白酒酒瓶自動卸垛系統(tǒng)的研究

張保國，芮友濤，汪 鵬

（安徽古井貢酒股份有限公司，安徽 亳州 236000）

0 引 言

碼垛是連接白酒包裝和倉儲的重要環(huán)節(jié)，無論是空瓶卸碼垛還是成品堆垛，在白酒生產(chǎn)物流中都有重要的地位，也是許多白酒企業(yè)目前剛剛開始重視并亟待完善的地方[1]。白酒行業(yè)包裝中，目前使用最多的是陶瓷瓶及玻璃瓶這兩大類。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，玻璃瓶制造成本越來越低[2]，噴涂玻璃白酒瓶結(jié)合了陶瓷酒瓶避光的優(yōu)點(diǎn)和其自身易制備低價(jià)的優(yōu)勢作為未來白酒業(yè)市場包裝的主流，噴涂玻璃白酒瓶為目前本公司主要應(yīng)用的酒瓶類型。

現(xiàn)有白酒生產(chǎn)企業(yè)的酒瓶均為外協(xié)生產(chǎn)，從玻璃酒瓶制瓶廠整垛打包運(yùn)輸?shù)桨拙粕a(chǎn)廠，灌裝包裝生產(chǎn)的最前端是酒瓶卸垛，酒瓶卸垛成單列酒瓶隨輸送線運(yùn)動經(jīng)歷清洗干燥檢測等工序后進(jìn)行灌裝，我國白酒業(yè)碼垛現(xiàn)狀并不令人滿意，不僅最原始的人工卸碼垛和搬運(yùn)還普遍存在，普通的輸送、卸跺、碼垛機(jī)也未完全普及。國內(nèi)白酒種類繁多，包裝追求個(gè)性化，導(dǎo)致現(xiàn)有通用的灌裝包裝生產(chǎn)設(shè)備的適應(yīng)性較差。

白酒玻璃酒瓶垛進(jìn)入白酒生產(chǎn)廠的常見包裝底部為托盤，托盤上放置多層酒瓶，每層酒瓶之間設(shè)置緩沖隔板，單個(gè)酒瓶套有氣泡袋，托盤上方酒瓶的外層纏繞保護(hù)膜。

1 白酒酒瓶卸垛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 現(xiàn)有卸垛機(jī)的適應(yīng)性分析

現(xiàn)有的機(jī)械卸瓶技術(shù)由三部分組成：（1）瓶垛輸送系統(tǒng)：包括輸垛系統(tǒng)和卸垛后輸瓶系統(tǒng)；（2）分層卸瓶系統(tǒng)：包括瓶垛夾持機(jī)構(gòu)和推瓶機(jī)構(gòu)；（3）層隔板卸垛系統(tǒng)：包括層隔板抓取機(jī)構(gòu)和層隔板收集整理[3]。工作時(shí)，將物料垛送入由若干滾筒組成的輸入裝置中,通過鏈傳動裝置,自動將垛逐層升高,然后用推桿將物料垛逐層推入到過渡輸送帶, 再輸送至與過渡輸送帶垂直設(shè)置的單列輸送帶, 把物料排成單列, 源源不斷地將物料輸送到自動輸送線進(jìn)入下一工序[4]。

現(xiàn)有的卸垛機(jī)直接應(yīng)用于白酒酒瓶卸垛存在如下問題：（1）白酒玻璃酒瓶自重過大，如何實(shí)現(xiàn)酒瓶的平穩(wěn)提升托盤和平穩(wěn)推送單層酒瓶過渡輸送線上[5]；（2）現(xiàn)有的卸垛機(jī)機(jī)構(gòu)較多，除上述機(jī)構(gòu)外還需要配置隔板抓取機(jī)構(gòu)、隔板轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)和隔板收集機(jī)構(gòu)，體積較大；（3）需要對隔板和托盤進(jìn)行回收再進(jìn)入下一次裝載循環(huán)。

1.2 卸垛機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)改進(jìn)

針對上述應(yīng)用問題的技術(shù)改進(jìn)：（1）如圖1 所示，將提升機(jī)的提升框設(shè)置為下沉式矩形框，矩形框的兩側(cè)橫桿與提升機(jī)的驅(qū)動部件相連，矩形框的兩個(gè)縱桿與托盤的下端面接觸，增加對托盤支撐位置的跨度以提升酒瓶垛上行的穩(wěn)定性，矩形框的內(nèi)側(cè)設(shè)置兩個(gè)相對的立板，立板分別與托盤上酒瓶垛的兩外側(cè)進(jìn)行定位保持垛型，提升機(jī)采用鏈?zhǔn)絺鲃樱谔嵘龣C(jī)機(jī)架的兩內(nèi)側(cè)均設(shè)置壓輪，壓輪與機(jī)提升機(jī)機(jī)架的兩側(cè)緊密接觸，在提升機(jī)機(jī)架的豎連桿的兩側(cè)設(shè)置位于同一高度的壓輪，壓輪與豎連桿的兩側(cè)緊密接觸，上述壓輪的安裝軸均與提升機(jī)的鏈條固連，用于限制酒瓶垛上行過程中沿垂直于托盤輸送線方向的水平晃動和沿豎直方向的晃動；（2）如圖2 所示，用隔板抓取放置機(jī)構(gòu)[6]替代隔板抓取機(jī)構(gòu)、隔板轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)和隔板收集機(jī)構(gòu)，隔板抓取放置機(jī)構(gòu)包括隔板支撐機(jī)構(gòu)、隔板吸取機(jī)構(gòu)和隔板飽合機(jī)構(gòu)，隔板支撐機(jī)構(gòu)、隔板吸取機(jī)構(gòu)和隔板飽合機(jī)構(gòu)從下往上豎直設(shè)置，隔板飽合機(jī)構(gòu)用于容納已經(jīng)收集的隔板，隔板支撐機(jī)構(gòu)布置在沿托盤輸送線的運(yùn)動方向布置在托盤架上方的兩端，隔板吸取機(jī)構(gòu)位于兩側(cè)隔板支撐機(jī)構(gòu)之間，隔板飽合機(jī)構(gòu)位于兩側(cè)隔板支撐機(jī)構(gòu)之間，隔板吸取收集動作過程如下：隔板吸取機(jī)構(gòu)下行吸取隔板，隔板支撐機(jī)構(gòu)中支撐板相互靠近對被吸取的隔板進(jìn)行支撐，隔板吸取機(jī)構(gòu)回位，隔板飽合機(jī)構(gòu)下行接近最低位時(shí)，飽合爪相互分離，隔板落入被吸取隔板的正上方，隔板飽合機(jī)構(gòu)下行到最低位時(shí)，飽和爪相互靠近，將支撐桿上的隔板飽合以對其進(jìn)行收集，然后隔板飽合機(jī)構(gòu)上行，等待下一次隔板收集，從而解決隔板收集機(jī)構(gòu)占地面積較大的問題。在最下層酒瓶推送到過渡輸送線后，隔板飽合機(jī)構(gòu)下行接近最低位時(shí)，飽合爪相互分離，隔板落入托盤上，隔板隨托盤輸送線輸入進(jìn)入下一次裝載循環(huán)。

