集装机械基本原理概述.docx

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集装机械基本原理概述

普通高等教育包装统编教材

包装机械概论

第十二章集装机械

第一节概述

未经包装而裸露的各类物品统称为产品，而产品经过包装所形成的总体称为包装件。

集装就是将假设干产品或包装件包装在一起，使其形成一个适宜的搬运单元。

具有上述集装操作功能的机械称为集装机械。

集装的目的是:

①节省运输费用;②减少货差、货损事故;③便于实现搬运现代化;④提高

仓库与货位利用率。

目前，经常采用的集装方式有以下几种:

①捆扎集装，即用包装带将货物捆扎成一个搬运单元的集装方法。

②拉伸集装，即将塑料拉伸薄膜在常温下拉伸，把货物裹包收缩在里面的一种集装方法。

③网袋集装，即将假设干个小袋物品或产品集装在网袋中形成一个搬运单元的集装方法。

④箱式集装，即将假设干产品或包装件集装在箱式容器中的一种集装方法。

集装所用机械按其功能分类主要有集装机、堆码机。

下面主要介绍一下托盘集装及其堆码器具。

假设干产品或包装件组成一个搬运单元时，所用的包装容器或包装用具称为集装器具，托盘就是一种集装器具。

图12-1所示为一托盘集装的范例。

1托盘的材料。

①木材:

木材是当前使用最广的托盘材料，货物在其上不易打滑，加工维修方便。

②钢材:

用钢材制作的托盘强度好、寿命长，但不易维修。

③铝:

铝制托盘自重轻、耐腐蚀，但本钱高。

④塑料:

塑料托盘自重轻、货物不易打滑，但强度低。

2.托盘的分类。

托盘按其结构可分为普通托盘和专用托盘。

普通托盘包括平托盘、箱式托盘、柱式托盘、轮式托盘、滑片托盘。

3.托盘的结构。

①平托盘。

平托盘的结构如图12-2所示。

其结构简单，适宜使用机械装卸、堆码，使用范围广。

②柱式托盘。

柱式托盘的结构如图12-3所示。

柱式托盘主要用于运输、贮存、堆码，并能保护货物不承受上层搬运单元的压力。

③箱式托盘。

箱式托盘的结构如图12-4所示。

箱式托盘有效利用率高，可省去货物的外包装，有利于堆码和运输。

④专用托盘。

专用托盘因所集装的货物不同而不同。

图12-5所示为其中一例。

专用托盘与普通托盘的区别在于具有适合特定货物的支承结构。

4托盘堆码要素。

在托盘上堆码，要考虑货物在堆码时的稳定性。

一般来说，托盘的长与宽相等时，托盘的稳定性好。

长形托盘的不稳定性出现在短边方向。

因此，细长托盘不易堆码过高，一般堆码高度不超过托盘短边的两倍。

表12-1为我国规定的托盘长与宽的尺寸及公差。

表12-2为堆码高度的推荐尺寸。

在托盘上堆码，要考虑托盘承载货物外表的利用率，一般要求托盘外表利用率在80%以上。

为有效利用托盘外表积，列出如图12-6所示堆码图谱供参考。

在托盘上堆码，还要考虑货物的堆码方式。

一般来说，托盘主要用于品种、规格相同，且外观较规整的产品或包装件的集装。

图12-7列出了几种适合于上述货物的堆码方式。

①重叠堆码方式。

重叠堆码方式如图12-7a所示。

这种堆码方式，托盘利用率高，货物不易被压坏，但稳定性差。

②正反交错堆码方式。

正反交错堆码方式如图12-7b所示。

这种堆码方式的特点是稳定性好，当比例适当时托盘利用率高，但容易出现箱体被压坏的现象。

③纵横交错堆码方式。

纵横交错堆码方式如12-7c所示。

这种堆码方式每层按不同方向堆码、交错搭接，稳定性好，但只能用于近似正方形堆码图谱，同时易损坏箱体。

④旋转交错堆码方式。

旋转交错堆码方式如图12-7d所示。

这种堆码方式稳定性好，但受货物的长宽比例的限制，且易出现箱体变形和被压坏的现象。

当货物在托盘上堆码完毕后，除重量大、重心低、外表粗糙且堆码层数少的以外，一般均需固定。

固定的方法很多，适于用机械固定的方法有薄膜包装固定、捆扎固定等。

图12-8所示为捆扎式固定。

第二节集装机

一、概述

将假设干个包装件或产品包装在一起，形成一个适宜的搬运单元的机器称为集装机。

1.分类。

按集装方式，集装机可分为托盘集装机和无托盘集装机，也可分为塑膜拉伸集装机、塑膜收缩集装机、集装箱装载机、集装机器人和捆扎机。

2.集装方式。

集装机集装方式有如下两种:

①托盘集装。

托盘集装是将一组货物的下面或上下两面加一块托盘，货物与托盘可固定也可不固定。

在贮存、装卸或运输过程中，托盘与货物并不分开。

②无托盘集装、无托盘集装是一种不用托盘的集装方法。

集装时先将货物排列堆码，然后捆扎或用薄膜包装。

二、塑膜拉伸集装机

塑膜拉伸集装机，是把托盘连同其上承载的货物用拉伸薄膜牢固地包卷，形成一种可靠的搬运单兀的机器。

1.盘旋式拉伸集装机。

盘旋式拉伸集装机工作原理如图12-9所示该机由旋转盘、压紧机构、支撑机构、塑膜供送机构、切断机构、控制与传动系统等组成。

集装机的工作原理是:

在供膜机构的控制下，较小宽度的塑膜随着旋转盘的转动而上下移动，将货物盘旋地裹包起来。

这种集装机的特点是应用范围广，它可以包装不同高度、不同长度与宽度的货物。

2.满载式拉伸集装机。

满载式拉伸集装机结构如图12-10所示，左为该机立体简图，右为供膜机构示意图。

该机主要组成局部有供膜机构、封合与切断机构、支撑机构、驱动机构、控制系统等。

这种集装机自动化程度低，但包装质量好。

三、薄膜套包集装机

薄膜套包集装机结构简图如图12-11所示。

该机主要组成局部有薄膜供送机构、封口切断机构、撑角机构、控制与驱动系统等。

薄膜7经导辊8后，被一对夹板6撑开，四根撑角伸缩杆4向中心、向上偏转移动，插入被夹板6撑开的薄膜筒内，且一边向四角偏转，一边把薄膜撑开成四方形，一边下降，把从输送带2输送过来的货物5套上。

当薄膜下降到一定位置（一般要超过货物150^-200mm）时，货物上端薄膜由横封机构9封口并剪断。

后面的薄膜由吸嘴吸开，进行下一个动作循环。

已套入薄膜的货物，在下一个工位将薄膜收缩使之紧紧地裹住货物。

四、集装机器人

集装机器人的外形如图12-12所示。

集装机器人采用螺旋行走方式，工作时可以绕着载物托盘行走、转弯，把薄膜一层层地包裹在货物及托盘四周。

集装机器人的特点是所有机构都安装在机体内。

该机可对连同托盘在内的堆码高度为584~~2030mm的载货托盘进行裹包。

工作效率为

30~40个/h

五、445H托盘集装机

445H托盘集装机外形如图12-13所示。

1.主要技术参数。

①生产能力1800^-3600箱/h

②物料纸箱、木箱、瓦楞纸箱

③箱规格（300^-480）X（230^-285）X（200--435）mm

④托盘规格1350X1350X140mm

⑤电机功率10.5kW

⑥最大空气压力5.39X10'Pa

⑦外形4275X3300X2800mm

2.主要机构及组成。

该机组成局部有:

货物供送机构、入口转换机构、箱转向机构、向上转换机构、分层输送机构、升降机构、托盘供送机构、输送装置、传动系统、控制系统等。

3.工作原理。

由两台皮带输送机组成的货物供送机构7，可将连续送来的箱有间隔地送出。

箱经过由数条v形皮带和与其垂直的辊输送装置构成的入口转换机构5，在箱转向机构s处转向，在向上转换机构9处再一次转向。

在限位装置8处箱停止输送。

当箱凑齐一层后，由分层输送机4送入输送辊3上。

输送辊3由链条循环连接，在其中一局部链上安装辊轴，并可前进或后退，从而把一层箱装在已有托盘的升降机构2的平台上。

每装好一层，平台下降一个箱高度，直至装好最后一层。

最后载货托盘由输送带1送至下一个工位。

六、集装生产线

德国梅勒斯公司生产的大吨位集装箱成捆装载自动流水作业线如图12-14所示。

该生产

线由输送带、捆扎机、堆码机、集装箱装载机、贮存辊道、热隧道、包装机、控制系统等组成。

打成捆的物料（箱、袋均可）在辊道上被送到包装机7中，以便用收缩薄膜包裹起来。

包

裹好的成捆物料通过热隧道6后被送往装载一贮存输送辊道5上，在辊道5前面设有堆码机3,堆码机把成捆物料码成两层，使其成为一个牢固的装箱货码。

当辊道和集装箱呈倾斜状态后，已码好的货物即顺势滑入集装箱中。

在滑入集装箱的过程中，待装入箱的物料应码放在装载辊道前边，以保证操作的连续性。

由于成捆物料的体积往往不能填满集装箱，因此在打捆过程中，各层物料之间要垫上不

同厚度的泡沫塑料衬垫。

第三节装箱机

将假设干包装件或产品，按一定方式装入箱内的机械，称为装箱机。

由于被包装物品种类繁多，装箱机的形式也多种多样，目前尚无统一的分类标准。

一般

根据物品装箱形式，分为充填式装箱机和裹包式装箱机。

一、充填式装箱机

根据包装物品装箱时的方向和方式不同，充填式装箱机可分为垂直装入式和水平推入式

两种类型。

1.垂直装人式装箱机。

垂直装入式装箱机类型也很多，本节只介绍以下两种。

（1）辊夹式装箱机。

辊夹式装箱机结构如图12-15（a）所示，夹送物料入箱过程如图12-

巧

该机主要组成局部有:

输送机构、辊夹装置、推料机构、驱动系统等。

装箱机工作时，物料2由输送带1输入。

当物料通过一定数量（图示为4块）时，记数

器4发出信号，控制系统一边使活塞杆3伸出，阻挡后续物料通过，一边使活塞杆8上的滚

子21沿回程槽运动。

在活塞杆8缩回的过程中，推料板5将一组待装箱的物料推向装箱工位，

即两个辊10与11之间的支承平面上。

接着两个辊子作相向转动，将物料送入箱内。

最后，箱

的输送带9向前输送一个步距，从而完成一个工作循环。

该机适用于具有平行六面体形状的物料。

其特点是靠一对辊作相向转动，而将物料夹待

送入箱中。

（2）吊入式装箱机。

吊入式装箱机结构如图12-16所示。

该机主要组成局部为:

箱输送装置、瓶子输送装置、抓头梁和气动夹头、控制系统等。

装箱机工作时，空箱由输送带（图中未示）送到瓶子导向套n的下方，待装的瓶子由链

板输送链1向左方输送。

当送到待装下位时，挡光板13被推开，光电装置发出信号，抓头梁8下降，气动夹头9将瓶颈套住，并借助压缩空气把瓶颈夹紧。

在链条4的带动下，抓头梁8快速上升。

在抓头梁的上方安装有一气缸，将每排抓头分开，目的在于使瓶子前前方向间隔适应空箱内的隔板间隔。

在双摇杆6的作用下，抓头梁沿着大链轮10作圆弧轨迹的平移运动，当8两端的滚轮沿导向槽垂直下降到最低位置时，气动夹头9松开，通过瓶子导向套11的导向作用，将瓶子装入空箱中。

集装完毕后，电动机反转，抓头梁上升，回到初始位置，准备下一次工作循环。

此时装满瓶子的箱由输送带送到下一工位。

在该机中，用丁夹取瓶子的气动夹头，可采用如图12-17所示结构。

金属内衬套3下部周向开有假设干个长槽孔，夹头罩4与橡皮套2之间存在一密封性气室当压缩空气通过气管5到达气室时，促使橡皮薄套2从金属内衬套3上的长槽孔向中心凸胀，形成手指夹钳，紧紧地夹住瓶颈，瓶口颈部凸缘使其不易滑脱。

