3. Автоматичні (автоматизовані) потокові лінії та виробничі структури
Автоматичні (автоматизовані) потокові лінії (АПЛ) використовуються під час автоматизації технологічних процесів, що складаються з великої кількості операцій і виконання яких здійснюється на кількох машинах-автоматах різного призначення.
Розподіл операцій за окремими технологічними агрегатами у просторі та часі потребує використання автоматичної транспортної системи, яка працює в єдиному темпі для всіх машин АПЛ та від єдиної системи автоматичного керування.
Побудова АПЛ охоплює вирішення завдань застосування механізмів транспортування між агрегатами, зміну орієнтації об’єкта обробки (сировини, напівфабрикату) або предмета праці (тари), накопичення заготовок, створення системи автоматичного керування комплексами технологічного устаткування.
Окремі операції — завантаження об’єктів обробки або предметів праці, їх переміщення з одної позиції до іншої, розвантаження — здійснюються виконавчими механізмами, маніпуляційними системами і транспортними пристроями в обмеженому просторі єдиного робочого циклу АПЛ.
Але у разі створення конкретної лінії реалізація міжагрегатного транспортування потребує не тільки достатнього простору, а й можливості незалежної від технологічного обладнання роботи не тільки з переміщення об’єктів обробки або предметів праці із заданим ритмом, а й їх накопичення.
3,1 Структури потокової лінії та автоматизованого цеху
АПЛ — комплекс машин з механізмами міжагрегатного транспортування зі зміною спрямування об’єктів обробки, з поповненням їх запасів, створенням автоматизованих систем керування технологічним процесом масового виробництва харчової продукції (рис. 3.1).
У її виробництві реалізують такі типи компонувань АПЛ: площинне (на одному поверсі виробничого корпусу) та просторове (багатоповерхове) — з використанням гравітаційного переміщення, наприклад на м’ясокомбінатах, молочних, консервних та інших заводах, які переробляють сільськогосподарську сировину.
Рис.3.1. Структурна схема розміщення пристроїв у АПЛ
За характером траєкторії потоку об’єктів обробки компонування автоматичної лінії буває замкнене, розімкнене (наскрізне) і комбіноване (рис. 3.2).
Рис. 3.2. Структура АПЛ:
Г — для пакування сигарет; П — для пакування цукерок;
Р (роторне) — розливу рідинного продукту у банки;
З (збіжне) — для фасування та пакування вершкового масла;
р-з (розбіжно-збіжне) — для загортання відливних цукерок
АПЛ побудовані за принципом наскрізного транспортування об’єктів обробки (виробів). Конструкція транспортних пристроїв має кінцеве значення і визначає побудову лінії.
На синхронних АПЛ об’єкти обробки передаються безпосередньо від позиції до позиції, а зупинка однієї з них призводить до зупинки всієї лінії.
Приклад структурної схеми компонування агрегатів і потокових ліній у системі автоматизованого цеху показано на рис. 3.3.
Рис. 3.3. Структура системи автоматизованого цеху
4 Класифікація та типові компонування автоматичних потокових ліній
Сучасне швидке переналагодження виробництва на досконалі види споживчої продукції різноманітної номенклатури деяких харчових технологій (кондитерська, молочна та інша) можливе лише у разі застосуванні машин-автоматів, гнучких виробничих систем (ГВС) і робото-технічних комплексів (РТК) з промисловими роботами (ПР) і маніпуляційними системами. Але в даний час більшість вітчизняних харчопереробних підприємств недостатньо оснащені діючими МА та АПЛ.
На синхронних лініях об’єкти обробки (вироби) передаються безпосередньо від позиції до позиції і зупинка однієї з них призводить до зупинки всієї лінії. На асинхронних — між позиціями існує невеликий запас заготовок.
Заготовки та вироби на робочих позиціях супутникових ліній встановлюються і закріплюються або безпосередньо у пристроях МА, або у пристроях-супутниках, які переміщуються разом із об’єктом обробки (виробом).
Компонування механізмів на станині машини та компонування автоматів, транспортних і допоміжних пристроїв у потокових лініях відіграють істотну роль як з погляду вартості устаткування і його монтажу, так і з погляду експлуатаційних витрат. Таке компонування впливає на амортизаційні відрахування із виробничих площ. Наприклад, застосування вертикальних багатоповерхових конструкцій і здвоєних машин значно скорочує займані технологічним устаткуванням площі цеху й створює зручність в експлуатації. Проте стандартних рецептів, які були б придатні для всіх випадків, дати не можна. Існують вдалі й невдалі рішення компонувань того самого типу.
