摘要：目的研究高效（xiào）的、可集成於瓦楞紙箱生產線終（zhōng）端（duān）的（de）瓦楞紙箱板自（zì）動碼垛裝置。方法通過對六自由（yóu）度碼垛機器人和機（jī）械式碼（mǎ）垛裝置進行研究，在分析其優缺點的基礎上，結合企業的技（jì）術要求設計瓦楞紙箱板自動碼垛裝置。

在設計方案中采用AHP法，結合企（qǐ）業的要求和生產現場的狀況，選（xuǎn）擇機械式碼垛設計方案。結果確定（dìng）了（le）新型瓦楞紙板箱碼垛成（chéng）套裝置設計方案（àn），論述了其工作原理並討論了關鍵裝置（zhì）的設計要點，對抓取機械手的結構和（hé）運動軌跡進行了分析與優化。

結論該設計方案采用2 個（gè）機械手（shǒu）分別完成單（dān）層碼垛和整層抓取操作，設計合理，滿（mǎn）足（zú）企（qǐ）業的使用要（yào）求。

自動碼垛機按（àn）智能化水平分為（wéi）機（jī）器人碼垛機和（hé）機械式碼垛（duǒ）機。瓦楞紙箱板（bǎn）自動碼垛（duǒ）機（jī）是將完成紙板成形印刷、模切、打捆後（hòu）的瓦楞紙箱板碼放到托盤上，以解決人工碼垛勞動強度（dù）大等問題，並提（tí）高工作效率。

1 瓦楞紙（zhǐ）箱板自動碼垛機設計技（jì）術要求

1.1 設計參數要（yào）求（qiú）

參數要求：紙箱板的最小切（qiē）長為488 mm，最大（dà）切長為 584 mm；最（zuì）小切寬為 766 mm，最大切寬為 1114 mm；紙箱板的最小麵積為0.182 m2，最大麵（miàn）積為0.321 m2；每平方（fāng）米質量最小（xiǎo）值為0.43 kg/m2，最大值為0.56 kg/m2）；每捆個數最少 20 個，最多（duō） 50 個；托盤尺寸的長×寬×高=1500 mm×1500 mm×250 mm；碼放速度為15～17捆（kǔn）/分；碼（mǎ）放高度（dù）應≤1900 mm。

1.2 紙箱板碼垛機設計（jì）特點

分析設（shè）計參數可以看出，待設計的紙箱（xiāng）板自動碼垛裝置應具有（yǒu）的特點：碼垛速度高，碼（mǎ）垛一捆紙（zhǐ）箱板的時間為3.5～4 s；最大碼放（fàng）質量大，依據紙箱（xiāng）麵積、定量和每捆的個數，單（dān）捆最大碼放質量為（wéi）18 kg，考慮工（gōng）作係數，設（shè）計（jì）最大（dà）碼放質量為20 kg，即機械手的（de）公稱抓取質量為20 kg；一層四捆的碼放質（zhì）量（liàng）為80 kg；最大碼放（fàng）高（gāo）度約為（wéi）1900 mm；設備可靠性好（hǎo），紙箱板在碼放過程中不能變形、破損；全自動碼放、安全、經濟、效率高。

1 瓦楞紙箱板自動碼垛機總體設計方案

2.1 堆碼方式的選擇

產品在（zài）托盤上堆碼的方式有 4 種：重疊式、交錯式、縱橫式和旋轉式，各種堆（duī）碼方式見圖1，要求托盤表麵的利用率不低於80%。在選擇瓦楞紙箱板碼（mǎ）垛方式時，要（yào）結合紙箱板自動碼（mǎ）垛機的特點、托盤與產品的尺寸關係及不同碼垛方式的特（tè）點。該（gāi）機（jī）因碼垛高度高、質量大，因此每層選（xuǎn）擇穩定性較好的旋轉式，奇數層和偶數層選（xuǎn）擇交錯跺的碼垛方式。

2.2 瓦楞紙箱板自動碼垛機（jī）設計方案

2.2.1 設計方（fāng）案的選擇

自動碼跺裝置方案設計可以采用機器人碼垛和（hé）機械式碼垛（直角坐標機器人碼垛）2種方案，設計方案采用AHP法，從設備功能、工作性能、經濟性、可靠性等方麵進行具體分析，並建立相應數學模型，結合企業的要求和生產現場的條件，選擇機械式碼垛設計方案（直角坐標機（jī）器人（rén））。瓦楞（léng）紙箱板自動（dòng）碼垛機工作原理見圖2。

