Konstrukcija valjčnega sortirnega transporterja za jabolka

(1)

UNIVERZA V LJUBLJANI Fakulteta za strojništvo

Konstrukcija valjčnega sortirnega transporterja za jabolka

Diplomsko delo Visokošolskega strokovnega študijskega programa I. stopnje Strojništvo – Projektno aplikativni program

Klemen Brus

Ljubljana, januar 2022

(2)

(3)

(4)

(5)

UNIVERZA V LJUBLJANI Fakulteta za strojništvo

Konstrukcija valjčnega sortirnega transporterja za jabolka

Diplomsko delo Visokošolskega strokovnega študijskega programa I. stopnje Strojništvo – Projektno aplikativni program

Klemen Brus

Mentor: doc. dr Leon Kos

Ljubljana, januar 2022

(6)

(7)

(8)

(9)

v

Zahvala

Zahvaljujem se mentorju doc. dr. Leonu Kosu za pomoč in usmerjanje pri izdelavi te diplomske naloge. Zahvaljujem se tudi družini in vsem bližnjim, ki so mi bili v pomoč in podporo tekom študija.

(10)

vi

(11)

vii

(12)

viii

(13)

ix

Izvleček

UDK 621.867.2:631.562(043.2) Tek. štev.: VS I/977

Konstrukcija valjčnega sortirnega transporterja za jabolka

Klemen Brus

Ključne besede: transporterji razvoj VDI 2221 sortiranje jabolka koncept

Za doseganje ustrezne kvalitete jabolk za prodajo oziroma nadaljnjo predelavo je potrebno jabolka ustrezno sortirati. Jabolka se navadno sortira na tračnem transporterju, ta pa ne omogoča dobre preglednosti nad jabolki in vrtenja med transportom. Za izpolnitev teh zahtev moramo tračni transporter zamenjati z rešitvijo, ki bo omogočala boljšo preglednost in vrtenje jabolk med transportom. V nalogi smo prikazali postopek iskanja rešitve za sortirni transporter za jabolka. Izvedli smo pregled tržišča in primerjavo obstoječih rešitev na tržišču.

Za transporter smo izdelali konstrukcijski zahtevek. Izdelana je bila morfološka matrika in različni koncepti, ki smo jih ovrednotili. Tekom razvoja naprave smo sledili priporočilom po standardu VDI 2221. V nadaljevanju smo prikazali izbor principa verižnega transporterja in ovrednotenje predlaganih rešitev. Izvedli smo preračune za doseganje podanih zahtev.

Predstavili smo 3D model končne rešitve in izdelali tehnično dokumentacijo.

(14)

x

(15)

xi

Abstract

UDC 621.867.2:631.562(043.2) No.: VS I/977

Design engineering of roller sorting conveyor for apples

Klemen Brus

Key words: conveyors development VDI 2221 sorting apples concept

To achieve the appropriate quality of apples for sale or further processing, it is necessary to sort the apples properly. Apples are usually sorted on a belt conveyor, which does not provide rotation and sufficient visibility of product. To meet these requirements, we need to replace the belt conveyor with a solution that will allow better visibility and rotation of the apples during transport. Diploma thesis presents a design and development process for an apple sorting conveyor. We performed a market review and a comparison of existing solutions on the market. A design request for the conveyor was created. A morphological matrix and various concepts were developed and evaluated. The process of device development was carried out according to the recommendations of VDI 2221. In the thesis we presented the selection of the principle of the chain conveyor and the evaluation of the proposed solutions. We performed calculations to meet given requirements. A 3D model of the final solution and prepared technical documentation is presented.

(16)

xii

(17)

xiii

Kazalo

1 Uvod ... 1

1.1 Ozadje problema ... 1

1.2 Cilji ... 1

2 Teoretične osnove in pregled literature ... 3

2.1 Transporterji ... 3

2.2 Pregled obstoječih rešitev za ročno prebiranje ... 3

2.2.1 Robusten nepremičen sortirni transporter ... 4

2.2.2 Sortirni transporter z možnostjo dodatne razsvetlitve ... 4

2.2.3 Transporter z možnostjo uravnavanja hitrosti ... 5

2.2.4 Sortirni transporter z možnostjo prilagajanja višine ... 6

2.2.5 Sortirni transporter v nerjaveči izvedbi ... 7

2.3 Avtomatiziran pristop do sortiranja ... 8

2.3.1 Priprava za avtomatsko pripravo jabolk ... 9

2.4 Pregled patentov ... 9

2.4.1 Naprava za vrtenje sadnja za sortiranje ... 9

2.4.2 Valjčni sistem za sortiranje ... 10

2.4.3 Naprava za razporejanje in vrtenje ... 11

2.4.4 Valjčni transporter za sadje ... 11

2.4.5 Princip za vrtenje produkta ... 12

3 Metodologija raziskave in uporabljene metode dela ... 13

3.1 Standard VDI 2221 ... 13

3.1.1 Koraki v fazi konstruiranja po VDI 2221 ... 13

3.2 Postavitev zahtev za konstrukcijo ... 15

3.3 Primerjava obstoječih naprav na tržišču ... 18

3.4 Okvirne specifikacije konstrukcije ... 19

3.5 Procesni pristop ... 20

3.6 Funkcijska struktura ... 20

3.6.1 Reševanje delnih funkcij in iskanje delovnih principov ... 21

3.7 Koncepti ... 22

3.7.1 Koncept 1 ... 22

3.7.2 Koncept 2 ... 24

(18)

xiv

3.7.3 Koncept 3... 25

3.7.4 Koncept 4... 27

3.8 Vrednotenje konceptov ... 28

3.8.1 Preračuni ocen ... 30

3.8.2 Rezultati vrednotenja ... 31

3.9 Izbrani koncept ... 32

3.10 Zasnova verižnega transporterja ... 32

3.10.1 Veriga s podaljšanimi sorniki ... 33

3.10.2 Veriga z bočno ploščico ... 34

3.10.3 Veriga z bočno krivljeno ploščico ... 35

3.10.4 Ocena in rezultat izračuna posameznih izvedb. ... 36

3.10.5 Izbrani koncept ... 38

4 Rezultati in diskusija ... 39

4.1 Preračuni ... 39

4.2 3D predstavitev rešitve ... 41

4.2.1 Stranici transporterja ... 41

4.2.2 Pogonska gred in prosta osovina ... 42

4.2.3 Valjček ... 43

4.2.4 Napenjanje verige ... 44

4.2.5 Podpora valjčkov ... 45

4.2.6 Vstop jabolk na transporter ... 46

4.2.7 Bočni ter razdelilni profil ... 46

4.2.8 Izstop jabolk iz transporterja ... 47

4.3 Veriga ... 48

4.4 Standardni elementi ... 48

4.4.1 Ležaj LDI UCF 206 SS ... 48

4.4.2 Verižniki ... 49

4.4.3 Pogon ... 49

4.5 Vzdrževanje ... 50

4.6 Stroškovni pregled ... 50

4.7 Uporaba v praksi ... 52

5 Zaključki ... 53

Literatura ... 55

(19)

xv

Kazalo slik

Slika 1: Naprava Bijlsma hercules RLB 295-60 SL ... 4

Slika 2: Wyma Roller inspection table ... 5

Slika 3: KRONEN Roller sorting table ... 6

Slika 4: Univerco Sorting conveyor with rollers ... 7

Slika 5: Baltmeccom ... 8

Slika 6: Prikaz posnetka jabolka [9] ... 8

Slika 7: Prikaz avtomatizirane linije za pripravo jabolk podjetja UNITEC Unisorting [10] ... 9

