黃志明 石城鑫 劉雷業(yè) 于躍華 黃俊鋒 劉楚生

（廣州城市理工學(xué)院工程訓(xùn)練中心，廣州 510800）

目前，中國(guó)快遞行業(yè)正飛速發(fā)展。國(guó)家郵政局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2019年1—8月，中國(guó)快遞服務(wù)企業(yè)業(yè)務(wù)量累計(jì)完成383.1億件。托盤(pán)作為物流行業(yè)中將靜態(tài)貨物轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)貨物的物流器具，給貨物轉(zhuǎn)運(yùn)帶來(lái)了極大便利[1-2]。隨著世界各國(guó)對(duì)森林和環(huán)境的重視，紙托盤(pán)以質(zhì)量輕、可降解環(huán)保和承重效果好等特點(diǎn)脫穎而出[3-5]。

紙托盤(pán)主要是以人工生產(chǎn)和半自動(dòng)化生產(chǎn)為主。人工生產(chǎn)需要多人合作完成，需要耗費(fèi)大量的人力物力，且難以保證每個(gè)支腳的角度和位置精度。為了滿(mǎn)足市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)量的需求，解決紙托盤(pán)支腳定位精度低和生產(chǎn)效率低等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了全自動(dòng)紙托盤(pán)生產(chǎn)設(shè)備模型。此外，通過(guò)PLC控制實(shí)現(xiàn)了紙托盤(pán)支腳和紙板的傳送、噴膠以及粘合等功能，使其具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)價(jià)值。

1 托盤(pán)生產(chǎn)要求及工藝分析

瓦楞紙托盤(pán)主要由瓦楞紙板和托盤(pán)支腳組成。它以紙板為材料，把紙板和支腳連接在一起。紙托盤(pán)種類(lèi)繁多，以圖1的紙托盤(pán)為例，紙托盤(pán)自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)可以通過(guò)調(diào)節(jié)傳感器的位置來(lái)改變支腳的位置，從而保證紙托盤(pán)生產(chǎn)的規(guī)格符合客戶(hù)的要求，并能實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。為了保證紙板與支腳連接的質(zhì)量，需采用特殊的白乳膠來(lái)粘合紙板與支腳。

2 機(jī)械方案設(shè)計(jì)及主要部件

根據(jù)圖1紙托盤(pán)的形狀特征，結(jié)合目前人工生產(chǎn)工藝，自動(dòng)化紙托盤(pán)生產(chǎn)設(shè)備需要具有供料、噴膠以及粘合等功能。設(shè)計(jì)自動(dòng)化控制紙托盤(pán)生產(chǎn)設(shè)備模型，如圖2所示。它主要由支腳傳送機(jī)構(gòu)、紙板傳送機(jī)構(gòu)、噴膠機(jī)構(gòu)以及抓取粘合機(jī)構(gòu)等組成。

圖1 紙托盤(pán)生產(chǎn)類(lèi)型簡(jiǎn)圖

圖2 自動(dòng)化紙托盤(pán)生產(chǎn)設(shè)備三維模型簡(jiǎn)圖

2.1 支塊傳送機(jī)構(gòu)

支塊傳送機(jī)構(gòu)主要由兩條傳送帶組成。傳送帶將生產(chǎn)紙托盤(pán)所需的支腳傳送到機(jī)械手抓取的初始位置。傳送帶的兩旁有限位裝置，確保支腳不會(huì)歪斜。在兩條傳送帶上分別有1個(gè)拱形固定限位器和4個(gè)可控伸縮氣缸。在傳送帶上相應(yīng)的位置上安裝有傳感器，通過(guò)傳送帶左側(cè)的4個(gè)可控伸縮氣缸的伸出，嚴(yán)格控制每個(gè)支腳的距離，以保證機(jī)械手對(duì)紙托盤(pán)支腳的精準(zhǔn)抓取，如圖3所示。

圖3 支腳傳送到指定位置

2.2 紙板傳送機(jī)構(gòu)和噴膠機(jī)構(gòu)

