包装线码垛吊具方案设计与分析

张 敏，李东波，何 非，黄 川

(南京理工大学 机械工程学院，江苏 南京 210094)

包装线码垛吊具方案设计与分析

张 敏，李东波，何 非，黄 川

(南京理工大学 机械工程学院，江苏 南京 210094)

提出4种包装线码垛吊具设计方案。通过对市场上现有的包装线产品的包装形式以及码垛形式进行需求及技术分析，提出4种满足绝大多数产品码垛的吊具设计方案。综合分析各吊具方案的结构组成和工作方式，比较各个吊具方案的优缺点，为包装线码垛吊具选择提供依据。

包装线；码垛吊具；方案

包装机械是包装工业的基础和制高点，其发展水平决定了整个包装工业的发展水平[1]。近年来我国包装机械的生产和设计取得了巨大发展，大量填补了国内包装机械的空白[2]。随着品种规格的不断增加，国外包装机械已逐步趋向于智能化、高效化和高资源利用化方向发展[3]，而我国包装机械的发展如果要满足包装行业快速发展的需求，就需对包装机械行业进行深层次的分析，并积极参与国际竞争，真正做到自我创新、自我发展。

1 设计分析

目前包装企业在市场竞争的压力下，希望通过不断开发新的产品、采用创新的包装形式以适应消费者的需求，进而赢得更广阔的市场。那么在这种情况下，包装生产企业就必须通过包装线的改变来实现产品包装的变化。随着物质生活水平的提高，人们对包装产品的需求量也日益增多，现有的包装生产线已渐渐无法承受市场需求的负担，为适应包装工业的大生产，以获取规模经济效益，包装机械已经向高速、高生产能力产品发展[4]，据相关研究统计分析，全球包装机械需求正在高速地增长。

包装线产品包装方式不同，对于大多数产品而言为纸箱包装，除此之外还存在塑料筐包装和薄膜包装形式，不同的包装形式需要不同形式的吊具进行装载码垛。除了产品的包装种类以外，产品码垛时的排列方式和产品的包装材质也将影响吊具的设计。

1.1包装线产品的包装形式

包装线产品的包装形式是码垛吊具方案设计时考虑的重要因素之一，目前,综合市场上现有的几种主流产品包装方式如下：(1)全纸箱包装；(2)半纸箱包装；(3)塑料筐包装；(4)塑料膜包装。

全纸箱包装是市场上大多数包装产品所采用的包装方式，相比于其他包装方式而言，全纸箱包装方式方便快捷，节省成本。半纸箱包装和塑料膜包装是为了节省材料而提出的另一种包装方式，此包装方式在一定成度上降低了包装成本，但大大增加了包装码垛难度。塑料筐包装方便安全，最能适应码垛吊具的码垛需求，但塑料筐制造难度较大，成本较高。

1.2包装线产品码垛排列方式

产品码垛时大致分为2种码垛方式，一种是通过吊具对码垛层分部操作，另一种为吊具一次性吊起一层的产品进行逐层堆垛。不同类型的包装线产品的码垛排列方式不尽相同，所以吊具设计也不尽相同。以各个包装线产品的单体尺寸为依据，产品的码垛排列方式分为以下几种，如图1～图4所示。

图1 8箱排列方法

图2 10箱排列方法

图3 12箱排列方法

图4 15箱排列方法

2 码垛吊具方案设计

方案设计是概念设计后阶段的重要设计工作过程，它的目标是为了实现设计理念和功能。在方案设计中确定合理的功能求解模型可以大大加快方案设计的进程，得到更符合设计对象要求的综合最优方案[5]。方案设计流程如图5所示。

2.1码垛吊具方案设计要求

a.能够适应大多数包装线产品的码垛以及产品的各种排列方式。

b.吊具起吊过程中不能损坏包装产品和产品的包装。

c.考虑到产品的质量不同，吊具应满足最大限度的起吊质量，设计起吊质量大于120kg。

d.吊具起吊过程中不能出现剧烈晃动等不稳定现象。

图5 方案设计流程

2.2码垛吊具方案选择

a.方案一如图6所示，该吊具主要由气缸配合前后侧板实现码垛的过程。工作过程为前移动侧板在气缸的带动下对包装产品进行夹紧，侧板内侧涂有增大摩擦系数的材料以保证足够大的摩擦力，在前侧板的外侧有固定气缸，夹紧后可拖住包装产品底部，防止其掉落。该方案一次性码垛产品数量较少，但是能实现对每个产品包装个体的位置调整，方便灵活。

