張 敏，李東波，何 非，黃 川

(南京理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南京 210094)

包裝線(xiàn)碼垛吊具方案設(shè)計(jì)與分析

張 敏，李東波，何 非，黃 川

(南京理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南京 210094)

提出4種包裝線(xiàn)碼垛吊具設(shè)計(jì)方案。通過(guò)對(duì)市場(chǎng)上現(xiàn)有的包裝線(xiàn)產(chǎn)品的包裝形式以及碼垛形式進(jìn)行需求及技術(shù)分析，提出4種滿(mǎn)足絕大多數(shù)產(chǎn)品碼垛的吊具設(shè)計(jì)方案。綜合分析各吊具方案的結(jié)構(gòu)組成和工作方式，比較各個(gè)吊具方案的優(yōu)缺點(diǎn)，為包裝線(xiàn)碼垛吊具選擇提供依據(jù)。

包裝線(xiàn)；碼垛吊具；方案

包裝機(jī)械是包裝工業(yè)的基礎(chǔ)和制高點(diǎn)，其發(fā)展水平?jīng)Q定了整個(gè)包裝工業(yè)的發(fā)展水平[1]。近年來(lái)我國(guó)包裝機(jī)械的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)取得了巨大發(fā)展，大量填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)包裝機(jī)械的空白[2]。隨著品種規(guī)格的不斷增加，國(guó)外包裝機(jī)械已逐步趨向于智能化、高效化和高資源利用化方向發(fā)展[3]，而我國(guó)包裝機(jī)械的發(fā)展如果要滿(mǎn)足包裝行業(yè)快速發(fā)展的需求，就需對(duì)包裝機(jī)械行業(yè)進(jìn)行深層次的分析，并積極參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，真正做到自我創(chuàng)新、自我發(fā)展。

1 設(shè)計(jì)分析

目前包裝企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的壓力下，希望通過(guò)不斷開(kāi)發(fā)新的產(chǎn)品、采用創(chuàng)新的包裝形式以適應(yīng)消費(fèi)者的需求，進(jìn)而贏得更廣闊的市場(chǎng)。那么在這種情況下，包裝生產(chǎn)企業(yè)就必須通過(guò)包裝線(xiàn)的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品包裝的變化。隨著物質(zhì)生活水平的提高，人們對(duì)包裝產(chǎn)品的需求量也日益增多，現(xiàn)有的包裝生產(chǎn)線(xiàn)已漸漸無(wú)法承受市場(chǎng)需求的負(fù)擔(dān)，為適應(yīng)包裝工業(yè)的大生產(chǎn)，以獲取規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，包裝機(jī)械已經(jīng)向高速、高生產(chǎn)能力產(chǎn)品發(fā)展[4]，據(jù)相關(guān)研究統(tǒng)計(jì)分析，全球包裝機(jī)械需求正在高速地增長(zhǎng)。

包裝線(xiàn)產(chǎn)品包裝方式不同，對(duì)于大多數(shù)產(chǎn)品而言為紙箱包裝，除此之外還存在塑料筐包裝和薄膜包裝形式，不同的包裝形式需要不同形式的吊具進(jìn)行裝載碼垛。除了產(chǎn)品的包裝種類(lèi)以外，產(chǎn)品碼垛時(shí)的排列方式和產(chǎn)品的包裝材質(zhì)也將影響吊具的設(shè)計(jì)。

1.1包裝線(xiàn)產(chǎn)品的包裝形式

包裝線(xiàn)產(chǎn)品的包裝形式是碼垛吊具方案設(shè)計(jì)時(shí)考慮的重要因素之一，目前,綜合市場(chǎng)上現(xiàn)有的幾種主流產(chǎn)品包裝方式如下：(1)全紙箱包裝；(2)半紙箱包裝；(3)塑料筐包裝；(4)塑料膜包裝。