Slika 8: Patent US4726898A [11] ... 10

Slika 9: Patent US9475643B1 [12] ... 10

Slika 10: Patent US10472183B1 [13] ... 11

Slika 11: Patent WO2015023237A1 [14] ... 12

Slika 12: Patent WO2010005309A1 [15] ... 12

Slika 13: Delovni koraki v fazi VDI 2221 ... 14

Slika 14: Prikaz procesa v »black box«. ... 20

Slika 15: Prikaz drevesne razčlenitve funkcij. ... 20

Slika 16: Koncept 1 ... 23

Slika 17: Koncept 1 detajlni prikaz ... 23

Slika 24: Graf ovrednotenih konceptov ... 31

Slika 25: Izbrani koncept... 32

Slika 26: Veriga s podaljšanimi sorniki [18] ... 33

Slika 27: Izvedba valjčka s podaljšanim sornikom na verigi ... 33

Slika 28: Veriga s ploščico [18] ... 34

Slika 29: Izvedba z ravno ploščico na verigi. ... 34

Slika 30: Veriga s ploščico za montažo raznih nastavkov. [18] ... 35

Slika 31: Koncept z krivljenim nastavkom ... 36

Slika 32: Rezultat vrednotenja verižnega transporterja ... 37

Slika 33: Izbrana zasnova verižnega transporterja ... 38

Slika 34: Prikaz 3D rešitve transporterja ... 41

Slika 35: Nosilni stranici transporterja ... 42

Slika 36: Pogonska osovina transporterja ... 42

Slika 37: Prosta osovina ... 43

Slika 38: Sortirni valjček ... 43

(20)

xvi

Slika 39: Plastična puša ... 44

Slika 40: Izvedba napenjanja ... 44

Slika 41: Podporni profil valjčkov na zgornji strani ... 45

Slika 42: Podporni profil valjčkov na spodnji strani ... 45

Slika 43: Vstopni lijak ... 46

Slika 44: Bočni in razdelilni profil ... 47

Slika 45: Prikaz izstopa iz transporterja ... 47

Slika 46: 3D prikaz verige ... 48

Slika 47: Prikaz dimenzij verižnika ... 49

Slika 48: Izsek iz kataloga bonfiglioli [21] ... 49

Slika 49: Prikaz servisne odprtine za oljenje verige in montažo valjčkov ... 50

Slika 50: Prikaz uporabe klasičnega transporterja ... 52

Slika 51: Prikaz razporejenih jabolk na transporterju ... 52

(21)

xvii

Kazalo preglednic

Preglednica 1: Bijlsma hercules RLB 295-60 SL prednosti, slabosti ... 4

Preglednica 2: Wyma Roller inspection table prednosti, slabosti ... 5

Preglednica 3: KRONEN Roller sorting table prednosti, slabosti ... 6

Preglednica 4: Univerco Sorting conveyor with rollers prednosti, slabosti ... 6

Preglednica 5: Baltmechcom prednosti, slabosti ... 7

Preglednica 6: Seznam osnovnih podatkov ... 15

Preglednica 7: Seznam dodatnih specifikacij ... 16

Preglednica 8: Prikaz primerjave naprav ... 18

Preglednica 9: Okvirne specifikacije konstrukcije ... 19

Preglednica 10: Morfološka matrika ... 21

Preglednica 11: Pregled izbranih delovnih principov po konceptih ... 22

Preglednica 12: Koncept 1 prednosti, slabosti ... 24

Preglednica 16: Tehnična ocena konceptov ... 29

Preglednica 17: Ekonomska ocena konceptov ... 29

Preglednica 18: Ocena tehničnega kriterija ... 31

Preglednica 19: Ocena ekonomskega kriterija ... 31

Preglednica 20: Prednosti slabosti izvedbe z verigo s podaljšanimi sorniki ... 34

Preglednica 21: Prednosti slabosti izvedbe z verigo z ušesi ... 35

Preglednica 22: Prednosti slabosti izvedbe z krivljeno ploščico ... 36

Preglednica 23: Tehnični kriterij verižnega transporterja ... 36

Preglednica 24: Ekonomski kriterij verižnega transporterja ... 37

Preglednica 25: Podatki za preračun ... 39

Preglednica 26: Surovci ... 50

Preglednica 27: Kupljeni deli ... 51

Preglednica 28: Obrtniška dela ... 51

(22)

xviii

(23)

xix

Seznam uporabljenih simbolov

Oznaka Enota Pomen

R_ABS_i / Absolutna ocena i-tega koncepta

𝑅_𝑅𝐸𝐿_𝑖 / Relativna ocena i-tega koncepta

n / število ocenjevalnih kriterijev

𝑂_𝑖𝑗 / Ocena i-tega kriterija

𝑈_𝑗 / Utež i-tega kriterija

𝑑_𝑗 m Povprečen premer jabolk

𝑚_𝑗 m Povprečna masa jabolka

𝑚^∗ kg/h Masni pretok

𝑣_𝑡 m/s Hitrost transporterja

𝑤_𝑡 m Širina transportne proge

𝑙_𝑡 m Razdalja ravnega dela transporterja

𝑑_𝑣 m Premer valjčka

𝑃_𝑣 m Razdalja med valjčki

𝐷₁ m Premer delilnega kroga verižnika

𝑁_𝑚𝑜𝑡 min-1 Hitrost vrtenja elektromotorja 𝑁_𝑗𝑤 / Število jabolk na širino transporterja 𝑁_{𝑚𝑒𝑠𝑡} / Število mest na transporterju med valjčki 𝑚_𝑙 kg Teža jabolk na polno naloženem transporterju 𝑛_{𝑣𝑎𝑙𝑗č𝑒𝑘} s-1 Hitrost vrtenja valjčkov

𝑛_{𝑗𝑎𝑏𝑜𝑙𝑘𝑜} s-1 Hitrost vrtenja jabolk

𝑞 kg/m Obtežitev transporterja na enoto dolžine 𝑁_𝑚𝑜𝑡 min-1 Hitrost vrtenja elektromotorja

𝑁_{𝑣ℎ𝑜𝑑} s-1 Hitrost vrtenja na vstopu v reduktor 𝑁_{𝑖𝑧ℎ𝑜𝑑} s-1 Hitrost vrtenja na izhodu iz reduktorja

𝑖 / Prestavno razmerje reduktorja

𝑀_𝑔𝑜𝑛 Nm Potreben moment pogona

(24)

xx

(25)

xxi

Seznam uporabljenih okrajšav

Okrajšava Pomen

VDI Združenje nemških inženirjev

PVC Polivinilklorid

AISI Ameriški inštitut za železo in jeklo

FDA Uprava za hrano in zdravila

PE Polietilen

POM Polioksimetilen

DIN Nemški inštitut za standardizacijo

(26)

xxii

(27)

1

1 Uvod

1.1 Ozadje problema

V industriji, ki se ukvarja s pripravo sadja za nadaljnjo predelavo oziroma prodajo, je potrebno več zaporednih opravil, da pridemo do končnega produkta. Ključnega pomena pri pripravi za prodajo in prav tako za predelavo je ustrezno sortiranje sadja. V tem procesu izločimo sadje, ki ne dosega standarda, določenega za vstop v nadaljnji proces. Jabolka se navadno prebira na klasičnem tračnem transporterju. Na teh transporterjih so navadno jabolka slabo razporejena ter naložena eno preko drugega. Velika pomanjkljivost sortiranja jabolk na tračnih transporterjih je tudi ta, da jabolka ne moremo ustrezno oceniti, če le tega ne vidimo iz strani, ki je obrnjena navzdol proti traku transporterja. Pri ročnem preprijemanju jabolk pa se znatno upočasni proces priprave jabolk. Za izboljšanje vizualne vstopne kontrole kvalitete jabolk in razbremenitvijo ročnega preprijemanja jabolk je potrebno obstoječi tračni transporter zamenjati. Tračni transporter bomo zamenjali s transporterjem, ki bo omogočal boljšo razporeditev jabolk ter njihovo istočasno vrtenje med transportom.

1.2 Cilji

Cilj naloge je po zahtevah in željah naročnika izdelati ustrezni sortirni transporter, ki bo zamenjal klasični tračni transporter. S tem transporterjem želimo doseči boljšo preglednost nad jabolki med procesom sortiranja. Transporter mora poleg funkcije transportiranja jabolk zagotoviti, da se jabolka enakomerno razporedijo na njem. Za omogočanje boljšega pregleda nad transportiranimi jabolki moramo zagotoviti tudi njihovo istočasno vrtenje, ko te potujejo po transporterju od vhoda proti izhodu. Na ta način bomo razbremenili ročno preprijemanje jabolk v vizualni kontroli le teh iz vseh strani. S tem bomo povečali hitrost in kakovost prebiranja. Tekom naloge bomo pregledali obstoječe rešitve, ki se jih dobi na tržišču.

