新型全自动高速型钢码垛机设计

新型全自动高速型钢码垛机设计

张玉斌|

杭州精诚自控工程有限公司，浙江省杭州市,310000

摘要：现如今，我国经济发展十分迅速，随着技术的进步，型材制造企业对轧线进行了升级改造，实现在同一条轧线上生产小H型钢、槽钢、角钢、C型钢及其它规格型材，大大节约了投资成本。在上述型钢生产的过程中，还没有适合的码垛设备能同时覆盖上述产品的自动码垛工作。小型材码垛普遍采用人工码垛方式，效率低、人工成本高、工作环境恶劣及安全生产隐患多等问题突出。现有的型钢码垛机多集中应用于大规格型钢生产领域，存在成本高、工作节拍慢、适用产品规格范围窄、编组效率低、需要人工干预等问题，很难在生产小规格型钢的企业中推广应用。

关键词：新型全自动;高速型钢码垛机;设计

引言

随着我国国防工业、航天技术、高铁、大型舰船等战略性工程的发展，以及天然气工程、西气东输工程等关乎人民生活的各种基础设施的建设，国内对于各种类型钢管的需求量不断提升，对钢管生产设备的不断升级也提出了更高的要求。钢管码垛机在国内外市场已经经过了几十年的发展，国内许多钢管设备供应商己经有一定的码垛机制造能力，但由于码垛机本身的技术比较复杂，国内的码垛设备自动化程度较低，且码垛的位置精度不足，所以国内许多钢管生产商的码垛机设备依然依赖于国外进口。针对上述现象，国内钢管生产行业急需一个新型码垛技术来完善码垛设备，以解决目前国内相关设备的缺陷。本文的研宄方案从实际出发，研宄出一种改善现有码垛机自动化控制方式，提高现有设备的生产效率和码垛精度，并保证现场工人操作安全的控制系统。

1自动码垛机

随着经济的发展，自动码垛机逐渐代替了人工码垛。它主要由水平方向动作机构、垂直方向动作机构和货叉动作机构三部分组成，水平方向动作机构和垂直方向动作机构配合运行使自动码垛机精确到达存取货位置，存取货由货叉动作机构完成。货叉动作机构在实际工作中，要前伸到货架内取货和后退到卸货位置卸货，这样只有两个定位点。系统内采用接近开关定位的方式来实现要求。由取货位接近开关、接近取货位接近开关、卸货位接近开关、接近卸货位接近开关组成。取货动作时货叉正向启动后加速到高速，当接近取货位接近开关接通时切换为低速，取货位接近开关接通后减速停止。卸货动作时货叉反向启动后加速到高速，当接近卸货位接近开关接通时切换为低速，卸货位接近开关接通后减速停止。

2新型全自动高速型钢码垛机设计

2.1编组定位机构

在输送链收集架机构上装有编组定位机构，这是固定在输送链收集架本体上的一套由液压驱动、可直线移动的编组定位挡块系统。编组定位挡块通过底座与收集架本体基于螺栓进行连接。编组定位挡块同步轴轴承座固定在输送链收集架底座上。编组定位挡块同步轴安装在各个编组定位挡块同步轴轴承座上，保证各个编组定位挡块同步移动。编组驱动油缸驱动U形口摇臂及编组定位挡块同步轴摆动，每个U形口摇臂与编组定位挡块同步轴刚性连接，保证各U形口摇臂同步摆动。在编组定位挡块底座上设有滑移轴，在滑移轴的两端安装滑轴滚轮组件和挡块组件。滑轴滚轮组件中的滚轮安装在U形口摇臂的U形槽口内，能随U形口摇臂的摆动进行水平移动，将U形口摇臂的旋转运动转换为滑轴滚轮组件的水平直线运动。滑轴滚轮组件驱动滑移轴及固定在滑移轴上的挡块组件进行水平移动。在编组定位挡块同步轴端部安装角度位移编码器，检测U形口摇臂的摆动角度，控制挡块组件的移动位置，用于检测编组定位挡块的移动距离。不同的定位挡块位置决定了不同规格型钢的编组位置，同一规格型钢的正码和反码编组位置也由编组定位机构决定。

