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20世紀60年代，意大利、日本等國相繼研制出半自動、全自動碼垛機,通過不斷改進，已廣泛用于石油化工粉粒產(chǎn)品、化肥、糧食、食品、飲料、藥品、水泥等袋裝和箱裝物料的碼垛作業(yè)。
我國碼垛機從1980年左右起步,之后逐漸在糧食和油脂加工廠得到應用。碼垛機根據(jù)用途和使用場所不同可分為多種結(jié)構(gòu)形式，這里就橋式(旋轉(zhuǎn)式)碼垛機、機器人碼垛機和高位全自動碼垛機的工作原理、結(jié)構(gòu)特點和配置情況作一介紹,供同行參考。
1橋式碼垛機
豆粕庫中豆粕包和豆皮包可以通過打包線輸送帶直接裝車，也可以從地面包堆裝車,倉容一般較大(有5000,6000.8000t和11000t),這樣的規(guī)模人工碼垛和發(fā)貨無法作業(yè)，為了在包裝粕庫碼垛和直接裝車，房式倉一般采用橋式碼垛機進行碼垛作業(yè)。
一般房式倉的設計堆包高度為5.5m,庫房檐高大于8.5m,庫房立柱兩側(cè)設牛腿及橫梁，橫梁規(guī)格為36號工字鋼。在立柱兩側(cè)牛腿上安裝碼垛機軌道，安裝高度6.8m,碼垛機上方安裝高位輻式輸送機。輸送帶和行車軌道沿墻設置，沿兩側(cè)軌道縱向設置行車，從灌裝線下來的粕包凈重分別為60kg和50kg,輸送帶輸送粕包速度為300包/h,沿墻輸送帶送到縱向行車軌道，然后從下滑道送至接包面板進行堆包。在縱向行車軌道和滑道連接處如做成旋轉(zhuǎn)式，下滑道可以旋轉(zhuǎn)，向三個方向堆包,所有控制按鈕集中在接包面板的一側(cè)。
2機器人碼垛機
機器人碼垛機是一種仿真人操作、自動操作、重復編程、在三維空間完成規(guī)定作業(yè)的設備，包括抓起和放置系統(tǒng)，能從一個或多個地點抓起一個或多個紙箱，然后將它們放置到貨盤上預先設置好的地點?；镜挠嬎隳芰翱杉蓚鞲衅饔靡宰R別產(chǎn)品的變化,使機器人碼垛機成為一個智能系統(tǒng),能識別和區(qū)分出多種產(chǎn)品。一般來說，機器人碼垛機要比傳統(tǒng)碼垛機慢，因為它們一次可能只抓取一個箱子，或是要同時發(fā)揮多個功能，因而處理速度變慢。一般來說，機器人碼垛機的速度在每分鐘15~30個箱或包之間。
所有的機器人碼垛機，如果所安裝的機械臂不一樣，它們的碼垛定位也是不一樣的。較小或較輕的產(chǎn)品一般采用具有多軸能力的關節(jié)桿。較重的產(chǎn)品則要采用大型臂或臺架式臂，但這兩類機械臂的移動軸數(shù)比較有限。
2.1主要機構(gòu)
機器人碼垛機主要由機械主體、伺服驅(qū)動系統(tǒng)、手臂機構(gòu)、末端執(zhí)行器(抓手)、末端執(zhí)行器調(diào)節(jié)機構(gòu)以及檢測機構(gòu)組成，按不同的物料包裝、堆垛順序、層數(shù)等要求進行參數(shù)設置,實現(xiàn)不同類型包裝物料的碼垛作業(yè)。按功能劃分為進袋、轉(zhuǎn)向、排袋、編組、抓袋碼垛、托盤庫、托盤輸送以及相應的控制系統(tǒng)等機構(gòu)。
(1)進袋機構(gòu)。采用皮帶輸送機完成碼垛機供袋任務。
(2)轉(zhuǎn)向機構(gòu)。按設定程序?qū)Πb袋作轉(zhuǎn)向編排。
(3)排袋機構(gòu)。釆用皮帶輸送機將編排好的包裝袋送至積袋機構(gòu)。
(4)積袋機構(gòu)。采用皮帶輸送機集中編排好的包裝袋。
(5)抓袋碼垛機構(gòu)。采用機器人碼垛機構(gòu)完成
