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家具制造企业板材自动输送系统设计与应用研究
2026-03-25
张文干，白新河
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（1.无锡科瀚智能设备有限公司，江苏无锡214000
2.山西迎才物流设备科技有限公司，山西太原030000）
摘要：本文面向家具制造企业板材输送系统，介绍由作者主导完成的输送系统机械设计。系统集成自动立体仓库、链式输送机、辊道输送机、顶升机、顶升移载机、升降旋转输送视、RGV 车、废料提升机、废料翻转机等装备，其中自主设计的升降旋转输送机为创新设备，实现升降与方向切换一体化。通过与电气控制系统的有机融合，形成稳定、高效的有序物流，解决工序间板材转运瓶颈，降低综合成本，提升产线效率与自动化水平。该项目可以运用到铝家具行业。
关键词：链式输送机；道输送机：顶升机；顶升移载机：升降旋转输送机：RGV车；废料提升机；废料翻转机
1 引言
在板材输送系统建成投用前，家具制造企业采用人工使用叉车、行车与手推车的方式完成原料入库以及入库后原材料到各加工点的配送，以及各加工点产生的半成品、余料和废料的转运与处置。该传统模式暴露出以下问题：一是原料配送不及时且型号错配频发，造成返工与等待；二是半成品不能及时转运，且存在误送至错误存放位置的情况；三是厂内车辆流线纵横交错，刮擦事件与人员安全风险增大；四是转运设备损耗与维护频率高，综合运营成本上升，整体输送效率较低。
针对上述痛点，为保证工序间物流的有序流动、减少人工作业与差错，并降低对叉车、行车、手推车等搬运设备的依赖，本文作者主持完成了板材输送系统机械部分的总体方案与工程实现。
系统总体方案采用自动化立体仓库作为核心存储与分配单元，配置链式与辊道输送机实现主干与支线输送，辅以顶升机与顶升移载机完成层间、线间切换；部署 RGV 小车实现关键节点柔性对接；搭建废料提升机与废料翻转机构建废料处理通道。其中特别引入作者自主设计的升降旋转输送机，实现多层多向合转运，减少交叉干扰与占地。通过电气控制系统 (含设备层与调度层) 的协同控制，系统构建了原料从自动化立体仓库到各加工点的精准配送路径、半成品从加工点到存储区的回流路径、余料到专用存储区与废料直达粉碎机的分流路径。应用结果显示，该系统在提升生产效率、缩短交货周期、降低安全隐患与差错率、减少维护与人力成本等方面取得显著成效，同时为同类型企业的板材输送系统规划与实施提供了可借鉴的工程方案。
2 输送系统的布置
2.1 系统总体架构
本输送系统采用模块化设计理念，整体布局遵循物料流向优化原则。系统前端配置了六巷道自动化立体仓库 (AS/RS), 用于原料板材的存储管理。立体仓库后端集成了链式输送机与辊道输送机两类输送设备，二者采用正交布置方式，实现了物料在相互垂直方向上的双向输送功能。为确保物料在不同输送模式间的平稳转换，系统在链式输送机的关键节点处配置了顶升机构，具体包括叉车装载点和堆垛机存取货位。此外，在链式输送机与辊道输送机的交汇处，部署了顶升移载装置，实现板材输送方向的 90° 转向功能。
2.2 分拣与缓存系统设计
为了适应生产过程中只需使用一垛原料板材中部分材料的实际情况，系统配置了由机器人自动分拣工位。为提高系统的缓冲能力和调度灵活性，在分拣工位前规划了 7 个缓存位，用于暂存从自动化立体仓库输出的待分拣板材。在分拣工位后端，设置了 4 处缓存位置。当主线拥堵时，分拣的板材在缓存位置暂存。
2.3 坐标转换与高度调节机制
