劉 杰，楊 鵬，常 瑜，蘇振華，李曉莉，關(guān) 燚，杜明義

(1.中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安 710018；2.西安理工大學(xué) 機(jī)械與精密儀器工程學(xué)院，陜西 西安 710048；3.南山鋁業(yè)股份有限公司，山東 煙臺(tái) 265706)

隨著國(guó)內(nèi)外板材加工設(shè)備的快速發(fā)展，對(duì)板材生產(chǎn)線及包裝效率提出了更高的要求。目前國(guó)內(nèi)大部分板材生產(chǎn)企業(yè)的包裝生產(chǎn)部分都是依靠人工去完成的，人工包裝效率低，自動(dòng)化程度低。針對(duì)以上問(wèn)題，本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際過(guò)程，研制出了一套板材自動(dòng)包裝生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了板材的自動(dòng)化包裝生產(chǎn)。

1 機(jī)組組成及工藝過(guò)程描述

1.1 機(jī)組組成

如圖1所示，板材自動(dòng)包裝線由鏈條小車(chē)、鏈條運(yùn)輸機(jī)、對(duì)中裝置、上下表面覆膜機(jī)、橫向覆膜機(jī)、頂板加裝機(jī)、自動(dòng)縱向打捆機(jī)、托盤(pán)提取裝置、板垛提升和保持裝置、自動(dòng)橫向打捆機(jī)、稱(chēng)重運(yùn)輸裝置、自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)、橫移小車(chē)等組成。實(shí)現(xiàn)對(duì)單張或整垛板材的包裝、稱(chēng)重、貼標(biāo)，最后將包裝好的板材送入料庫(kù)。

1-鏈條小車(chē)；2-鏈條運(yùn)輸機(jī)；3-對(duì)中裝置；4-鏈條運(yùn)輸機(jī)；5-上下表面覆膜機(jī)；6-鏈條運(yùn)輸機(jī)；7-橫向覆膜機(jī)；8-鏈條運(yùn)輸機(jī)；9-頂板加裝機(jī)；10-鏈條運(yùn)輸機(jī)；11-自動(dòng)縱向打捆機(jī)；12-鏈條運(yùn)輸機(jī)；13-托盤(pán)提取裝置；14-板垛提升和保持裝置；15-鏈條運(yùn)輸機(jī)；16-自動(dòng)橫向打捆機(jī)；17-鏈條運(yùn)輸機(jī)；18-稱(chēng)重運(yùn)輸裝置；19-自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)；20-橫移小車(chē)圖1 板材自動(dòng)包裝線平面布置圖Fig.1 Layout plan of automatic packing line for plate

1.2 包裝工藝流程

天車(chē)將板垛放入包裝線鏈條小車(chē)→對(duì)中裝置對(duì)中→上下表面覆膜機(jī)進(jìn)行上下覆膜→橫向覆膜機(jī)進(jìn)行橫向纏繞覆膜→加裝頂蓋板及邊部護(hù)角→縱向打捆機(jī)進(jìn)行縱向打捆→托盤(pán)加裝裝置為板垛底部加裝木托盤(pán)→橫向打捆機(jī)進(jìn)行橫向打捆→稱(chēng)重運(yùn)輸裝置稱(chēng)重→自動(dòng)貼標(biāo)裝置貼標(biāo)→橫移小車(chē)將板垛運(yùn)送至庫(kù)房。

1.3 產(chǎn)品規(guī)格及機(jī)組產(chǎn)能

產(chǎn)品規(guī)格：

板材長(zhǎng)度：2000mm～12000mm

板材寬度：1000mm～2800mm

單片板材厚度：4mm～250mm

板垛高：30mm～440mm

最大單片板重：2000kg

最大板垛重量：10000kg

最大板材溫度：50℃

機(jī)組產(chǎn)能見(jiàn)表1。

表1 4種典型產(chǎn)品生產(chǎn)節(jié)奏及產(chǎn)能

2 關(guān)鍵設(shè)備描述

2.1 上下表面覆膜機(jī)

(1)設(shè)備功能。用于給板垛(板材)上下表面包覆包裝材料。

(2)研發(fā)難點(diǎn)。板垛(板材)上下表面覆膜的平整性；動(dòng)作連鎖控制。

(3)解決方案。設(shè)置刷輥在覆膜過(guò)程中對(duì)薄膜進(jìn)行撫平；采用多組高精度檢測(cè)元件對(duì)設(shè)備部件及板材實(shí)時(shí)位置進(jìn)行檢測(cè)。

