袋裝物料自動(dòng)碼垛拆垛的功能實(shí)現(xiàn)與設(shè)計(jì)

張建輝

（河南科技大學(xué)，洛陽(yáng) 471003）

在我國(guó)的化肥、面粉、淀粉、飼料、油脂粕和食鹽等行業(yè)，其產(chǎn)品物料采用袋裝形式，且產(chǎn)量巨大，包裝后常以碼垛機(jī)把料袋碼放在庫(kù)房地面上，或碼放在托盤上在庫(kù)房?jī)?nèi)周轉(zhuǎn)堆垛。若產(chǎn)品直接碼放在庫(kù)房地面上，可節(jié)省大量托盤，但在銷售外運(yùn)裝車時(shí)沒(méi)有理想的拆垛設(shè)備，通常只能采用移動(dòng)式升降皮帶機(jī)進(jìn)行拆垛裝車，而且需要實(shí)時(shí)移動(dòng)皮帶機(jī)和車輛，存在拆垛困難、效率低、需要工人數(shù)量多、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大以及生產(chǎn)成本高的情況。若將料袋碼放在托盤上，采用叉車周轉(zhuǎn)方便，但需要托盤數(shù)量多，投資成本高，占用庫(kù)房空間大，而且托盤堆碼料袋裝車拆袋時(shí)也存在工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低的弊端。

目前，半自動(dòng)碼垛機(jī)和自動(dòng)碼垛機(jī)已經(jīng)在成熟應(yīng)用[1]，庫(kù)房堆包碼垛問(wèn)題已經(jīng)得到較好解決。但是，在庫(kù)房拆垛裝車時(shí)，由于缺乏性能良好的拆垛機(jī)設(shè)備，拆垛裝車環(huán)節(jié)的效率始終無(wú)法得到提高。為了解決既能碼垛同時(shí)又能高效拆垛的困難，通過(guò)對(duì)當(dāng)前碼垛設(shè)備進(jìn)行研究分析，設(shè)計(jì)出了一種自動(dòng)碼垛拆垛裝置。使用該裝置可實(shí)現(xiàn)包裝輸送后自動(dòng)碼垛，需要拆垛裝車外運(yùn)時(shí)又可自動(dòng)拆垛，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)碼垛和自動(dòng)拆垛功能。該裝置解決了目前碼垛后拆垛困難的難題，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)了料袋庫(kù)房碼垛拆垛的自動(dòng)化和智能化。

1 自動(dòng)碼垛拆垛的功能實(shí)現(xiàn)

近10年來(lái)，隨著袋裝物料產(chǎn)能和碼垛工作量的增大和勞動(dòng)力的短缺，高效的碼垛設(shè)備需求旺盛。相關(guān)設(shè)備廠家根據(jù)碼垛現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，通過(guò)發(fā)揮主動(dòng)能動(dòng)性和創(chuàng)造性，研發(fā)設(shè)計(jì)和制作出了效果好、能有效解放勞動(dòng)力的碼垛設(shè)備，經(jīng)過(guò)不斷的積累與改進(jìn)完善，逐漸形成了現(xiàn)在成熟可靠的半自動(dòng)和全自動(dòng)碼垛設(shè)備。

應(yīng)用較早且技術(shù)成熟的半自動(dòng)碼垛設(shè)備是橋式碼垛堆包機(jī)，主要特點(diǎn)是碼垛機(jī)放置在庫(kù)房的頂部，在庫(kù)房?jī)蓚?cè)的鋼軌上行走，而且碼垛機(jī)設(shè)置有大車、行走小車和碼垛升降輸送機(jī)。大車可沿著庫(kù)房長(zhǎng)度方向行走，行走小車在大車軌道上可沿著庫(kù)房寬度方向行走，碼垛升降輸送機(jī)可升降旋轉(zhuǎn)，再配以輸送設(shè)備輸送料袋。碼垛工人操作時(shí)可以控制移動(dòng)大車和行走小車的位置，并調(diào)整碼垛升降輸送機(jī)的高度，從而使碼垛接包臺(tái)能夠處于庫(kù)房三維空間的任意位置，以便于高效地就近堆包碼垛。圖1為橋式碼垛堆包機(jī)的布置原理圖，圖2為橋式碼垛堆包機(jī)現(xiàn)場(chǎng)使用圖。