2.2码垛机构仓储系统

码垛机构配合密集式货架仓储系统可实现仓储货物的快速码垛出库，根据客户对出库的需求，按实际情况可设置码垛机构的组数，当要求出库效率较高时可配合多组码垛机构，也可在仓库的前后端各配备数组码垛机构，这样可以大大提高货物码垛出库的效率。比如冷库中的箱式货物不方便人工搬运，如果出库时间过长冷冻货物就会降温，质量很难保证，此时可根据实际情况需要，配备多组码垛机构进行货物的出库作业。此外，电商仓储、食品、药品等箱式货物都可以采用码垛机构进行码垛出库。码垛机构可以根据货架的高度、货物箱体的尺寸、出库面积进行设计，在满足出库要求的情况下，尽可能地降低其成本。码垛机构不仅可以搭配货架仓储系统进行码垛出库，还可以对入库的箱式货物进行码垛入库。可在码垛机构低部配置转轮，可移动式的码垛机构降低了货架仓储系统的成本，提高了出入库码垛的灵活性，使得出入库码垛不再单单依靠出入库码垛设备。可移动式码垛机构可以实现码垛机构对箱体货物卸货的同时对货物进行码垛，实现货物的码垛入库、码垛存储。码垛机构的各组成部分基本都是标准件，采购方便、价格较低、操作简单等特点使其应用更加广泛。码垛机构仓储系统与堆垛机自动化立库仓储系统最大的不同，就是货物出库的方式不同。码垛机构仓储系统将货物出库与码垛结合在一起，不仅精简了作业步骤而且还提高了作业效率，降低了仓储系统的成本。堆垛机自动化立库仓储系统中的堆垛机仅仅将一件托盘货物进行出入库作业，并不能将其码垛打包，这就势必需要后续的作业对货物进行码垛打包，这样势必会提高仓储成本、增加占地面积、降低空间利用率。码垛机构仓储系统与密集式穿梭板仓储系统相比，密集式穿梭板仓储系统货物出库时也要借助堆垛机或者升降平台对货物进行出入库作业，不能对货物进行码垛打包处理。密集式穿梭板仓储系统出入库可以搭配自动码垛机构实现货物码垛打包出入库，取密集式穿梭板仓储货架的高存储率的优点，结合自动码垛机构可以实现货物的密集存储，同时实现货物快速的码垛出入库作业，满足客户在占地面积小的厂房要求高存储率和高出入库效率的要求。综上所述，码垛机构具有其结构优越性及灵活性，可搭配多种密集式货架仓储系统实现货物的快速码垛出入库。码垛机构尺寸可以根据实际需要进行尺寸设计，使码垛机构在货架仓储系统中的应用更广、实用性更强。码垛机构仓储系统的适用范围更广，可满足多种不同货物的快速出入库存储。

2.3正码机构

正码机构将由编组小车运送来的已编组型钢吸持，并平移至堆垛升降台上，完成型钢正码码垛动作。正码机构采用平行并列的两组双摇杆机构，双摇杆机构由正码底座、正码第一杆件、正码连接杆件和正码第二杆件组成。正码底座为双摇杆机构的机架，正码第一杆件和正码第二杆件为双摇杆机构的摇杆，正码连接杆件为双摇杆机构的连杆。摇杆采用由电液比例控制的液压缸驱动，由角度位移传感器检测摇杆摆动的角度，从而控制正码电磁吸盘的移动距离。两组双摇杆机构通过加强杆件连接。正码连接杆件的尾端吊挂正码梁，正码电磁吸盘固定在正码梁上。正码机构通过正码油缸驱动正码第一杆件，实现正码电磁吸盘的近似水平移动。当正码电磁吸盘移动至堆垛升降台上方时，正码电磁吸盘失电，型钢依靠重力作用落放至堆垛升降台，从而完成型钢的正码码垛动作。正码机构设置正码同步轴，使两套正码第一杆件在旋转过程中角度和刚性同步。在正码第一杆件转轴端部设有旋转编码器，用于检测正码第一杆件的摆动角度，达到控制正码电磁吸盘移动距离的目的。正码机构类似于平行四边形连杆机构，用于保证正码梁在移动过程中始终保持水平姿态。采用类似于平行四边形连杆机构的形式，使正码电磁吸盘在正码码垛过程中始终保持水平姿态，从而避免正码平移时不必要的升降，进而减少能量损耗，保证码垛的精度要求。

