袋裝物料自動碼垛拆垛的功能實現與設計

張建輝

（河南科技大學，洛陽 471003）

在我國的化肥、面粉、淀粉、飼料、油脂粕和食鹽等行業，其產品物料采用袋裝形式，且產量巨大，包裝后常以碼垛機把料袋碼放在庫房地面上，或碼放在托盤上在庫房內周轉堆垛。若產品直接碼放在庫房地面上，可節省大量托盤，但在銷售外運裝車時沒有理想的拆垛設備，通常只能采用移動式升降皮帶機進行拆垛裝車，而且需要實時移動皮帶機和車輛，存在拆垛困難、效率低、需要工人數量多、工人勞動強度大以及生產成本高的情況。若將料袋碼放在托盤上，采用叉車周轉方便，但需要托盤數量多，投資成本高，占用庫房空間大，而且托盤堆碼料袋裝車拆袋時也存在工人勞動強度大、效率低的弊端。

目前，半自動碼垛機和自動碼垛機已經在成熟應用[1]，庫房堆包碼垛問題已經得到較好解決。但是，在庫房拆垛裝車時，由于缺乏性能良好的拆垛機設備，拆垛裝車環節的效率始終無法得到提高。為了解決既能碼垛同時又能高效拆垛的困難，通過對當前碼垛設備進行研究分析，設計出了一種自動碼垛拆垛裝置。使用該裝置可實現包裝輸送后自動碼垛，需要拆垛裝車外運時又可自動拆垛，從而實現自動碼垛和自動拆垛功能。該裝置解決了目前碼垛后拆垛困難的難題，提高了生產效率，降低了生產成本，實現了料袋庫房碼垛拆垛的自動化和智能化。

1 自動碼垛拆垛的功能實現

近10年來，隨著袋裝物料產能和碼垛工作量的增大和勞動力的短缺，高效的碼垛設備需求旺盛。相關設備廠家根據碼垛現場的實際情況，通過發揮主動能動性和創造性，研發設計和制作出了效果好、能有效解放勞動力的碼垛設備，經過不斷的積累與改進完善，逐漸形成了現在成熟可靠的半自動和全自動碼垛設備。

應用較早且技術成熟的半自動碼垛設備是橋式碼垛堆包機，主要特點是碼垛機放置在庫房的頂部，在庫房兩側的鋼軌上行走，而且碼垛機設置有大車、行走小車和碼垛升降輸送機。大車可沿著庫房長度方向行走，行走小車在大車軌道上可沿著庫房寬度方向行走，碼垛升降輸送機可升降旋轉，再配以輸送設備輸送料袋。碼垛工人操作時可以控制移動大車和行走小車的位置，并調整碼垛升降輸送機的高度，從而使碼垛接包臺能夠處于庫房三維空間的任意位置，以便于高效地就近堆包碼垛。圖1為橋式碼垛堆包機的布置原理圖，圖2為橋式碼垛堆包機現場使用圖。

目前，使用較多的是機器人自動碼垛機。袋裝物料機器人碼垛機通常由四軸機器人、抓手、底座和控制器等組成。機器人碼垛機可按一定的垛形將料袋碼放在托盤上，再由叉車叉取存放在庫房內，完全實現了無人自動碼垛[2]。圖3為機器人自動碼垛機使用現場圖。

半自動橋式碼垛堆包機和機器人自動碼垛機都存在碼垛后拆垛困難的情況，因此為了滿足既能自動碼垛又能自動拆垛的要求，實現碼垛和拆垛的自動化和無人化，經研究分析目前碼垛設備的現狀和功能，分析設計出了具有自動碼垛和自動拆垛功能的一體機裝置，如圖4所示。該裝置在半自動橋式碼垛堆包機工作原理的基礎上，設置了沿庫房長度方向行走的大車，再由大車驅動配置伺服電機，用于自動控制大車的行程。在大車上設置有沿庫房寬度方向行走的小車，小車驅動配置有伺服電機。同時，小車上配置有升降碼垛輸送機和升降拆垛輸送機，升降碼垛拆垛機端部設置有自動碼垛放包裝置，升降拆垛輸送機端部設置自動拆垛拆袋裝置，再配置基于可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）控制的伺服控制系統進行控制。這樣需要自動碼垛時把自動拆垛輸送機升起，使用升降碼垛輸送機即可進行料袋的自動碼垛；需要出庫外運拆垛時，把升降碼垛輸送機升起，使用升降拆垛輸送機即可進行料袋的自動拆垛，從而實現自動碼垛和自動拆垛功能，實現料袋庫房碼垛拆垛的自動化和智能化，提高生產效率，降低生產成本[3]。

