂日产能在1.80万条左右，每天生产的轮胎规格大约120种，同时在线生产的规格80种。原有的运输线仅可实现将硫化车间成品轮胎输送至成品分拣区，成品轮胎分拣、搬运全部由人工操作，员工劳动强度大，效率低；产品规格较多，人工分拣过程中差错率较高；特别是夏季，由于工作现场环境温度较高、劳动强度大，员工离职率居高不下，本岗位员工招工越来越困难。
2　自动化分拣整体设计方案
经过公司详细技术交流，在考虑了多种方案的基础上，结合公司自身情况，对方案进行了优化设计，最终设计了两套实施方案，分别介绍如下。
2.1　采用双层积放环形辊道输送线+多层无动力重力辊道方式，方案分两部分
2.1.1　第一部分：双层积放环形辊道输送线
（1）在原有输送线左侧的平台上再装一条积放辊道输送线，保证南北两侧输送过来的轮胎在中间合流。
轮胎自动分拣输送线设计改造及经济
分析
岳建峰，曲春林，宋月涛，刘海波，单小晶，孙金银
(万达控股集团有限公司，山东  东营  257500)
摘要：本文从当前轮胎行业面临成品轮胎分拣问题为出发点，阐明了轮胎厂新建成品轮胎自动分拣实施方案的过程分析。通过对现有背景的分析，详细介绍了自动化分拣的整体设计方案，对轮胎行业有一定的示范与推广作用。
关键词：自动分拣；改造；投资；效率；智能化中图分类号：TQ330.493
文章编号：1009-797X(2020)21-0022-05
文献标识码：B
DOI:10.13520/jki.rpte.2020.21.005（2）南北两侧输送过来的轮胎在中间合流后经过万向模块带的输送线进入下一个环绕线，该环绕线分上下双层环绕，环绕线中间为钢平台，每层环绕线配套一套固定式扫码设备，环绕线在面向均动设备的一侧采用万向模块输送带，并带有拨胎器，每层40个左右的拨胎器，合计共80个拨胎器，分别对应着12台均动设备。每台均动设备前面共6~8条分支无动力重力输送辊道（见图1）。均动设备质检员根据工艺要求向MES 系统发送检验轮胎规格和数量请求信息，MES 则自动将要检测的轮胎分配到预定的分支轨道中，多余的轮胎则分配到立体库中或者直接下线。在输送机线上安装有动态扫码和电子皮带输秤，可以在线称重，同时数据自动上传MES 。
（3）特殊情况下一次分拣未能完成的轮胎通过循环输送线再次进入在线扫描装置，进行二次扫描分拣。（一次分拣未能完成的轮胎均在分拣线末端经摆动皮带输送机进行上下层切换输送）。
（4）在轮胎检测循环输送线上，分别设置两条轮胎免检通道和两条漏、码损、毁轮胎输出通道，两条轮胎零散规格下线通道。条码损毁轮胎下线到钢平台上由人工处理后，人工投入到分拣线前储存线上。零散规格下线到钢平台后进行人工分拣储存，后期进行
集中检测零散规格时，人工进行二次上线。
（5）均动机前自动循环分拣系统分别增加白胎侧打磨下胎口，和打磨机对接，增加X光机下胎口，要实现和X光机入口输送线对接。增加二次上胎口，上胎口要和X光机出口输送线对接，同时在修胎区增加一处外观检测工位，X光机出口处和外观打磨吹扫汇流（外观打磨吹扫线进行利旧改造处理），然后再和修胎上胎口汇流以后上主环线）。X光机上胎输送线和下胎输送线设置为双层，减小占地面积，白胎侧打磨下胎口由于距离较短，空间较小，采用旋转下胎方式。
（6）扫码成功后的轮胎进入到双层块带输送机，模块输送机安装拨胎装置，根据扫码信息自动将胎拨到对应的无动力辊道输送线上，拨胎装置具有轮胎数量统计功能和拨胎失败检测功能。
2.1.2　第二部分：多层无动力重力辊道
（1）所有外观检查合格品进入自动分拣循环线后经过一段储存，利用速度差的原理和定中心装置将轮胎拉开距离，逐条进入在线扫描装置，使得轮胎进入自动分拣装置前有一定的间隔距离并且处于输送线相对中心的位置。读取条码后的轮胎根据数序排列的原理和系统人为设定的分拣规则逐条由自动分拣装置分拣到免检输送线、1#~12#动平衡均匀性检测机前储存输送线，每台均动前根据厂区面积布置6~8条无动力重力暂存输送线，每条输送线上能摆放40条左右轮胎。根据规格要求，12台动均前面共摆放84条无动力辊道输送线，每条输送线原则上只摆放一种规格，等到输送线上的轮胎数量达到满笼
