单板自动堆垛机的原理与结构
许伟才 宋修财
（山东百圣源集团有限公司，山东 威海 264205 ）
摘 要：介绍了BDD1113-1单板自动堆垛机的设计基本结构、基本原理、技术性能指标、关键技术和创新点，且与国内外同类产品进行了比较。
关键词：单板旋切生产线；单板自动堆垛机；基本原理与结构
BDD1113-1单板自动堆垛机是胶合板生产中单板旋剪生产线（旋切一体机）的最新配套设备。该设备研制成功并投入生产使用，结束了我国单板生产厂家单板旋剪后的单板依靠人工堆垛的历史，大大的提高了我国单板旋剪生产线的机械化、自动化水平。
1、单板自动堆垛机的基本结构
BDD1113-1单板自动堆垛机的基本结构主要由输送部分、框架部分、吸附部分、气动部分、接板部分和控制系统等组成。见图1和图2所示。
1）输送部分。输送部分主要是由输送架、输送带和驱动辊组成。输送架采用钢板焊接结构，整体刚性好，强度高，主要是用来支撑输送带和驱动辊。驱动辊有主动辊和从动辊各一个，安装在输送架的两端；驱动辊两端轴承座用螺栓固定在输送架上。输送带有上下两层，上面有运输带2条，下面有运输带4条，夹持单板向前输送。
2）框架部分。框架部分主要由支撑腿、纵梁、横梁和连接板组成，主要是用来支撑其上面的吸附部分。
3）吸附部分。主要由风机和吸附罩等组成，用来将运送至接板上方的规格单板从输送带上吸起。
4）气动部分。主要由气缸、气源三连体等组成，用来为变梯度吸附卸板机构和升降台的对中装置提供动力、使其完成预定动作。
5）接板部分。主要是由剪式液压升降台和对中装置组成，用来堆垛剪切后的规格单板。
6） 控制系统。采用可编程控制器 变频器 触摸屏操作终端等组成。该控制系统的人性化设计达到了处理速度快，性能稳定的设计目标。
2、设计基本原理
2.1吸附与堆垛原理
输送的单板厚度尺寸较薄并呈纵向纤维输送，因此单板的强度较差，容易破损。采用单板直落会造成单板破损，因此研究设计出了变梯度吸附卸板的方法，变梯度吸附卸板的特点是倾斜逐渐实施卸板，真空吸附是其关键技术。
当输送带将单板输送到接板部分前方时，只有上部输送带而无下方输送带，此时输送带上方的真空吸附装置，依靠负压将单板吸附在输送带下发，继续向前输送单板。吸附部分是通过风机改变风箱内的空气流，使风箱内形成负压，实现单板在输送过程中无滑动输送。当单板输送到设定光眼检测位置后，单板位置信息传给PLC系统，由控制系统发出指令，卸板的推杆向下推动单板离开输送带，落在接板升降台上。单板接板升降台上后，由系统控制对中推板的汽缸动作，完成单板对中。当接板升降台上的单板堆到设定的高度后，则系统完成一次单板堆垛。
2.2控制系统
BDD1113-1单板自动堆垛机采用PLC可编程控制器、电流矢量型变频器、位置传感器、中文显示屏等元件组成控制系统，采用可编程序控制器处理输送和落板过程的各种数据，保证运动控制的准确性和稳定性。
变频器主要用来驱动输送带的高精度运行，改变控制系统参数，实现不同状态下的输板速度。
触摸屏是控制系统输入计算的基本单元，通过输入设计控制参数实现堆垛机的各项功能；
采用先进的通讯软件控制器，使得单板输送速度及光眼定位信息均为数据显示及控制，从而保证设备性能更加可靠，功能更加完善。
2.3机械结构的设计及加工工艺
堆垛机的结构设计综合了真空吸附、齿轮传动、链传动、气动和减速等多种机构，关键零部件采用数控加工中心、专用机床和组合夹具加工，保证了加工精度。
2.4气动技术
