袋装物料自动码垛拆垛的功能实现与设计

张建辉

（河南科技大学，洛阳 471003）

在我国的化肥、面粉、淀粉、饲料、油脂粕和食盐等行业，其产品物料采用袋装形式，且产量巨大，包装后常以码垛机把料袋码放在库房地面上，或码放在托盘上在库房内周转堆垛。若产品直接码放在库房地面上，可节省大量托盘，但在销售外运装车时没有理想的拆垛设备，通常只能采用移动式升降皮带机进行拆垛装车，而且需要实时移动皮带机和车辆，存在拆垛困难、效率低、需要工人数量多、工人劳动强度大以及生产成本高的情况。若将料袋码放在托盘上，采用叉车周转方便，但需要托盘数量多，投资成本高，占用库房空间大，而且托盘堆码料袋装车拆袋时也存在工人劳动强度大、效率低的弊端。

目前，半自动码垛机和自动码垛机已经在成熟应用[1]，库房堆包码垛问题已经得到较好解决。但是，在库房拆垛装车时，由于缺乏性能良好的拆垛机设备，拆垛装车环节的效率始终无法得到提高。为了解决既能码垛同时又能高效拆垛的困难，通过对当前码垛设备进行研究分析，设计出了一种自动码垛拆垛装置。使用该装置可实现包装输送后自动码垛，需要拆垛装车外运时又可自动拆垛，从而实现自动码垛和自动拆垛功能。该装置解决了目前码垛后拆垛困难的难题，提高了生产效率，降低了生产成本，实现了料袋库房码垛拆垛的自动化和智能化。

1 自动码垛拆垛的功能实现

近10年来，随着袋装物料产能和码垛工作量的增大和劳动力的短缺，高效的码垛设备需求旺盛。相关设备厂家根据码垛现场的实际情况，通过发挥主动能动性和创造性，研发设计和制作出了效果好、能有效解放劳动力的码垛设备，经过不断的积累与改进完善，逐渐形成了现在成熟可靠的半自动和全自动码垛设备。

应用较早且技术成熟的半自动码垛设备是桥式码垛堆包机，主要特点是码垛机放置在库房的顶部，在库房两侧的钢轨上行走，而且码垛机设置有大车、行走小车和码垛升降输送机。大车可沿着库房长度方向行走，行走小车在大车轨道上可沿着库房宽度方向行走，码垛升降输送机可升降旋转，再配以输送设备输送料袋。码垛工人操作时可以控制移动大车和行走小车的位置，并调整码垛升降输送机的高度，从而使码垛接包台能够处于库房三维空间的任意位置，以便于高效地就近堆包码垛。图1为桥式码垛堆包机的布置原理图，图2为桥式码垛堆包机现场使用图。

目前，使用较多的是机器人自动码垛机。袋装物料机器人码垛机通常由四轴机器人、抓手、底座和控制器等组成。机器人码垛机可按一定的垛形将料袋码放在托盘上，再由叉车叉取存放在库房内，完全实现了无人自动码垛[2]。图3为机器人自动码垛机使用现场图。

半自动桥式码垛堆包机和机器人自动码垛机都存在码垛后拆垛困难的情况，因此为了满足既能自动码垛又能自动拆垛的要求，实现码垛和拆垛的自动化和无人化，经研究分析目前码垛设备的现状和功能，分析设计出了具有自动码垛和自动拆垛功能的一体机装置，如图4所示。该装置在半自动桥式码垛堆包机工作原理的基础上，设置了沿库房长度方向行走的大车，再由大车驱动配置伺服电机，用于自动控制大车的行程。在大车上设置有沿库房宽度方向行走的小车，小车驱动配置有伺服电机。同时，小车上配置有升降码垛输送机和升降拆垛输送机，升降码垛拆垛机端部设置有自动码垛放包装置，升降拆垛输送机端部设置自动拆垛拆袋装置，再配置基于可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）控制的伺服控制系统进行控制。这样需要自动码垛时把自动拆垛输送机升起，使用升降码垛输送机即可进行料袋的自动码垛；需要出库外运拆垛时，把升降码垛输送机升起，使用升降拆垛输送机即可进行料袋的自动拆垛，从而实现自动码垛和自动拆垛功能，实现料袋库房码垛拆垛的自动化和智能化，提高生产效率，降低生产成本[3]。