目前，使用較多的是機(jī)器人自動(dòng)碼垛機(jī)。袋裝物料機(jī)器人碼垛機(jī)通常由四軸機(jī)器人、抓手、底座和控制器等組成。機(jī)器人碼垛機(jī)可按一定的垛形將料袋碼放在托盤上，再由叉車叉取存放在庫(kù)房?jī)?nèi)，完全實(shí)現(xiàn)了無(wú)人自動(dòng)碼垛[2]。圖3為機(jī)器人自動(dòng)碼垛機(jī)使用現(xiàn)場(chǎng)圖。

半自動(dòng)橋式碼垛堆包機(jī)和機(jī)器人自動(dòng)碼垛機(jī)都存在碼垛后拆垛困難的情況，因此為了滿足既能自動(dòng)碼垛又能自動(dòng)拆垛的要求，實(shí)現(xiàn)碼垛和拆垛的自動(dòng)化和無(wú)人化，經(jīng)研究分析目前碼垛設(shè)備的現(xiàn)狀和功能，分析設(shè)計(jì)出了具有自動(dòng)碼垛和自動(dòng)拆垛功能的一體機(jī)裝置，如圖4所示。該裝置在半自動(dòng)橋式碼垛堆包機(jī)工作原理的基礎(chǔ)上，設(shè)置了沿庫(kù)房長(zhǎng)度方向行走的大車，再由大車驅(qū)動(dòng)配置伺服電機(jī)，用于自動(dòng)控制大車的行程。在大車上設(shè)置有沿庫(kù)房寬度方向行走的小車，小車驅(qū)動(dòng)配置有伺服電機(jī)。同時(shí)，小車上配置有升降碼垛輸送機(jī)和升降拆垛輸送機(jī)，升降碼垛拆垛機(jī)端部設(shè)置有自動(dòng)碼垛放包裝置，升降拆垛輸送機(jī)端部設(shè)置自動(dòng)拆垛拆袋裝置，再配置基于可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）控制的伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。這樣需要自動(dòng)碼垛時(shí)把自動(dòng)拆垛輸送機(jī)升起，使用升降碼垛輸送機(jī)即可進(jìn)行料袋的自動(dòng)碼垛；需要出庫(kù)外運(yùn)拆垛時(shí)，把升降碼垛輸送機(jī)升起，使用升降拆垛輸送機(jī)即可進(jìn)行料袋的自動(dòng)拆垛，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)碼垛和自動(dòng)拆垛功能，實(shí)現(xiàn)料袋庫(kù)房碼垛拆垛的自動(dòng)化和智能化，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本[3]。

2 自動(dòng)碼垛拆垛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 大車結(jié)構(gòu)

大車采用地軌式、鋼板焊接的箱梁式結(jié)構(gòu)，如圖5 所示。兩側(cè)為端梁，端梁上配置主、從動(dòng)行走輪，主動(dòng)輪上連接伺服電機(jī)減速機(jī)，兩端梁由兩個(gè)箱式縱梁連接，縱梁長(zhǎng)度根據(jù)庫(kù)房寬度確定，兩縱梁上設(shè)置小車行走軌道。

2.2 小車結(jié)構(gòu)

小車為框架式結(jié)構(gòu)，由型鋼焊接或連接而成，如圖6所示。兩側(cè)配置主、從動(dòng)行走輪，在大車上的小車軌道內(nèi)行走，主動(dòng)輪上連接伺服電機(jī)減速機(jī)，小車架的上部配置有兩套升降裝置，用來(lái)升降碼垛輸送機(jī)和拆垛輸送機(jī)，小車架的高度根據(jù)碼垛高度需要確定。

2.3 自動(dòng)碼垛裝置設(shè)計(jì)