Naredili bomo medsebojno primerjavo. V procesu osvajanja rešitve bomo prikazali členitev funkcij transporterja in izdelavo različnih konceptov, ki jih bomo ovrednotili in na ta način pridobili optimalno rešitev. Izbran koncept bomo izpeljali in dokončno razvili v izdelek.

Prikazali bomo 3D model končne rešitve izdelka. Prikazali bomo tudi primerjavo med tračnim transporterjem in našo končno rešitvijo.

(28)

2

Uvod

(29)

3

2 Teoretične osnove in pregled literature

2.1 Transporterji

Transporterji so skupina naprav namenjena transportiranju materiala. S pravilno implementacijo transporterja v procesu razbremenimo fizično delo ter povečamo zmogljivost transporta. Transporterji [1] v procesu sami po sebi ne dodajo vrednosti transportiranemu materialu in prav tako ga ne spreminjajo.

Transporterji omogočajo hitro in efektivno transportiranje različnih vrst materiala na dolge razdalje. Zaradi vsestranskosti jih najdemo v vseh sektorjih industrije, kot npr. v:

avtomobilski industriji, kmetijstvu, predelavi hrane, pakirni industriji in mnogih drugih [2].

Zaradi raznolikosti transportiranih materialov poznamo različne transporterje.

Najpogosteje uporabljeni tračni transporterji so:

- Tračni transporter: Je v industriji najpogosteje uporabljena oblika transporterja.

Prvi sodobnejši transporter [3] je bil uporabljen leta 1891 v New Jerseyju v rudniku železove rude. Transporter omogoča transport večjih količin materiala. Njegove osnovne komponente so pogonski valj, gnani valj, trak ter podpora traku. Zaradi preproste zasnove je cenovno ugoden za izdelavo. Omogoča kontinuiran transport različnih vrst materiala na razdaljah tudi več tisoč metrov.

- Valjčni transporter: V osnovi poznamo dve vrsti valjčnega transporterja, in sicer izvedbo s prostimi valjčki, ki deluje na principu gravitacije, in izvedbo z gnanimi valjčki. Valjčni transporter je je ključnega pomena v paketni manipulaciji.

- Verižni transporter: Zasnovan je za transportiranje do 90 metrov v dolžino. V praksi se največkrat srečamo s transportom do dolžine 30 metrov. Glavni del transporterja je veriga, ki ne služi samo prenosu moči, temveč tudi prenosu bremena.

2.2 Pregled obstoječih rešitev za ročno prebiranje

Pregledali smo trg in poskušali najti naprave, ki omogočajo izboljšan pregled nad jabolki v primerjavi s klasičnim transporterjem v procesu sortiranja. Pri pregledu trga smo se

(30)

4

Teoretične osnove in pregled literature

osredotočili na podatke, ki smo jih pridobili na svetovnem spletu. Analiza ponujenih izdelkov je pokazala, da na domačem tržišču ni moč najti naprave, ki bi omogočala željene funkcije. Pri pregledu širšega tržišča smo nasprotno našli nekaj naprav, ki so na voljo za nakup in omogočajo omejeno željeno funkcionalnost. Naprave smo nanizali. Za vsako napravo smo izdelali preglednico, v kateri smo definirali njene glavne prednosti in slabosti.

2.2.1 Robusten nepremičen sortirni transporter

Transporter [4] zasnovan s funkcijo vrtenjem produkta primarno namenjen sortiranju krompirja. Dolžina sortirne proge znaša 2950 mm, širina pa 600 mm. Izdelan je iz konstrukcijskega jekla, zaključni zaščitni sloj predstavlja rumena in rdeča barva. Valjčki so izdelani iz PVC-ja. Za njihov pogon skrbi veriga. Pogon je nameščen na vrhu transporterja.

Opcijsko omogoča variabilno nastavljivost hitrosti transporterja s pomočjo mehanskega variatorja. Glavne prednosti in slabosti so prikazane v preglednici 1. Za izmet slabega produkta je na obeh straneh nameščen pravokotni lijak, pod katerega lahko postavimo posodo. Pomanjkljivost transporterja je ta, da ga ni mogoče preprosto premikati v prostoru.

Omenjen transporter je prikazan na sliki 1.

Preglednica 1: Bijlsma hercules RLB 295-60 SL prednosti, slabosti

Prednosti Slabosti

- Robustna izvedba

- Variabilna nastavljivost hitrosti - Omogoča prebiranje iz obeh strani

- Slabša korozijska zaščita - Oteženo premikanje naprave - Plastični valjčki

Slika 1: Naprava Bijlsma hercules RLB 295-60 SL

2.2.2 Sortirni transporter z možnostjo dodatne razsvetlitve

Transporter [5] je izdelan iz nerjavnega jekla. Na stranicah traka so nameščeni lijaki, ki vodijo pod transporter, namenjeni so za izmet slabega produkta. Valjčke poganja nameščena

(31)

5

veriga s podaljšanimi sorniki, na katerih so prosto vpeti valjčki. Za doseganje boljšega kontrasta pri prebiranju so valjčki modre barve. Izdelani so iz PVC-ja. Transporter omogoča montažo razdelilnega profila, ki služi razdelitvi prog za odlaganje slabega produkta.

Transporter je opcijsko opremljen z razsvetljavo. Prednosti in slabosti smo zajeli v preglednici 2. Prikaz 3D modela transporterja je na sliki 2.

Preglednica 2: Wyma Roller inspection table prednosti, slabosti

Prednosti Slabosti

- Dobra korozijska zaščita

- Možnost osvetlitve transporterja - Modri valjčki za boljši kontrast

- PVC valjčki

- Težja menjava valčkov.

Slika 2: Wyma Roller inspection table

2.2.3 Transporter z možnostjo uravnavanja hitrosti

Valjčni transporter [6], izdelan iz nerjavečega jekla AISI 304, kar da transporterju dodano vrednost in dobro protikorozijsko zaščito. Prikazan je na sliki 3. Dimenzije transporterja so 2165x1190x1117 mm, premer valjčkov znaša 50 mm. Širina sortirne proge znaša 800 mm.

Omogoča hitrosti transportiranja med 0,03-0,15 m/s. Proizvajalec zagotavlja, da so vsi deli, ki so v stiku z živili, po FDA standardu. Prednosti in slabosti so prikazane v preglednici 3.

(32)

6

Preglednica 3: KRONEN Roller sorting table prednosti, slabosti

Prednosti Slabosti

- Odlična korozijska zaščita - Variabilna hitrost transporterja - Plastika v stiku z živili ima FDA

standard.

- Oteženo premikanje naprave - Brez možnosti nastavitve višine.

Slika 3: KRONEN Roller sorting table

2.2.4 Sortirni transporter z možnostjo prilagajanja višine

Sortirni transporter [7], v večini narejen iz nerjavnega jekla. V preglednici 4 so prikazane posamezne prednosti in slabosti le tega. Širina transporterja znaša 812,8 mm, dolžina pa 3048 mm. Omogoča variabilno nastavitev višine s teleskopsko cevjo in vijaki. Njegovo premikanje po prostoru je preprosto, saj je nameščen na kolesa. Nameščene ima PVC valjčke ter ležaje za uporabo v prehrambni industriji. Transporter med drugim omogoča tudi variabilno nastavitev hitrosti. Prikazan je na sliki 4.

Preglednica 4: Univerco Sorting conveyor with rollers prednosti, slabosti

Prednosti Slabosti

- Odlična korozijska zaščita - Nastavljivost višine transporterja - Namestitev na kolesih za lažje

premikanje

- PVC valjčki

(33)

7

Slika 4: Univerco Sorting conveyor with rollers

2.2.5 Sortirni transporter v nerjaveči izvedbi

Transporter [8] dimenzij 2500x800x1000 mm. Kapaciteta transporta znaša 3000 kg/h. V celoti je izdelan iz nerjavečega jekla. Prednosti in slabosti smo zajeli v preglednici 5. Pri straneh ima nameščene lijake za izmet slabega produkta. Transporter je nameščen na varjeno ogrodje, tj. na nivelirnih podporah, ki omogočajo boljšo postavitev v prostor. Transporter je prikazan na sliki 5.