断气后，气室与大气相通，橡皮薄套2恢复原形，瓶子脱落。

2.水平推人式装箱机。

水平推入式装箱机结构如图12-18（a）所示，其装箱工艺流程如图12-18（b）所示。

该装箱机由输送机构、堆码机构、封箱装置、箱供送装置、控制与驱动系统等组成。

控制与驱动由机械、气动和电气共同实现。

工作时·箱片由箱片供送装置取下成型后;在箱输送链10的作用下送至装箱工位，等待装箱。

推料板7具有堆码功能，一次可堆码25件，如在箱中装50件，那么需两次堆码、两次推入。

当25件物料在推料板7上堆码完毕后，在曲柄连杆A,B,C的作用下，通过推料板14将其一次推入箱内。

装满物料的箱在箱输送链10和推箱板11位。

该机适合于装条块状物料，的作用下输送到下一工结构紧凑，生产效率高。

二、裹包式装箱机

用有压痕的纸板将被包装物料四周裹包起来，并能够涂胶封合的机器，称为裹包式装箱机。

1.裹包式装箱机工艺流程。

裹包式装箱机工艺流程如图12-19所示。

装箱时，先把堆积在纸板仓上压好痕和切好角（很多装箱机具有压痕和切角功能）的单张纸板取出，并预折成直角形。

然后将堆码好的物料用推料板推到纸板的某一位置，接着按纸板上的压痕进行制箱裹包，再经涂胶和封箱后送出。

2.裹包式装箱机结构及工作原理。

裹包式装箱机结构如图12-20所示。

在该机箱片仓14上堆积有许多箱片，真空吸头16吸出最下层箱片并释放在链式输送带上。

电机26经传动系统将运动传给主动链轮19，以带动链式输送带工作。

推爪18将箱片15向右推并作步进运动，推送到压痕工位进行压痕，然后送到裹包工位进行裹包装箱。

被裹包的物料由输送带28向右输送，推料板31把它们推送到待裹包的箱片上进行裹包。

箱片在输送过程中，自动完成压痕工作的原理如图12-20所示，自动压痕装置安装在链式输送带上方。

当电机10转动时，通过锥齿轮将运动分成两局部:

一局部带动光电管作上个运动;另一局部通过链13带动螺杆轴9转动。

螺杆轴9左右两端分别有左、右螺纹，当螺杆轴9正反转时，那么左右横梁30靠近或分开。

当气缸6中的活塞上下运动时，压痕刀具27或离开箱片，或压向箱片。

光电管工作时，其管径的一半位置对准被裹包物品高度H的上棱边，假设产生的信号值与基准信号值相同时，电机l0不工作;假设光电管所产生的信号值大于或小于基准信号值时，那么电机10工作（正转或反转），使压痕刀具之间的距离变大或缩小，到达自动调节的目的。

第四节堆码机

将预定数量的包装件或产品，按一定规那么进行堆积的机器称为堆码机。

按堆码目的不同，堆码机可分为集装用堆码机和仓库用堆码机。

这里主要介绍集装用堆码机。

集装用堆码机包括托盘堆码机、托盘拆码机、无托盘堆码机、托盘机器人等。

下面介绍集装用堆码机及其常用结构。

一、常用机构

目前，集装用堆码机有很多类型，但一般都包括以下机构:

送箱或送袋机构、入口方向转换机构、箱或袋方向转换机构、停止机构、层输送机构、单层堆积机构、负载平台升降机、托盘输送机构、搬运单元输送机构、控制系统等。

1.转向装置。

转向装置的结构如图12-21所示。

图中所示转向装置，块改变物料运动方向的机构;（b）和（d>（a）是利用固定挡的机构;

这四种转向装置可用于箱、袋物料的转向。

2.单层堆码机。

单层堆码机如图12-22所示。

当物料3由输送带1输送到触及挡板4时，推板5动作一次。

输送带连续动作，推板每动作一次，推送一排物料，从而可以实现物料单层堆码。

图12-23所示为另一种单层堆码机。

该机的输送带5将物料输送过来，在箱转向机构3处按堆码时所需方向调整后进入层输送机构2上，在层输送机构上将物料紧密排列，且按照堆码时层排列顺序排列，然后由输送辊1送入下一个工位。

