包装粮装车码垛系统设计与应用

◎ 张志伟，周跃忠，朱凌翔

（杭州市仁和粮食储备有限公司，浙江 杭州 311107）

包装性粮食出仓是通过货车码垛后进行运输。为解决包装粮出库装车难题，研究团队历时半年多的时间，研制开发了包装粮装车码垛系统，解决了原始依靠人工码垛费时费力、劳动强度大、效率低的问题，人工装车码垛高度较高，也存在一定的安全隐患。包装粮装车码垛系统的应用，避免了生产中安全隐患，降低企业的生产成本。包装粮装车码垛系统将机械控制、电气控制、计算机程序控制、红外线传感器控制等多种技术集为一体，可实现包装粮出仓时现场无人值守和设备控制远程操作，改善工作环境、节约成本、提高生产效率，具有一定的推广价值[1-5]。

1 皮带式输送集成系统

皮带式输送系统包括前端输送机设备、爬坡皮带输送机设备、纵向输送机设备。每条输送机都安装了相应的红外线检测控制传感器，通过传感器实现自动控制。带式输送系统工作如下。

（1）系统启动后，前端输送机设备将原粮包输送至与爬坡皮带输送机设备的连接处的红外线检测点，检测爬坡皮带输送机设备低端是否有包装物料存在，若没有包装物，则继续运行至爬坡皮带输送机设备上端。

（2）包装粮从爬坡皮带输送机设备上端运行到与纵向输送机设备连接处的传感器，检测纵向皮带输送机前端是否有包装物料存在，若没有包装物料，则继续运行至纵向皮带输送机输送至缓存红外线传感器，红外线传感器发出指令后，等待纵向驱动机构接到指令的后续工作。

（3）纵向驱动机构接到纵向皮带输送机设备的预定红外线传感器指令后进行持续抓包、移动、寻找目标位置、放包等一系列工作。

（4）纵向输送机设备与纵向驱动机构成为组合式结构，采用双轨道、齿轮齿条传动组的链接方式，用带刹车的伺服电机驱动，移动架安装在移动滑台上，移动滑台与竖向驱动机构通过移动架上的齿轮齿条升降装置进行连接；横移驱动机构装置与竖向驱动机构为整体结构，包装袋抓取机械手安装在横移驱动机构装置上进行抓包工作。

2 自动码垛系统

自动码垛系统由纵向齿轮齿条移动装置、齿轮齿条升降装置、伺服电缸升降夹紧机械手组成。

（1）纵向齿轮齿条移动装置。如图1 所示，纵向驱动机构2 为齿轮齿条式驱动机构，包括固定设置的沿前后方向延伸的齿条7。竖向支架的底部设置有纵向驱动机构伺服电机，纵向驱动机构伺服电机的输出轴上连接有与齿条咬合传动的齿轮，齿轮转动时，齿轮与齿条咬合，这样竖向支架就能够沿纵向导轨前后移动。

（2）齿轮齿条升降装置。如图2 所示，竖向驱动机构支架6 与横向导轨9 之间通过导轨连接，横向导轨上下移动的齿轮齿条式升降装置12，通过齿轮齿条式升降装置调整横向导轨的高度，以匹配不同车型的高度，同时还可以匹配不同的码垛高度。

图2 系统结构俯视图

（3）伺服电缸升降夹紧机械手。该装置起抓取货包、提升及旋转作用，用伺服电缸控制机械手的上下升降距离，通过伺服电机控制抓手的夹紧与松开，用齿轮齿条机构控制抓手的90°旋转。横向驱动机构上的横向移动支架11 能在竖向驱动机构移动臂上下移动，移动臂的下端转动装有转动轴线沿上下方向延伸的包装袋抓取机械手8，机械手驱动机构驱动而实现抓放包装袋；移动臂与包装袋抓取机械手之间设置有驱动包装袋抓取机械手绕上下方向转动轴线转动的转动驱动机构13。

3 PLC 程序控制系统

（1）PLC 程序控制系统是整个包装粮装车码垛系统的中枢部分，包括PLC 程序控制的软硬件，PLC 程序控制系统简图见图3。通过PLC 程序控制系统对包装粮装车码垛生产过程自动化控制，完全实现连续作业，具有一定的故障报警功能、工作流程显示和设备控制连锁停机功能。此外，系统还配有RS-232/RS-485 通信接口，可实现远程设备工作运行的实时监控、故障诊断和信息化管理。本控制系统采用三菱FX3U-32MT/64MT 系列PLC，触摸屏控制柜，实现流程画面的实时传送，可使企业领导和运行管理人员、维护人员能够及时了解和掌握现场码垛机器的工作状态及相关设备的生产运行情况，便于整个包装粮出仓信息、状态监视和运输物流管理等。

图3 PLC 程序控制系统简图

（2）自动生产流程控制。由于在特殊的环境作业，需要从工人工作安全性、减轻工人劳动强度等方面考虑。①设备操作要简单、安全、稳定、可靠。②有自动检测程序和自动纠偏、故障自动检测提示，方便维修。③整个输送过程中没有人员到现场进行干预，实现设备操作、现场管理和整个生产过程实现远程完成，达到输送、码垛、运输整个流程自动化和智能化目标。

（3）包装粮装车码垛系统设置有故障报警、程序检测、自动纠偏，方便维修。运行管理人性化设计，实现远程监控和自动连锁停机功能。

（4）包装粮装车码垛系统程序设计有一键急停功能，在生产过程中若出现紧急情况或故障，能够实现急停，有效地保护设备和人身安全。

4 结语

包装码垛系统在仓储包装粮出仓的应用推广大大改善了在特殊环境下工作的条件，减少人工参与、节约企业成本、增加经济效益，同时在增强企业市场竞争力、提高自动化技术水平上也具有重大意义。该包装粮装车码垛系统设计应用优势如下。

（1）由移动带式输送机与粮堆对接，通过带式输送机将货包输送到码垛机存放平台，解决了依靠人力投放货包到运输车辆的问题。

（2）输送机与码垛堆放移动平台进行联控模式，以免产生集包和掉落安全事故。

（3）机器在码垛装货包时，会对货包的数量自动在线计数，以便后续查验。

（4）包装粮装车码垛系统作业，码垛速度快，垛型整齐，安全稳定。刨除其他因素，经实际测算，每小时可以码包120 t。