标准后，质检员开始检测。另外根据2%的检测率，分出1条X光检测机前储存输送线，漏码、损码下线输送线、零散规格下线输送线，紧急排胎口输送线，将轮胎暂存钢平台上。二层二次上线口。扫码异常的轮胎自动下线至地面制定位置等待二次处理。
（2）动均机前输送系统的分拣规则可以根据生产情况人为进行调整。每两台动均设备中间配一台操作台，操作台内配触摸屏一台，触摸屏和系统相连，实时显示这两台均动机前面无动力辊道轮胎的数量和品规、及轮胎满笼标准条数，以及该规格计划产量等信息、生产状态等信息。并有手自动选择项，当在手动模式下，操作工可以根据画面显示的轮胎数量及笼子标准进行选择性分拣（均动最多可以同时检测两种品规）。
（3）动均试验机轮胎入口前设置有自由辊道输送机和模块输送带，经轮胎阻挡机构输送到动均试验机前的，方便输送辊道的轮胎在此处合流，同时模块带可以方便操作工将均动二次检测的胎在此进行二次均动检测。在动均刷润滑液之前安装旋转扫码装置和自动定中装置，该装置通过两列相向转动的辊道来驱动轮胎旋转，同时，为了防止轮胎左右移动，由抱胎装置先将轮胎抱住。
2.2　采用双层环形堆积辊道输送线+龙门机器人分拣方案
（1）改造现有输送线：保留目前外观检测工位的数量和形式，在现有基础上对输送线进行优化，人工分拣段输送线由于为无动力辊道，无法使用。取消该段无动力辊道输送线重新安装新输送线，根据输
送效率要求，新输送线因为要增加自动分胎功能，因此原有的无动力辊道将无法使用（旧线的辊道当备件可以再利用），为了防止辊道磨伤轮胎外观，需采用改用万向模块链输送，同时根据自动分选的要求，需增加6至12处分胎口及异常下线口和固定条码扫码设备。同时增加和X光机对接的输送线，实现2%的X光抽检，（2
）根据目前的现状，结合目前轮胎成品自动分图1　双层积放环形辊道输送线+多层无动力重力辊道方案截面示意图
拣装备的发展主流，目前部分轮胎厂龙门分拣方案技术比较成熟，根据前期技术交流以及结合我公司当前的设备布局情况及产品品规的数量，制定了方案如下：在每2台均动设备之前安装一台跨度为14 m ，长10 m 左右龙门分拣机：该分拣机根据MES 数据可实现自动分拣以及码垛等功能。
根据目前均动设备的数量以及产量和品规的数量，需要上6台龙门分拣机，可实现在均动试验机前暂存4 000条胎的目标。
2.3　方案对比
方案一：双层环形堆积辊道分拨输送线加多层无动力辊道方案
大多为无动力重力辊道，设备比较节能，且该方案轮胎企业案例较多，具有原理简单、维修方便、处理灵活等优势。由于采用改造现有输送线方式，尽可能的“废旧利用”，节约投资。
方案二：环形堆积辊道输送线+龙门机器人分拣方案
龙门分拣成功案例较多，目前技术比较成熟，而且操作灵活，设备占用空间小，自动化程度高，设备维护费用低，但该方案较其他方案而言投资较大。
2.4　实施方案确定：
综上所述，方案一：采用双层积放辊道输送线+多层无动力辊道方式能够解决我公司问题现状，且投资金额较少，符合公司“节约投资，促进企业持续发展”的战略。
3　输送线分拣输送线部分辊道原理及设
计参数
3.1　积放辊道
3.1.1　积放式辊道原理
积放式辊子输送机除具有一般动力式辊子输送机的输送性能外，还允许在驱动照常运行的情况下轮胎在辊子输送机上停止和积存，而运行阻力无明显增加，适用于辊子输送机线路中需要轮胎暂时停留和积存的区段。常用的积放辊子输送机有限力式和触点控制式两种类型，方案采用限力式积放辊道，其结构示意图见图2
。
图2　限力式积放辊子结构示意图
限力式积放辊道主要原理为：辊子内部有轴向摩擦片或径向摩擦环，一般输送情况下起传递力矩的作用，物品受阻停止和积放情况下，因运行阻力矩超过限定的辊子力矩，结果使摩擦片（环）打滑，辊子与驱动装置间处于柔性连接状态。辊子的阻力矩略高于正常输送时运行阻力矩。
