棉包智能裝卸系統(tǒng)研究

■ 馬偉松 雷鵬 王智慧

〔河南京聯(lián)四合棉花科技有限責(zé)任公司，河南鄭州 450004〕

一、背景介紹

棉花加工主要工序包括籽棉預(yù)處理、軋花、剝絨、廢料清理回收和皮棉包裝等，皮棉最終被打包機(jī)包裝成為符合國家標(biāo)準(zhǔn)（227kg±10kg）的棉包。目前，生產(chǎn)線加工完成的成包皮棉到貨場的運(yùn)輸主要依賴人力板車和人工操作夾包車來完成。由于新疆棉區(qū)的加工時(shí)間主要在冬季，室外溫度很低，依靠人力板車和人工操作夾包車進(jìn)行棉包搬運(yùn)，不僅運(yùn)輸效率不高，而且工人工作環(huán)境惡劣，其人身安全也得不到保障。因此，研制一種既能提高棉包搬運(yùn)效率，又能改善工人的工作條件的高效棉包智能裝卸系統(tǒng)，對(duì)棉花加工廠具有重要的意義。

二、設(shè)計(jì)目標(biāo)

針對(duì)目前棉包從生產(chǎn)線到暫存區(qū)的運(yùn)輸和裝卸過程中存在的人員參與環(huán)節(jié)多、自動(dòng)化程度低的問題，設(shè)計(jì)一種棉包智能裝卸裝置，實(shí)現(xiàn)棉包的自動(dòng)裝卸和運(yùn)輸。從生產(chǎn)線上出來的棉包通過智能設(shè)備輸送到指定暫存區(qū)簡易堆垛。

三、技術(shù)方案

棉包智能裝卸系統(tǒng)技術(shù)方案如下圖1所示。棉花加工生產(chǎn)線把生產(chǎn)出的合格棉包輸送到移載機(jī)構(gòu)，移載機(jī)構(gòu)向地面控制中心發(fā)出任務(wù)申請(qǐng)，地面控制中心調(diào)度空閑的智能棉包搬運(yùn)小車到移載區(qū)域完成移載任務(wù)，運(yùn)載棉包沿特定電子軌道到棉包貨場卸貨。

圖1 智能棉包裝卸的技術(shù)方案

四、組成部分

棉包智能裝卸系統(tǒng)按功能由五部分組成，分別為地面控制中心、安全防護(hù)系統(tǒng)、智能搬運(yùn)小車、智能充電站、移載機(jī)構(gòu)。見圖2。

圖2 棉包智能裝卸系統(tǒng)的組成

（一）地面控制中心

地面控制中心實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛狀態(tài)信息，自動(dòng)修復(fù)運(yùn)行中的故障。控制中心可以根據(jù)棉包生產(chǎn)線的狀態(tài)對(duì)棉包運(yùn)輸車進(jìn)行線路規(guī)劃，通過無線通訊調(diào)度車輛完成棉包的搬運(yùn)。

（二）安全防護(hù)系統(tǒng)

安全防護(hù)系統(tǒng)主要包括地面標(biāo)示、激光和雷達(dá)檢測裝置、接觸式安全杠、聲光報(bào)警和急停裝置。智能搬運(yùn)小車檢測到前方2～3m有障礙物時(shí)會(huì)自動(dòng)剎停；當(dāng)檢測到人員進(jìn)入標(biāo)示的安全警示區(qū)時(shí)，智能搬運(yùn)小車減速運(yùn)行并發(fā)出報(bào)警；當(dāng)檢測到人員進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)自動(dòng)停車，待人員離開后自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行。

（三）智能搬運(yùn)小車

智能搬運(yùn)小車主要包括運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、超聲波測距裝置、無線通信、自動(dòng)避障機(jī)構(gòu)、電池電量檢測傳感器和電磁方向檢測裝置。智能搬運(yùn)小車可以按照預(yù)先設(shè)定的路線在特定環(huán)境里自動(dòng)運(yùn)行，在棉包生產(chǎn)線自動(dòng)完成棉包的裝載，并把棉包運(yùn)輸?shù)叫敦泤^(qū)卸下，便于后續(xù)的堆垛、運(yùn)輸?shù)绕渌僮鳌?/p>

智能搬運(yùn)小車車體采用合金鋁型材制作，外殼采用厚度為1.0mm的304不銹鋼板作為裝飾。合金鋁型材強(qiáng)度很高，密度又遠(yuǎn)低于普通鋼材，所以這樣的選材大大降低了車身的自重，減少了小車在工作過程中因自重造成的能耗。整車設(shè)計(jì)承重320kg，遠(yuǎn)大于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)棉包的重量，既保證了運(yùn)輸現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)棉包的要求，又為后續(xù)升級(jí)或加裝其他設(shè)備提供了一定的空間；整車采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由鋰電池組提供電源，既保證了動(dòng)力又降低了自重，同時(shí)也方便充電。

（四）智能充電站

智能充電站（見圖3）為智能搬運(yùn)小車提供動(dòng)力支持，充電站能通過充電刷板檢測小車電池的電量，根據(jù)電池的電量和任務(wù)調(diào)度的情況選擇合適的充電模式進(jìn)行充電。充電過程中充電站實(shí)時(shí)檢測電池的電壓、電流和溫度等參數(shù)，檢測到故障時(shí)會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警提醒工作人員及時(shí)解決。

圖3 智能充電站的組成

（五）移載機(jī)構(gòu)

移載機(jī)構(gòu)是棉花加工生產(chǎn)線和智能搬運(yùn)車之間的橋梁。智能搬運(yùn)小車根據(jù)地面控制中心規(guī)劃的線路來到移載區(qū)待命，通過電磁檢測傳感器檢測電磁位置信息，根據(jù)位置信息調(diào)整車體姿態(tài)使小車到達(dá)合適位置，鎖定小車完成移載任務(wù)。

五、結(jié)束語

棉包智能裝卸系統(tǒng)是集機(jī)械、電子、控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的綜合系統(tǒng)。棉包智能裝卸技術(shù)水平的高低在一定程度上反映了我國棉花加工自動(dòng)化方面的綜合技術(shù)實(shí)力。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了棉包的批量智能化裝卸操作，提高了棉包裝卸的工作效率，解決了新疆地區(qū)冬季氣候條件惡劣、作業(yè)效率低、安全風(fēng)險(xiǎn)大的問題，改變了現(xiàn)有作業(yè)模式，促進(jìn)了我國棉花加工行業(yè)自動(dòng)化水平的提高。，縮短棉花加工的周期，推動(dòng)棉花加工行業(yè)的迅速發(fā)展。☆