(4)設(shè)備組成(圖2)。電機(jī)、氣缸、活動(dòng)支架、固定支架、卷筒、氣爪等。

(5)主要技術(shù)參數(shù)。薄膜簾高度1800mm，刷輥直徑Φ160mm，板垛前進(jìn)速度8m/min。

設(shè)備主要自動(dòng)化工作過(guò)程如下：(1)在板材到達(dá)之前，氣爪抓取薄膜并將其拉下形成薄膜簾；(2)伺服電機(jī)控制卷筒旋轉(zhuǎn)將合適長(zhǎng)度的薄膜纏繞于卷筒上；(3)板材通過(guò)薄膜簾時(shí)，薄膜卷及卷筒分別將薄膜覆于板材的上、下表面，此過(guò)程中刷輥輕壓板材表面并由電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)以撫平薄膜；(4)當(dāng)編碼器檢測(cè)到薄膜長(zhǎng)度到達(dá)設(shè)定值后，無(wú)桿氣缸驅(qū)動(dòng)割刀運(yùn)動(dòng)將薄膜切斷。板材上下表面覆膜完成。

2.2 橫向覆膜機(jī)

(1)設(shè)備功能。用于給板垛(板材)橫向纏繞包裝材料。

(2)研發(fā)難點(diǎn)。板垛(板材)橫向纏繞包裝材料的均勻性；動(dòng)作連鎖控制。

(3)解決方案。精確控制板材前進(jìn)與覆膜小車(chē)旋轉(zhuǎn)纏繞速度相匹配；采用多組高精度檢測(cè)元件對(duì)設(shè)備部件及板材實(shí)時(shí)位置進(jìn)行檢測(cè)。

(4)設(shè)備組成(圖3)。支架、氣缸、擺臂、電機(jī)、齒形帶、旋轉(zhuǎn)環(huán)、刷輥、直線導(dǎo)軌、覆膜小車(chē)等

1-電機(jī)；2-氣缸；3-活動(dòng)支架；4-固定支架；5-卷筒；6-固定支架；7-活動(dòng)支架；8-支架；9-氣缸；10-滾輪；11-薄膜卷；12-割刀；13-無(wú)桿氣缸；14-伺服電機(jī)；15-電機(jī)；16-鏈條；17-刷輥；18-電機(jī)；19-編碼器；20-氣缸；21-氣爪；22-氣爪；23-鏈條圖2 上下表面覆膜機(jī)Fig.2 Upper and lower surface laminating machine

1-支架；2-氣缸；3-擺臂；4-電機(jī)；5-張緊輪；6-齒形帶；7-滑架；8-滾輪；9-旋轉(zhuǎn)環(huán)；10-上壓輥；11-上刷輥；12-側(cè)輪；13-電機(jī)；14-邊部刷輥；15-下刷輥；16-下支撐輥；17-支架；18-滑塊；19-直線導(dǎo)軌；20-氣缸；21-電機(jī)；22-鏈條；23-覆膜小車(chē)；24-薄膜卷；25-電機(jī)圖3 橫向覆膜機(jī)Fig.3 Lateral laminating machine

(5)主要技術(shù)參數(shù)。纏繞速度20圈/min，板垛前進(jìn)速度8m/min，纏繞重疊率20%，纏繞膜寬度500mm。

設(shè)備主要自動(dòng)化工作過(guò)程如下：(1)夾板夾住位于覆膜小車(chē)上的薄膜卷的一端，電機(jī)通過(guò)齒形帶驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)環(huán)在滾輪及側(cè)輪上旋轉(zhuǎn)，以帶動(dòng)固定在旋轉(zhuǎn)環(huán)上的覆膜小車(chē)旋轉(zhuǎn)，在板材前進(jìn)的同時(shí)將其纏繞包裹；(2)板材前進(jìn)過(guò)程中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)邊部刷輥旋轉(zhuǎn)以撫平板材邊部的塑料膜；氣缸驅(qū)動(dòng)上刷輥運(yùn)動(dòng)至板材上方以撫平板材上表面的塑料膜；電機(jī)驅(qū)動(dòng)下刷輥旋轉(zhuǎn)以撫平板材下表面的塑料膜；(3)板材纏繞覆膜結(jié)束后，氣缸驅(qū)動(dòng)熱阻絲動(dòng)作對(duì)薄膜進(jìn)行封邊。板材橫向纏繞覆膜完成。