Preglednica 5: Baltmechcom prednosti, slabosti

Prednosti Slabosti

- Odlična korozijska zaščita - Variabilna hitrost transporterja - Valjčki iz nerjavečega jekla

- Oteženo premikanje naprave - Brez možnosti nastavitve višine.

- Brez nastavitve hitrosti

(34)

8

Slika 5: Baltmeccom

2.3 Avtomatiziran pristop do sortiranja

V primeru, ko imamo opravka z večjimi količinami jabolk, se je potrebno usmeriti v avtomatiziran proces sortiranja jabolk. Na ta način lahko pri večjih količinah jabolk ostajamo konkurenčni na tržišču. Pri avtomatskem procesu sortiranja se baziramo na strojni vid.

Glavni pokazatelji kvalitete jabolk so razne lise, ki nastanejo na jabolku, in/ali zunanje fizične poškodbe, kot so udarci in ureznine.

Slika 6: Prikaz posnetka jabolka [9]

(35)

9

Na sliki 6 lahko levo vidimo posnetek jabolka, kot ga vidimo s prostim očesom.. Na desni stani je prikazan binarni posnetek istega jabolka z detekcijo nepravilnosti na jabolku. Te podatke s pomočjo algoritmov obdelamo in ocenimo, ali je jabolko ustrezno za nadaljnji proces.

2.3.1 Priprava za avtomatsko pripravo jabolk

Podjetje UNITEC Unisorting ima na voljo rešitve za avtomatsko sortiranje jabolk. Z napravo Unical 8.0 omogočajo zmožnost sortiranja jabolk glede na naslednje kriterije: količino sladkorja, trdoto, velikost, barvo in obliko. Poleg podanih kriterijev lahko z napravo razvrščamo jabolka tudi na kriterije zunanjih in notranjih poškodb ter različnih bolezni [10].

Glede na to da obstaja veliko vrst jabolk, imajo za vsako vrsto posebno razvit algoritem, ki je specializiran za posamezen tip jabolka, to pa omogoča doseganje ustreznosti sortiranja.

Postrojenje za pripravo jabolk je prikazano na sliki 7.

Slika 7: Prikaz avtomatizirane linije za pripravo jabolk podjetja UNITEC Unisorting [10]

2.4 Pregled patentov

2.4.1 Naprava za vrtenje sadnja za sortiranje

US4726898A Apparatus for spinning fruit for sorting thereof [11]. Patent predstavi zasnovo naprave za vrtenje ter kontrolo sadja, primarno za limone. Naprava je zasnovana iz verige s podaljšanimi sorniki, na katero so nameščeni valjčki. Zasnova je izvedena na način, ki omogoča uravnavanje hitrosti vrtenja valjčkov, s tem pa posledično tudi sadja. Uravnavanje hitrosti njihovega vrtenja je izvedeno s pomočjo ločenega jermena, ki je nameščen pod njimi.

S tem omogočimo možnost vrtenja valjčkov tudi v primeru, ko sadje ne potuje v linearni smeri. Kontrola kvalitete sadja je izvedena s pomočjo strojnega vida. Na sliki 8 je prikazan par valjčkov v tlorisnem pogledu.

(36)

10

Slika 8: Patent US4726898A [11]

2.4.2 Valjčni sistem za sortiranje

US9475643B1 Roller system for sorting produce [12]. V patentu je prikazana zasnova transporterja, ki omogoča vrtenje jabolk, ko ta potujejo po njem. Enota valjčka je pritrjena na vrhu verige. Dve sosednji enoti valjčka tvorita prostor med katerega se ujame jabolko, kot lahko vidimo na sliki 9. Za vrtenje produkta skrbi dodatni pogon, preko katerega lahko uravnavamo hitrost vrtenja valjčkov. Tudi v tem primeru se sortiranje izvaja s pomočjo strojnega vida.

Slika 9: Patent US9475643B1 [12]

(37)

11

2.4.3 Naprava za razporejanje in vrtenje

US10472183B1 Cylinder singulator apparatus and system [13]. Na sliki 10 lahko vidimo skico naprave, ta temelji na večjem številu prog, zasnovanih iz bočnih podpornih vodil.

Bočne podpore so nameščene tako, da tvorijo utor, v katerega se ulovi sadje. Namen teh prog je, da se sadje ustrezno razporedi. Pod vsako progo so nameščeni valji, ki se vrtijo, s tem pa omogočajo prenos vrtenja na sadje. Za linearno gibanje služi gravitacijski vpliv, saj je transporter nameščen pod kotom.

Slika 10: Patent US10472183B1 [13]

2.4.4 Valjčni transporter za sadje

WO2015023237A1 Roller conveyor for transporting food products [14]. Naprava zasnovana iz valjčkov, na katerih se okrogel produkt vrti med transportom. Valjčki so vpeti na pogonsko verigo, ki skrbi za njihovo linearno gibanje. Poleg gnane verige je na transporterju nameščena še ločena veriga, ki preko verižnika, nameščenega na valjčku, skrbi, da se valjčki vrtijo. Na sliki 11 so prikazane smeri vrtenja jabolka ter valjčkov.

(38)

12

Slika 11: Patent WO2015023237A1 [14]

2.4.5 Princip za vrtenje produkta

WO2010005309A1 Singulator [15]. Transporter ima v zasnovi par valjčkov na verigi, kot lahko vidimo na sliki 12. Valjčki so nameščenih pod rahlim nagibom, na ta način se tvori prostor za sadje, oblika pa preprečuje, da bi sadje padlo iz transporterja. Zasnova služi temu, da se sadje prerazporedi v prostore med sosednjimi valjčki in tako omogoča boljšo preglednost produkta. Pod valjčki je nameščena gnana podloga, ki skrbi da se ti vrtijo.

Slika 12: Patent WO2010005309A1 [15]

(39)

13

3 Metodologija raziskave in uporabljene metode dela

3.1 Standard VDI 2221

Standard VDI 2221 [16] je plod Združenja nemških inženirjev, nemško Verein Deutscher Ingenieure, Združenje deluje že preko 160 let, vanj pa je vključeno več kot 150000 inženirjev. Letno objavijo med 200 in 250 novih smernic, ki služijo kot pomoč pri reševanju tehničnih izzivov na področju strojništva.

3.1.1 Koraki v fazi konstruiranja po VDI 2221

Zaradi obširnosti in zapletenosti konstrukcijskih nalog jih je smiselno razdeliti na več poglavij [17]. S tem omogočimo boljšo preglednost nad podanimi nalogami in možnost vmesnega ocenjevanja. Le tako lahko pridemo do optimalne rešitve. V osnovi je celoten proces razdeljen na štiri korake:

- Tolmačenje naloge: V tej fazi je pomembno, da dobro spoznamo nalogo, ki jo bomo reševali in vse zahteve, ki lahko vplivajo na končno rešitev. Dognati moramo tudi, ali taka naloga ustreza proizvodnim zmožnostim podjetja.

- Koncipiranje: Fazo razdelimo na manjše delovne korake. Za posamezne korake pridobimo več rešitev, ki jih ovrednotimo glede na želje iz konstrukcijskega zahtevka in izberemo najboljšo, na koncu pa predstavimo celoten koncept.

- Snovanje: V fazi snovanja oblikujemo dele naprave glede na izbrani koncept.

Predvideti moramo način izdelave posameznih komponent. Željeno je, da pridobimo tudi ekonomsko oceno.

- Razdelava: V končni fazi pripravimo tehniško dokumentacijo, ki služi izdelavi posameznih komponent. Gre za osnovo, na podlagi katere oblikujemo sestavne dele in jih povežemo v funkcionalno celoto.