针对加工点与自动化立体仓库之间存在的板材方向差 (90°) 以及输送线高度差异 (立体仓库输送线高度为 725mm, 加工点输送线高度为 440mm) 问题，系统在板材输送路径上配置了 5 台升降旋转输送机。该设备集成了旋转与升降功能，能够在保持板材运行方向不变的前提下，实现 90° 方向调整和高度匹配。
2.4 加工区域工位配置
加工区域采用标准化工位设计，每个加工点配置包括：1 个原料工位、3 个半成品工位、1 个余料工位和 1 个废料工位。各工位均采用辊道输送机构，可与 RGV 车载辊道输送机实现无缝对接，确保板材输送的连续性和稳定性。
2.5 余料管理系统
余料存放区域配置了 3 条辊道输送线，通过与升降旋转输送机、RGV 车的标准化接口对接，实现余料向余料分拣区的自动化转运。
2.6 废料处理系统
废料处理区域集成了废料提升机和废料翻转机两套核心设备，均配备了相应的输送机构。废料提升机的辊道输送机具备升降功能：在低位状态时与 RGV 车载输送机对接，实现废料接收；在高位状态时与废料翻转机的链式输送机对接，完成废料箱的后续处理流程。该设计确保了废料处理的自动化和连续性。
3 输送设备的介绍
3.1 链式输送机设计
链式输送机采用模块化设计理念，其主体结构由 C 型钢梁构成轨道支撑系统。具体技术参数如下：轨道支撑采用截面尺寸为 200mm×70mm×4mm 的 C 型钢梁，轨道材料选用尼龙 66, 采用挤压成型工艺制造，保证了轨道的耐磨性和尺寸精度。
传动系统采用双链条驱动方式，选用 C10A-2 型滚子链条。动力传递路径为：电机→驱动轴双侧链轮→链条，实现同步驱动。支撑结构采用 80mm×40mm×3mm 方管制作，底部通过可调节螺杆与地面钢板连接，通过调节螺母实现设备高度和水平度的精确调整。
3.2 辊道输送机设计
辊道输送机的辊筒采用 80mm×4mm 规格的冷拉无缝钢管，经外圆磨床精密加工后，表面进行硬铬电镀处理，显著提高了表面硬度和耐磨性。支撑结构采用 160mm×50mm 铝合金型材，表面经喷塑处理以增强耐腐蚀性。支撑系统与链式输送机类似，采用 80mm×40mm×3mm 方管制作，通过可调节螺杆机构实现精确调平。
3.3 顶升装置设计
3.3.1 结构设计
顶升装置采用曲柄连杆机构实现升降功能。下框架采用 80mm×40mm×4mm 方管焊接成矩形框架结构。关键安装面 (包括三处曲柄轴安装位置和四处导向轴安装面) 均采用刨床精密加工，确保平面度控制在 0.2mm 以内
上框架同样采用 80mm×40mm×4mm 方管焊接，六处顶升平面及四处导向管安装面经刨床精密加工。三根曲柄轴通过电机同步驱动，实现平稳升降。导向机构采用导向管 - 导向轴配合方式，确保上下框架的相对位置精度。考虑到板材标准长度为 2.44m, 顶部设置三组顶升框架以保证支撑刚度。
3.3.2 顶升移载机
顶升移载机在顶升装置基础上集成了横向输送功能。其框架结构与标准顶升装置一致，主要区别在于将顶升框架替换为辊道输送机构，实现了垂直升降与水平输送的复合功能。
3.4 RGV 车设计
RGV 车采用模块化设计，主要由底盘、行走机构和双工位辊道输送机三部分组成。底盘采用 16A 槽钢焊接制造，经打磨、整形后，车轮安装面和辊道安装面采用龙门刨床精密加工，确保了结构刚性和平面度要求。
行走机构采用单侧凸缘导向轮设计，由伺服电机驱动。为确保定位精度，采用空心轴减速机配合制动器，实现精确停车控制。双工位设计显著提高了输送效率。
3.5 升降旋转输送机创新设计
3.5.1 总体方案
升降旋转输送机为本项目的创新设计，实现了板材 90° 旋转且保持运行方向不变，同时完成从 725 至 440mm 的高度调节。设备设计载荷为单垛板材 (尺寸：2.44m×1.22m×0.9m, 质量约 1.7t)。
