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20世紀(jì)60年代，意大利、日本等國(guó)相繼研制出半自動(dòng)、全自動(dòng)碼垛機(jī),通過(guò)不斷改進(jìn)，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(guó)碼垛機(jī)從1980年左右起步,之后逐漸在糧食和油脂加工廠得到應(yīng)用。碼垛機(jī)根據(jù)用途和使用場(chǎng)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(jī)、機(jī)器人碼垛機(jī)和高位全自動(dòng)碼垛機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和配置情況作一介紹,供同行參考。
1橋式碼垛機(jī)
豆粕庫(kù)中豆粕包和豆皮包可以通過(guò)打包線輸送帶直接裝車，也可以從地面包堆裝車,倉(cāng)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(wú)法作業(yè)，為了在包裝粕庫(kù)碼垛和直接裝車，房式倉(cāng)一般采用橋式碼垛機(jī)進(jìn)行碼垛作業(yè)。
一般房式倉(cāng)的設(shè)計(jì)堆包高度為5.5m,庫(kù)房檐高大于8.5m,庫(kù)房立柱兩側(cè)設(shè)牛腿及橫梁，橫梁規(guī)格為36號(hào)工字鋼。在立柱兩側(cè)牛腿上安裝碼垛機(jī)軌道，安裝高度6.8m,碼垛機(jī)上方安裝高位輻式輸送機(jī)。輸送帶和行車軌道沿墻設(shè)置，沿兩側(cè)軌道縱向設(shè)置行車，從灌裝線下來(lái)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(jìn)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(gè)方向堆包,所有控制按鈕集中在接包面板的一側(cè)。
2機(jī)器人碼垛機(jī)
機(jī)器人碼垛機(jī)是一種仿真人操作、自動(dòng)操作、重復(fù)編程、在三維空間完成規(guī)定作業(yè)的設(shè)備，包括抓起和放置系統(tǒng)，能從一個(gè)或多個(gè)地點(diǎn)抓起一個(gè)或多個(gè)紙箱，然后將它們放置到貨盤上預(yù)先設(shè)置好的地點(diǎn)?；镜挠?jì)算能力及可集成傳感器用以識(shí)別產(chǎn)品的變化,使機(jī)器人碼垛機(jī)成為一個(gè)智能系統(tǒng),能識(shí)別和區(qū)分出多種產(chǎn)品。一般來(lái)說(shuō)，機(jī)器人碼垛機(jī)要比傳統(tǒng)碼垛機(jī)慢，因?yàn)樗鼈円淮慰赡苤蛔ト∫粋€(gè)箱子，或是要同時(shí)發(fā)揮多個(gè)功能，因而處理速度變慢。一般來(lái)說(shuō)，機(jī)器人碼垛機(jī)的速度在每分鐘15~30個(gè)箱或包之間。
所有的機(jī)器人碼垛機(jī)，如果所安裝的機(jī)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(guān)節(jié)桿。較重的產(chǎn)品則要采用大型臂或臺(tái)架式臂，但這兩類機(jī)械臂的移動(dòng)軸數(shù)比較有限。
2.1主要機(jī)構(gòu)
機(jī)器人碼垛機(jī)主要由機(jī)械主體、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、手臂機(jī)構(gòu)、末端執(zhí)行器(抓手)、末端執(zhí)行器調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以及檢測(cè)機(jī)構(gòu)組成，按不同的物料包裝、堆垛順序、層數(shù)等要求進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,實(shí)現(xiàn)不同類型包裝物料的碼垛作業(yè)。按功能劃分為進(jìn)袋、轉(zhuǎn)向、排袋、編組、抓袋碼垛、托盤庫(kù)、托盤輸送以及相應(yīng)的控制系統(tǒng)等機(jī)構(gòu)。
(1)進(jìn)袋機(jī)構(gòu)。采用皮帶輸送機(jī)完成碼垛機(jī)供袋任務(wù)。
(2)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。按設(shè)定程序?qū)Πb袋作轉(zhuǎn)向編排。
(3)排袋機(jī)構(gòu)。釆用皮帶輸送機(jī)將編排好的包裝袋送至積袋機(jī)構(gòu)。
(4)積袋機(jī)構(gòu)。采用皮帶輸送機(jī)集中編排好的包裝袋。
(5)抓袋碼垛機(jī)構(gòu)。采用機(jī)器人碼垛機(jī)構(gòu)完成
碼垛作業(yè)。    .，
