包裝糧裝車碼垛系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

◎ 張志偉，周躍忠，朱凌翔

（杭州市仁和糧食儲(chǔ)備有限公司，浙江 杭州 311107）

包裝性糧食出倉(cāng)是通過(guò)貨車碼垛后進(jìn)行運(yùn)輸。為解決包裝糧出庫(kù)裝車難題，研究團(tuán)隊(duì)歷時(shí)半年多的時(shí)間，研制開(kāi)發(fā)了包裝糧裝車碼垛系統(tǒng)，解決了原始依靠人工碼垛費(fèi)時(shí)費(fèi)力、勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低的問(wèn)題，人工裝車碼垛高度較高，也存在一定的安全隱患。包裝糧裝車碼垛系統(tǒng)的應(yīng)用，避免了生產(chǎn)中安全隱患，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。包裝糧裝車碼垛系統(tǒng)將機(jī)械控制、電氣控制、計(jì)算機(jī)程序控制、紅外線傳感器控制等多種技術(shù)集為一體，可實(shí)現(xiàn)包裝糧出倉(cāng)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守和設(shè)備控制遠(yuǎn)程操作，改善工作環(huán)境、節(jié)約成本、提高生產(chǎn)效率，具有一定的推廣價(jià)值[1-5]。

1 皮帶式輸送集成系統(tǒng)

皮帶式輸送系統(tǒng)包括前端輸送機(jī)設(shè)備、爬坡皮帶輸送機(jī)設(shè)備、縱向輸送機(jī)設(shè)備。每條輸送機(jī)都安裝了相應(yīng)的紅外線檢測(cè)控制傳感器，通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。帶式輸送系統(tǒng)工作如下。

（1）系統(tǒng)啟動(dòng)后，前端輸送機(jī)設(shè)備將原糧包輸送至與爬坡皮帶輸送機(jī)設(shè)備的連接處的紅外線檢測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)爬坡皮帶輸送機(jī)設(shè)備低端是否有包裝物料存在，若沒(méi)有包裝物，則繼續(xù)運(yùn)行至爬坡皮帶輸送機(jī)設(shè)備上端。

（2）包裝糧從爬坡皮帶輸送機(jī)設(shè)備上端運(yùn)行到與縱向輸送機(jī)設(shè)備連接處的傳感器，檢測(cè)縱向皮帶輸送機(jī)前端是否有包裝物料存在，若沒(méi)有包裝物料，則繼續(xù)運(yùn)行至縱向皮帶輸送機(jī)輸送至緩存紅外線傳感器，紅外線傳感器發(fā)出指令后，等待縱向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)接到指令的后續(xù)工作。

（3）縱向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)接到縱向皮帶輸送機(jī)設(shè)備的預(yù)定紅外線傳感器指令后進(jìn)行持續(xù)抓包、移動(dòng)、尋找目標(biāo)位置、放包等一系列工作。

（4）縱向輸送機(jī)設(shè)備與縱向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)成為組合式結(jié)構(gòu)，采用雙軌道、齒輪齒條傳動(dòng)組的鏈接方式，用帶剎車的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，移動(dòng)架安裝在移動(dòng)滑臺(tái)上，移動(dòng)滑臺(tái)與豎向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)移動(dòng)架上的齒輪齒條升降裝置進(jìn)行連接；橫移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)裝置與豎向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為整體結(jié)構(gòu)，包裝袋抓取機(jī)械手安裝在橫移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)裝置上進(jìn)行抓包工作。

2 自動(dòng)碼垛系統(tǒng)

自動(dòng)碼垛系統(tǒng)由縱向齒輪齒條移動(dòng)裝置、齒輪齒條升降裝置、伺服電缸升降夾緊機(jī)械手組成。

（1）縱向齒輪齒條移動(dòng)裝置。如圖1 所示，縱向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)2 為齒輪齒條式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括固定設(shè)置的沿前后方向延伸的齒條7。豎向支架的底部設(shè)置有縱向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)伺服電機(jī)，縱向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)伺服電機(jī)的輸出軸上連接有與齒條咬合傳動(dòng)的齒輪，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，齒輪與齒條咬合，這樣豎向支架就能夠沿縱向?qū)к壡昂笠苿?dòng)。

（2）齒輪齒條升降裝置。如圖2 所示，豎向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)支架6 與橫向?qū)к? 之間通過(guò)導(dǎo)軌連接，橫向?qū)к壣舷乱苿?dòng)的齒輪齒條式升降裝置12，通過(guò)齒輪齒條式升降裝置調(diào)整橫向?qū)к壍母叨?，以匹配不同車型的高度，同時(shí)還可以匹配不同的碼垛高度。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)俯視圖

