基于微信的交叉帶式分揀機機械故障預警系統設計

譚宇碩 韓瀚 趙寶柱 靳艷峰 石家莊郵電職業技術學院

一、引言

分揀機在整個快遞行業中占有重要地位，其不僅能降低分揀作業的人工強度，更可以極大地提高生產效率，大多數快遞企業都對分揀機的使用給予極大的重視[1]。分揀機根據結構的不同，目前主要有條板傾斜式分揀機、翻盤式分揀機、懸掛式分揀機、滾珠式分揀機以及交叉帶式分揀機等[2]。由于技術相對落后、分揀效率較低等因素影響，前四種分揀機正在逐漸淡出分揀生產線，而交叉帶式分揀機由于其結構簡單、運行穩定、效率高等特點，逐漸成為分揀行業的主流。根據國家郵政局《2019 年郵政行業發展統計公報》統計，2019 年快遞業務量達635.2 億件。由此可見分揀機的使用率在不斷提高，因此其穩定的運行尤其在故障預警方面應當得到極大重視。

二、交叉帶式分揀機機械部分工作原理

交叉帶式分揀機機械部分主要包括供包臺和分揀小車兩大部分，其主要工作原理如下：

（一）供包臺基本工作原理

供包臺是交叉帶分揀機的重要組成部分，其主要功能是為分揀機輸送包件[3]。供包臺由電動機向其輸出動力，通過皮帶連接電機輸出軸和供包臺表面的主動輥筒。主動輥筒與若干從動輥筒通過傳送帶相連接，當電機動力傳遞給主動輥筒之后，主動輥筒通過與傳送帶之間的摩擦力，帶動傳送帶在主動輥筒旋轉切線方向做直線運動，同時傳送帶帶動其他從動輥筒在相同方向上轉動。

當待分揀的包件被分揀人員放置到供包臺傳送帶上之后，傳動帶帶動包件向設定方向運動。

（二）分揀小車基本工作原理

分揀小車最基本的運動為環路運動，指多個分揀小車首尾相連接組成閉合的環路，每個小車沿著環路按照統一的順序運動[4]。環路中小車的數量根據設計分揀機的分揀效率確定。在小車的環路上固定放置多個直線電機，分揀小車在環路上的運動由直線電機提供動力。當每個分揀小車在環路上通過直線電機時，小車下方的次級板將切割直線電機的磁場，根據電磁感應原理，磁場中將會產生電磁力，將推動該小車向前運動，由于每個小車都和相鄰的小車首尾連接，因此每個小車經過直線電機時都會受到向前的驅動力，推動和帶動相鄰的小車向前運動。

為了充分利用直線電機的輸出動力和提高小車在環路中的運動速度，防止小車脫離環路 在每一個小車下面都裝配了行走輪和導向輪。

三、交叉帶式分揀機常見機械故障及危害

由于長時間的開機磨損、待分揀的郵件重量不同對分揀機部件產生的交變壓力以及分揀人員將郵件放置在供包臺上的方法不同而造成大小不同的沖擊力等原因，交叉帶式分揀機供包臺的驅動電機軸承和輥筒軸承、小車行走輪以及軸承等重要部件會出現機械磨損進而引發故障，這些故障可能會對分揀機上待分揀的郵件、分揀機其他重要部件甚至影響分揀工作人員安全。

（一）供包臺機械故障及危害

供包臺驅動電機一般都設置在供包臺內，四周由隔板與外界隔開，電機軸承的磨損不易被發現。由于供包臺表面的輥筒運動由電機驅動，如果軸承故障比較明顯后，將會影響輥筒的運動，可能會造成包件不能準確傳送到小車上，出現掉包甚至砸傷工作人員的現象。

由于供包臺表面有多個輥筒，而且輥筒兩側軸承表面有傳送帶遮擋，因此日常很難對軸承進行及時潤滑，隨著使用時間增多以及承載眾多的規格不同、重量不一的包件，輥筒軸承容易快速磨損，進而產生故障，使得輥筒運動高度和位置不一致，造成包件的擠壓和卡塞。