(6)托盤庫(kù)。成疊的托盤由叉車送入,按程序逐個(gè)排放至托盤輾道輸送機(jī)，有規(guī)律地向碼垛工序供應(yīng)空托盤，達(dá)到8層后的成垛托盤,由輾道輸送機(jī)輸送至成垛托盤庫(kù),最后由叉車取出送至倉(cāng)庫(kù)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?cè)褂眠^(guò)的機(jī)器人碼垛機(jī)采用西門子ES7-226PLC進(jìn)行控制，用西門子觸摸屏對(duì)畫面進(jìn)行組態(tài)，通過(guò)和PLC的數(shù)據(jù)通訊，來(lái)控制和顯示碼垛自動(dòng)循環(huán)全過(guò)程。
電氣控制系統(tǒng)有以下特點(diǎn):當(dāng)碼垛機(jī)用于包裝、碼垛生產(chǎn)時(shí)，可用其自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)需要使其處于“自動(dòng)”或“手動(dòng)”狀態(tài)。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)電機(jī)過(guò)載、岀垛積壓、夾包、空托盤不到位等任何一種故障時(shí)，碼垛機(jī)將停機(jī)或聲光報(bào)警，具有自動(dòng)化保護(hù)功能。消除異常后,能重新在原停機(jī)狀態(tài)下恢復(fù)運(yùn)行。當(dāng)碼垛機(jī)停機(jī)、停電時(shí)，可由PLC保持原運(yùn)行狀態(tài)，避免重復(fù)記憶。
2.3工作過(guò)程
由包裝線上送來(lái)的包裝袋，其封口處于包裝袋前進(jìn)方向的末端。第1只包裝袋不旋轉(zhuǎn)直接進(jìn)入排包工序，第2只包裝袋做180。旋轉(zhuǎn)后進(jìn)入排包工序，然后由排包機(jī)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(jī)上做逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90。,然后由排包機(jī)推至碼包工序；同時(shí)將先期進(jìn)入碼包區(qū)域的第1、2只包裝袋一起推送至卸包臺(tái)工作區(qū)域；由卸包機(jī)將編碼好的一層包裝袋卸入事先備好的托盤上進(jìn)行分層碼垛;此時(shí)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(yùn)行。第2層包裝袋的運(yùn)行程序?yàn)椋寒?dāng)?shù)?層的第6、7、8只包裝袋依次進(jìn)入旋轉(zhuǎn)機(jī)后，在旋轉(zhuǎn)機(jī)上做順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)90。,并送至排包工序，然后由排包機(jī)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(jìn)入排包工序，第10只包裝袋在旋轉(zhuǎn)機(jī)上做180。旋轉(zhuǎn)后進(jìn)入排包工序，由排包機(jī)推進(jìn)至碼包工序，將先期進(jìn)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(tái)工作區(qū)域，由卸包機(jī)將這5只包裝袋卸在第1層上面進(jìn)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(yùn)作。
2.4主要技術(shù)性能及特點(diǎn)
(1)機(jī)器人碼垛機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用。整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、合理、實(shí)用，占地面積小,與傳統(tǒng)碼垛機(jī)相比可節(jié)省廠房面積1/3左右,碼垛能力可達(dá)600~800袋/h。
(2)自動(dòng)化水平高。從進(jìn)袋、轉(zhuǎn)向、編碼直到碼垛全過(guò)程，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行。該機(jī)除具有正常開(kāi)停車功能外，同時(shí)還具有自診、報(bào)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(yùn)行平穩(wěn)可靠。采用低慣量、大功率.運(yùn)行方法,使操作運(yùn)行平穩(wěn)可靠，性能良好,并可提高設(shè)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(dòng)系統(tǒng)主要元件釆用日本SMC產(chǎn)品。
(4)部件采用高強(qiáng)度輕質(zhì)合金，強(qiáng)度高。機(jī)械設(shè)備使用壽命可達(dá)15年左右。
(5)設(shè)有碼垛機(jī)自身和周圍人身安全保護(hù)裝置，以保證安全生產(chǎn)。

3高位全自動(dòng)碼垛機(jī)