根据使用要求，对普通气缸进行改进，增设可调缓冲功能。执行元件、速度控制元件组成一个气动单元，具有启动压力低、性能可靠、冲量小、耐久性长的特点，较好的满足了设备的设计要求。
2.5机床工作程序
启动机床→机床正常运转→设置输送等有关参数；启动风机和输送单元→光眼定位；启动气缸变梯度吸附卸板→接料→单板对中定位→一次堆板，工作程序结束。重复下一个循环。
3、主要技术性能指标
控制方式：自动/半自动；堆垛单板位置精度：单板长度方向±25 mm，宽度方向：±10 mm；堆垛尺寸：4′×8′；最大宽度：1350 mm；最小宽度：1100 mm；堆垛单板厚度：1.0-4 mm；最快输送速度：100 m/min；堆垛最大高度：1000 mm；机床总功率：22.8KW。
4、关键技术和创新点
目前，国内单板堆垛主要是输送带输送人工堆垛。输送带输送过程中，单板受环境和气流的影响发生漂移，甚至脱离输送带。原因是单板在输送带上无法固定，因此输送带输送单板速度不能太高，运输效率较低，满足不了高速剪切输送单板的要求。针对高速单板旋剪生产线的设计要求，研发单板输送堆垛设备的关键技术。
1）真空吸附技术。真空吸附技术的应用，实现高速输送过程单板不漂移、不滑动。真空吸附技术主要通过风机形成一个负压区，将单板吸附在输送带上，由风量、风压和吸附区几个参数来满足输送单板的技术要求。
2）光眼检测传感技术。单板输送过程的定位，利用光眼传感检测定位单板，并将定位信息通过数字信号传给PLC控制系统，实现定位卸板，较机械定位准确，便于实现自动化。
3）变梯度吸附卸板技术。变梯度吸附卸板技术是BDD1113-1单板自动堆垛机的核心技术之一。控制系统根据定位数字信号，由气动系统实现倾斜逐渐卸板，确保单板卸板过程不受损坏。
5、与国内外同类技术比较
BDD1113-1单板自动堆垛机与国内外同类产品对比情况见表1。
表1： BDD1113-1单板自动堆垛机与国内外同类设备对比
| 序号 | 本成果水平 | 国内情况 | 国外情况 | 比较 |
| 1 | PLC控制系统 | 无 | PLC控制系统 | 与国外相同 |
| 2 | 真空吸附 | 无 | 真空吸附 | 与国外相同 |
| 3 | 光眼检测 | 无 | 光眼检测 | 与国外相同 |
| 4 | 变梯度吸附卸板 | 无 | 倾斜卸板 | 与国外相同 |
| 5 | 堆垛精度长度±25mm，宽度10mm | 堆垛精度±30mm以上 | 堆垛精度±10mm | 较国内提高30%以上 |
| 6 | 堆垛效率/（100 m/min） | 堆垛效率低于60 m/min | 堆垛效率120 m/min | 较国内提高40%以上 |
| 7 | 性价比高 | 性价比中 | 性价比低 | 较国外高 |
| 8 | 人员配备1人 | 人员配备3-4人 | 人员配备1人 | 与国外相同 |
| 9 | 工人劳动强度低 | 工人劳动强度高 | 工人劳动强度低 | 与国外相同 |
4 结束语
BDD1113-1单板自动堆垛机是单板旋剪生产配套的主要设备，集单板输送、定位、卸板、堆垛功能于一体，大大提高了单板旋剪生产线的生产效率。该产品具有技术先进、功能多、操作简便、性能稳定、生产效率高等特点，与同类相近设备相比具有更广泛的适用性、稳定性、准确性和高效率性，适合各类单板的输送与堆垛。在同类产品中，该产品的性价比较高，已经出口多家企业使用，并出口越南、印度尼西亚、俄罗斯、土耳其等亚欧国家，深受国内外用户好评。