2.3 托盤(pán)加裝裝置

(1)設(shè)備功能。為板垛(板材)底部加裝木制托盤(pán)，方便運(yùn)輸。

(2)研發(fā)難點(diǎn)。托盤(pán)加裝位置的準(zhǔn)確性；動(dòng)作連鎖控制。

(3)解決方案。采用伺服電機(jī)傳動(dòng)，提高位置精度；采用多組高精度檢測(cè)元件對(duì)設(shè)備部件及板材實(shí)時(shí)位置進(jìn)行檢測(cè)。

(4)設(shè)備組成(圖4)。由托盤(pán)提取裝置、板垛提升和保持裝置組成。具體包括橫移裝置、龍門(mén)架、托盤(pán)小車(chē)、液壓缸、保持架、電機(jī)、鏈輪及鏈條等。

(5)主要技術(shù)參數(shù)。橫移裝置橫移速度150mm/s，板垛提升高度360mm，木托盤(pán)放置位置精度±2mm。

1-固定支架；2-液壓缸；3-活動(dòng)支架；4-支撐臂；5-保持架；6-電機(jī)；7-固定支架；8-鏈輪；9-鏈條；10-橫移裝置；11-龍門(mén)架；12-托盤(pán)小車(chē)；13-木托盤(pán)；14-鏈條運(yùn)輸機(jī)圖4 托盤(pán)加裝裝置Fig.4 Pallet feeding machine

設(shè)備主要自動(dòng)化工作過(guò)程如下：(1)當(dāng)板材到達(dá)提升和保持裝置中部時(shí)，液壓缸驅(qū)動(dòng)活動(dòng)支架及安裝在其上的支撐臂上升將板材抬起，電機(jī)驅(qū)動(dòng)保持架橫移至板材下方后，液壓缸驅(qū)動(dòng)活動(dòng)支架落下將板材放置于保持架上；(2)橫移裝置將尺寸合適的木托盤(pán)從托盤(pán)庫(kù)中取出并運(yùn)送至鏈條運(yùn)輸機(jī)上，鏈條運(yùn)輸機(jī)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，將木托盤(pán)精確運(yùn)送至板材正下方；(3)液壓缸再次驅(qū)動(dòng)活動(dòng)支架升起使支撐臂穿過(guò)托盤(pán)的空隙將板材抬起至高于保持架的位置，電機(jī)驅(qū)動(dòng)保持架橫移離開(kāi)板材，液壓缸驅(qū)動(dòng)活動(dòng)支架落下將板材放于托盤(pán)之上。板材托盤(pán)加裝完成。

3 結(jié)論

鑒于目前板材包裝設(shè)備自動(dòng)化程度低，無(wú)法滿足生產(chǎn)需要的現(xiàn)狀，本文詳細(xì)介紹了一條自主研發(fā)的板材自動(dòng)包裝線的流程及主要組成部分，它包括包括鏈條運(yùn)輸機(jī)、對(duì)中裝置、雙層覆膜機(jī)、橫向覆膜機(jī)、托盤(pán)加裝裝置、自動(dòng)縱向及橫向打捆機(jī)、自動(dòng)貼標(biāo)設(shè)備等，應(yīng)用這些裝置按照一定的包裝流程進(jìn)行組合(也可通過(guò)增加、減少或者修改某一個(gè)或幾個(gè)裝置以達(dá)到用戶的不同包裝要求)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)板材的自動(dòng)化包裝。

本機(jī)組具有以下突出優(yōu)點(diǎn)：1)通過(guò)修改該生產(chǎn)線各單機(jī)設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸，可使本機(jī)組適用于目前絕大多數(shù)有包裝需要的板材產(chǎn)品；2)通過(guò)在機(jī)組多處使用性能穩(wěn)定、技術(shù)先進(jìn)的電子檢測(cè)元件，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)機(jī)組自動(dòng)化正確、可靠的控制；3)自動(dòng)化程度高，極大的提高了生產(chǎn)效率；包裝質(zhì)量高，而且大大降低了包裝成本。