高位全自動(dòng)碼垛機(jī)由匯總輸送機(jī)、斜坡輸送機(jī)、轉(zhuǎn)位機(jī)、編組機(jī)、分層機(jī)、升降機(jī)、托盤倉(cāng)、托盤輸送機(jī)、垛盤輸送機(jī)及高架平臺(tái)等組成。
高位全自動(dòng)碼垛機(jī)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。空白貨盤從一個(gè)料倉(cāng)或是積聚站下到碼垛機(jī)，機(jī)器將貨盤撐開(kāi)并且定位在一個(gè)托盤之下;產(chǎn)品裝入托盤，并且組合成一層或一列;碼垛機(jī)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(jī)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(shí)候?qū)优c層之間會(huì)插入一片紙板用來(lái)將上下層隔開(kāi);之后，貨盤和第1層產(chǎn)品會(huì)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(jī)或是叉車負(fù)責(zé)將它們運(yùn)送到其他捆扎或是拉伸裹包等工作臺(tái)，然后運(yùn)輸出廠。

4碼垛機(jī)前面配置的設(shè)備
碼垛機(jī)是應(yīng)用在大型散裝貨倉(cāng)庫(kù)后面裝包出貨的，碼垛機(jī)前面配置有定量打包機(jī)、金屬檢測(cè)器和重量檢測(cè)器等設(shè)備。
4.1定量打包機(jī)
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(jī)的下料口上，電子定量秤內(nèi)放出的物料通過(guò)過(guò)渡料斗進(jìn)入包裝袋并傳送到立袋輸送機(jī)上，再由夾口整形機(jī)、折邊和縫口機(jī)完成整形、折邊和縫口，然后由倒袋機(jī)將其放倒，經(jīng)金屬檢測(cè)器、重量檢測(cè)器檢測(cè)后，在揀選機(jī)上剔除不合格產(chǎn)品并統(tǒng)計(jì)合格產(chǎn)品的有關(guān)數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)中間運(yùn)輸皮帶后進(jìn)入碼垛過(guò)程。
4.2金屬檢測(cè)器
料袋通過(guò)金屬檢測(cè)器時(shí),若料袋中不含金屬顆粒和金屬顆粒較小時(shí)，該檢測(cè)器不發(fā)出任何信號(hào)，料袋被送到下一道丁序；當(dāng)料袋含有金屬顆粒大于或等于2mm時(shí)，金屬檢測(cè)器通過(guò)電控系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，該料袋在揀選機(jī)上被剔除。
4.3重量檢測(cè)器
重量檢測(cè)器由光電開(kāi)關(guān)I、II控制，當(dāng)料袋進(jìn)入該裝置時(shí)，光電開(kāi)關(guān)I被料袋遮擋;當(dāng)料袋被完全載于秤體上時(shí)，光電開(kāi)關(guān)II被遮擋，系統(tǒng)通過(guò)壓力傳感器開(kāi)始采集數(shù)據(jù)直至復(fù)檢結(jié)束;若重量合格(測(cè)量精度10g,動(dòng)態(tài))，包裝袋進(jìn)入下道工序;重量超差的包裝袋，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，該包裝袋進(jìn)入揀選機(jī)時(shí)將其剔除。
5結(jié)束語(yǔ)
碼垛機(jī)的故障率極低。在糧油加工廠，碼垛機(jī)被用于粕庫(kù)堆包和油瓶箱堆包及上車等工序。碼垛機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，進(jìn)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(shè)定的程序進(jìn)行，并有顯示信號(hào)，操作人員僅做監(jiān)護(hù)即可。
由于采用了旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、雙向開(kāi)啟的卸包臺(tái)及自動(dòng)對(duì)中等機(jī)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(jī)替代人力勞動(dòng)，節(jié)省碼垛成本和管理成本，使倉(cāng)庫(kù)堆包現(xiàn)場(chǎng)井然有序，改善了勞動(dòng)環(huán)境，提升了企業(yè)形象。
但是，碼垛機(jī)還需要不斷改進(jìn)，如紙箱、包裝袋或單位級(jí)別產(chǎn)品的組織性能還需進(jìn)一步改進(jìn)。目前的配送和供給鏈越來(lái)越復(fù)雜，速度越來(lái)越快,碼垛機(jī)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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