(40)

14

Metodologija raziskave in uporabljene metode dela

Slika 13: Delovni koraki v fazi VDI 2221

Na sliki 13 so prikazani delovni koraki pri razvoju novega izdelka. Po vsaki izvedbi koraka se predvidi ocenjevanje, ki nam pomaga pri izboru najboljše rešitve. Razvoj izdelka po smernicah je pomemben, saj tako rešitev nastaja postopoma, na ta način tudi ne izpuščamo pomembnih delov v razvoju.

(41)

15

3.2 Postavitev zahtev za konstrukcijo

Postavitev zahtev je namenjena temu, da naročnik in izvajalec zapišeta zahteve in želje, ki jih naročnik želi na novi napravi. Tekom nastajanja zahtevka poteka dvosmerna komunikacija med naročnikom in izvajalcem. Ključnega pomena je to, da se pred začetkom kakršnihkoli del uskladi vse zahteve in preuči možnost realizacije le teh. Če so zbrane zahteve dobro definirane, lahko dela izvajamo bolj tekoče. Na ta način imamo namreč vse ključne podatke že zbrane in je tekom izvajanja projekta manj neznank, ki jih moramo z naročnikom razčistiti. Vsako prilagajanje tekom projekta nepotrebno dviga ceno končne realizacije. V preglednici 6 smo zbrali osnovne podatke o napravi.

Preglednica 6: Seznam osnovnih podatkov

Zahteva Opis zahteve

Geometrijske veličine Predvideni gabariti naprave so 3000x1000x800, sama širina proge mora biti 600 mm. Višino naprave prilagodimo vhodni in izhodni napravi. Dolžina sortnega dela transporterja mora znašati minimalno 2200 mm.

Kinematika Linearna hitrost transporterja znaša cca 0,15 m/s. Naprava mora imeti možnost prilagajanja hitrosti transporta. Jabolka se morajo med transportom vrteti.

Energija Za pogon transporterja bo služila elektrika. Izkoristek transporterja mora biti kar se da čim boljši.

Snov Transporter bo služil transportu in prebiranju jabolk.

Signali Omogočanje nastavitve hitrosti, stop v sili. Predsodki prebiralca.

Ergonomija Za doseganje ergonomije je potrebno upoštevati višino, ki omogoča povprečni osebi prebiranje brez nepotrebnega upogibanja. Namestitev naprave v osvetljen prostor.

Izdelava in kontrola Izdelek se izdela z uporabo laserskega razreza, upogiba pločevine, struženja, frezanja, varjenja ter montaže.

Montaža Stroj mora biti dokončno sestavljen pri proizvajalcu, nameščen na paleto, ki omogoča naklad na tovornjak. Na končni lokaciji se ga preprosto umesti v predelovalni proces in priključi na električno omrežje.

Obratovalni pogoji in vzdrževanje

Naprava je namenjena za obratovanje v predelovalnih procesih. Shranjevanje naprave v zaprtem prostoru.

Stroški Končna cena realizacije ne sme presegati 7000€

Roki Predviden čas dobave naprave je 4 mesece od plačila avansa.

(42)

16

Osnovni podatki za razvoj naprave so sedaj znani, od teh zahtev načeloma ne odstopamo.

Med naročnikom in izvajalcem definiramo seznam dodatnih specifikacij. Za vsako se določi njena pomembnost, to storimo z definicijo uteži. Uteži so ovrednotene od 1 do 5.

Višje število pomeni večjo pomembnost določene specifikacije. Za vsako specifikacijo moramo določiti, ali je to zahteva in jo moramo pri razvoju upoštevati ali pa je le želja in jo vključimo le v primeru, da s tem po nepotrebnem ne zvišamo stroška realizacije

projekta. Vnesli smo seznam specifikacij in kratek opis, ki smo jih prikazali v preglednici 7.

Preglednica 7: Seznam dodatnih specifikacij

Specifikacija Zahteva Želja Utež

Transport jabolk, med vhodno in izhodno napravo

Naprava bo umeščena v sredini verige predelovalnega procesa.

Predhodni proces predstavlja vsipanje jabolk s stresalnikom palet, izhodna naprava pa omogoča pranje jabolk. Naš produkt mora omogočati transport med obstoječimi napravami in dosegati hitrost predelovalnega procesa.

x 5

Ustrezna višina vhoda in izhoda

Z napravo je potrebno zagotoviti ustrezno vstopno višino v transporter. Ta višina je malenkost nižja kot izhod iz predhodne naprave v predelovalnem procesu. Sam izhod iz naprave pa mora biti nekoliko višji kot vhod v naslednjo napravo v predelovalnem procesu.

x 5

Ustrezna srednja hitrost transporterja

Transporter mora dosegati zahtevano srednjo hitrost, ki znaša 0,15 m/s. Ta hitrost lahko odstopa v mejah ±10%.

x 4

Vrtenje jabolk na transporterju

Glavna želja naročnika je, da se bodo jabolka med transportiranjem vrtela. S tem bo omogočena boljša vizualna kontrola nad njimi. Na ta način se razbremeni tudi preprijemanje jabolk med samim sortiranjem.

x 5

Variabilna nastavitev kota transporterja

Zaradi same geometrije naprave in vstopnih in izstopnih višin je potrebno transporter nastaviti pod določenim kotom, da zadovoljimo to zahtevo. Ker želi naročnik možnost morebitne ponovne uporabe v kakšnem drugem procesu, izrazi željo po variabilni nastavljivosti.

x 2

(43)

17

Preprosto premikanje naprave

Zaradi same narave dela v predelovalni industriji, kjer so stroji večinsko v uporabi samo med sezono, je smiselno omogočiti preprosto premikanje naprave. Na ta način se lahko napravo, ko ni v uporabi, preprosto umakne in sprosti prostor.

x 4

Ločena proga za slaba jabolka

Ločena proga na transporterju, na katero lahko odlagamo jabolka, ki ne dosegajo kriterija za vstop v nadaljevalni proces.

Ta jabolka nato potujejo proti ločenemu izhodu za slab produkt.

x 4

Korozijska odpornost

Naprava je namenjena predelavi sadja in mora biti ustrezno korozijsko odporna, saj bo tudi tekom življenjske dobe večkrat čiščena z vodo.

x 5

Deli, ki so v stiku s živilom iz nerjavnega jekla.

Površine, po katerih tekom transporta potujejo jabolka oziroma so v neposrednem stiku z njimi, morajo biti iz nerjavnega jekla.

x 4

Izmenljiva proga za slaba jabolka (levo ali desno na traku) Naročnik želi možnost prebiranja jabolka iz leve ali desne strani transporterja. To je mogoče le, če progo za slaba jabolka oblikujemo na način, da jo je mogoče montirati na levo ali desno stran transporterja.

x 4

Variabilna nastavitev hitrosti transporterja

Zaradi same narave predelovalnega procesa in kvalitete jabolk je potrebno zagotoviti variabilno hitrost transporterja. V primeru slabše kvalitete jabolk je namreč nujno znižati hitrost transporterja in s tem omogočiti osebi, ki prebira, efektivnejše opravljanje naloge.

x 5

Usmerjanje dobrih/slabih jabolk na koncu transporterja Poleg transporterja stoji oseba, ki prebira sadje in loči neustrezen produkt, nato pa ga odloži na ločeno progo na transporterju. Progi je zato potrebno usmeriti, in sicer tako, da prva proga omogoči dobrim jabolkom vstop v predelovalni proces, druga proga pa usmeri slaba jabolka v posodo za izmet.

x 4

Preprosta umestitev v predelovalni proces x 3

(44)

18

Naprava mora do uporabnika prispeti tako, da jo naročnik odstrani iz palete in brez dodatne montaže umesti v predelovalni proces.

Preprosto vzdrževanje naprave

Razvoj naprave mora potekati v smeri, ki omogoča preprosto vzdrževanje tudi ne tehničnem osebju.

x 4

Okoljevarstvo, reciklaža

Razvoj naprav iz materialov, ki se jih da ob koncu življenjske dobe naprave reciklirati in ponovno uporabiti.

x 3

3.3 Primerjava obstoječih naprav na tržišču

Pri pregledu literature smo analizirali razne naprave, ki jih dobimo na voljo na tržišču. Iz podatkov, ki smo jih pridobili, naredimo medsebojno primerjavo in pregledamo, ali katera od teh naprav odgovarja našim podanim zahtevam. Naprave bomo primerjali po kriterijih, ki so zapisani v preglednici 8. Vsaki zahtevi smo pripisali ustrezno utež, ki nam pove, kakšno pomembnost nosi posamezna zahteva.