2 自動碼垛拆垛結構設計

2.1 大車結構

大車采用地軌式、鋼板焊接的箱梁式結構，如圖5 所示。兩側為端梁，端梁上配置主、從動行走輪，主動輪上連接伺服電機減速機，兩端梁由兩個箱式縱梁連接，縱梁長度根據庫房寬度確定，兩縱梁上設置小車行走軌道。

2.2 小車結構

小車為框架式結構，由型鋼焊接或連接而成，如圖6所示。兩側配置主、從動行走輪，在大車上的小車軌道內行走，主動輪上連接伺服電機減速機，小車架的上部配置有兩套升降裝置，用來升降碼垛輸送機和拆垛輸送機，小車架的高度根據碼垛高度需要確定。

2.3 自動碼垛裝置設計

自動碼垛裝置固定在小車上，由小車上的升降裝置驅動其升降，并可以隨小車沿庫房寬度方向移動。該裝置包含有自動放包裝置、碼垛輸送機、大車輸送機和攔包裝置等。包裝后的料袋經庫房輸送機送到大車輸送機上，在攔包后送到碼垛輸送機上，再由碼垛輸送機送到放包裝置中。傳感器檢測到料包到位后，進行自動放包碼垛。放包裝置采用平行四邊形結構連接，可在升降中保持水平，采用氣動驅動，具有放包速度快的特點。自動碼垛裝置如圖7所示。

2.4 自動拆垛裝置設計

自動拆垛裝置和自動碼垛裝置并排固定在小車上，均由小車上的升降裝置驅動其升降，并可隨小車沿庫房寬度方向移動。自動拆垛裝置包含有自動拆包裝置、拆包輸送機、大車輸送機等，能夠實現逐層拆取碼垛料袋。需要拆垛時，自動拆包裝置將碼垛好的料袋逐一拆取后送到拆垛輸送機上，再轉送到大車輸送機上送到庫房外裝車外運。拆包裝置同樣采用平行四邊形結構連接，以保證升降中保持水平，結構如 圖8所示。

自動碼垛拆垛一體機的組合結構圖如圖9所示。需要碼垛時，把自動拆垛裝置升起，由自動碼垛裝置逐層進行碼垛；需要拆垛裝車時，把自動碼垛裝置升起，由自動拆垛裝置逐層進行拆垛。通過合理的結構設計，較好地實現了自動碼垛拆垛的功能。

3 自動碼垛拆垛控制運行過程

行走大車、小車、碼垛升降裝置和拆垛升降裝置都配置有伺服電機，每一節奏的行走和升降距離，以及各輸送機各裝置的動作運行，均由探測傳感裝置和PLC控制系統控制協調運行[4-5]。碼垛順序是先沿寬度方向從左向右或從右向左來回逐層碼放，一層內每碼放一包小車就向左或向右行走一包的寬度。一層碼放完畢后，碼垛升降裝置上升一包的高度，再進行上一層的逐包碼放。這樣依次逐層往返碼放到要求的高度或層數后，大車向后行走一包的長度距離，再逐層碼放到一行的高度，這樣依次循環往復。拆垛時，按與碼垛的相反循序和方向進行。拆垛順序是先沿寬度方向從右向左或從左向右來回逐層拆取，一層內每拆取一包小車就向右或向左行走一包的寬度。一層拆取完畢后，拆垛升降裝置下降一包的高度，再進行下面一層的逐包拆取。這樣依次逐層往返拆取一行后，大車向前行走一包的長度距離，再逐層拆取下一行的料袋，直至所有料袋拆取完畢。

4 結語

通過分析袋裝物料碼垛拆垛現狀，研究設計出了自動碼垛拆垛一體機結構，實現了既能自動碼垛又能自動拆垛的功能。該裝置是一套完善的料袋碼垛拆垛無人自動化和智能化系統設備，能夠滿足當前袋裝物料碼垛拆垛的需求，對提高行業設備水平和行業生產效率具有重要意義。