板材自動包裝線的研發(fā)

劉 杰，楊 鵬，常 瑜，蘇振華，李曉莉，關(guān) 燚，杜明義

(1.中國重型機械研究院股份公司，陜西 西安 710018；2.西安理工大學(xué) 機械與精密儀器工程學(xué)院，陜西 西安 710048；3.南山鋁業(yè)股份有限公司，山東 煙臺 265706)

隨著國內(nèi)外板材加工設(shè)備的快速發(fā)展，對板材生產(chǎn)線及包裝效率提出了更高的要求。目前國內(nèi)大部分板材生產(chǎn)企業(yè)的包裝生產(chǎn)部分都是依靠人工去完成的，人工包裝效率低，自動化程度低。針對以上問題，本文結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)實際過程，研制出了一套板材自動包裝生產(chǎn)線，實現(xiàn)了板材的自動化包裝生產(chǎn)。

1 機組組成及工藝過程描述

1.1 機組組成

如圖1所示，板材自動包裝線由鏈條小車、鏈條運輸機、對中裝置、上下表面覆膜機、橫向覆膜機、頂板加裝機、自動縱向打捆機、托盤提取裝置、板垛提升和保持裝置、自動橫向打捆機、稱重運輸裝置、自動貼標機、橫移小車等組成。實現(xiàn)對單張或整垛板材的包裝、稱重、貼標，最后將包裝好的板材送入料庫。

1-鏈條小車；2-鏈條運輸機；3-對中裝置；4-鏈條運輸機；5-上下表面覆膜機；6-鏈條運輸機；7-橫向覆膜機；8-鏈條運輸機；9-頂板加裝機；10-鏈條運輸機；11-自動縱向打捆機；12-鏈條運輸機；13-托盤提取裝置；14-板垛提升和保持裝置；15-鏈條運輸機；16-自動橫向打捆機；17-鏈條運輸機；18-稱重運輸裝置；19-自動貼標機；20-橫移小車圖1 板材自動包裝線平面布置圖Fig.1 Layout plan of automatic packing line for plate

1.2 包裝工藝流程

天車將板垛放入包裝線鏈條小車→對中裝置對中→上下表面覆膜機進行上下覆膜→橫向覆膜機進行橫向纏繞覆膜→加裝頂蓋板及邊部護角→縱向打捆機進行縱向打捆→托盤加裝裝置為板垛底部加裝木托盤→橫向打捆機進行橫向打捆→稱重運輸裝置稱重→自動貼標裝置貼標→橫移小車將板垛運送至庫房。

1.3 產(chǎn)品規(guī)格及機組產(chǎn)能

產(chǎn)品規(guī)格：

板材長度：2000mm～12000mm

板材寬度：1000mm～2800mm

單片板材厚度：4mm～250mm

板垛高：30mm～440mm

最大單片板重：2000kg

最大板垛重量：10000kg

最大板材溫度：50℃

機組產(chǎn)能見表1。

表1 4種典型產(chǎn)品生產(chǎn)節(jié)奏及產(chǎn)能

2 關(guān)鍵設(shè)備描述

2.1 上下表面覆膜機

(1)設(shè)備功能。用于給板垛(板材)上下表面包覆包裝材料。

(2)研發(fā)難點。板垛(板材)上下表面覆膜的平整性；動作連鎖控制。

(3)解決方案。設(shè)置刷輥在覆膜過程中對薄膜進行撫平；采用多組高精度檢測元件對設(shè)備部件及板材實時位置進行檢測。

(4)設(shè)備組成(圖2)。電機、氣缸、活動支架、固定支架、卷筒、氣爪等。

(5)主要技術(shù)參數(shù)。薄膜簾高度1800mm，刷輥直徑Φ160mm，板垛前進速度8m/min。

設(shè)備主要自動化工作過程如下：(1)在板材到達之前，氣爪抓取薄膜并將其拉下形成薄膜簾；(2)伺服電機控制卷筒旋轉(zhuǎn)將合適長度的薄膜纏繞于卷筒上；(3)板材通過薄膜簾時，薄膜卷及卷筒分別將薄膜覆于板材的上、下表面，此過程中刷輥輕壓板材表面并由電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)以撫平薄膜；(4)當編碼器檢測到薄膜長度到達設(shè)定值后，無桿氣缸驅(qū)動割刀運動將薄膜切斷。板材上下表面覆膜完成。

2.2 橫向覆膜機

(1)設(shè)備功能。用于給板垛(板材)橫向纏繞包裝材料。

(2)研發(fā)難點。板垛(板材)橫向纏繞包裝材料的均勻性；動作連鎖控制。

(3)解決方案。精確控制板材前進與覆膜小車旋轉(zhuǎn)纏繞速度相匹配；采用多組高精度檢測元件對設(shè)備部件及板材實時位置進行檢測。

(4)設(shè)備組成(圖3)。支架、氣缸、擺臂、電機、齒形帶、旋轉(zhuǎn)環(huán)、刷輥、直線導(dǎo)軌、覆膜小車等

1-電機；2-氣缸；3-活動支架；4-固定支架；5-卷筒；6-固定支架；7-活動支架；8-支架；9-氣缸；10-滾輪；11-薄膜卷；12-割刀；13-無桿氣缸；14-伺服電機；15-電機；16-鏈條；17-刷輥；18-電機；19-編碼器；20-氣缸；21-氣爪；22-氣爪；23-鏈條圖2 上下表面覆膜機Fig.2 Upper and lower surface laminating machine