Preglednica 8: Prikaz primerjave naprav Bijlsma

hercules RLB 295-60 SL

Wyma Roller inspection table

KRONEN Roller sorting table

Univerco Sorting conveyor 142-ss

Baltmechcom inspection roller conveyor

Utež

Higienska zasnova

NE NE DA NE DA 5

Odpornost proti koroziji

NE DA DA DA DA 4

Ločena proga za slaba jabolka

NE NE NE DA DA 5

Namestitev pod kotom

NE NE NE NE NE 5

Ustrezne višine

transportiranja

NE NE NE NE NE 4

Preprosto premikanje naprave

NE NE NE DA NE 3

(45)

19

Usmernik za sortirana jabolka

NE NE NE DA DA 4

Ustrezne dimenzije transporterja

NE NE NE NE NE 5

Variabilna nastavitev višine.

NE NE NE DA DA 2

Variabilna nastavitev hitrosti

DA DA DA DA NE 5

Valjčki iz nerjavečega jekla

NE NE NE NE DA 5

Iz preglednice 8 je razvidno, da pri pregledu tržišča nismo našli naprave, ki bi ustrezala specifičnim zahtevam konstrukcije.

3.4 Okvirne specifikacije konstrukcije

Definirali smo okvirne specifikacije konstrukcije, ki smo jih predstavili v preglednici 9. Ti podatki so nam osnova za nadaljnji razvoj naprave.

Preglednica 9: Okvirne specifikacije konstrukcije

Specifikacija Lastnost specifikacije

Vstopna višina Najvišja točka vstopne pločevine v transporter mora biti višja od 900 mm in obenem ne sme presegati višine 960 mm.

Izstopna višina Najnižja točka izstopne pločevine mora biti višja od 940 mm in obenem ne sme presegati višine 1000 mm.

Širina transporterja Skupna širina transporterja mora biti na najširšem delu manjša od 1000 mm.

Širina proge za doba jabolka Širina proge za dobra jabolka znaša 490 mm Širina razmejitvenega profila Razmejitveni profil maksimalne širine 20 mm Širina proge za slaba jabolka Preostala širina na transporterju 110 mm

Dolžina transporterja Minimalna dolžina transporterja znaša 2200 mm.

Naklon transporterja Končni naklon transporterja se prilagodi končni konstrukciji.

Višina stranice transporterja Stranica transporterja znaša minimalno 60mm, maksimalna višina pa 80 mm.

Srednja hitrost transporterja 0,15 m/s, ta hitrost lahko odstopa ±10%.

Masni pretok V primeru uporabe transporterja za transportiranje brez prebiranja mora le ta dosegati kapaciteto vsaj 4000 kg/h.

(46)

20

3.5 Procesni pristop

Proces transportiranja in prebiranja jabolk predstavimo z uporabo pojma »black box«

oziroma »Črna skrinjica«. V tem trenutku se še ne sprašujemo, kako bomo proces izvedli.

Za uporabo pristopa potrebujemo le vstopne in izstopne signale oziroma stanja, ki so nam že poznana in jih lahko zapišemo. Definicija našega procesa z uporabo koncepta »black box«

je prikazana na sliki 14.

Slika 14: Prikaz procesa v »black box«.

3.6 Funkcijska struktura

Glavna funkcija naprave je transport in istočasno vrtenje jabolk, kar omogoča njihovo prebiranje. Da dosežemo ta dva kriterija, moramo napravo razčleniti na delne funkcije, ki smo jih prikazali na sliki 15. S to delitvijo omogočimo bolj pregledno reševanje problema, tj. korak za korakom. Členitev funkcij in delnih funkcij izvajamo, dokler lahko posamezno funkcijo še smiselno razčlenimo.

Slika 15: Prikaz drevesne razčlenitve funkcij.

(47)

21

3.6.1 Reševanje delnih funkcij in iskanje delovnih principov

Sedaj, ko smo glavno funkcijo razdelili na delne, imamo pripravljeno osnovo za iskanje delovnih principov za posamezno funkcijo. Pri tem poskušamo za vsako poiskati čim več principov, na podlagi katerih bi lahko izvedli neko funkcijo. Rešitve delnih funkcij nam bodo v pomoč pri nadaljnji zasnovi konceptov, ki jih bomo gradili s pomočjo podatkov iz preglednice 10.

Preglednica 10: Morfološka matrika

FUNKCIJA

NOSILEC FUNKCIJE

1. 2. 3. 4.

A Vstop jabolk na transporter

Vstopna pločevina

B Vrtenje

jabolk

Med bočnimi podporami in polžnico pod

jabolkom

Med valjčki Med bočno podporo ter bočnim trakom.

Na traku nagnjenemu

pod kotom, z bočno gumeno podporo jabolk.

C Linearno

gibanje jabolk

Polžni

transporter Verižno valjčni

transporter Tračni transporter

D Pogon transporterja

Elektromotor in reduktor

Elektromotor in jermenski prenos

Elektromotor in verižni prenos

E Razvrščanje

dobrih /slabih jabolk

Ločena proga na traku

(48)

22

F Nastavitev

hitrosti

Frekvenčni pretvornik

Variator

G Nagib transporterja

Fiksno ogrodje, brez možnosti

nastavitve nagiba

Z vrtiščem ter teleskopsko cevjo

z sornikom

Z Vrtiščem in

vretenom z trapeznim

navojem.

H Podpora transporterja

Nivelire Podpore

Kolesa

I Izhod jabolk

iz transporterja

Izhodna pločevina

3.7 Koncepti

Ko imamo za razčlenjene funkcije nanizane delovne principe, lahko začnemo z zasnovo konceptov. V tej fazi se bomo poskušali osredotočiti na kombiniranje čim več različnih delovnih principov funkcij, kar nas bo pripeljalo do raznovrstnih konceptov.

Zasnovali smo štiri koncepte. Za boljši pregled nad uporabo delovnih procesov posameznih funkcij smo si ustvarili preglednico 11 in zapisali kombinacije rešitev funkcij za posamezni koncept.

Preglednica 11: Pregled izbranih delovnih principov po konceptih

Koncept A B C D E F G H I

1 1 1 1 3 1 2 2 2 1

2 1 2 2 1 1 1 1 2 1

3 1 3 3 1 1 1 3 1 1

4 1 4 3 2 1 1 1 1 1

3.7.1 Koncept 1

Koncept transportno sortirnega transporterja, prikazan na sliki 16. Transporter je zasnovan iz štirih prog, namenjenim jabolkom. Na dnu vsake proge je položnica, ki služi linearnemu gibanju jabolk od vhoda proti izhodu. Vrtenje jabolk se izvede z uporabo polžnice. Ta detajl je prikazan na sliki 17. Do vrtenja pride zaradi geometrijske oblike proge, ko se jabolko upre v bočni podporni profil proge. Vse polžnice se vrtijo z enako hitrostjo, saj so med seboj povezane. Za pogon polžnic smo izbrali Elektromotor z verižnim prenosom. Hitrost transporterja prilagajamo z variatorjem. Za transport slabih jabolk si lahko izberemo skrajno

(49)

23

levo ali desno polžnico. Na koncu transporterja je izhodna vmesna vsmerna pločevina, ki služi razvrščanju dobrih in slabih jabolk. Transporter je nameščen na varjeno ogrodje iz cevnih profilov. Ogrodje ima možnost nastavitve kota transporterja s teleskopsko cevjo in sornikom. Za boljšo mobilnost je naprava nameščena na kolesih, kar omogoča prosto premikanje po prostoru. V preglednici 12 smo predstavili glavne prednosti in slabosti omenjenega koncepta.