3未来发展方向及改进措施

存在的诸多问题同时也推进了码垛机器人的持续发展，以满足市场对于码垛设备的功能需求，可从以下几方面进行探索与改进。（1）持续推进码垛机的自动化、智能化发展。单一的机械码垛结构由于效率、精度等问题已不断被以现代化的机械结构和电子信息技术相结合的新型码垛机所替代，而码垛机的自动化主要体现于自主运输、自动控制等方面。应合理加强码垛机器人与感应机构的有效结合以及控制系统、软件的升级换代：如根据检测装置和感应机构分析结果对周围的实际环境以及产品进行建模，通过软件对实际生产过程进行模拟仿真，确定产品的具体位置姿态以及相应外形特征，针对产品所对应的不同的型号、包装、重量，选择不同的加持装置与码垛设备型号，调整夹持方式与夹持力度。（2）推动码垛机向多元化发展。降低操作系统的编程难度，使码垛设备的日常维护、故障检修等功能可以通过操作人员的简单编程实现，不再依靠单一的人工操作，从而大大降低人工失误的可能性。除此之外，在选取码垛机器人的生产材料、组成原件与标准零件时应注重选取工作强度高、生产精度高、耐磨性好的元件，以实现通过提高制造精度与装配精度从而提升码垛设备的整体工作性能。通过优化码垛机结构，提高码垛机的工作强度与运行效率，从而实现码垛机整体的生产运输效率的提高。（3）提高码垛设备适应性。随着商品市场的不断发展以及电商快递领域发展带来的中小型客户的不断增加，从而导致固定产品、固定尺寸的码垛机器人的使用领域不断缩减、使用效率不断降低，无法满足用户需求。因此要增加码垛机的功能性、适应性，不再以单一产品的运输、码垛为设计目标，加强发展与创新能力，开发多功能末端执行器，向可以满足不同数量、不同材质、不同形状、不同尺寸的产品的码垛的方向发展，通过将机器人本体固定在导轨上，可以进一步扩大码垛机器人工作空间。（4）优化码垛机设备系统。应用通用的开放式码垛机械系统，基于标准操作系统开发易于操作和控制的通用语言框架和简单算法。通过该系统，不同的码垛机器人打破了不同机器语言和服务站之间存在的壁垒，为码垛机的人际互动发展创造条件。

结语

码垛机构可配合多种货架仓储系统进行出入库码垛作业，与人工、机器人出入库码垛作业相比具有降低成本、提高效率、提高空间使用率等优点。码垛机构将货物的出入库和码垛作业合二为一，减少了仓库用地的使用面积，提升了仓库空间使用率，降低了仓储系统的成本，为货架仓储系统码垛打包出入库作业提供了很好的解决方案。移动式码垛机构应用更加灵活，就像叉车一样可灵活变换位置，但其码垛效率、造价成本、使用成本与叉车相比大大降低。码垛机构的这些优点可使其在货架仓储系统中应用更加贴合实际，在电商、物流、冷库等密集货架仓储中有更广泛的用途，推动了货架仓储系统在生产生活中的应用。

参考文献

［1］张琛，倪受东，张静.工业机器人自动上下料控制系统的设计［J］.机械制造，2018，56（9）：5-7.

［2］吴兵硕，郑宏宇.自动装架系统精度与公差配合的研究［J］.机械制造，2016，54（8）：67-70.

［3］郭俊璞.浅析型钢码垛机自动收集系统的设计与实现［J］.科技与企业，2014（18）：153-154.

［4］王汝贵,姜永圣,蔡敢为.一种变胞式码垛机器人机构设计分析[J].装备制造技术,2019(2):18-20.

［5］徐雪萌,张永宇,张映霞,等.瓦楞纸箱板自动码垛机机械手设计初探[J].包装工程,2018,36(9):82-85.

［6］钱振华,王荣扬,左希庆,等.瓦楞纸箱板自动码垛机机械手设计初探[J].包装工程,2019,36(9):82-85.