自動(dòng)碼垛裝置固定在小車上，由小車上的升降裝置驅(qū)動(dòng)其升降，并可以隨小車沿庫(kù)房寬度方向移動(dòng)。該裝置包含有自動(dòng)放包裝置、碼垛輸送機(jī)、大車輸送機(jī)和攔包裝置等。包裝后的料袋經(jīng)庫(kù)房輸送機(jī)送到大車輸送機(jī)上，在攔包后送到碼垛輸送機(jī)上，再由碼垛輸送機(jī)送到放包裝置中。傳感器檢測(cè)到料包到位后，進(jìn)行自動(dòng)放包碼垛。放包裝置采用平行四邊形結(jié)構(gòu)連接，可在升降中保持水平，采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，具有放包速度快的特點(diǎn)。自動(dòng)碼垛裝置如圖7所示。

2.4 自動(dòng)拆垛裝置設(shè)計(jì)

自動(dòng)拆垛裝置和自動(dòng)碼垛裝置并排固定在小車上，均由小車上的升降裝置驅(qū)動(dòng)其升降，并可隨小車沿庫(kù)房寬度方向移動(dòng)。自動(dòng)拆垛裝置包含有自動(dòng)拆包裝置、拆包輸送機(jī)、大車輸送機(jī)等，能夠?qū)崿F(xiàn)逐層拆取碼垛料袋。需要拆垛時(shí)，自動(dòng)拆包裝置將碼垛好的料袋逐一拆取后送到拆垛輸送機(jī)上，再轉(zhuǎn)送到大車輸送機(jī)上送到庫(kù)房外裝車外運(yùn)。拆包裝置同樣采用平行四邊形結(jié)構(gòu)連接，以保證升降中保持水平，結(jié)構(gòu)如 圖8所示。

自動(dòng)碼垛拆垛一體機(jī)的組合結(jié)構(gòu)圖如圖9所示。需要碼垛時(shí)，把自動(dòng)拆垛裝置升起，由自動(dòng)碼垛裝置逐層進(jìn)行碼垛；需要拆垛裝車時(shí)，把自動(dòng)碼垛裝置升起，由自動(dòng)拆垛裝置逐層進(jìn)行拆垛。通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，較好地實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)碼垛拆垛的功能。

3 自動(dòng)碼垛拆垛控制運(yùn)行過(guò)程

行走大車、小車、碼垛升降裝置和拆垛升降裝置都配置有伺服電機(jī)，每一節(jié)奏的行走和升降距離，以及各輸送機(jī)各裝置的動(dòng)作運(yùn)行，均由探測(cè)傳感裝置和PLC控制系統(tǒng)控制協(xié)調(diào)運(yùn)行[4-5]。碼垛順序是先沿寬度方向從左向右或從右向左來(lái)回逐層碼放，一層內(nèi)每碼放一包小車就向左或向右行走一包的寬度。一層碼放完畢后，碼垛升降裝置上升一包的高度，再進(jìn)行上一層的逐包碼放。這樣依次逐層往返碼放到要求的高度或?qū)訑?shù)后，大車向后行走一包的長(zhǎng)度距離，再逐層碼放到一行的高度，這樣依次循環(huán)往復(fù)。拆垛時(shí)，按與碼垛的相反循序和方向進(jìn)行。拆垛順序是先沿寬度方向從右向左或從左向右來(lái)回逐層拆取，一層內(nèi)每拆取一包小車就向右或向左行走一包的寬度。一層拆取完畢后，拆垛升降裝置下降一包的高度，再進(jìn)行下面一層的逐包拆取。這樣依次逐層往返拆取一行后，大車向前行走一包的長(zhǎng)度距離，再逐層拆取下一行的料袋，直至所有料袋拆取完畢。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析袋裝物料碼垛拆垛現(xiàn)狀，研究設(shè)計(jì)出了自動(dòng)碼垛拆垛一體機(jī)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了既能自動(dòng)碼垛又能自動(dòng)拆垛的功能。該裝置是一套完善的料袋碼垛拆垛無(wú)人自動(dòng)化和智能化系統(tǒng)設(shè)備，能夠滿足當(dāng)前袋裝物料碼垛拆垛的需求，對(duì)提高行業(yè)設(shè)備水平和行業(yè)生產(chǎn)效率具有重要意義。