触点控制式主要原理：一般为带传动，当需要轮胎停止和积存时，停止器动作，通过轮胎对触点的的作用，控制机械或气动系统，使辊子和传动系统脱离。积存状态下物品间挤压力很小，需要时还可使物品保持一定距离。适于输送和积存易碎怕压物品，结构比较复杂。
由于轮胎规格品种非常多，设置两种辊道输送满足不同的规格需要，因此采用的是限力式积放辊道。
3.1.2　辊子长度计算
辊子输送机直线段圆柱形辊子输送机直线段的辊子长度可按下式考虑：
l =b +Δb
式中：
l —
—辊子长度（mm ）；          b ——物件宽度（mm ）；
Δb ——宽度裕量（mm ），可取Δb =50~150 mm 。
考虑到轮胎最大直径为900 mm，宽度余量设计为200 mm ，因此，输送线辊子长度为L =900+200 =1 100 mm 。
3.2　无动力重力输送辊道
3.2.1　无动力辊道工作原理及应用场合
（1）靠物品自身的重力或人力使物品在辊子上进行输送。
（2）只能输送成件物品。
（3）物品与辊子接触表面应平整、坚硬。（4）物品至少具有跨过三个辊子的长度。（5）应用场合主要用于输送线的尾端和始端、短距离输送、重力式储存。
3.2.2　主要设计参数
（1）倾角β：一般取β=2%~4%，实际中视物品的种类而定。考虑到轮胎不怕挤压，为了提高输送线
效率，本方案β采用4%。重力辊参数示意图如图3所示。
（2）重力式辊子输送机上的物品运行速度：
)/(]}cos 2)1[({sin 22
0s m v D
k D d G zq gL v r k ++++
−=βµβ
式中：
v k ——物品输送距离为L 时的速度(m/s )；G ——重力加速度，g=9.81(m/s2)； L ——输送机斜面长度(m )； β——输送机对水平面的倾角； z ——与单件物品同时接触的辊子数；q r ——一个辊子旋转部分的质量(kg )；G ——所运单件物品的质量(kg )； μ——辊子轴承中的摩擦系数； d ——辊子轴颈的直径(cm )；D ——辊子外径(cm )；
k ——物品沿辊子的滚动摩擦力臂(cm )；v 0——物品进入输送机时的初速度。
满足条件：为保证物品在沿输送机输送时不产生对辊子的滑动，必须使物品对辊子的摩擦力能克服辊子的旋转阻力，即满足：
()
D
d
G zq G f r m µβ+≥cos 式中 ：f m 物品沿辊子的滑动摩擦系数。
（3）重力式辊子输送机上的输送能力
)/(3 600h l
v Q k
件=
式中， l ：两物品中心线间的距离（m ），本方案中即为轮胎的直径。轮胎最小外径为Φ500 mm ，最大外径为Φ900 mm 。轮胎最小外径： Φ500 mm ，轮胎最大外径：Φ900 mm 。
4　自动化分拣方案节能措施及设计遵循
原则
我公司成品分拣运输线在交流和设计技术联络时，充分考虑了节能高效的原则，因此在设计和调试制造时遵循以下原则：
（1）能源节约原则：即动力输送线体无轮胎经过时应该处于停止状态，满足节约能源的要求。
（2）交叉输送原则：该原理适合垂直交叉输送和
摆头输送处，要求每个道口的轮胎按照设定的规则依次通过，避免轮胎在交叉输送的过程中出现轮胎挤压的现象。
（3）逐段启动原则：为了防止系统的动力输送机在启动时负荷集中，采用逐段启动的方式开启输送线。
（4）逐段储存原则：系统在运行过程中为了各个工序作业的连续性，各个工序之间需要有一定的轮胎储存量，并且在设置多条储存线时，应该从后至前逐段储存，在后一储存线储存满了的情况下，前一段储存线开始储存轮胎。自由辊道的储存量可以通过调整光电开关的位置来调整。
（5）线体震动最小化原则：由于全部系统上安装有用于控制系统运行的光电开关等检测元件，系统在运行过程中应尽量减少线体的震动，防止由于震动而导致的光电开关瞬间或者经常失灵的现象发生。