（3）伺服電缸升降夾緊機(jī)械手。該裝置起抓取貨包、提升及旋轉(zhuǎn)作用，用伺服電缸控制機(jī)械手的上下升降距離，通過(guò)伺服電機(jī)控制抓手的夾緊與松開(kāi)，用齒輪齒條機(jī)構(gòu)控制抓手的90°旋轉(zhuǎn)。橫向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的橫向移動(dòng)支架11 能在豎向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)移動(dòng)臂上下移動(dòng)，移動(dòng)臂的下端轉(zhuǎn)動(dòng)裝有轉(zhuǎn)動(dòng)軸線沿上下方向延伸的包裝袋抓取機(jī)械手8，機(jī)械手驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)抓放包裝袋；移動(dòng)臂與包裝袋抓取機(jī)械手之間設(shè)置有驅(qū)動(dòng)包裝袋抓取機(jī)械手繞上下方向轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)13。

3 PLC 程序控制系統(tǒng)

（1）PLC 程序控制系統(tǒng)是整個(gè)包裝糧裝車碼垛系統(tǒng)的中樞部分，包括PLC 程序控制的軟硬件，PLC 程序控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖3。通過(guò)PLC 程序控制系統(tǒng)對(duì)包裝糧裝車碼垛生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制，完全實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè)，具有一定的故障報(bào)警功能、工作流程顯示和設(shè)備控制連鎖停機(jī)功能。此外，系統(tǒng)還配有RS-232/RS-485 通信接口，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備工作運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障診斷和信息化管理。本控制系統(tǒng)采用三菱FX3U-32MT/64MT 系列PLC，觸摸屏控制柜，實(shí)現(xiàn)流程畫面的實(shí)時(shí)傳送，可使企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)和運(yùn)行管理人員、維護(hù)人員能夠及時(shí)了解和掌握現(xiàn)場(chǎng)碼垛機(jī)器的工作狀態(tài)及相關(guān)設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)行情況，便于整個(gè)包裝糧出倉(cāng)信息、狀態(tài)監(jiān)視和運(yùn)輸物流管理等。

圖3 PLC 程序控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

（2）自動(dòng)生產(chǎn)流程控制。由于在特殊的環(huán)境作業(yè)，需要從工人工作安全性、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度等方面考慮。①設(shè)備操作要簡(jiǎn)單、安全、穩(wěn)定、可靠。②有自動(dòng)檢測(cè)程序和自動(dòng)糾偏、故障自動(dòng)檢測(cè)提示，方便維修。③整個(gè)輸送過(guò)程中沒(méi)有人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行干預(yù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備操作、現(xiàn)場(chǎng)管理和整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程完成，達(dá)到輸送、碼垛、運(yùn)輸整個(gè)流程自動(dòng)化和智能化目標(biāo)。

（3）包裝糧裝車碼垛系統(tǒng)設(shè)置有故障報(bào)警、程序檢測(cè)、自動(dòng)糾偏，方便維修。運(yùn)行管理人性化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和自動(dòng)連鎖停機(jī)功能。

（4）包裝糧裝車碼垛系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)有一鍵急停功能，在生產(chǎn)過(guò)程中若出現(xiàn)緊急情況或故障，能夠?qū)崿F(xiàn)急停，有效地保護(hù)設(shè)備和人身安全。

4 結(jié)語(yǔ)

包裝碼垛系統(tǒng)在倉(cāng)儲(chǔ)包裝糧出倉(cāng)的應(yīng)用推廣大大改善了在特殊環(huán)境下工作的條件，減少人工參與、節(jié)約企業(yè)成本、增加經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)在增強(qiáng)企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、提高自動(dòng)化技術(shù)水平上也具有重大意義。該包裝糧裝車碼垛系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)如下。

（1）由移動(dòng)帶式輸送機(jī)與糧堆對(duì)接，通過(guò)帶式輸送機(jī)將貨包輸送到碼垛機(jī)存放平臺(tái)，解決了依靠人力投放貨包到運(yùn)輸車輛的問(wèn)題。

（2）輸送機(jī)與碼垛堆放移動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行聯(lián)控模式，以免產(chǎn)生集包和掉落安全事故。

（3）機(jī)器在碼垛裝貨包時(shí)，會(huì)對(duì)貨包的數(shù)量自動(dòng)在線計(jì)數(shù)，以便后續(xù)查驗(yàn)。

（4）包裝糧裝車碼垛系統(tǒng)作業(yè)，碼垛速度快，垛型整齊，安全穩(wěn)定。刨除其他因素，經(jīng)實(shí)際測(cè)算，每小時(shí)可以碼包120 t。