紙板傳送機(jī)構(gòu)主要由3條皮帶組成，通過(guò)提供足夠的摩擦力來(lái)傳送紙板，節(jié)省消耗。紙板傳送帶的正上方裝配了用于噴射特殊白乳膠的膠槍。當(dāng)紙板被運(yùn)送到指定位置時(shí)，膠槍將白乳膠噴射到紙板上，如圖4所示。噴膠完成后的紙板將被傳送到末端的阻擋裝置，等待支腳的粘合。末端的阻擋裝置能夠阻擋紙板繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，提高了粘合的精度，如圖5所示。

圖4 膠槍對(duì)紙板進(jìn)行噴膠

圖5 阻擋裝置阻擋紙板

2.3 抓取粘合機(jī)構(gòu)

機(jī)械手作為抓取粘合機(jī)構(gòu)，由8個(gè)左右對(duì)稱(chēng)且可以調(diào)節(jié)位置的吸盤(pán)組成，如圖6所示。吸盤(pán)的吸氣吹氣等動(dòng)作由相應(yīng)的電磁閥控制。當(dāng)機(jī)械手移動(dòng)到支腳傳送帶相應(yīng)的位置時(shí)，機(jī)械手將向下運(yùn)動(dòng)并開(kāi)啟吸氣電磁閥，關(guān)閉吹氣電磁閥，將紙托盤(pán)支腳吸起后上升；當(dāng)機(jī)械手移動(dòng)到紙板傳送帶相應(yīng)的位置時(shí)，機(jī)械手將向下運(yùn)動(dòng)，待紙托盤(pán)支腳與紙板粘合后關(guān)閉吸氣電磁閥，開(kāi)啟吹氣電磁閥并向上運(yùn)動(dòng)，以保證支腳與紙板之間更好地粘合。粘合之后的紙托盤(pán)由傳送帶將其傳送到后方的堆垛機(jī)構(gòu)，由堆垛機(jī)構(gòu)將成型的紙托盤(pán)進(jìn)行有規(guī)律的碼放。

圖6 機(jī)械手三維模型圖

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

PLC程序的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)上述工作內(nèi)容的核心。PLC通過(guò)I/O接口與外部設(shè)備連接。輸入端口采集外部的輸入信號(hào)并轉(zhuǎn)化為CPU能夠識(shí)別的信號(hào)。輸出端口將CPU輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)化為設(shè)備能夠識(shí)別的信號(hào)并輸送給輸出設(shè)備?？刂屏鞒倘鐖D7所示。

圖7 控制流程圖

（1）將紙板快速送到限定位置，并在傳送過(guò)程中利用膠槍對(duì)紙板進(jìn)行噴膠，同時(shí)另一端的支腳傳送機(jī)構(gòu)將8個(gè)紙托盤(pán)支腳快速向前傳送至相應(yīng)位置，通過(guò)8個(gè)吸盤(pán)控制支腳的間隔位置；

（2）機(jī)械手通過(guò)X軸和Y軸的定位準(zhǔn)確找到支腳所處的位置，并向下運(yùn)動(dòng)至支腳上方，然后通過(guò)氣閥開(kāi)關(guān)將支腳吸起，送到相應(yīng)的位置；

（3）機(jī)械手下壓將支腳與紙板粘合，待托盤(pán)成品完成后，將其傳送到后方的堆垛機(jī)構(gòu)進(jìn)行碼放。

4 結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)化紙托盤(pán)生產(chǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化生產(chǎn)瓦楞紙托盤(pán)的功能。通過(guò)分析紙托盤(pán)的生產(chǎn)工藝，完成了供料、噴膠及粘合等機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和以PLC作為控制核心的控制流程。本系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)所帶來(lái)的弊端，節(jié)省了人工成本，提升了紙托盤(pán)的生產(chǎn)效率，為企業(yè)生產(chǎn)紙托盤(pán)帶來(lái)了更高的經(jīng)濟(jì)效益。