集裝箱頂板自動(dòng)成型聯(lián)合生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)

王世明，申 玉，褚 雷，汪凈遠(yuǎn)

（1.上海海洋大學(xué) 工程學(xué)院，上海 201306；2.勝獅貨柜管理（上海）有限公司，上海 200080）

0 引言

隨著對(duì)外貿(mào)易的繁榮，集裝箱作為國(guó)際性運(yùn)輸和物流的專用工具，在世界上得到了飛速發(fā)展，目前，國(guó)際集裝箱生產(chǎn)商已達(dá)到40多家，如何在工業(yè)4.0的背景下實(shí)現(xiàn)集裝箱生產(chǎn)的智能化、自動(dòng)化發(fā)展，以精細(xì)化的生產(chǎn)工藝、高效的生產(chǎn)效率和低廉的用工成本，占領(lǐng)市場(chǎng)重要份額，成為各廠商努力追求的方向。

現(xiàn)存的集裝箱生產(chǎn)過(guò)程極為繁瑣，且存在諸多弊端，其生產(chǎn)工序多且分散，極度依賴人工操作，諸如人工上、下料，堆垛，壓型，修邊等，進(jìn)而造成用工過(guò)多、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大和生產(chǎn)效率低等劣勢(shì)[7]。

針對(duì)現(xiàn)有集裝箱生產(chǎn)的弊端，堅(jiān)持板料在上料、壓型、修邊、修長(zhǎng)、堆垛工序中“不落地，不二次搬運(yùn)”的原則，集成現(xiàn)有技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的集裝箱頂板自動(dòng)成型聯(lián)合生產(chǎn)線。經(jīng)在勝獅貨柜公司的投入應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)該線實(shí)現(xiàn)了集裝箱頂板成型區(qū)域的流程關(guān)聯(lián)化生產(chǎn)，融入智能控制和故障監(jiān)測(cè)技術(shù)，加強(qiáng)了工序間的緊湊性和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)性，有效降低了物料用工成本和工人勞動(dòng)強(qiáng)度，具有較高生產(chǎn)線的產(chǎn)能效率，打開(kāi)集裝箱生產(chǎn)制造的自動(dòng)化、智能化發(fā)展空間，為我國(guó)集裝箱裝備的現(xiàn)代化做出新的貢獻(xiàn)。

1 頂板自動(dòng)成型聯(lián)合生產(chǎn)線概述

集裝箱頂板自動(dòng)成型聯(lián)合生產(chǎn)線如圖1所示，包括堆料臺(tái)、輸送滾道、雙端剪、雙邊剪堆料臺(tái)、電磁上料機(jī)構(gòu)。

圖1 集裝箱頂板自動(dòng)成型聯(lián)合生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)布置三視圖

根據(jù)板材流水線方向改造自動(dòng)板材上料傳輸裝置[8]、夾緊自定位壓型裝置、板材四邊裁剪裝置以及無(wú)縫連接工序的板材傳輸裝置；設(shè)計(jì)智能控制引導(dǎo)傳輸機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)板料從上料、壓型、剪邊和堆垛的有序自動(dòng)化運(yùn)行；實(shí)現(xiàn)高可靠性板料全自動(dòng)步進(jìn)單波壓型；嚴(yán)格保證設(shè)備和臺(tái)架標(biāo)高及臺(tái)架和設(shè)備間距，整線設(shè)置中控臺(tái)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)所有動(dòng)作的同步控制，采用觸摸屏操作面板，便于整線速度的實(shí)時(shí)調(diào)整和頂板波距的調(diào)整[9～11]。

2 關(guān)鍵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

按板材流水線方向，自動(dòng)板材上料傳輸裝置、自定位壓型裝置、板材四邊裁剪裝置無(wú)縫聯(lián)結(jié)控制技術(shù)，完成板材所需壓型、修邊、修長(zhǎng)工序的逐一化運(yùn)行；根據(jù)所需板材的材質(zhì)、規(guī)格等要求，設(shè)計(jì)雙臺(tái)壓機(jī)聯(lián)動(dòng)的聯(lián)合壓型機(jī)構(gòu)，并保證壓型板料成型后，板料無(wú)裂紋，表面干凈，板料表面涂層無(wú)剝落和擦痕等缺陷，雙臺(tái)壓聯(lián)機(jī)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖2所示。頂板自動(dòng)成型一體化線采用雙臺(tái)壓機(jī)，壓機(jī)分別安裝在兩個(gè)獨(dú)立位置，可電氣聯(lián)動(dòng)，也可單開(kāi)，兩臺(tái)壓機(jī)互不影。

圖2 雙臺(tái)壓聯(lián)機(jī)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)

圖3 堆垛

板料在上料，堆積成垛中夾具安裝安全可靠設(shè)計(jì)，堆垛如圖3所示。堆垛裝置可通過(guò)地坑滾道橫移，實(shí)現(xiàn)雙排工件的堆垛，提高生產(chǎn)效率，橫向和縱向定位均采用氣缸夾緊方式。

具體的從上料到堆垛的過(guò)程如下：

上料滾筒架自動(dòng)控制，待前一沓板最后一件被上料裝置取走后下一沓板自動(dòng)運(yùn)行到上料裝置下方定位擺放，上料操作工在進(jìn)料端擺放下一沓板料等待重復(fù)動(dòng)作。