1-支架；2-氣缸；3-擺臂；4-電機；5-張緊輪；6-齒形帶；7-滑架；8-滾輪；9-旋轉(zhuǎn)環(huán)；10-上壓輥；11-上刷輥；12-側(cè)輪；13-電機；14-邊部刷輥；15-下刷輥；16-下支撐輥；17-支架；18-滑塊；19-直線導(dǎo)軌；20-氣缸；21-電機；22-鏈條；23-覆膜小車；24-薄膜卷；25-電機圖3 橫向覆膜機Fig.3 Lateral laminating machine

(5)主要技術(shù)參數(shù)。纏繞速度20圈/min，板垛前進速度8m/min，纏繞重疊率20%，纏繞膜寬度500mm。

設(shè)備主要自動化工作過程如下：(1)夾板夾住位于覆膜小車上的薄膜卷的一端，電機通過齒形帶驅(qū)動旋轉(zhuǎn)環(huán)在滾輪及側(cè)輪上旋轉(zhuǎn)，以帶動固定在旋轉(zhuǎn)環(huán)上的覆膜小車旋轉(zhuǎn)，在板材前進的同時將其纏繞包裹；(2)板材前進過程中，電機驅(qū)動邊部刷輥旋轉(zhuǎn)以撫平板材邊部的塑料膜；氣缸驅(qū)動上刷輥運動至板材上方以撫平板材上表面的塑料膜；電機驅(qū)動下刷輥旋轉(zhuǎn)以撫平板材下表面的塑料膜；(3)板材纏繞覆膜結(jié)束后，氣缸驅(qū)動熱阻絲動作對薄膜進行封邊。板材橫向纏繞覆膜完成。

2.3 托盤加裝裝置

(1)設(shè)備功能。為板垛(板材)底部加裝木制托盤，方便運輸。

(2)研發(fā)難點。托盤加裝位置的準確性；動作連鎖控制。

(3)解決方案。采用伺服電機傳動，提高位置精度；采用多組高精度檢測元件對設(shè)備部件及板材實時位置進行檢測。

(4)設(shè)備組成(圖4)。由托盤提取裝置、板垛提升和保持裝置組成。具體包括橫移裝置、龍門架、托盤小車、液壓缸、保持架、電機、鏈輪及鏈條等。

(5)主要技術(shù)參數(shù)。橫移裝置橫移速度150mm/s，板垛提升高度360mm，木托盤放置位置精度±2mm。

1-固定支架；2-液壓缸；3-活動支架；4-支撐臂；5-保持架；6-電機；7-固定支架；8-鏈輪；9-鏈條；10-橫移裝置；11-龍門架；12-托盤小車；13-木托盤；14-鏈條運輸機圖4 托盤加裝裝置Fig.4 Pallet feeding machine

設(shè)備主要自動化工作過程如下：(1)當板材到達提升和保持裝置中部時，液壓缸驅(qū)動活動支架及安裝在其上的支撐臂上升將板材抬起，電機驅(qū)動保持架橫移至板材下方后，液壓缸驅(qū)動活動支架落下將板材放置于保持架上；(2)橫移裝置將尺寸合適的木托盤從托盤庫中取出并運送至鏈條運輸機上，鏈條運輸機由伺服電機驅(qū)動，將木托盤精確運送至板材正下方；(3)液壓缸再次驅(qū)動活動支架升起使支撐臂穿過托盤的空隙將板材抬起至高于保持架的位置，電機驅(qū)動保持架橫移離開板材，液壓缸驅(qū)動活動支架落下將板材放于托盤之上。板材托盤加裝完成。

3 結(jié)論

鑒于目前板材包裝設(shè)備自動化程度低，無法滿足生產(chǎn)需要的現(xiàn)狀，本文詳細介紹了一條自主研發(fā)的板材自動包裝線的流程及主要組成部分，它包括包括鏈條運輸機、對中裝置、雙層覆膜機、橫向覆膜機、托盤加裝裝置、自動縱向及橫向打捆機、自動貼標設(shè)備等，應(yīng)用這些裝置按照一定的包裝流程進行組合(也可通過增加、減少或者修改某一個或幾個裝置以達到用戶的不同包裝要求)，可實現(xiàn)對板材的自動化包裝。

本機組具有以下突出優(yōu)點：1)通過修改該生產(chǎn)線各單機設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸，可使本機組適用于目前絕大多數(shù)有包裝需要的板材產(chǎn)品；2)通過在機組多處使用性能穩(wěn)定、技術(shù)先進的電子檢測元件，實現(xiàn)對整個機組自動化正確、可靠的控制；3)自動化程度高，極大的提高了生產(chǎn)效率；包裝質(zhì)量高，而且大大降低了包裝成本。