Slika 16: Koncept 1

Slika 17: Koncept 1 detajlni prikaz

(50)

24

Preglednica 12: Koncept 1 prednosti, slabosti

Prednosti Slabosti

- Dobra preglednost nad vhodnim produktom.

- Doseganje večjih kapacitet.

- Minimalno vzdrževanje.

- Možnost nastavitve kota transporterja.

- Nekoliko višja cena za izdelavo - Pomanjkljiva zaščita zaradi

izpostavljenosti polžnice.

- Nekoliko manj stabilna konstrukcija.

- Kompleksno za čiščenje.

3.7.2 Koncept 2

Koncept predstavlja valjčno verižni transporter, prikazan na sliki 18. Valjčki so vpeti na verigo, ta pa jim omogoča premikanje. Za doseganje vrtenje jabolk moramo zagotoviti, da se valjčki, medtem ko potujejo v linearni smeri, tudi vrtijo. To dosežemo tako, da jih opremimo z gumeno podlogo. Valjčki na zgornji strani transporterja potujejo po podpornem profilu, njihova teža ter teža jabolk pa pritiska proti podpori in tako ustvari potrebno trenje za vrtenje. Na sliki 19 so prikazane smeri vrtenja jabolka ter valjčkov. Progo iz valjčkov smo tudi razmejili, ožji del smo pustili za slaba jabolka. Ta prepreka je montažna, da se jo preprosto montirati na drugo stran. Na začetku transporterja je vstopna pločevina, ki služi za zadrževanje in prehod jabolk vanj. Pogon transporterja je izveden s pomočjo reduktorja in elektromotorja. Hitrost transporterja uravnavamo z uporabo frekvenčnega pretvornika. Ker je v konceptu večje število valjčkov, se podraži tudi sama izdelava naprave. Ceno zato poskušamo nekoliko znižati, tako da transporter umestimo na fiksno ogrodje brez možnosti nastavljanja kota. Glavne prednosti in slabosti omenjenega koncepta so predstavljene v preglednici 13.

Slika 18: Koncept 2

(51)

25

Prednosti Slabosti

- Odlična vizualna preglednost nad produktom

- Doseganje večjih kapacitet - Skoraj brez vzdrževanja - Preprosto pranje naprave

- Zasnova omogoča sortiranje podolgovatega sadja

- Brez nastavitve kota transporterja - Nekoliko dražja rešitev zaradi

velikega števila valjčkov.

3.7.3 Koncept 3

Koncept tračnega transporterja prikazan na sliki 20, z več progami za sortiranje jabolk.

Vsaka proga ima vsaj en transporter in bočno podporo. V tem primeru dobimo končni produkt, katerega hitrosti vrtenja jabolk ni moč nastavljati. Hitrost vrtenja je namreč odvisna od hitrosti transportnega traku. Ta koncept lahko izboljšamo tako, da na vsako progo oziroma utor za jabolka dodamo še en trak, njegova hitrost pa je neodvisna od traku na drugi strani, tale detajl je prikazan na sliki 21. S prilagajanjem hitrosti med trakovi se prilagodi tudi hitrost vrtenja samih jabolk. Na ta način lahko povečamo hitrost transporterja, brez da bi povečali hitrost vrtenja jabolk. Za pogon traku skrbi Elektromotor z reduktorjem.

Transporter je nameščen na ogrodju z vrtiščem ter vretenom za nastavitev kota. Na ta način omogočamo univerzalnost uporabe transporterja za različne aplikacije. Na tla je postavljen na nivelirnih podporah, ki omogočajo minimalno nastavitev višine ter uravnavanje na neravnem terenu. Zbrane prednosti in slabosti so predstavljene v preglednici 14.

(52)

26

Slika 20: Koncept 3

(53)

27

Prednosti Slabosti

- Dobra vizualna preglednost nad produktom.

- Skoraj brez vzdrževanja

- Možnost nastavitve hitrosti vrtenja jabolk.

- Cenovno neugodna rešitev zaradi večjega števila trakov.

- Težje za čiščenje

3.7.4 Koncept 4

Transporter je zasnovan z enim osrednjim trakom, a katerem so nameščeni vzdolžni profili, ki razmejujejo proge na transporterju. Prikaz koncepta je na sliki 22. Da dosežemo funkcionalnost, tj. vrtenje jabolk, moramo transporter rahlo nagniti, prikazano na sliki 23.

Na ta način dosežemo, da se jabolka na progi naslonijo na bočni profil. Zaradi gibanja traku in stacionarne podpore se jabolka, ko potujejo v linearni smeri, še vrtijo. Pogon je zagotovljen z reduktorjem ter jermenskim prenosom. Na začetku transporterja je vstopni lijak, ki omogoča razvrščanje med profili. Transporter je nameščen na fiksno ogrodje iz varjenih cevnih profilov, nameščenih na nivelirnih podporah. Prenosti in slabosti lahko vidimo v preglednici 15.

Slika 22: Koncept 4

(54)

28

Prednosti Slabosti

- Dobra vizualna preglednost nad produktom zaradi same nagnjenosti transporterja

- Skoraj brez vzdrževanja - Cenovno zelo ugodna rešitev

- Problematika razvrščanja jabolk med bočne podpore.

- Problematika drsenja traku vstran.

3.8 Vrednotenje konceptov

Vrednotenje konceptov predstavlja pomembno vlogo v fazi razvoja izdelka. Je glavno orodje pri izbiri najustreznejšega koncepta, ki ga bomo kasneje razvili in tudi realizirali. Koncepte bomo ovrednotili z vrednostnimi od 1 do 5. Vsakem kriteriju bomo določili tudi utež ovrednotenja, ki nam pove, kakšen vpliv ima določen kriterij pri preračunu končne ocene.

Ovrednotiti moramo koncepte glede na tehnični ter ekonomski kriterij. Določiti moramo čim več posameznih kriterijev, na podlagi katerih bomo izvedli vrednotenje posameznega koncepta.. Tehnični kriteriji z ocenami so predstavljeni v preglednici 16, ekonomski pa v preglednici 17.

(55)

29

Preglednica 16: Tehnična ocena konceptov

Tehnični kriterij

Kriterij K1 K2 K3 K4 UTEŽ

Vrtenje jabolk

Ocena izvedbe vrtenja jabolka na

transporterju in izpopolnjevanje te funkcije

3 4 4 2 5

Razporeditev jabolk

Ocena funkcije razporejanja jabolk na transporterju

4 5 4 2 4

Preglednost za prebiranje

Ocena izvedbe prebiranja in preglednost nad jabolki

4 4 4 3 5

Hrup med obratovanjem

Ocena hrupa, ki nastaja pri obratovanju naprave

3 4 4 5 2

Varnost med obratovanjem Oceno tveganja za nevarnosti med obratovanjem naprave

3 4 4 5 4

Čiščenje

Ocena zahtevnosti čiščenja, ki jo pričakujemo na napravi

3 3 3 4 3

Vzdrževanje

Ocena vzdrževanja na napravi

3 3 4 5 3

Uporaba za različno sadje

Ocena, ali transporter omogoča uporabo za različno sadje. (Korenje, krompir, bučke)

1 4 1 1 3

Ekologija, reciklaža

Ocena, kakšen vpliv na okolje bo posamezna naprava pustila in možnost končne reciklaže

3 3 4 4 3

Preglednica 17: Ekonomska ocena konceptov

Ekonomski kriterij

Kriterij K1 K2 K3 K4 UTEŽ

Stroški razvoja

Upoštevanje stroškov, ki nastanejo pri razvoju določenega koncepta

2 3 2 4 3

Stroški surovcev

Ocena surovcev in cene, ki jih potrebujemo za realizacijo posameznega koncepta.

3 4 3 4 4

Stroški standardnih delov

Ocena kupljenih standardnih delov.

3 3 3 4 4

Stroški obrtniških del

Ocena stroškov, ki nastanejo pri proizvodnji naprave, tj. strojna obdelava, varjenje, montaže ter druga opravila

3 4 3 5 2

(56)

30

Metodologija raziskave in uporabljene metode dela Stroški obratovanja

Ocena obratovalnih stroškov, porabe elektrike.