2 自动码垛拆垛结构设计

2.1 大车结构

大车采用地轨式、钢板焊接的箱梁式结构，如图5 所示。两侧为端梁，端梁上配置主、从动行走轮，主动轮上连接伺服电机减速机，两端梁由两个箱式纵梁连接，纵梁长度根据库房宽度确定，两纵梁上设置小车行走轨道。

2.2 小车结构

小车为框架式结构，由型钢焊接或连接而成，如图6所示。两侧配置主、从动行走轮，在大车上的小车轨道内行走，主动轮上连接伺服电机减速机，小车架的上部配置有两套升降装置，用来升降码垛输送机和拆垛输送机，小车架的高度根据码垛高度需要确定。

2.3 自动码垛装置设计

自动码垛装置固定在小车上，由小车上的升降装置驱动其升降，并可以随小车沿库房宽度方向移动。该装置包含有自动放包装置、码垛输送机、大车输送机和拦包装置等。包装后的料袋经库房输送机送到大车输送机上，在拦包后送到码垛输送机上，再由码垛输送机送到放包装置中。传感器检测到料包到位后，进行自动放包码垛。放包装置采用平行四边形结构连接，可在升降中保持水平，采用气动驱动，具有放包速度快的特点。自动码垛装置如图7所示。

2.4 自动拆垛装置设计

自动拆垛装置和自动码垛装置并排固定在小车上，均由小车上的升降装置驱动其升降，并可随小车沿库房宽度方向移动。自动拆垛装置包含有自动拆包装置、拆包输送机、大车输送机等，能够实现逐层拆取码垛料袋。需要拆垛时，自动拆包装置将码垛好的料袋逐一拆取后送到拆垛输送机上，再转送到大车输送机上送到库房外装车外运。拆包装置同样采用平行四边形结构连接，以保证升降中保持水平，结构如 图8所示。

自动码垛拆垛一体机的组合结构图如图9所示。需要码垛时，把自动拆垛装置升起，由自动码垛装置逐层进行码垛；需要拆垛装车时，把自动码垛装置升起，由自动拆垛装置逐层进行拆垛。通过合理的结构设计，较好地实现了自动码垛拆垛的功能。

3 自动码垛拆垛控制运行过程

行走大车、小车、码垛升降装置和拆垛升降装置都配置有伺服电机，每一节奏的行走和升降距离，以及各输送机各装置的动作运行，均由探测传感装置和PLC控制系统控制协调运行[4-5]。码垛顺序是先沿宽度方向从左向右或从右向左来回逐层码放，一层内每码放一包小车就向左或向右行走一包的宽度。一层码放完毕后，码垛升降装置上升一包的高度，再进行上一层的逐包码放。这样依次逐层往返码放到要求的高度或层数后，大车向后行走一包的长度距离，再逐层码放到一行的高度，这样依次循环往复。拆垛时，按与码垛的相反循序和方向进行。拆垛顺序是先沿宽度方向从右向左或从左向右来回逐层拆取，一层内每拆取一包小车就向右或向左行走一包的宽度。一层拆取完毕后，拆垛升降装置下降一包的高度，再进行下面一层的逐包拆取。这样依次逐层往返拆取一行后，大车向前行走一包的长度距离，再逐层拆取下一行的料袋，直至所有料袋拆取完毕。

4 结语

通过分析袋装物料码垛拆垛现状，研究设计出了自动码垛拆垛一体机结构，实现了既能自动码垛又能自动拆垛的功能。该装置是一套完善的料袋码垛拆垛无人自动化和智能化系统设备，能够满足当前袋装物料码垛拆垛的需求，对提高行业设备水平和行业生产效率具有重要意义。