龍門架式碼垛自動線的設(shè)計與研制

朱曉清 王燁 宋瑞宏

摘 要：設(shè)計并研制了一種適合于適用于場地不大、輸送超硬超細(xì)粉末物料袋的龍門架式碼垛自動線，詳細(xì)闡述了龍門架式碼垛自動線的工作原理及其結(jié)構(gòu)組成，論述了其控制系統(tǒng)及其控制方式。該碼垛自動線具有結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間少、運動靈活、工作可靠等優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：龍門架;碼垛;自動線

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.127

1 引言

21世紀(jì)，陶瓷行業(yè)發(fā)展迅猛，我國產(chǎn)量多年位居第一，陶瓷原料鋯英粉的產(chǎn)量持續(xù)提高。包裝碼垛嚴(yán)重制約鋯英粉生產(chǎn)，多數(shù)企業(yè)采用手工包裝，人工搬抬碼垛，效率低，強度大，嚴(yán)重制約鋯英粉的產(chǎn)量。鋯英粉粒度已達到微米級，硬度高，搬抬碼垛過程中產(chǎn)生揚塵威脅工人健康。本文設(shè)計的龍門架式碼垛自動線有效解決以上問題，系統(tǒng)簡潔可靠、自動化程度高，極大提高包裝碼垛精度和效率。

2 龍門架式碼垛自動線概述

2.1 碼垛方式

碼垛要求：（1）托盤尺寸：1100×1100×110mm，（2）每垛料袋10層，碼垛后總高度：1300mm，（3）堆碼方式為每層6袋，以3×2方式碼垛，相鄰兩層縱橫交錯式放置。（4）包裝后滿袋重量25kg，尺寸550×450×110mm，（5）碼垛機可用場地4m×8m，堆碼速率每垛≤30分鐘。

2.2 工作原理

所設(shè)計的龍門架式碼垛自動線是將已包裝封口的粉末物料袋裝產(chǎn)品通過皮帶輸送機送到整形機，整形機對料袋壓平整形，繼續(xù)輸送到剪叉式升舉機，舉到抓包高度，倒懸機械手抓取后，丟包到托盤升降機架上的木托盤上，如此循環(huán)，完成第1層料包放置后，托盤升降機下降一層。碼第二層時倒懸機械手抓取后料袋后旋轉(zhuǎn)90度，丟包到木托盤上，重復(fù)上述動作，直到碼完10層即1垛后托盤升降機下降至最低位置后，由叉車下線入庫，完成碼垛包裝流程。

3 龍門架式碼垛自動線的主要組成

碼垛自動線由皮帶輸送機、整形機、剪叉式舉升機、龍門架、倒懸機械手等機械部分和PLC控制以及安全檢測裝置等電氣控制系統(tǒng)部分組成。見圖1工作原理圖。

3.1 機械系統(tǒng)

3.1.1 皮帶輸送機及整形機

皮帶輸送機是將料袋輸送到剪叉式舉升機。首要考慮料袋的輸送速度，還要考慮輸送尺寸要與料袋包型相符合。因復(fù)秤平臺與皮帶輸送機之間有90度的轉(zhuǎn)角，所以在兩者之間設(shè)計轉(zhuǎn)角滾筒起轉(zhuǎn)位作用，考慮轉(zhuǎn)彎環(huán)節(jié)在半幅摩擦?xí)r的驅(qū)動力，轉(zhuǎn)角滾筒采用從動方式。

整形機是對料袋壓平整形。首要考慮灌裝后料袋的包體厚度，確定入口高度及整壓范圍，并留有可調(diào)范圍?？紤]到保證整形效果的同時要確保料袋無損，否定了整體振動式和棱滾振動式，確定采用彈性翹板式滾桿拍擊與滾筒輾平形式。

3.1.2 剪叉式升舉機

剪叉式升舉機將料袋升舉到一定高度，由倒懸機械手抓取，準(zhǔn)備丟包碼垛。首先根據(jù)皮帶輸送機高度和抓包高度確定舉升高度。采用結(jié)構(gòu)緊湊的四層剪叉結(jié)構(gòu)。第二考慮升降速率和現(xiàn)場氣源動力，在2、3層剪叉桿以氣缸推動，運動仿真校核升舉行程，設(shè)計推耳、氣缸截面積和行程。下降環(huán)節(jié)，調(diào)校了氣缸的釋放阻尼，設(shè)計了彈性墊保護。升舉機處于低位時，確保輸送料袋移動到位，設(shè)計了擋板。在輥筒組中間機械抓齒中隙加裝牽引帶。

3.1.3 龍門機架

龍門機架由四根立柱、四根橫梁組成。在兩根長柄梁上，安裝滾珠圓導(dǎo)軌，大車沿導(dǎo)軌縱向移動。大車上安裝兩條導(dǎo)軌，小車帶動機械手在大車導(dǎo)軌上橫向移動。大車、小車由伺服電機通過同步帶傳動，設(shè)有接近及限位開關(guān)，實施行程保護。碼垛過程中會出現(xiàn)粉塵，所以各導(dǎo)軌均為干磨擦，以氈圈保護，框架設(shè)有安裝及檢修工藝孔、窗。

3.1.4 托盤升降機

托盤升降機由機架、升降滑塊機構(gòu)、直線導(dǎo)軌、升降滾珠絲桿零部件組成。升降機下行時承受逐層遞增的變載荷，兩側(cè)受力需平衡，傳動同步性要好，故升降機構(gòu)采用圓直線導(dǎo)軌導(dǎo)向，動力從電機經(jīng)一根同步傳動軸傳達至兩側(cè)減速器，以方箱多頭滾珠絲杠輸出直線推力。

3.2 電氣控制系統(tǒng)

碼垛機的控制系統(tǒng)組成如圖2所示。

控制系統(tǒng)選用了三菱FX3U系列，具有定位控制功能。輸入和顯示采用觸摸屏，顯示當(dāng)前碼垛機的工作狀態(tài)，這樣的構(gòu)成提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力，也便于系統(tǒng)調(diào)整和二次開發(fā)。驅(qū)動部分采用三菱伺服電機，保證長期不間斷運行情況下不丟碼失步。

4 結(jié)論

本文研制的組件式倒懸龍門架近距堆包碼垛自動線，是一種適于不同生產(chǎn)節(jié)拍、可堆碼易變形粉末包體、適應(yīng)硬細(xì)粉塵環(huán)境的碼垛系統(tǒng)。系統(tǒng)采用組件式倒懸龍門架結(jié)構(gòu)，將運動分解為剪刀舉升、抓取移位、近距堆包、逐層組垛。各組件模塊可自由搭配，在框架中可設(shè)置1-3個堆垛，結(jié)構(gòu)緊湊、定位精確、系統(tǒng)空間布局靈活。通過整形機構(gòu)及可調(diào)近距離丟包裝置，克服了粉末料袋易變形的問題。采用自清掃毛氈隨動圓導(dǎo)軌滑塊、局布護套的多線滾珠絲杠、埋地升降驅(qū)動實現(xiàn)了無循環(huán)潤滑的傳動，適應(yīng)超硬超細(xì)、易揚塵粉體料袋的碼垛。

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