3.多层堆码装置。

多层堆码装置的结构如图12-24所示。

托送板1在输送带2下面，并能左右移动。

工作时，物料排列在托送板上，此时托送板在左极限位置。

当输送带2输送的物料3被挡板5挡住时，正好排列成一行。

然后托送板右移，挡销4挡住欲随之右移的物料，随着托送板的右移，物料顺次落到升降台G上。

每增加一层，升降台便下降一物料高度。

4.排列堆码机。

排列堆码机的结构如图12-25所示。

成排物料由输送带1送来后，推板2将物料推送到集料台7上后停止动作。

此时推板8向左移动，先推A层、B层再推C层物料，最后将三层物料堆码在一起，由输送带5送到下一工位。

物料由推板2推送到集料台的过程中，集料台本身有升降功能。

集料台有三个平面堆码。

应有斜面装置，保证物料能顺利到达集料台，或集料台本身有升降功能。

集料台有三个平面，每相邻两平面高度差要略大于物料高度，以利堆码．

5.拆码机。

拆码机工作原理如图12-26所示。

拆码机是将堆码好的物料自动拆卸的机器。

由图可知，拆码机主要由装在框架上的许多辊子组成口辊子可以前后上下移动，最前边的辊子是起箱辊，它最先与箱子接触，并将上层箱子抬起，然后辊子后退、下降，送走一层再一层，直至卸完为止。

一、托盘机器人

1典型托盘机器人技术参数。

托盘机器人如图12-27所示。

以下所列为日本I型托盘机器人的技术参数:

①物料　　塑料箱

②箱规格　　　　448X366X（271~361）mm　

③效率　　　　　1800~2500箱/h

④装载高度　　　1400,1700,2040mm（三种）

⑤托盘尺寸　　　最大1200mm

⑥最大装载重量　1000kg

⑦电机功率　　　4kW

⑧最大空气压力　4900×10³Pa

⑨外型　　　　　3400×2800×（3060,3360,3700）mm（三种）

2.主要机构。

托盘机器人主要由手部、腕和臂、升降机构、旋转机构、行走机构、驱动系统、控制系统等组成。

3.工作原理及工作范围。

托盘机器人可以在托盘上堆码，也可以将堆码在托盘上的货物拆卸下来。

机器人依靠手部抓取货物，由安装在支柱上部的升降机构提升起来，随之支柱下部的转盘转动，将货物送到指定位置。

机器人的工作范围分水平面工作范围和铅垂面工作范围。

其水平面工作范围如图12-28

所示:

最小范围是以aaz,as.a;围起来的矩形局部，最大范围是弧形局部，一般回转角大于1800。

机器人铅垂面工作范围如图12-27所示，为bbZ,b,,b;围起来的矩形局部。

4.手部结构。

托盘机器人的手部是直接抓取货物的机构，抓取对象不同，方法不同，结构也不相同。

一般手部结构主要有以下三种:

吸盘式，从货物的上部或两侧吸取;钳爪式，夹持物料的两侧;钩式，从物料的下部钩取。

钳爪式手部结构如图12-29所示。

手部结构上装有假设干个传感器，其中有6个传感器装在手部的内侧面上，当手的作用局部或非作用局部碰到抓取的货物时，传感器就会发出有关手部的哪一个局部参与抓取和以多大力抓取货物的信息，同时也可以得到与所抓取的货物有关的尺寸规格等信息。

当手部以前端面接近货物但尚未与其接触时，通过光电二极管5的作用，控制机构即发出接近“危险〞的信号和必须减速的信号。

5.辅助设备。

托盘机器人不能独立地完成堆码和拆码工作，必须有其它机械配合。

作为辅助机械有:

分层输送机、输送机、转台等。

三、低位托盘堆码机

低位托盘堆码机（又称固定托盘堆码机）工作原理如图12-30所示。

1.主要机构。

该堆码机由输送机构、提升机构、排列机构、支架、驱动机构、控制系统等组成。

2.工作原理。

低位托盘、堆码机在地面工作，空托盘底部可以与地面平齐，各层堆码都是在较低位置进行的。

已封好的纸箱按预定的方式排列、输送，每排好一列就由推板2向右推移，直到排好一层即装满载货板8，此时提升机构3将装满箱的载货板提升到托盘堆码的高度，然后载货板连同一层箱移至托盘上方，载货板又向左移，一层箱被挡销9挡住而

落至托盘上。

最后载货板回到原来的位置，准备下一次堆码。