碼垛作業(yè)。    .，
(6)托盤庫。成疊的托盤由叉車送入,按程序逐個排放至托盤輾道輸送機，有規(guī)律地向碼垛工序供應空托盤，達到8層后的成垛托盤,由輾道輸送機輸送至成垛托盤庫,最后由叉車取出送至倉庫貯存，系統(tǒng)采用可編程序控制器(PLC)控制。
2.2控制系統(tǒng)
我們曾使用過的機器人碼垛機采用西門子ES7-226PLC進行控制，用西門子觸摸屏對畫面進行組態(tài)，通過和PLC的數(shù)據(jù)通訊，來控制和顯示碼垛自動循環(huán)全過程。
電氣控制系統(tǒng)有以下特點:當碼垛機用于包裝、碼垛生產(chǎn)時，可用其自動控制系統(tǒng)根據(jù)需要使其處于“自動”或“手動”狀態(tài)。當設備出現(xiàn)電機過載、岀垛積壓、夾包、空托盤不到位等任何一種故障時，碼垛機將停機或聲光報警，具有自動化保護功能。消除異常后,能重新在原停機狀態(tài)下恢復運行。當碼垛機停機、停電時，可由PLC保持原運行狀態(tài)，避免重復記憶。
2.3工作過程
由包裝線上送來的包裝袋，其封口處于包裝袋前進方向的末端。第1只包裝袋不旋轉(zhuǎn)直接進入排包工序，第2只包裝袋做180。旋轉(zhuǎn)后進入排包工序，然后由排包機將第1、2只包裝袋推至碼包工序，第3、4、5只包裝袋依次在旋轉(zhuǎn)機上做逆時針旋轉(zhuǎn)90。,然后由排包機推至碼包工序；同時將先期進入碼包區(qū)域的第1、2只包裝袋一起推送至卸包臺工作區(qū)域；由卸包機將編碼好的一層包裝袋卸入事先備好的托盤上進行分層碼垛;此時承載托盤下降一層包裝袋高度的行程，至此完成第I層的碼垛工作。后面第3、5、7層的碼垛均按上述程序運行。第2層包裝袋的運行程序為：當?shù)?層的第6、7、8只包裝袋依次進入旋轉(zhuǎn)機后，在旋轉(zhuǎn)機上做順時針方向旋轉(zhuǎn)90。,并送至排包工序，然后由排包機將排列好的3只包裝袋推送至碼包工序，第9只包裝袋不用旋轉(zhuǎn)直接進入排包工序，第10只包裝袋在旋轉(zhuǎn)機上做180。旋轉(zhuǎn)后進入排包工序，由排包機推進至碼包工序，將先期進入碼包區(qū)域的第6、7、8這3只包裝袋編碼在一起，然后將第2層編碼好的5只包裝袋一起推送至卸包臺工作區(qū)域，由卸包機將這5只包裝袋卸在第1層上面進行碼垛;承載托盤再下降一層包裝袋的高程，至此完成第2層的碼垛工作。后面第4、6、8層的碼垛程序，均按上述程序運作。
2.4主要技術(shù)性能及特點
(1)機器人碼垛機結(jié)構(gòu)簡單實用。整機結(jié)構(gòu)設計簡單、合理、實用，占地面積小,與傳統(tǒng)碼垛機相比可節(jié)省廠房面積1/3左右,碼垛能力可達600~800袋/h。
(2)自動化水平高。從進袋、轉(zhuǎn)向、編碼直到碼垛全過程，可實現(xiàn)全自動連續(xù)運行。該機除具有正常開停車功能外，同時還具有自診、報警、打印、通信、故障連鎖等功能，并留有與中央控制室通信的軟件和接口。
(3)操作運行平穩(wěn)可靠。采用低慣量、大功率.運行方法,使操作運行平穩(wěn)可靠，性能良好,并可提高設備元器件的使用壽命?？刂葡到y(tǒng)主要元件與敏感元件采用日本OMRON和FUJI公司產(chǎn)品,氣動系統(tǒng)主要元件釆用日本SMC產(chǎn)品。
(4)部件采用高強度輕質(zhì)合金，強度高。機械設備使用壽命可達15年左右。
(5)設有碼垛機自身和周圍人身安全保護裝置，以保證安全生產(chǎn)。

