耿 山

（江陰快力特機(jī)械有限公司，江陰 214400）

現(xiàn)如今，在豐富的裝飾裝潢材料市場中，塑料地板已經(jīng)成為辦公和商業(yè)環(huán)境的最佳選擇。塑料地板具有個性特征明顯、鋪設(shè)簡便以及極高的性價比等特點[1]，在如今的裝潢裝飾材料市場上占據(jù)重要地位。目前，在塑料地板卷生產(chǎn)過程中，壓花、復(fù)合、烘烤和收放卷裝置在國內(nèi)外都已經(jīng)高度自動化。然而，卷材完成后的包裝工序，基本處于一種半手工狀態(tài)[2]。

包裝工序目前主要依靠人力完成牛皮紙包裹、泡棉包裹、上端蓋以及上芯蓋等，不但浪費了大量的人力資源，而且還潛在較多的安全生產(chǎn)風(fēng)險[3]。另外，傳統(tǒng)的卷材堆垛是臥式堆垛，堆垛過程不僅浪費人工而且堆垛后占用的存儲空間較大，并且在后續(xù)運輸周轉(zhuǎn)過程中也同樣存在浪費人工的缺陷。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，卷材包裝作為裝飾裝潢材料生產(chǎn)線的最后一道工序，卻集中了工廠80%以上的人力。隨著勞動力成本飛速上升，實現(xiàn)卷材全自動化包裝成為了相關(guān)產(chǎn)業(yè)控制成本的關(guān)鍵[4]。因此，急需設(shè)計一種卷材包裝生產(chǎn)線全自動包裝方案。

1 包裝線的組成及功能概述

為解決上述問題，設(shè)計了一種卷材自動化包裝生產(chǎn)線方案，如圖1 所示。

圖1 卷材自動化包裝生產(chǎn)線

該設(shè)計方案從左到右依次工作，各裝置的功能依次為：第一，由牛皮紙包裹裝置對生產(chǎn)線的裸卷主體包裹牛皮紙，防止灰塵污損卷材；第二，由泡棉包裹裝置為附加條帶包裹泡棉，目的在于進(jìn)一步隔離和保護(hù)牛皮紙包裝，防止牛皮紙在轉(zhuǎn)運和運輸中撕破和碰損；第三，由牛皮紙端部折疊裝置將在牛皮紙包裹裝置中處理過的兩個開放端面進(jìn)行規(guī)范折疊，從而完全封閉卷材；第四，在上端蓋裝置中，由于儲運空間有限，卷材最終會以垂直站立的儲運狀態(tài)存放在托盤中，此時整個卷材大約190 kg 的質(zhì)量將全部由卷材斷面承載，因此必須在承載斷面增加塑料碟片狀封蓋，以抵抗運輸沖擊，保護(hù)卷材斷面；第五，上芯蓋裝置能夠?qū)崿F(xiàn)在承載斷面紙質(zhì)卷繞芯管內(nèi)插入塑料內(nèi)套，以防止轉(zhuǎn)運過程中受力而導(dǎo)致卷材紙質(zhì)卷繞芯管受壓變形；第六，貼標(biāo)簽裝置能夠?qū)崿F(xiàn)卷材自動打標(biāo)和粘貼必要標(biāo)識，如規(guī)格型號、生產(chǎn)日期和批號等；第七，立式堆垛裝置能夠?qū)b過程中的水平臥式卷材轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪绷⑹綘顟B(tài)，并按照程序指令實現(xiàn)在轉(zhuǎn)運木托上的有序堆垛，便于最終發(fā)運。

2 包裝線各部件自動化功能的實現(xiàn)

2.1 牛皮紙包裹裝置

2.1.1 裝置結(jié)構(gòu)

該裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2 所示。

圖2 牛皮紙包裹裝置

2.1.2 裝置工作順序

當(dāng)主生產(chǎn)線完成塑料地板卷取后，塑料地板卷軸通過輸送機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)移到距離主線最近的工作臺。在傳感器檢測到塑料地板卷軸后，牛皮紙包裹裝置將自動按照設(shè)定的程序，依次完成牛皮紙與塑料卷軸開口的插入重疊，之后利用牛皮紙與塑料地板卷材的摩擦力，實現(xiàn)牛皮紙隨塑料地板卷軸一起轉(zhuǎn)動，從而將牛皮紙卷繞包裹在塑料地板卷軸上。

當(dāng)牛皮紙完全覆蓋塑料地板卷軸外表面后，牛皮紙切刀自左向右運動，實現(xiàn)牛皮紙裁切。封口膠帶粘貼裝置實現(xiàn)在牛皮紙末端的膠帶預(yù)粘貼，并在之后的塑料地板卷軸轉(zhuǎn)動中，完成牛皮紙的末端膠帶封口程序。

2.2 泡棉包裹裝置

2.2.1 裝置結(jié)構(gòu)

該裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3 所示。

圖3 泡棉包裹裝置

2.2.2 裝置工作順序

塑料地板卷軸的表面完成牛皮紙包裹后，為了避免塑料地板卷軸轉(zhuǎn)運過程中由于卷和卷之間碰撞導(dǎo)致牛皮紙破損，從而導(dǎo)致塑料地板暴露并受損，必須在牛皮紙外側(cè)附加包裹防撞的泡棉條帶。