Компонування машин-автоматів можна класифікувати за ознаками:
геометричним розміщенням основних робочих органів (РО) у просторі та на площині — горизонтальні, похилі й комбіновані;
траєкторією руху виробів всередині машини (за типом внутрішньо-машинного транспортера) — на прямолінійні, у тому числі Г- і П-подібні;
кількістю потоків — одно- та багатопотокові;
типами, кількістю й розміщенням двигунів і контрольно-керувальних органів машини — з вбудованими або винесеними двигунами й пультами керування, з механічними, пневматичними та іншими видами передач;
виглядом станини або корпуса: вузли машини можуть бути скомпоновані на одній станині, на кількох спарених одна з одною підставках, у корпусі шафового, шахтного або тунельного типу. Станини можуть бути масивними стаціонарними або легкими, що припускають переміщення. Особливо варте уваги блокове компонування стикованих між собою вузлів машини, що уможливлює швидку їх заміну.
Прикладами площинних горизонтальних роторних компонувань МА є карусельні генератори морозива «ескімо», автомати для фасування сиру, вершкового масла та олії, роторні пляшкорозливні, трироторні машини для фасування карамелі тощо. Вертикальні роторні лінії: двороторний тестер виробництва банок, пакування сипких продуктів і молока у термозварювальну синтетичну оболонку.
Як правило, МА комбіновані і класифікуються за переважними ознаками.
Прикладом горизонтального лінійного компонування є машина-автомат для виготовлення тари та фасування сметани, в якому стрічка термопласта широка, тому одночасно пресується кілька коробочок у ряді (рис. 3.4).
Рис. 3.4. Схема компонування автомата для фасування сметани:
1 — рулон термопластика; 2 — пуансон; 3 — дозатор; 4 — рулон
кашированої фольги; 5 — зварювання кришки; 6 — штамп для випікання
коробочки; 7 — синхронізатор швидкості для центрування малюнка;
8 — заспокоєння (вирівнювання); 9 — матриця; 10 — підігрівники
У замкненому компонуванні окремі ланки АПЛ розміщуються по замкненому кільцевому або прямокутному контуру.
У розімкненому компонуванні розміщення устаткування АПЛ може бути прямолінійним, Г- або П-подібним, “ялинковим” та ін. (див. рис. 3.2). У цьому варіанті автоматизовані потокові лінії більш універсальні, наприклад за великої кількості робочих позицій, різнорідних видів обробки (механічної, теплової) їх легше пристосувати до того приміщення, на яке розраховує підприємство.
Приклади компонувань автоматичних (автоматизованих) потокових ліній:
Замкнена кільцева лінія для готування опари й тіста (рис. 3.5).
Рис. 3.5. Схема замкненої кільцевої лінії:
1 — дозатори; 2 — перемішування і відстоювання;
3 — змішувальний агрегат; 4 — вивантаження
Замкнена прямокутна лінія формування цукерок (рис. 3.6).
Рис. 3.6. Схема замкненої прямокутної лінії:
1 — перекладач цукерок у форми; 2 — термообробка;
3 — укладання цукерок; 4 — сушіння; 5 — очищення
Розімкнена Г-подібна лінія пакування цигарок (рис. 3.7).
Рис. 3.7. Схема розімкненої Г- подібної лінії:
1 — формування блока; 2 — фасування;
3 — формування (загортання);
4 — запаювання; 5 — формування шару
4. Розімкнена розбіжно-збіжна лінія загортання цукерок (рис. 3.8).
Рис. 3.8. Схема замкненої кільцевої потокової лінії:
1 — роздільник-формувач потоків; 2 — загортальний автомат;
3 — збірний транспорт
5. Розімкнена роторна лінія розливу продукту в банки (рис. 3.9).
Рис. 3.9. Схема розімкненої роторної лінії:
1 — дозатор; 2 — подавання банок (роторний транспортер); 3 — наповнення; 4 — подавання кришок і підкатка; 5 — перевантаження (роторний транспортер);
6 — кінцева закатка; 7 — роторний завантажувач
Удосконалення машин та автоматизованих потокових ліній фасування та укладання пластичних харчових продуктів повинно здійснюватись шляхом застосування таких принципів конструювання:
створення неперервно-потокового руху об’єктів обробки (виробів) за траєкторіями з використанням нерухомих робочих органів;
застосування ациклічних робочих органів із ротаційним рухом і замкненою траєкторією, наприклад транспортерів;
застосування термозварювальних пакувальних матеріалів;
вибір оптимальної форми об’єктів пакування, що забезпечує мінімальну витрату пакувального матеріалу, найпростішу траєкторію переміщення виробів у машині, застосування зовнішньої транспортної тари стандартних форм і розмірів.
Режим термозварювання треба обирати індивідуально для кожного окремого продукту і пакувального матеріалу.
Роторна компоновка машин оптимальна у багатопозиційних автоматах третього класу, наприклад у потоковому карусельному генераторі морозива «ескімо», тристороньому автоматі фасування сипких продуктів (цукерки-карамелі, крупи, цукор) та пакування їх у пачки.