2 4 4 4 4

3.8.1 Preračuni ocen

Preračune ocen konceptov izvedemo tako, da za vsakega izračunamo prvo absolutno vrednost ocene. A To izračunamo tako, da za posamezni kriterij pomnožimo oceno posameznega kriterija ter njegovo utež. Postopek ponovimo pri vseh kriterijih in te zmnožke skupaj seštejemo, enačba (3.1).

R_ABS_i = ∑ 𝑂_𝑖𝑗∙ 𝑈_𝑗

𝑛

𝑗=1

(3.1)

Pri izračunu relativne ocene posameznih konceptov pa absolutno oceno posameznega koncepta delimo s seštevkom vseh uteži, pomnoženih s 5, enačba (3.2). V našem primeru množimo s 5, ker so koncepti ovrednoteni do števila 5, kar predstavlja najboljšo rešitev.

𝑅_𝑅𝐸𝐿_𝑖= 𝑅_𝑎𝑏𝑠_𝑗

5 ∙ ∑^𝑛_𝑗=1𝑈_𝑗 (3.2)

Izračun ocene bomo nazorno prikazali na enem primeru. Za oceno tehničnega kriterija koncepta 1 bomo prikazali izračun absolutne ocene koncepta, enačba (3.3).

R_ABS_K1= ∑ 𝑂_𝑖𝑗∙ 𝑈_𝑗

9

𝑗=1

= 𝑂_𝐾1₁ ∙ 𝑈₁+ 𝑂_𝐾1₂ ∙ 𝑈₂+ 𝑂_𝐾1₃ ∙ 𝑈₃ + 𝑂_𝐾1₄ ∙ 𝑈₄+ 𝑂_𝐾1₅∙ 𝑈₅+ 𝑂_𝐾1₆∙ 𝑈₆+ 𝑂_𝐾1₇

∙ 𝑈₇+ 𝑂_𝐾1₈ ∙ 𝑈₈+ 𝑂_𝐾1₉ ∙ 𝑈₉

= 3 ∙ 5 + 4 ∙ 4 + 4 ∙ 5 + 3 ∙ 2 + 3 ∙ 4 + 3 ∙ 3 + 3 ∙ 3 + 1 ∙ 3 + 3 ∙ 3 = 99

(3.3)

Prikaz izračuna relativne ocene koncepta 1 pa je prikazan v enačbi (3.4).

R_REL_K1 = R_ABS_K1 5 ∙ ∑^𝑛_𝑗=1𝑈_𝑗

R_REL_K1 = R_ABS_K1

5 ∙ (U₁+ U₂+ U₃+ U₄+ U₅+ U₆+ U₇+ U₈ + U₉)

RABS_K1

5 ∙ ∑^𝑛_𝑗=1∙ 𝑈_𝑗 = 99

5 ∙ (5 + 4 + 5 + 2 + 4 + 3 + 3 + 3 + 3)= 0,619

(3.4)

(57)

31

3.8.2 Rezultati vrednotenja

V prejšnjem podpoglavju smo prikazali izračun ocene tehničnega kriterija za koncept 1. Za ostale koncepte smo ta izračun opravili v programu Excel. V preglednici 18 so predstavljeni rezultati tehničnih ocen, v preglednici 19 pa ekonomskih.

Preglednica 18: Ocena tehničnega kriterija

Ocena tehničnega kriterija

K1 K2 K3 K4

Absolutna tehnična ocena 99 123 116 105

Relativna tehnična ocena 0,61875 0,76875 0,725 0,65625 Preglednica 19: Ocena ekonomskega kriterija

Ocena ekonomskega kriterija

K1 K2 K3 K4

Absolutna ekonomska ocena 44 61 52 70

Relativna ekonomska ocena 0,517647 0,717647 0,611765 0,823529

Izračunane ocene posameznih konceptov smo prikazali na grafu, ki je predstavljen na sliki 24. Slednjega smo zastavili tako, da smo na x osi prikazali relativno vrednost tehnične ocene na y osi pa relativno vrednost ekonomske ocene. Linearna premica na grafu predstavlja idealno rešitev. Ocene, ki so tej premici najbližje, predstavljajo najboljše rešitve ocene, ki pa so bolj oddaljene, pa predstavljajo slabšo rešitev.

Slika 24: Graf ovrednotenih konceptov

Če sedaj pogledamo graf, lahko oblikujemo naslednje ugotovitve. Koncept 1 ima najslabšo ekonomsko in tehnično oceno. Zaradi najslabše ocene smo ga izločili iz nadaljnjega izbora končnega koncepta. Koncept 2 ima uravnovešeno vrednost ekonomske in tehnične ocene in je najbližje premici idealnega rezultata, zato lahko trdimo, da predstavlja eno boljših rešitev.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Relativna ekonomska ocena

Relativna tehnična ocena

Ovrednotenje konceptov

K1 K2 K3 K4

(58)

32

Koncept 3 predstavlja rešitev z dobro tehnično oceno, vendar ima nekoliko nižjo ekonomsko oceno. Kljub vsemu je sorazmerno blizu premici najboljše rešitve. Koncept 4 ima zelo dobro ekonomsko oceno, njegova tehnična ocena je nižja in je zato bolj oddaljen od premice idealne rešitve, posledično smo ga izločili iz nadaljnjega izbora. Rešitvi K2 in K3 tako predstavljati najboljši rešitvi. Po premisleku smo se odločili za koncept K2, saj je tudi najbližje premici idealne rešitve.

3.9 Izbrani koncept

Iz rezultatov vrednotenja vidimo, da je najboljšo oceno glede na tehnični in ekonomski kriterij prejel koncept številka 2., zato ga bomo sedaj razvili v celoto. Glavni izziv pri razvoju naprave predstavlja zasnova verižnega transporterja, na katerega bomo vpeli valjčke. Izbira principa zasnove verižnega transporterja bo predstavljena v naslednjem poglavju. Izbrani koncept je prikazan na sliki 25.

Slika 25: Izbrani koncept

3.10 Zasnova verižnega transporterja

Po zaključenem izboru koncepta transporterja moramo izbrati njegovo ustrezno zasnovo.

Osnova transporterja bo verižni transporter. Gre za posebno izvedbo verige, na katero bomo namestili valjčke. Ti morajo biti na verigi vpeti tako, da se prosto vrtijo. Pri razvoju verižnega transporterja se moramo osredotočiti na izbiro verige za transporter, ki mora biti zaradi same aplikacije iz nerjavečega jekla. S tem se obseg dobaviteljev močno skrči, saj veliko proizvajalcev ne proizvaja te vrste verig. Iz skupine, ki proizvaja zahtevano vrsto verige, izberemo proizvajalca Rexnord, saj ima v svoji ponudbi širok nabor verig.. Pri

(59)

33

pregledu njihovega kataloga verig in nastavkov smo izbrali tri verižne nastavke oziroma izvedbe, ki bi bile primerne za našo aplikacijo. Naslednji korak zajema vprašanje vpetja valjčkov na verigo. Izbrani verižni nastavki bodo predstavljeni v naslednjih treh podpoglavjih.

3.10.1 Veriga s podaljšanimi sorniki

Veriga je zasnovana tako, da so sorniki verige podaljšani na določeno dimenzijo, ki si jo lahko izberemo v katalogu. Za vsako velikost verige lahko izbiramo med dvema standardnima dolžinama. Poljubno lahko izbiramo ali podaljšamo sornike na eni ali obeh straneh verige. Izbiramo lahko število ter pozicije podaljšanih sornikov. Naše želje sporočimo dobavitelju ob povpraševanju. Omenjena veriga je prikazana na sliki 26.

Slika 26: Veriga s podaljšanimi sorniki [18]

Pred montažo valjčkov na verige moramo mi, tj. izvajalec, izdelati namensko plastično pušo, ki jo vtisnemo v cev. Drsna površina puše oziroma centrična slepa izvrtina mora biti pripravljena za prosto vrtenje celotnega valjčka na sorniku. Izvedba je prikazana na sliki 27.

Zbrane prednosti in slabosti so predstavljene na preglednici 20.

Slika 27: Izvedba valjčka s podaljšanim sornikom na verigi