全紙箱包裝是市場(chǎng)上大多數(shù)包裝產(chǎn)品所采用的包裝方式，相比于其他包裝方式而言，全紙箱包裝方式方便快捷，節(jié)省成本。半紙箱包裝和塑料膜包裝是為了節(jié)省材料而提出的另一種包裝方式，此包裝方式在一定成度上降低了包裝成本，但大大增加了包裝碼垛難度。塑料筐包裝方便安全，最能適應(yīng)碼垛吊具的碼垛需求，但塑料筐制造難度較大，成本較高。

1.2包裝線(xiàn)產(chǎn)品碼垛排列方式

產(chǎn)品碼垛時(shí)大致分為2種碼垛方式，一種是通過(guò)吊具對(duì)碼垛層分部操作，另一種為吊具一次性吊起一層的產(chǎn)品進(jìn)行逐層堆垛。不同類(lèi)型的包裝線(xiàn)產(chǎn)品的碼垛排列方式不盡相同，所以吊具設(shè)計(jì)也不盡相同。以各個(gè)包裝線(xiàn)產(chǎn)品的單體尺寸為依據(jù)，產(chǎn)品的碼垛排列方式分為以下幾種，如圖1～圖4所示。

圖1 8箱排列方法

圖2 10箱排列方法

圖3 12箱排列方法

圖4 15箱排列方法

2 碼垛吊具方案設(shè)計(jì)

方案設(shè)計(jì)是概念設(shè)計(jì)后階段的重要設(shè)計(jì)工作過(guò)程，它的目標(biāo)是為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)理念和功能。在方案設(shè)計(jì)中確定合理的功能求解模型可以大大加快方案設(shè)計(jì)的進(jìn)程，得到更符合設(shè)計(jì)對(duì)象要求的綜合最優(yōu)方案[5]。方案設(shè)計(jì)流程如圖5所示。

2.1碼垛吊具方案設(shè)計(jì)要求

a.能夠適應(yīng)大多數(shù)包裝線(xiàn)產(chǎn)品的碼垛以及產(chǎn)品的各種排列方式。

b.吊具起吊過(guò)程中不能損壞包裝產(chǎn)品和產(chǎn)品的包裝。

c.考慮到產(chǎn)品的質(zhì)量不同，吊具應(yīng)滿(mǎn)足最大限度的起吊質(zhì)量，設(shè)計(jì)起吊質(zhì)量大于120kg。

d.吊具起吊過(guò)程中不能出現(xiàn)劇烈晃動(dòng)等不穩(wěn)定現(xiàn)象。

圖5 方案設(shè)計(jì)流程

2.2碼垛吊具方案選擇

a.方案一如圖6所示，該吊具主要由氣缸配合前后側(cè)板實(shí)現(xiàn)碼垛的過(guò)程。工作過(guò)程為前移動(dòng)側(cè)板在氣缸的帶動(dòng)下對(duì)包裝產(chǎn)品進(jìn)行夾緊，側(cè)板內(nèi)側(cè)涂有增大摩擦系數(shù)的材料以保證足夠大的摩擦力，在前側(cè)板的外側(cè)有固定氣缸，夾緊后可拖住包裝產(chǎn)品底部，防止其掉落。該方案一次性碼垛產(chǎn)品數(shù)量較少，但是能實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)產(chǎn)品包裝個(gè)體的位置調(diào)整，方便靈活。

1—后側(cè)板;2—主框架;3—機(jī)械手連接塊;4—前側(cè)板;5—托抓;6—上托氣缸;7—夾緊氣缸

b.方案二如圖7所示，該吊具包括主框架、機(jī)械手連接塊、主梁、雙夾板、摩擦墊塊、夾緊氣缸和單夾板等組件。通過(guò)氣缸對(duì)不同排列方式的產(chǎn)品的4個(gè)側(cè)面同時(shí)夾緊，然后實(shí)現(xiàn)一層一層堆垛。由于各種產(chǎn)品的碼垛排列方式不同，在保證4個(gè)側(cè)面同時(shí)受夾緊力作用但又不損壞產(chǎn)品包裝的前提下，該吊具上設(shè)有摩擦墊塊，既可以增大摩擦力又可以彌補(bǔ)排列間隙，使各個(gè)面受力均勻。

