龍門架式碼垛自動線的設計與研制

朱曉清 王燁 宋瑞宏

摘 要：設計并研制了一種適合于適用于場地不大、輸送超硬超細粉末物料袋的龍門架式碼垛自動線，詳細闡述了龍門架式碼垛自動線的工作原理及其結構組成，論述了其控制系統及其控制方式。該碼垛自動線具有結構緊湊、占用空間少、運動靈活、工作可靠等優點。

關鍵詞：龍門架;碼垛;自動線

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.127

1 引言

21世紀，陶瓷行業發展迅猛，我國產量多年位居第一，陶瓷原料鋯英粉的產量持續提高。包裝碼垛嚴重制約鋯英粉生產，多數企業采用手工包裝，人工搬抬碼垛，效率低，強度大，嚴重制約鋯英粉的產量。鋯英粉粒度已達到微米級，硬度高，搬抬碼垛過程中產生揚塵威脅工人健康。本文設計的龍門架式碼垛自動線有效解決以上問題，系統簡潔可靠、自動化程度高，極大提高包裝碼垛精度和效率。

2 龍門架式碼垛自動線概述

2.1 碼垛方式

碼垛要求：（1）托盤尺寸：1100×1100×110mm，（2）每垛料袋10層，碼垛后總高度：1300mm，（3）堆碼方式為每層6袋，以3×2方式碼垛，相鄰兩層縱橫交錯式放置。（4）包裝后滿袋重量25kg，尺寸550×450×110mm，（5）碼垛機可用場地4m×8m，堆碼速率每垛≤30分鐘。

2.2 工作原理

所設計的龍門架式碼垛自動線是將已包裝封口的粉末物料袋裝產品通過皮帶輸送機送到整形機，整形機對料袋壓平整形，繼續輸送到剪叉式升舉機，舉到抓包高度，倒懸機械手抓取后，丟包到托盤升降機架上的木托盤上，如此循環，完成第1層料包放置后，托盤升降機下降一層。碼第二層時倒懸機械手抓取后料袋后旋轉90度，丟包到木托盤上，重復上述動作，直到碼完10層即1垛后托盤升降機下降至最低位置后，由叉車下線入庫，完成碼垛包裝流程。

3 龍門架式碼垛自動線的主要組成

碼垛自動線由皮帶輸送機、整形機、剪叉式舉升機、龍門架、倒懸機械手等機械部分和PLC控制以及安全檢測裝置等電氣控制系統部分組成。見圖1工作原理圖。

3.1 機械系統

3.1.1 皮帶輸送機及整形機

皮帶輸送機是將料袋輸送到剪叉式舉升機。首要考慮料袋的輸送速度，還要考慮輸送尺寸要與料袋包型相符合。因復秤平臺與皮帶輸送機之間有90度的轉角，所以在兩者之間設計轉角滾筒起轉位作用，考慮轉彎環節在半幅摩擦時的驅動力，轉角滾筒采用從動方式。

整形機是對料袋壓平整形。首要考慮灌裝后料袋的包體厚度，確定入口高度及整壓范圍，并留有可調范圍。考慮到保證整形效果的同時要確保料袋無損，否定了整體振動式和棱滾振動式，確定采用彈性翹板式滾桿拍擊與滾筒輾平形式。

3.1.2 剪叉式升舉機

剪叉式升舉機將料袋升舉到一定高度，由倒懸機械手抓取，準備丟包碼垛。首先根據皮帶輸送機高度和抓包高度確定舉升高度。采用結構緊湊的四層剪叉結構。第二考慮升降速率和現場氣源動力，在2、3層剪叉桿以氣缸推動，運動仿真校核升舉行程，設計推耳、氣缸截面積和行程。下降環節，調校了氣缸的釋放阻尼，設計了彈性墊保護。升舉機處于低位時，確保輸送料袋移動到位，設計了擋板。在輥筒組中間機械抓齒中隙加裝牽引帶。

3.1.3 龍門機架

龍門機架由四根立柱、四根橫梁組成。在兩根長柄梁上，安裝滾珠圓導軌，大車沿導軌縱向移動。大車上安裝兩條導軌，小車帶動機械手在大車導軌上橫向移動。大車、小車由伺服電機通過同步帶傳動，設有接近及限位開關，實施行程保護。碼垛過程中會出現粉塵，所以各導軌均為干磨擦，以氈圈保護，框架設有安裝及檢修工藝孔、窗。

3.1.4 托盤升降機

托盤升降機由機架、升降滑塊機構、直線導軌、升降滾珠絲桿零部件組成。升降機下行時承受逐層遞增的變載荷，兩側受力需平衡，傳動同步性要好，故升降機構采用圓直線導軌導向，動力從電機經一根同步傳動軸傳達至兩側減速器，以方箱多頭滾珠絲杠輸出直線推力。

3.2 電氣控制系統

碼垛機的控制系統組成如圖2所示。

控制系統選用了三菱FX3U系列，具有定位控制功能。輸入和顯示采用觸摸屏，顯示當前碼垛機的工作狀態，這樣的構成提高了系統的穩定性和抗干擾能力，也便于系統調整和二次開發。驅動部分采用三菱伺服電機，保證長期不間斷運行情況下不丟碼失步。

4 結論

本文研制的組件式倒懸龍門架近距堆包碼垛自動線，是一種適于不同生產節拍、可堆碼易變形粉末包體、適應硬細粉塵環境的碼垛系統。系統采用組件式倒懸龍門架結構，將運動分解為剪刀舉升、抓取移位、近距堆包、逐層組垛。各組件模塊可自由搭配，在框架中可設置1-3個堆垛，結構緊湊、定位精確、系統空間布局靈活。通過整形機構及可調近距離丟包裝置，克服了粉末料袋易變形的問題。采用自清掃毛氈隨動圓導軌滑塊、局布護套的多線滾珠絲杠、埋地升降驅動實現了無循環潤滑的傳動，適應超硬超細、易揚塵粉體料袋的碼垛。

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