上料裝置采用自動(dòng)控制，吸取板料送到設(shè)備進(jìn)料口等待設(shè)備壓制完上一張板最后一波且滑塊升起時(shí)上料裝置自動(dòng)進(jìn)料，模具內(nèi)壓型第一波定位升起。待上料裝置把料輸送到模具上，第一個(gè)定位氣缸把板料拉到升降定位，同時(shí)橫向定位氣缸推動(dòng)板料橫向定位，滑塊下行壓型第一波定位氣缸及升降定位收回，等待下一板料重復(fù)動(dòng)作。

圖4 壓型定尺移動(dòng)夾具

第一波壓型完成后，第二組定位氣缸把板料送到伺服夾鉗上，同時(shí)橫向定位氣缸第二次動(dòng)作橫向定位，伺服夾鉗夾住板料開(kāi)始第二波壓型，定位氣缸全部回位，等待下一板料重復(fù)動(dòng)作。

圖5 橫向自定位裝置

第二波壓型后由伺服機(jī)構(gòu)按照一定的補(bǔ)償距離拖動(dòng)板料進(jìn)行后續(xù)壓型，五波頂板初步計(jì)算補(bǔ)償距離為212.5mm。

最后一波壓型后伺服機(jī)構(gòu)把板料拖出模具松開(kāi)夾鉗的同時(shí)后退一定距離避讓板料在升降皮帶A的作用下升起。升降皮帶A升起后伺服夾鉗開(kāi)始回位等待下一板料，重復(fù)動(dòng)作。

升降皮帶A向前輸送板料，待板料大部分到達(dá)輸送皮帶B上時(shí)輸送皮帶A降下等待下一板料壓型完成后再次升起。

由光電感應(yīng)控制皮帶降下，板料由輸送輥道A向出料端勻速輸送，升降臺(tái)B在板料向前輸送的過(guò)程中逐個(gè)升起等待下一來(lái)料，待第三張板料到達(dá)加速軌道A時(shí)最后一個(gè)皮帶B升起。

板料依次進(jìn)入寬度雙邊剪進(jìn)行修邊并繼續(xù)向前，依次到達(dá)輸送輥道C上等待進(jìn)入長(zhǎng)度雙端剪。

待前一板料修完長(zhǎng)度加速走出長(zhǎng)度雙邊剪時(shí)輸送軌道D啟動(dòng)把板料送入堆料臺(tái)。

圖6 板材橫向、縱向剪切機(jī)構(gòu)

3 液壓系統(tǒng)及生產(chǎn)線程序控制

1）自動(dòng)上料及下料堆垛裝置液壓系統(tǒng)

圖7 自動(dòng)上料及下料堆垛裝置-液壓系統(tǒng)

自動(dòng)上料及下料堆垛裝置液壓系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程：

（1）前一板料走出長(zhǎng)度雙邊剪后長(zhǎng)度定位氣缸把長(zhǎng)度定位升起，待板料到位后加速輥道B停止，斜推氣缸、橫向定位氣缸、下壓氣缸依次動(dòng)作精確定位，上刀下行修長(zhǎng)度的同時(shí)長(zhǎng)度定位收回；

（2）修完邊的板料經(jīng)加速輥道B及出料輥道輸送到出料小車進(jìn)行堆碼；

（3）下料堆碼氣缸自動(dòng)控制，每下5張板動(dòng)作1次推料堆碼整齊；

（4）出料小車移位自動(dòng)控制，待下料堆碼氣缸動(dòng)作20次后自動(dòng)橫移，在下一板料到達(dá)前把下一電瓶車橫移到位，前一電瓶車橫移后出料人員負(fù)責(zé)吊料到堆碼區(qū)域。

2）自動(dòng)聯(lián)合生產(chǎn)線程序控制

滿足現(xiàn)有生產(chǎn)節(jié)奏，對(duì)應(yīng)工序的智能控制和故障應(yīng)對(duì)技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件編程設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)板料的有序傳遞，防止板料堆積或分散而影響工作節(jié)奏。使用的軟件如圖8、圖9所示。

4 已解決的技術(shù)難題

1）根據(jù)集裝箱生產(chǎn)中板材流水線方向，設(shè)計(jì)自動(dòng)板材上料傳輸裝置、自定位壓型裝置、板材四邊裁剪裝置和無(wú)縫聯(lián)結(jié)控制技術(shù)，完成板材從上料、壓型、修邊、修長(zhǎng)、聯(lián)結(jié)工序的逐有序、集中運(yùn)行；

圖8 PLC程序控制

圖9 PLC框圖

2）所設(shè)計(jì)的聯(lián)合壓型機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)雙臺(tái)壓機(jī)聯(lián)動(dòng)運(yùn)行，可容納不同板材的材質(zhì)、規(guī)格要求，有效避免板料裂紋，表面臟亂，涂層剝落有擦痕等缺陷的發(fā)生；

3）對(duì)板材工序的智能控制和故障監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的連續(xù)運(yùn)行，提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

5 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合現(xiàn)有集裝箱生產(chǎn)現(xiàn)狀和智能制造的技術(shù)，設(shè)計(jì)了一條集裝箱頂板自動(dòng)成型聯(lián)合生產(chǎn)線。根據(jù)在勝獅貨柜工廠生產(chǎn)實(shí)踐可知，該線實(shí)現(xiàn)了集裝箱頂板的模塊化生產(chǎn)，單機(jī)生產(chǎn)節(jié)拍只需20s，整線生產(chǎn)頂板可達(dá)9件/min，由原需10名工人操作減少至2人，節(jié)約80%用工成本，顯著提高了生產(chǎn)效率。該線目前已成為勝獅貨柜的核心技術(shù)之一，為當(dāng)前集裝箱行業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化發(fā)展提供技術(shù)支撐，具有廣泛的推廣價(jià)值。