2.2.2 工作原理與工作過程

工（gōng）作過（guò）程為：碼放機械（xiè）手1將在緩（huǎn）衝輸送（sòng）裝置上待碼垛的單捆紙箱板抓起並上升，而後移（yí）動到（dào）單層碼放工位，在此工位位置下降，並按照預定的堆碼方式將紙箱板放到跺盤上，循環4次，完成一層紙箱板（bǎn）的碼垛。

機械手2按照旋轉跺奇數層和偶數層的（de）碼垛規律，將機械手1碼放好（hǎo）的整層（céng）紙箱板碼放在托盤上，直（zhí）到規定（dìng）的層數，完成1次工作循環。該機如果（guǒ）隻使用1個機械手，在技術上有2個難點：奇數層和偶數層（céng）紙板的碼放形式不同，機械手完成奇數層和偶數層（céng）碼放運動（dòng）軌跡（jì）不同；隨著托盤（pán）上被碼放紙板的層數增加，機械手在z軸方向的向下運（yùn）動（完成將紙（zhǐ）板放在托盤上）的距離減小。

如果使用1個機械手，其運動複雜，將增加機械手（shǒu）運動控製的難度。使用2個機械手可將複雜的（de）運動簡單化，機（jī）械手1隻完成將4捆紙（zhǐ）箱板碼放在跺（duò）盤（pán）上，每次工作循環的運（yùn）動軌跡相同；機械手2的運（yùn）動滿足（zú）奇數層和偶數層的碼放要求，以及改變機械手z軸方向的運動距離以適應碼放高度的變化。

文中碼（mǎ）垛（duǒ）機碼垛一捆紙（zhǐ）板的時間約為 3.5～4 s，機械手1完成一個工藝循環所需的時間為14～16 s，機械手2完成一個工（gōng）藝（yì）循環的時間約為（wéi）4 s。依據企業車間預留的空間尺寸4 m×3 m×2 m，可選（xuǎn）擇直（zhí）線導軌的最大速度為 3～5 m/s，最大（dà）加速度為 50～100 m/s2，來（lái）滿足生產節拍的要求。

2.3 瓦楞紙箱板自動碼垛機設計（jì）要點

2.3.1 碼垛機械手（shǒu）類型選擇和運動軌跡分析

機械手的（de）驅（qū）動方（fāng）式有液壓、氣動和電動等3種方式。文中為防止紙箱（xiāng）板在碼放過程中被劃破或變形，采用夾（jiá）托式手（shǒu）指（zhǐ）形機械手，抓取時手指（zhǐ）的位置應避開（kāi）紙箱（xiāng）的切口位置。依據負載要求，該機的驅動裝置采用電動和（hé）氣動相結合的方式。機械手（shǒu）1和機械手2均可采用類似的結構。。

2.3.2 其他裝置設計與選擇電（diàn）機、直線導軌、氣缸、減速（sù）器等（děng）裝置為（wéi）標準件，在設計時依據參數（shù）計算選擇相應的型號。文中伺服電機采用交流伺服電機（jī），其結構簡單、運行可靠，使用維修方便，也可以采用減速器和電（diàn）機集成一體機。直線導軌選用（yòng）鋁合金材（cái）質，要求具有耐蝕性、組裝容易、互換（huàn）容易、運轉平穩（wěn）、低噪音等特點。控製裝置應實現（xiàn）PC化、網絡化設計，並采用多傳感（gǎn）器融合技術

3、結語

紙箱板自動碼垛裝置采用框架結構，4根立柱受力、結構（gòu）合理。使用雙機械手分別完成單層碼放、整層（céng）抓取碼（mǎ）垛工藝，動作協調平穩，滿足碼（mǎ）垛生產能力的需求。該設備適用高速、重載紙箱板碼垛，設（shè）計盡量采用標準化的元件，便於互換、減（jiǎn）低設備成本。

來源：愛學術 侵刪

作者：徐雪萌，張永宇，張（zhāng）映（yìng）霞，徐（xú）雲（河南工業大學，鄭州（zhōu） 450007）

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