板材自动包装线的研发

刘 杰，杨 鹏，常 瑜，苏振华，李晓莉，关 燚，杜明义

(1.中国重型机械研究院股份公司，陕西 西安 710018；2.西安理工大学 机械与精密仪器工程学院，陕西 西安 710048；3.南山铝业股份有限公司，山东 烟台 265706)

随着国内外板材加工设备的快速发展，对板材生产线及包装效率提出了更高的要求。目前国内大部分板材生产企业的包装生产部分都是依靠人工去完成的，人工包装效率低，自动化程度低。针对以上问题，本文结合现场生产实际过程，研制出了一套板材自动包装生产线，实现了板材的自动化包装生产。

1 机组组成及工艺过程描述

1.1 机组组成

如图1所示，板材自动包装线由链条小车、链条运输机、对中装置、上下表面覆膜机、横向覆膜机、顶板加装机、自动纵向打捆机、托盘提取装置、板垛提升和保持装置、自动横向打捆机、称重运输装置、自动贴标机、横移小车等组成。实现对单张或整垛板材的包装、称重、贴标，最后将包装好的板材送入料库。

1-链条小车；2-链条运输机；3-对中装置；4-链条运输机；5-上下表面覆膜机；6-链条运输机；7-横向覆膜机；8-链条运输机；9-顶板加装机；10-链条运输机；11-自动纵向打捆机；12-链条运输机；13-托盘提取装置；14-板垛提升和保持装置；15-链条运输机；16-自动横向打捆机；17-链条运输机；18-称重运输装置；19-自动贴标机；20-横移小车图1 板材自动包装线平面布置图Fig.1 Layout plan of automatic packing line for plate

1.2 包装工艺流程

天车将板垛放入包装线链条小车→对中装置对中→上下表面覆膜机进行上下覆膜→横向覆膜机进行横向缠绕覆膜→加装顶盖板及边部护角→纵向打捆机进行纵向打捆→托盘加装装置为板垛底部加装木托盘→横向打捆机进行横向打捆→称重运输装置称重→自动贴标装置贴标→横移小车将板垛运送至库房。

1.3 产品规格及机组产能

产品规格：

板材长度：2000mm～12000mm

板材宽度：1000mm～2800mm

单片板材厚度：4mm～250mm

板垛高：30mm～440mm

最大单片板重：2000kg

最大板垛重量：10000kg

最大板材温度：50℃

机组产能见表1。

表1 4种典型产品生产节奏及产能

2 关键设备描述

2.1 上下表面覆膜机

(1)设备功能。用于给板垛(板材)上下表面包覆包装材料。

(2)研发难点。板垛(板材)上下表面覆膜的平整性；动作连锁控制。

(3)解决方案。设置刷辊在覆膜过程中对薄膜进行抚平；采用多组高精度检测元件对设备部件及板材实时位置进行检测。

(4)设备组成(图2)。电机、气缸、活动支架、固定支架、卷筒、气爪等。

(5)主要技术参数。薄膜帘高度1800mm，刷辊直径Φ160mm，板垛前进速度8m/min。

设备主要自动化工作过程如下：(1)在板材到达之前，气爪抓取薄膜并将其拉下形成薄膜帘；(2)伺服电机控制卷筒旋转将合适长度的薄膜缠绕于卷筒上；(3)板材通过薄膜帘时，薄膜卷及卷筒分别将薄膜覆于板材的上、下表面，此过程中刷辊轻压板材表面并由电机驱动旋转以抚平薄膜；(4)当编码器检测到薄膜长度到达设定值后，无杆气缸驱动割刀运动将薄膜切断。板材上下表面覆膜完成。

2.2 横向覆膜机

(1)设备功能。用于给板垛(板材)横向缠绕包装材料。

(2)研发难点。板垛(板材)横向缠绕包装材料的均匀性；动作连锁控制。

(3)解决方案。精确控制板材前进与覆膜小车旋转缠绕速度相匹配；采用多组高精度检测元件对设备部件及板材实时位置进行检测。

(4)设备组成(图3)。支架、气缸、摆臂、电机、齿形带、旋转环、刷辊、直线导轨、覆膜小车等

1-电机；2-气缸；3-活动支架；4-固定支架；5-卷筒；6-固定支架；7-活动支架；8-支架；9-气缸；10-滚轮；11-薄膜卷；12-割刀；13-无杆气缸；14-伺服电机；15-电机；16-链条；17-刷辊；18-电机；19-编码器；20-气缸；21-气爪；22-气爪；23-链条图2 上下表面覆膜机Fig.2 Upper and lower surface laminating machine