（二）小車機械故障及危害

由于包件分揀量較大，分揀機開機時間較長，由于分揀小車頻繁承載不同重量的包件，行走輪的外廓和軸承的磨損程度遠大于導向輪。行走輪外廓磨損可能會造成小車表面不平穩甚至出現傾斜的現象。軸承磨損則會使得次級板位置發生偏移，當小車通過直線電機時，次級板撞擊直線電機，造成直線電機的損傷，影響分揀機的正常使用。

因此交叉帶式分揀機以上的常見機械故障必須及時排查，及早預防，才能保證包件安全有序分揀以及分揀機的正常工作。

四、常用的故障排查和維修方式及存在的問題

為了保證分揀機的正常使用，對于關鍵部件的檢測和及時維修顯得至關重要。目前，在郵政行業生產一線常用的方式主要有定期巡檢和故障后維修。其中，定期巡檢是指制定排查和檢測計劃定期（如每日、每周或每月）巡查不同分揀機的位置，維修人員通過觀察各部分運動狀態和判斷發出的異響等方式，發現和排除分揀機可能存在的故障隱患。如果對于沒有及時排除的隱患并因此產生的故障，則需要在保證生產作業的前提下，安排合理時間進行維修。

很明顯，這種方式主要依靠維修人員的技術水平和經驗，而且在大型的交叉帶分揀機上有多個供包臺并裝配了許多分揀小車。因此電機軸承、輥筒軸承、小車車輪和軸承更是數量眾多，同時維修人員也難以對其進行及時保養和檢修，由于以上部件的故障影響分揀和降低效率的情況十分普遍。

五、基于微信的機械故障預警系統設計

從統計的角度來看，交叉帶式分揀機在分揀量整體穩定的情況下，電機軸承、輥筒軸承、小車車輪和軸承等部件的磨損周期以及更換時間基本穩定。因此掌握不同部件的使用時間，及時維護或更換接近更換時間的部件，可以減輕維護工作人員的工作量，提高工作效率。微信以其使用范圍比較廣，用戶量非常大，目前已經成為主要的社交媒體之一，因此設計了以微信公眾號作為服務平臺的機械故障預警系統。

工作原理：本系統按照業務流程分為兩個部分，分別為信息采集和預警反饋。

（1）信息采集

為了便于零部件的信息管理，可以先將供包臺電機軸承，輥筒軸承、小車車輪和軸承等進行編號。通過微信公眾號后臺分別設置管理人員和工作人員權限，工作人員用自己手機微信成功關注公眾號后，將零件編號和安裝時間等重要信息通過公眾號輸入，微信服務器接收到信息之后，連接云服務器將信息上傳；信息上傳成功后，云服務器將成功接收的信息反饋到工作人員微信公眾號中，微信公眾號可以支持多個工作人員同時上傳不同的零部件信息[5]。

管理人員通過微信公眾號將供包臺電機軸承、輥筒軸承、小車車輪和軸承等使用時限等信息輸入到云服務器的數據庫中，信息采集原理見圖1。

（2）預警反饋

使用5G 通信模塊定期向云服務發送查詢命令，服務器經過篩查，如果某個零件的使用時間接近維護時限，則向管理人員的微信公眾號反饋記錄著零件編號和使用時間等主要內容的預警信息，管理人員通過編號確定該零件在分揀機中的位置，進行重點檢查和維護，必要時及時更換，預警反饋流程見圖2。

圖1 信息采集原理圖

圖2 預警反饋流程圖

六、結論

使用微信公眾號為服務平臺的機械故障預警系統結構簡單，不需要額外購置終端設備，也無須重新開發專用APP，基于現有的手機通信網絡和5G 等新技術即使在干擾較多的生產作業環境中，也能較好地輔助分揀機一線維護人員，降低勞動強度，提高維護效率。