降低编织袋包装盐的码垛不良率研究

朱 磊，刘会祥，曹 燕

(中盐金坛盐化有限责任公司，江苏 金坛 213200)

1 前言

码垛是指按集成单元化的思路，通过特定的方式把单个分散的物料码垛成堆，以便完成物料的转移、仓储和运输等物流活动[1]。在传统的码垛作业中，由人工将包装完成的物料抬起堆垛，等待叉车运至仓库储存。在现代工业中，机械手码垛机作为一种智能型码垛机，可以独立完成码垛作业，完全取代人工码垛[2-3]。通过设定相关程序设置码垛编组和码垛层数，将物料用爪子抓到托盘的指定位置完成堆叠，通过PLC和触摸屏控制实现智能化控制，减少劳动强度，提高码垛效率，促进效益提升[4]。

中盐金坛盐化有限责任公司(以下简称“公司”)的编织袋包装盐的码垛作业原先由人工完成，作业人员劳动强度较高且作业人员流失严重。公司新引入了一台机械手设备用于大包装车间生产的50 kg及25 kg编织袋盐的码垛。编织袋包装盐通过皮带从生产车间输送至机械手处进行码垛。发现引入机械手设备后，盐包码放不平整、盐包堆叠等现象时有发生，导致垛形不整齐，需要人工调整，严重影响了入库效率。

以盐包码放不平整、盐包堆叠以及盐包四周超出托盘3 cm作为判定码垛不良的依据，以码垛不良盐包数量在产量中占比来计算码垛不良率，经过6个月的数据跟踪，平均码垛不良率达0.932 2%,如图1。

2 影响码垛的主要因素

2.1 袋子尺寸

根据码垛要求及现场测量结果，25 kg包装盐为6包/层，采用交错堆积法[5]，即奇数层和偶数层的码垛方向不一样，缝口交错，该种码垛方式可以防止盐包散落。但在该种码垛方式中，同一侧面奇数层为三包宽并列，偶数层为两包长并列，由于25 kg包装盐的三包宽度之和大于两包的长度之和，导致码包有缝隙。50 kg包装盐为4包/层，采用中空堆积法[5]，奇偶数层缝口错开，错位堆积，但50 kg包装盐的尺寸(长+宽)大于116 cm，而现场托盘尺寸为110 cm×110 cm，盐包突出托盘多，造成码垛不良。

图1 2018-07～12码垛不良率统计Fig.1 Statistics of poor palletizing rates from July to December in 2018

2.2 机械手的码垛手爪

机械手码垛机的末端执行器也叫码垛手爪，是直接抓握工件或执行作业的部件[6]，一般可分为吸附式取料手、夹钳式取料手和仿生多指灵巧手[7]。公司机械手码垛机为夹钳式取料手。在码垛过程中，机械手的码垛手爪反复执行抓放操作，从传送带上抓取盐包，按预定路径放到托盘指定位置。通过现场观察及测量机械手爪子，发现爪子的轴距固定为370 cm。统计灌装后25 kg编织袋成品盐包宽为390 cm，50 kg编织袋成品盐包的宽为470 cm，现有爪子抓取25 kg包装盐会造成抓包不紧，在机械手移动过程中位置发生偏移，盐包在托盘上的实际落包位置与预定位置存在偏差，导致码垛不良。抓取50 kg包装盐会导致包装盐收缩太紧，造成破包。

2.3 挡板设计

机械手码垛机大部分是按预先设定程序运行，其运行环境预先设定完毕，重复执行设定程序。在实际生产中，编织袋包装的生产为流水线作业，盐包的位置和姿态不完全一致。在盐包通过运输皮带运送至机械手处的过程中，通过转弯皮带使盐包转向，由整形挡板对盐包在皮带上的运动轨迹进行调整、修正以保证运动中的盐包与皮带平行，以及盐包在机械手抓取点停止时位置正中无歪斜[8]。经过观察，在盐包运动过程中，由于行车上方的整形挡板不可调节，在进行大包和小包切换时易造成横包。同时，观察包装盐的运动方向，发现包装盐的挡板都设在同一边，造成一边的摩擦力较大，盐包变形、不平整，无法使包装盐水平进入，导致机械手抓取点歪斜，导致码垛不良。

3 改善措施及效果

3.1 统一规定袋子尺寸

针对袋子尺寸问题情况，通过反复测算比较盐包灌装前后尺寸变化，确定了25 kg编织袋尺寸为75 cm×43 cm，50 kg编织袋尺寸为83 cm×55.5 cm。与厂家沟通后统一规定了编织袋的规格。并根据编织袋尺寸的变化，设备维养人员对机械手设备的原点(机械手码垛手爪的中心位置)和模块重新校准，以确保修改编织袋尺寸后机械手运行正常。经过统计，码垛不良率由0.932 2%降为0.395 2%，对包装盐码垛不良的改善效果显著，见表1。

表1 袋子尺寸变化后盐包码垛不良率统计Tab.1 Poor rate statistics of salt packet palletizing after bag size changed

3.2 更换可调节码垛手爪

码垛手爪作为码垛机械手重要的执行部件，必须适应处理多种袋装物料的搬运作业。面对多种少量的市场需求，机械手的码垛手爪不仅有多种形式，而且可调节性大大提高[9]。可调节四杆机械手爪子可以通过旋动转轮，调节爪子宽度[10]，从而满足不同的生产需求。联系机械手厂家针对大包装车间生产线设计可调节四杆机械手爪子，并综合盐包在托盘上的落包位置设置机械手爪子开度。在生产线上安装使用后，平均码垛不良率降低至0.350 5%。见表2。

表2 码垛手爪更换前后码垛不良率Tab.2 Palletizing failure rate before and after replacement of the palletizing gripper

3.3 增加整形装置

针对挡板设计不合理导致的横包、盐包不平等整形不良的情况，在运输皮带转弯处增加可调节阻挡钢板和气缸推进装置，为方便人员操作，给气缸推进装置加装阀门，品种盐切换只需要将阀门调整到指定开度即可，避免人员因操作不统一造成码包不良的情况。同时，在机械手前端增加整形设备，在盐包进入机械手抓包装置前进一步调整盐包姿态，以保证所有盐包进入机械手抓包装置后停在同一位置。所有整形设备安装好以后，基本无横包和整形不良情况，所有包装袋经过整形装置到达机械手抓包设备点都能停在指定位置，码垛不良率降至0.340 5%，见表3。

表3 增加整形装置后盐包码垛不良率统计Tab.3 Statistics of defective rate of salt packet palletizing after adding the shaping device

4 结语

针对引入新机械手设备后码垛不良率居高不下的问题，经过现场调查，发现主要影响因素为袋子尺寸不一、码垛手爪不可调节及盐包整形不到位。通过改进袋子尺寸、更换四杆可调节码垛手爪及增加整形装置，公司码垛不良率显著降低，由0.932 2%降至0.340 5%，满足公司生产需要，提高了码垛效率，成品入库效率，降低了劳动强度。