一種針對卷材生產線的自動化包裝方法的探討

耿 山

（江陰快力特機械有限公司，江陰 214400）

現如今，在豐富的裝飾裝潢材料市場中，塑料地板已經成為辦公和商業環境的最佳選擇。塑料地板具有個性特征明顯、鋪設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重要地位。目前，在塑料地板卷生產過程中，壓花、復合、烘烤和收放卷裝置在國內外都已經高度自動化。然而，卷材完成后的包裝工序，基本處于一種半手工狀態[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風險[3]。另外，傳統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，并且在后續運輸周轉過程中也同樣存在浪費人工的缺陷。相關數據顯示，卷材包裝作為裝飾裝潢材料生產線的最后一道工序，卻集中了工廠80%以上的人力。隨著勞動力成本飛速上升，實現卷材全自動化包裝成為了相關產業控制成本的關鍵[4]。因此，急需設計一種卷材包裝生產線全自動包裝方案。

1 包裝線的組成及功能概述

為解決上述問題，設計了一種卷材自動化包裝生產線方案，如圖1 所示。

圖1 卷材自動化包裝生產線

該設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，目的在于進一步隔離和保護牛皮紙包裝，防止牛皮紙在轉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行規范折疊，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存放在托盤中，此時整個卷材大約190 kg 的質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，保護卷材斷面；第五，上芯蓋裝置能夠實現在承載斷面紙質卷繞芯管內插入塑料內套，以防止轉運過程中受力而導致卷材紙質卷繞芯管受壓變形；第六，貼標簽裝置能夠實現卷材自動打標和粘貼必要標識，如規格型號、生產日期和批號等；第七，立式堆垛裝置能夠將包裝過程中的水平臥式卷材轉變為垂直立式狀態，并按照程序指令實現在轉運木托上的有序堆垛，便于最終發運。

2 包裝線各部件自動化功能的實現

2.1 牛皮紙包裹裝置

2.1.1 裝置結構

該裝置的結構示意圖如圖2 所示。

圖2 牛皮紙包裹裝置

2.1.2 裝置工作順序

當主生產線完成塑料地板卷取后，塑料地板卷軸通過輸送機構轉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，實現牛皮紙隨塑料地板卷軸一起轉動，從而將牛皮紙卷繞包裹在塑料地板卷軸上。

當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，實現牛皮紙裁切。封口膠帶粘貼裝置實現在牛皮紙末端的膠帶預粘貼，并在之后的塑料地板卷軸轉動中，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 裝置結構

該裝置的結構示意圖如圖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運過程中由于卷和卷之間碰撞導致牛皮紙破損，從而導致塑料地板暴露并受損，必須在牛皮紙外側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定位置時，輸送帶送料并實現泡棉右側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，工作臺驅動地板卷轉動，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了牛皮紙包裹后，地板卷軸兩端牛皮紙處于開放狀態。因此，需要對于牛皮紙端部進行規范折疊封閉。本裝置為外購單元，不涉及本文的設計創新，因此不作詳細介紹。

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，所以卷軸端部需要耐磨和耐沖擊的防護包裹，因此需要在卷軸端部封貼碟片狀封蓋。碟片狀封蓋為高強塑料材質，能夠防止地板卷軸端部被磨損。本裝置為外購單元，不涉及本文的設計創新，因此不作詳細介紹。

2.5 上芯蓋裝置

2.5.1 裝置結構

該裝置的結構示意圖如圖4 所示。

圖4 上芯蓋裝置

2.5.2 裝置工作順序

經過上述工序的處理之后，為了保護卷軸內口，需要在卷軸端部內孔安裝塑料芯蓋。首先，當塑料地板卷軸輸送到機架平臺時，軸向定位氣缸動作并與卷軸內孔連接實現卷軸精確定位。其次，連續頂出多級氣缸會根據設定的行程將料倉中的塑料芯蓋頂出，并壓緊貼合到卷軸內孔。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架平臺，進行新的上芯蓋的工序。

因為塑料內套儲料倉設計為圓周方向多個平行子料倉結構，所以當一個料倉的芯蓋全部頂出后，多級氣缸將退回起始原點，同時伺服電機帶動料倉轉動到設定的角度，新的滿載塑料芯蓋料倉對正并與多級氣缸同心，然后重復前一個子料倉動作并循環直到所有子料倉清空。這種大容量子料倉設計，大大節約了停機加料的時間，提高了生產效率。

2.6 貼標簽裝置。

為了方便產品識別和產品全生命周期可追溯，需要對塑料地板卷軸貼標簽。本裝置為外購單元，不涉及本文的設計創新，因此不作詳細介紹。

2.7 立式堆垛裝置

2.7.1 裝置結構

該裝置的結構示意圖如圖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完成了表面保護，為了方便轉運，需要對于地板卷軸進行成組堆垛[5]。為了克服傳統水平堆垛方案空間利用率低的缺點，如圖6 所示，本設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，節約了運輸成本。

圖6 傳統水平堆垛

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度，由于堆垛之前地板卷軸呈水平狀態，本裝置利用了翻轉氣缸將地板卷軸翻轉90°轉換為垂直狀態，然后通過X 軸向伺服電機和Y 軸向伺服電機精確移動木托盤。在木托盤位移至設定位置后，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過程中，頂部安全銷軸起到了安全保護的作用，有效地防止了立式卷軸傾覆。

3 新型包裝線的實際應用效果

此包裝線在客戶現場應用后，使用效果良好，有效減少了工人的工作量，顯著節約了勞動力成本。在改造前，24 h 兩班作業需要30 人；按照本方案實施的自動化包裝生產線兩班作業人數能夠降至6 人，經濟效益得到了明顯提升。

4 結語

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