1—后侧板;2—主框架;3—机械手连接块;4—前侧板;5—托抓;6—上托气缸;7—夹紧气缸

b.方案二如图7所示，该吊具包括主框架、机械手连接块、主梁、双夹板、摩擦垫块、夹紧气缸和单夹板等组件。通过气缸对不同排列方式的产品的4个侧面同时夹紧，然后实现一层一层堆垛。由于各种产品的码垛排列方式不同，在保证4个侧面同时受夹紧力作用但又不损坏产品包装的前提下，该吊具上设有摩擦垫块，既可以增大摩擦力又可以弥补排列间隙，使各个面受力均匀。

1—主框架;2—机械手连接块;3—主梁;4—夹紧气缸;5—单夹板;6—连接螺栓;7—摩擦垫块;8—双夹板

c.方案三如图8所示，该吊具主要由连接块、主框架、连接螺柱、主梁、外翻侧板、夹紧挂钩和气缸等组件构成，其中外翻侧板内侧涂有增大摩擦系数的材料。当产品排列完毕时，吊具在码垛机械手带动下下降，外翻侧板气缸工作使外翻侧板夹紧产品排列完成后的4个侧面，夹紧挂钩气缸带动挂钩从反方向夹紧，然后机械手移动实现码垛过程。

1—连接块;2—主框架;3—主梁;4—连接螺柱;5—夹紧气缸;6—夹紧挂钩;7—主梁

d.方案四如图9所示，该吊具主要由包边、主梁、细梁、侧板、夹紧气缸、主轴电机、压板、压板电机、卷帘滚子和输送链等组件组成，其中输送链传动中采用过度链轮反绕结构，使得滚子从中间部分分开沿导槽两侧运动。吊具主要工作过程为当产品被推送到指定位置后两侧气缸夹紧，压板电机启动，带动压板夹紧，吊具移动到码垛位置后，主轴电机启动后，带动卷帘滚子两侧分开，产品下落到指定位置后，气缸、压板和卷帘滚子回到初始位置。

1—包边;2—主梁;3—侧板;4—夹紧气缸;5—输送链;6—卷帘滚子;7—细梁;8—主轴电机;9—压板电机;10—压板

3 方案比较

2.2节中提出的各种不同方案，其优缺点各异，为了能够合理地选择码垛吊具，将各方案进行比较，见表1。

表1 方案比较

由上述比较可知，针对于不同的包装生产线产品而言，码垛吊具方案的选择各异。根据表1中对各方案的分析比较，能够明确地依照产品自身特点和吊具的经济价值合理选择码垛方案。

4 结束语

本文所提出的包装线产品码垛吊具设计方案能基本实现对所有包装形式以及码垛排列形式的产品的码垛，并且文中详细介绍了各种方案的优点和不足，方便不同包装产品对码垛吊具的选择。但是，文中提出的码垛吊具方案只适合轻型产品码垛，不适用于大型、重型产品的码垛，例如水泥、大米等。

[1] 戴宏民，戴佩燕，周均.中国包装机械发展的成就及问题[J].包装学报，2012，4(1):61-65.

[2] 高德.包装机械设计[M].北京：化学工业出版社，2007.

[3] 黄站立.从世界包装机械发展趋势谈我国的对策[J].机电信息，2008(11):38-40.

[4] 黄国栋，陈杰.CONWIP拉式机制在自动包装线中的应用设计[J].包装工程，2011(6):58-60.

[5] 邹慧君，张龙.机械产品概念设计与方案设计的基本理论和方法研究[J].机械设计与研究，2008(2):74-78.

DesignandAnalysisofPackagingLinePalletizingSling

ZHANG Min, LI Dongbo, HE Fei, HUANG Chuan

(Nanjing University of Science and Technology, Jiangsu Nanjing, 210094, China)

This paper presents four design schemes of palletizing. Based on the demand and technical analysis of packaging and palletizing form on the product packaging line, it puts forward four kinds of satisfy most product palletizing sling design scheme, realizes comprehensive analysis of the structure composition and the working way of sling schemes, compares the advantages and disadvantages of sling scheme, provides the basis for packing line pallet sling selection.

Packaging Line; Pallet Sling; Scheme

10.3969/j.issn.2095-509X.2014.08.003

2014-07-02

张敏(1990—)，男，安徽安庆人，南京理工大学硕士研究生，主要研究方向为机械结构和有限元分析。

TH122

A

2095-509X(2014)08-0010-04