圖1 提升機(jī)局部結(jié)構(gòu)

圖2 隔板抓取放置機(jī)構(gòu)

2 白酒酒瓶卸垛機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的總體思路：此卸垛機(jī)為自動控制的，PLC通過軟件程序?qū)π抖膺M(jìn)行自動控制，通過輸出繼電器控制傳送帶的停轉(zhuǎn)和垛板的升降[7]。

白酒酒瓶卸垛機(jī)控制系統(tǒng)由托盤輸送線運(yùn)動控制單元、托盤阻擋控制單元、提升機(jī)控制單元、推桿運(yùn)動控制單元、隔板抓取放置控制單元、過渡輸送線控制單元和單列輸送帶控制單元組成，隔板抓取放置控制單元由隔板吸取控制單元、隔板支撐控制單元和隔板飽合控制單元組成，托盤輸送線運(yùn)動控制單元、托盤阻擋控制單元、提升機(jī)控制單元、推桿運(yùn)動控制單元、隔板抓取放置控制單元、過渡輸送線控制單元和單列輸送帶控制單元等集成于西門子S7-1200PLC。其中托盤輸送線運(yùn)動、提升機(jī)和推桿運(yùn)動、過渡輸送線和單列輸送帶均采用電機(jī)驅(qū)動以適應(yīng)推力較大的需求，托盤阻擋、隔板吸取、隔板支撐和隔板飽合采用氣缸驅(qū)動以減少卸垛機(jī)整體自重、簡化控制流程。

系統(tǒng)的動作流程如下：人工撕去托盤上酒瓶垛的外層保護(hù)膜，利用叉車將酒瓶送入托盤輸送線，PLC 輸出啟動信號，托盤運(yùn)動到位后，托盤進(jìn)入矩形框的正上方，托盤阻擋機(jī)構(gòu)運(yùn)動對托盤上酒瓶垛的前端進(jìn)行端部定位，提升機(jī)的驅(qū)動部件帶動矩形框及其上方的托盤上行單層酒瓶加上單層隔板的高度，推桿運(yùn)動機(jī)構(gòu)中驅(qū)動部件帶動推桿將單層酒瓶朝向過渡輸送線的方向運(yùn)動，推桿運(yùn)動機(jī)構(gòu)中推桿推送單層酒瓶到位后，推桿回位，隔板抓取放置機(jī)構(gòu)對隔板進(jìn)行吸取并收集，單層酒瓶從過渡輸送線的輸出端進(jìn)入與過渡輸送帶垂直設(shè)置的單列輸送帶,把酒瓶排成單列，不斷地將酒瓶輸送到下一工序。

3 應(yīng)用效果

產(chǎn)品的樣機(jī)如圖3 所示，對樣機(jī)進(jìn)行了為期兩周的測試，每周工作7 d，每天工作16h，單臺設(shè)備綜合卸垛效率可達(dá)6 000 瓶/h，相當(dāng)于3 個(gè)工人同期的卸垛效率之和，滿足整條灌裝生產(chǎn)線的產(chǎn)能需求，無漏瓶掉瓶現(xiàn)象，卸垛合格率達(dá)到100%，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)效果。

圖3 產(chǎn)品樣機(jī)

4 結(jié) 語

該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括機(jī)械設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，機(jī)械設(shè)計(jì)方面對垛型提升機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行加固，設(shè)計(jì)了節(jié)約空間的隔板抓取收集機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了隔板快速回流。軟件設(shè)計(jì)方面基于PLC 的應(yīng)用，為自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了極大的便利。針對噴涂玻璃酒瓶改進(jìn)后的自動卸垛機(jī)，相比于人工流程操作，避免了人工登高作業(yè)，節(jié)省人力，同時(shí)提升了產(chǎn)品品質(zhì)和效率，與前后端的工序銜接流暢。

隨著生產(chǎn)自動化水平的不斷提高，該自動卸垛機(jī)不僅在白酒包裝行業(yè)得到了很大的發(fā)展，在其它如紡織、鋼鐵、冶金、石油化工等行業(yè)的生產(chǎn)方面也有著相當(dāng)廣闊的應(yīng)用前景。