设计采用升降机构与旋转机构分离的创新方案。升降机构布置于设备上方钢架，旋转机构布置于 440mm 辊道线下方空间。关键高度参数：辊道线最高位置 725mm, 旋转机构高度 410mm, 辊道线最低位置 350mm。
3.5.2 结构组成
设备主要由以下部分组成:
上框架：采用 200mm×200mm×5mm 和 200mm×100mm×5mm 方管焊接，四处立柱安装面经龙门刨床加工
升降机构：采用卷扬机驱动方式，卷筒直径 D=290mm, 升降行程 h=375mm
载货台：总质量约 1500kg, 加载后总质量 m=3200 kg
3.6 废料处理系统
3.6.1 废料提升机
废料提升机在结构设计上与升降旋转输送机相似，主要由上框架、立柱、下框架、载货台、输送机及配重系统组成。采用配重平衡设计，配重质量根据载货台自重和废料框满载质量确定，有效降低了驱动功率需求。
3.6.2 废料翻转输送机
废料翻转输送机基于链式输送机改进设计。通过在输送机框架一侧安装翻转轴，另一侧与回转支承外圈固定，实现 90° 翻转功能。废料框两侧设置定位圆柱，与翻转机凹配合，确保翻转过程的可靠性。翻转机构由伺服电机驱动，通过齿轮传动实现精确角度控制。
4 系统运行流程
4.1 原料入库流程
原料板材的入库过程遵循以下工艺路线：叉车将板材运至地面整形工位进行预处理，随后将其放置于链式输送机的顶升机构上。顶升机下降使板材平稳转移至链式输送机，系统同步记录该批次板材的相关信息。板材依次经过顶升移载机、辊道输送机，最终由堆垛机按照预设的控制算法将其存储至立体仓库的指定货位。
4.2 自动出库及配送流程
系统根据生产计划自动执行出库操作。堆垛机从立体仓库中取出所需板材，通过链式输送机、顶升移载机、辊道输送机及 RGV 小车组成的物流网络进行配送。
当需要进行物料分拣时，系统优先将板材输送至分拣输送线，物料到达分拣工位时，由机器人进行分拣，完成后再配送至指定加工点。为提高系统运行效率，当主通道被占用时，板材可暂存于缓存区，待主通道畅通后再进入主输送系统。
4.3 生产加工配送流程
进入主通道的板材经升降旋转输送机和RGV小车精准配送至各加工点。各加工点根据生产任务要求执行相应的加工工序。
4.4物料回收处理流程
4.4.1半成品处理
当加工点的半成品累积至预设阀值时，操作人员通过控制面板发出调度请求并输入产品型号。RGV 小车接收指令后自动导航至该加工点，与辊道输送机对接，完成半成品的转运并配送至指定缓存输送区。
4.4.2 余料处理
余料达到设定量后，通过输入余料识别信号召唤 RGV 小车。小车与余料专用辊道输送机对接，将余料运送至余料分拣区。分拣后的余料可供小件加工使用，实现材料的充分利用。
4.4.3 废料处理
废料处理采用自动化回收系统。当废料累积至临界值时，操作人员发送废料处理信号，RGV 小车自动与废料辊道输送机对接，将废料运送至废料提升机。废料经辊式输送机进入提升机后，提升机上升并与废料翻转机对接。翻转机执行 90° 翻转动作，将废料倾倒入粉碎机料斗。完成倾倒后，翻转机反向复位，空废料箱经提升机返回 RGV 小车，循环配送至各加工点。
5结论
板材输送系统的成功实施，实现了车间物流体系的系统性变革，取得了显著的技术经济效益。
量化成效分析
系统投入运行后的关键绩效指标改善如下：
人力资源优化：转运作业人员从46人优化至5人，人员配置效率提升89.1%
设备资源精简：叉车数量从25台减少至3台，设备利用率提高88%；行车及手推车等传统搬运设备实现完全替代
运营效率提升：物料转运效率显著提高，产品交付周期明显缩短
安全管理改善：自动化输送系统有效降低了人机交互频率，安全风险大幅降低
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