1-支架；2-气缸；3-摆臂；4-电机；5-张紧轮；6-齿形带；7-滑架；8-滚轮；9-旋转环；10-上压辊；11-上刷辊；12-侧轮；13-电机；14-边部刷辊；15-下刷辊；16-下支撑辊；17-支架；18-滑块；19-直线导轨；20-气缸；21-电机；22-链条；23-覆膜小车；24-薄膜卷；25-电机图3 横向覆膜机Fig.3 Lateral laminating machine

(5)主要技术参数。缠绕速度20圈/min，板垛前进速度8m/min，缠绕重叠率20%，缠绕膜宽度500mm。

设备主要自动化工作过程如下：(1)夹板夹住位于覆膜小车上的薄膜卷的一端，电机通过齿形带驱动旋转环在滚轮及侧轮上旋转，以带动固定在旋转环上的覆膜小车旋转，在板材前进的同时将其缠绕包裹；(2)板材前进过程中，电机驱动边部刷辊旋转以抚平板材边部的塑料膜；气缸驱动上刷辊运动至板材上方以抚平板材上表面的塑料膜；电机驱动下刷辊旋转以抚平板材下表面的塑料膜；(3)板材缠绕覆膜结束后，气缸驱动热阻丝动作对薄膜进行封边。板材横向缠绕覆膜完成。

2.3 托盘加装装置

(1)设备功能。为板垛(板材)底部加装木制托盘，方便运输。

(2)研发难点。托盘加装位置的准确性；动作连锁控制。

(3)解决方案。采用伺服电机传动，提高位置精度；采用多组高精度检测元件对设备部件及板材实时位置进行检测。

(4)设备组成(图4)。由托盘提取装置、板垛提升和保持装置组成。具体包括横移装置、龙门架、托盘小车、液压缸、保持架、电机、链轮及链条等。

(5)主要技术参数。横移装置横移速度150mm/s，板垛提升高度360mm，木托盘放置位置精度±2mm。

1-固定支架；2-液压缸；3-活动支架；4-支撑臂；5-保持架；6-电机；7-固定支架；8-链轮；9-链条；10-横移装置；11-龙门架；12-托盘小车；13-木托盘；14-链条运输机图4 托盘加装装置Fig.4 Pallet feeding machine

设备主要自动化工作过程如下：(1)当板材到达提升和保持装置中部时，液压缸驱动活动支架及安装在其上的支撑臂上升将板材抬起，电机驱动保持架横移至板材下方后，液压缸驱动活动支架落下将板材放置于保持架上；(2)横移装置将尺寸合适的木托盘从托盘库中取出并运送至链条运输机上，链条运输机由伺服电机驱动，将木托盘精确运送至板材正下方；(3)液压缸再次驱动活动支架升起使支撑臂穿过托盘的空隙将板材抬起至高于保持架的位置，电机驱动保持架横移离开板材，液压缸驱动活动支架落下将板材放于托盘之上。板材托盘加装完成。

3 结论

鉴于目前板材包装设备自动化程度低，无法满足生产需要的现状，本文详细介绍了一条自主研发的板材自动包装线的流程及主要组成部分，它包括包括链条运输机、对中装置、双层覆膜机、横向覆膜机、托盘加装装置、自动纵向及横向打捆机、自动贴标设备等，应用这些装置按照一定的包装流程进行组合(也可通过增加、减少或者修改某一个或几个装置以达到用户的不同包装要求)，可实现对板材的自动化包装。

本机组具有以下突出优点：1)通过修改该生产线各单机设备的结构尺寸，可使本机组适用于目前绝大多数有包装需要的板材产品；2)通过在机组多处使用性能稳定、技术先进的电子检测元件，实现对整个机组自动化正确、可靠的控制；3)自动化程度高，极大的提高了生产效率；包装质量高，而且大大降低了包装成本。