（6）系统全程监控原则：成品分拣运输线系统处于全程监控状态，也即必须做到系统任何一段线体出现突发性异常现象（机械故障、电气故障、轮胎挤压重叠、轮胎运输不畅等）时，系统的触摸屏上要立即显示异常现象并可以立即查询到异常点，同时系统设置在明显位置的声光报警启动。
（7）快速自动分拣原则：本系统的自动分拣装置采用的是快速气动分拣装置，分拣速度在2 s 以内，可以保证轮胎快速、顺利的分拣到各个道口（每个分拣装置的动作具备手动、自动切换）。
5　分拣输送线消防设计要求
（1）智能化分拣输送线钢平台下沿高度不低于4 m ，达到消防通道的要求。
（2）智能化分拣输送线钢平台上下均设有干粉灭火器和气体灭火器。
（3）设有醒目严禁烟火安全图标、和禁止烟火文字。
（4）钢平台配电柜前面铺设绝缘橡胶垫，防止触电。
（5）钢平台立柱采用黄黑警示，防止碰撞。（6）平台下有应急照明，应急指示灯。
6　投资回报期
（1）
项目投资明细如表1所示。（2）
节约费用明细如表2所示。（3）
投资回报期：本项目投资回收期3
节能轮胎
年。图3　重力辊道参数示意图
7　结论
本项目的建设是必要和可行的，经济上是合理的，技术上是科学的、先进的、可靠的。项目投产后，公司积极顺应国家及轮胎行业关于提高轮胎行业数字化车间改造的方针政策和发展方向，打造工业4.0智能
表1　项目投资明细表
序号内容明细
数量金额/万元
备注
1堆积式辊道输送线500 m 2002双层模块链辊道输送线
200 m 2003拨胎器
80套8435 m 长无动力辊道输送暂存线
80条2305固定式条码扫描设备2套1006均动前汇总模块所送带12套1007环形输送线中间钢平台800 m 21008MES 系统及智能化改造
一套5009
安装费用　
62合计
1 500
表2　节约费用明细表
序号分项明细效益
金额/万元
备注1人工费减少用工45人45010万元/人2分拣效率提高100％50减少加班3差错率降低100％
20纠正费用4劳动强度极大减轻员工劳动强度
20减少加班5
安全可靠性
提高100％
10事故率降低等
合计
550
化工厂，提高公司智能化制造水平，从源头解决现场工作人员劳动环境，减轻员工劳动强度，减少轮胎分拣误码率，提高生产工作效率，从而使企业向智能化企业转变迈出了坚实的一步，在轮胎行业具有典型示范和推广作用。
Design reformation and economic analysis of automatic tire sorting
conveyor line
Yue Jianfeng, Qu Chunlin, Song Yuetao, Liu Haibo, Shan Xiaojing, Sun Jinyin (Wanda Holding Group Co. LTD., Dongying 257500, Shandong, China)
Abstract: This article starts from the current tire industry sorting problem of finished tires, and clarifies the process analysis of the new automatic sorting implementation plan of finished tires in the tire factory. Through the analysis of the existing background, the overall design scheme of automatic sorting was introduced in detail, which has a certain demonstration and maintenance effect on the tire industry.
Key words: automatic sorting; transformation; investment; efficiency; intelligence
(R-11)