3高位全自動碼垛機
高位全自動碼垛機由匯總輸送機、斜坡輸送機、轉(zhuǎn)位機、編組機、分層機、升降機、托盤倉、托盤輸送機、垛盤輸送機及高架平臺等組成。
高位全自動碼垛機是在貨盤上方的一定高度或水平上接收需要碼垛產(chǎn)品的?？瞻棕洷P從一個料倉或是積聚站下到碼垛機，機器將貨盤撐開并且定位在一個托盤之下;產(chǎn)品裝入托盤，并且組合成一層或一列;碼垛機輕輕地將已經(jīng)組合好的產(chǎn)品層或產(chǎn)品列放置到位于它們下面的貨盤上；隨后碼垛機繼續(xù)組合第二層產(chǎn)品，改變紙箱的排列格式與貨盤格式相匹配，有的時候?qū)优c層之間會插入一片紙板用來將上下層隔開;之后，貨盤和第1層產(chǎn)品會往下降一層,這樣第2層產(chǎn)品就可以放置到第1層產(chǎn)品上。貨盤不斷下降，一層接一層的產(chǎn)品不斷碼高直到完成指定數(shù)量;碼好的貨盤隨后緩慢降落到地面水平，傳送機或是叉車負責將它們運送到其他捆扎或是拉伸裹包等工作臺，然后運輸出廠。

4碼垛機前面配置的設備
碼垛機是應用在大型散裝貨倉庫后面裝包出貨的，碼垛機前面配置有定量打包機、金屬檢測器和重量檢測器等設備。
4.1定量打包機
人工將包裝袋擺放在供袋盤上,然后抓袋器把包裝袋定位在包裝機的下料口上，電子定量秤內(nèi)放出的物料通過過渡料斗進入包裝袋并傳送到立袋輸送機上，再由夾口整形機、折邊和縫口機完成整形、折邊和縫口，然后由倒袋機將其放倒，經(jīng)金屬檢測器、重量檢測器檢測后，在揀選機上剔除不合格產(chǎn)品并統(tǒng)計合格產(chǎn)品的有關數(shù)據(jù),經(jīng)過中間運輸皮帶后進入碼垛過程。
4.2金屬檢測器
料袋通過金屬檢測器時,若料袋中不含金屬顆粒和金屬顆粒較小時，該檢測器不發(fā)出任何信號，料袋被送到下一道丁序；當料袋含有金屬顆粒大于或等于2mm時，金屬檢測器通過電控系統(tǒng)發(fā)出信號，該料袋在揀選機上被剔除。
4.3重量檢測器
重量檢測器由光電開關I、II控制，當料袋進入該裝置時，光電開關I被料袋遮擋;當料袋被完全載于秤體上時，光電開關II被遮擋，系統(tǒng)通過壓力傳感器開始采集數(shù)據(jù)直至復檢結(jié)束;若重量合格(測量精度10g,動態(tài))，包裝袋進入下道工序;重量超差的包裝袋，系統(tǒng)發(fā)出報警信號，該包裝袋進入揀選機時將其剔除。
5結(jié)束語
碼垛機的故障率極低。在糧油加工廠，碼垛機被用于粕庫堆包和油瓶箱堆包及上車等工序。碼垛機在正常運行時，進包、轉(zhuǎn)包、排包、推包、編碼、卸包、空托盤輸入、承載托盤輸出等工序均按設定的程序進行，并有顯示信號，操作人員僅做監(jiān)護即可。
由于采用了旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、雙向開啟的卸包臺及自動對中等機構(gòu)，垛層編碼合理、包裝袋封口朝里，使垛形四周整齊，具有較高的碼垛質(zhì)量。
碼垛機替代人力勞動，節(jié)省碼垛成本和管理成本，使倉庫堆包現(xiàn)場井然有序，改善了勞動環(huán)境，提升了企業(yè)形象。
但是，碼垛機還需要不斷改進，如紙箱、包裝袋或單位級別產(chǎn)品的組織性能還需進一步改進。目前的配送和供給鏈越來越復雜，速度越來越快,碼垛機面臨的挑戰(zhàn)主要在產(chǎn)品處理和配送的新方法方面。

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