Development of a machine that removes and chops straps on fish crates during depalletizing | Utvikling av maskin som fjerner og kutter opp stropper på fiskekasser under depalletering

Dynatec AS har utviklet et automatisk depalleteringsanlegg for bedrifter innenfor fiskeriindustrien, som kjøper hel fisk i kasser for å videreforedle den. Før fiskekassene kan depalleteres, er det to plaststropper rundt hver kasse som må fjernes manuelt. Dynatec AS har derfor gitt oss i oppgave å utvikle en maskin som automatisk fjerner og kutter opp stroppene ved depalletering. Prosjektet omhandler hele prosessen fra idéseleksjon til utvikling og design av produkt, med tekniske tegninger og anvisninger. Hovedmålet med oppgaven er å utrede og utvikle en stroppefjerner for fiskekasser, utforme en rapport og lage en forenklet prototype. Rammene for prosjektet innebærer blant annet at syklustiden ikke skal overstige 3 sekunder, og at enhetskostnaden må holdes lavere enn 300.000 NOK. I tillegg er det svært viktig at produktet blir holdbart, slik at faren for unødvendige reparasjoner og nedetid i depalleteringsanleggene reduseres. Prosjektet er gjennomført som en litteraturstudie, kombinert med praktisk testing og dimensjonering. Litteraturstudiet hadde fokus på å finne gode produktutviklingsmetoder. Den praktiske testingen var nødvendig for å fastlegge forskjellige tider, friksjonskoeffisienter og krefter. For å sikre at komponentene tåler aktuelle belastninger, ble det gjort håndberegninger underveis. Elementmetodeprogrammene Ansys Workbench og Ansys Classic (APDL) har blitt benyttet for å verifisere enkelte håndberegninger. Under litteraturstudiet var det to bøker som utmerket seg: 1. Eskild Tjalve, Systematisk udformning af industriprodukter – Verktøjer for konstruktøren 2. Stan Kaplan, An Introduction to TRIZ The Russian Theory of Inventive Problem SolvingDen første boka beskriver en strukturert produktutviklingsprosess, fra formulering av ønskede egenskaper til ferdig produkt. Den andre boka beskriver blant annet hvordan et komplekst produktutviklingsproblem kan brytes opp og formuleres. Deretter benyttes det tabeller for å se hvordan tilsvarende problemer har vært løst tidligere. Etter at vi hadde utviklet flere idéer for stroppefjerner, ble endelig idé valgt ut i samarbeid med Dynatec AS. Denne går ut på å utnytte bevegeligheten i robotarmen som depalleterer og tømmer fiskekassene i eksisterende anlegg. Løsningen er en liten kompakt enhet som står i ro. Robotarmen fører én og én fiskekasse fra pallene og bort til stroppefjerneren. Deretter dras fiskekassene langs bunnen av stroppefjerneren, slik at én stropp om gangen fanges opp av en spiss spade. Så snart en stropp er fanget opp, blir den kappet, dratt bort og kvernet i én prosess. Felttestingen viste at stramme stropper kan trekkes 20-30 mm ut fra siden av fiskekassene. Kreftene som ble brukt videre i beregningene var 500 N mellom knivrull og nedre rull, 40 N på dybdehjul og 20 N på innfestingen av stroppefjerneren. Resultatet av prosjektet er en ferdig dimensjonert manuell funksjonsprototype, der tegninger og anvisninger er levert til Dynatec SMV AS for produksjon. I tillegg har vi laget tegninger og anvisninger for helautomatisk prototype. Stroppefjernerens totale mål er 439 mm, 114 mm og 299 mm, og den veier 18,8 kg. Tiden på en arbeidsoperasjon er estimert til 2,5 s. I kostnadsanalysen kommer det fram at kostnadene for å utvikle og lage funksjonsprototypen er på omtrent 190 000 NOK.

English. Dynatec AS has developed a fully automatic depalletizing construction, for companies in the fishing industry, who buy whole fish in crates, before refining the fish. Two plastic straps have to be manually removed on each crate, before the depalletizing can take place. Dynatec AS has therefore given us the task of developing a machine that removes and recycles the straps in the depalletizing process. The project contains the whole process from selecting the idea, to developing and designing of the product, including technical drawings and instructions.The main goal of the task was to study and develop a strap remover for fish crates, write a report and make a simplified prototype. The frames of the project include a cycle time under 3 seconds, and holding expenses under 300 000 NOK per unit. It is also very important to make the product durable, so a risk of unnecessary repairs or downtime is kept low.The project is completed as a litterateur study combined with some practical testing, and dimensioning. The litterateur study focused on finding good product developing methods. The practical testing was necessary to determine different time intervals, friction coefficients and forces. Different hand calculations have been used in the process, to ensure that the components could handle the relevant forces. FEM programs like “Ansys Workbench” and “Ansys Classic (APDL)” were used to verify some of the hand calculations.Two books were favoured at the litterateur study: 1. Eskild Tjalve, Systematisk udformning af industriprodukter – Verktøjer for konstruktøren 2. Stan Kaplan, An Introduction to TRIZ The Russian Theory of Inventive Problem SolvingThe first book describes a structured product developing process, from defining useful options, to a finished product. The other book includes how a complex problem in product developing can be broken down and reformulated. Then different tables are used to see how similar problems have been solved earlier. After we came up with different ideas for the strap remover, one was selected in cooperation with Dynatec AS. This idea exploits the movement of an existing robot arm, which is used for depalletizing and emptying crates, in the existing construction. The solution is a small compact unit, which is stationary. The robot arm leads the fish crates, from the pallets to the strap remover, one by one. Then the fish crates are dragged along the bottom of the strap remover, so a pointy spade catches the straps, one strap at a time. As soon as a strap gets caught, it is cut, pulled away and chopped, all in one process.The field tests showed that tightly fastened straps can be pulled 20-30 mm, away from the side of a fish crate. The forces that were used for the calculations was 500 N between knife roller and lower roller, 40 N on the depth wheel and 20 N on the strap removers mounting.The result of the project is a fully dimensioned, simplified function prototype. Drawings and instructions have been delivered to Dynatec SMV AS, ready for production. In addition, we have made drawings and instructions for a fully automatic prototype. The strap remover´s total measurements are 439 x 114 x 299 mm, and it weighs 18,8 kg. The cycle time is estimated to 2,5 seconds. The result from the cost analysis shows approximately 190 000 NOK, including development and manufacturing expenses for the simplified function prototype.

M-MPP