1—主框架;2—機(jī)械手連接塊;3—主梁;4—夾緊氣缸;5—單夾板;6—連接螺栓;7—摩擦墊塊;8—雙夾板

c.方案三如圖8所示，該吊具主要由連接塊、主框架、連接螺柱、主梁、外翻側(cè)板、夾緊掛鉤和氣缸等組件構(gòu)成，其中外翻側(cè)板內(nèi)側(cè)涂有增大摩擦系數(shù)的材料。當(dāng)產(chǎn)品排列完畢時(shí)，吊具在碼垛機(jī)械手帶動(dòng)下下降，外翻側(cè)板氣缸工作使外翻側(cè)板夾緊產(chǎn)品排列完成后的4個(gè)側(cè)面，夾緊掛鉤氣缸帶動(dòng)掛鉤從反方向夾緊，然后機(jī)械手移動(dòng)實(shí)現(xiàn)碼垛過(guò)程。

1—連接塊;2—主框架;3—主梁;4—連接螺柱;5—夾緊氣缸;6—夾緊掛鉤;7—主梁

d.方案四如圖9所示，該吊具主要由包邊、主梁、細(xì)梁、側(cè)板、夾緊氣缸、主軸電機(jī)、壓板、壓板電機(jī)、卷簾滾子和輸送鏈等組件組成，其中輸送鏈傳動(dòng)中采用過(guò)度鏈輪反繞結(jié)構(gòu)，使得滾子從中間部分分開(kāi)沿導(dǎo)槽兩側(cè)運(yùn)動(dòng)。吊具主要工作過(guò)程為當(dāng)產(chǎn)品被推送到指定位置后兩側(cè)氣缸夾緊，壓板電機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)壓板夾緊，吊具移動(dòng)到碼垛位置后，主軸電機(jī)啟動(dòng)后，帶動(dòng)卷簾滾子兩側(cè)分開(kāi)，產(chǎn)品下落到指定位置后，氣缸、壓板和卷簾滾子回到初始位置。

1—包邊;2—主梁;3—側(cè)板;4—夾緊氣缸;5—輸送鏈;6—卷簾滾子;7—細(xì)梁;8—主軸電機(jī);9—壓板電機(jī);10—壓板

3 方案比較

2.2節(jié)中提出的各種不同方案，其優(yōu)缺點(diǎn)各異，為了能夠合理地選擇碼垛吊具，將各方案進(jìn)行比較，見(jiàn)表1。

表1 方案比較

由上述比較可知，針對(duì)于不同的包裝生產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)品而言，碼垛吊具方案的選擇各異。根據(jù)表1中對(duì)各方案的分析比較，能夠明確地依照產(chǎn)品自身特點(diǎn)和吊具的經(jīng)濟(jì)價(jià)值合理選擇碼垛方案。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文所提出的包裝線(xiàn)產(chǎn)品碼垛吊具設(shè)計(jì)方案能基本實(shí)現(xiàn)對(duì)所有包裝形式以及碼垛排列形式的產(chǎn)品的碼垛，并且文中詳細(xì)介紹了各種方案的優(yōu)點(diǎn)和不足，方便不同包裝產(chǎn)品對(duì)碼垛吊具的選擇。但是，文中提出的碼垛吊具方案只適合輕型產(chǎn)品碼垛，不適用于大型、重型產(chǎn)品的碼垛，例如水泥、大米等。

[1] 戴宏民，戴佩燕，周均.中國(guó)包裝機(jī)械發(fā)展的成就及問(wèn)題[J].包裝學(xué)報(bào)，2012，4(1):61-65.

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[3] 黃站立.從世界包裝機(jī)械發(fā)展趨勢(shì)談我國(guó)的對(duì)策[J].機(jī)電信息，2008(11):38-40.

[4] 黃國(guó)棟，陳杰.CONWIP拉式機(jī)制在自動(dòng)包裝線(xiàn)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)[J].包裝工程，2011(6):58-60.

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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

張敏(1990—)，男，安徽安慶人，南京理工大學(xué)碩士研究生，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械結(jié)構(gòu)和有限元分析。

TH122

A

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