首先，泡棉真空抓取裝置從泡棉儲料箱中利用真空吸附原理抓取泡棉條帶，并利用泡棉封口膠帶裝置在泡棉條帶的兩端粘貼封口膠帶。其次，在泡棉輸送裝置下降到設(shè)定位置時，輸送帶送料并實現(xiàn)泡棉右側(cè)膠帶首先接觸地板料卷表面的牛皮紙，將封口膠帶與牛皮紙層粘接。最后，工作臺驅(qū)動地板卷轉(zhuǎn)動，直到泡綿條帶末端膠帶粘接閉合將整個地板料卷包裹。

2.3 牛皮紙端部折疊裝置

牛皮紙包裹裝置實現(xiàn)了牛皮紙包裹后，地板卷軸兩端牛皮紙?zhí)幱陂_放狀態(tài)。因此，需要對于牛皮紙端部進(jìn)行規(guī)范折疊封閉。本裝置為外購單元，不涉及本文的設(shè)計創(chuàng)新，因此不作詳細(xì)介紹。

2.4 上端蓋裝置

因為塑料地板卷軸在裝運過程中處于垂直狀態(tài)，所以卷軸端部需要耐磨和耐沖擊的防護(hù)包裹，因此需要在卷軸端部封貼碟片狀封蓋。碟片狀封蓋為高強(qiáng)塑料材質(zhì)，能夠防止地板卷軸端部被磨損。本裝置為外購單元，不涉及本文的設(shè)計創(chuàng)新，因此不作詳細(xì)介紹。

2.5 上芯蓋裝置

2.5.1 裝置結(jié)構(gòu)

該裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4 所示。

圖4 上芯蓋裝置

2.5.2 裝置工作順序

經(jīng)過上述工序的處理之后，為了保護(hù)卷軸內(nèi)口，需要在卷軸端部內(nèi)孔安裝塑料芯蓋。首先，當(dāng)塑料地板卷軸輸送到機(jī)架平臺時，軸向定位氣缸動作并與卷軸內(nèi)孔連接實現(xiàn)卷軸精確定位。其次，連續(xù)頂出多級氣缸會根據(jù)設(shè)定的行程將料倉中的塑料芯蓋頂出，并壓緊貼合到卷軸內(nèi)孔。最后，芯蓋安裝完成的卷軸將被輸送到下一個工序，同時新的卷軸輸送到上芯蓋裝置的機(jī)架平臺，進(jìn)行新的上芯蓋的工序。

因為塑料內(nèi)套儲料倉設(shè)計為圓周方向多個平行子料倉結(jié)構(gòu)，所以當(dāng)一個料倉的芯蓋全部頂出后，多級氣缸將退回起始原點，同時伺服電機(jī)帶動料倉轉(zhuǎn)動到設(shè)定的角度，新的滿載塑料芯蓋料倉對正并與多級氣缸同心，然后重復(fù)前一個子料倉動作并循環(huán)直到所有子料倉清空。這種大容量子料倉設(shè)計，大大節(jié)約了停機(jī)加料的時間，提高了生產(chǎn)效率。

2.6 貼標(biāo)簽裝置。

為了方便產(chǎn)品識別和產(chǎn)品全生命周期可追溯，需要對塑料地板卷軸貼標(biāo)簽。本裝置為外購單元，不涉及本文的設(shè)計創(chuàng)新，因此不作詳細(xì)介紹。

2.7 立式堆垛裝置

2.7.1 裝置結(jié)構(gòu)

該裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖5 所示。

圖5 立式堆垛裝置

2.7.2 裝置工作順序

在塑料地板卷軸開始堆垛之前已經(jīng)完成了表面保護(hù)，為了方便轉(zhuǎn)運，需要對于地板卷軸進(jìn)行成組堆垛[5]。為了克服傳統(tǒng)水平堆垛方案空間利用率低的缺點，如圖6 所示，本設(shè)計采用了立式堆垛方案，如圖7 所示，最大限度利用了運輸空間，節(jié)約了運輸成本。

圖6 傳統(tǒng)水平堆垛

圖7 立式堆垛裝置

立式堆垛裝置減少了卷重帶來的高勞動強(qiáng)度，由于堆垛之前地板卷軸呈水平狀態(tài)，本裝置利用了翻轉(zhuǎn)氣缸將地板卷軸翻轉(zhuǎn)90°轉(zhuǎn)換為垂直狀態(tài)，然后通過X 軸向伺服電機(jī)和Y 軸向伺服電機(jī)精確移動木托盤。在木托盤位移至設(shè)定位置后，可抽出地板退回，此時地板卷軸將直接落在木托盤表面。在整個地板卷軸翻轉(zhuǎn)過程中，頂部安全銷軸起到了安全保護(hù)的作用，有效地防止了立式卷軸傾覆。

3 新型包裝線的實際應(yīng)用效果

此包裝線在客戶現(xiàn)場應(yīng)用后，使用效果良好，有效減少了工人的工作量，顯著節(jié)約了勞動力成本。在改造前，24 h 兩班作業(yè)需要30 人；按照本方案實施的自動化包裝生產(chǎn)線兩班作業(yè)人數(shù)能夠降至6 人，經(jīng)濟(jì)效益得到了明顯提升。

4 結(jié)語

本新型自動化包裝生產(chǎn)線勞動力成本低，自動化程度高，安全高效，不僅在塑料地板行業(yè)可以復(fù)制推廣，而且在紙張生產(chǎn)和人造革以及紡織面料等行業(yè)均有廣泛的應(yīng)用前景。