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摘要：為了促進鋁加工行業自動化物流系統快速發展，固定拆疊框機作為關鍵裝備被廣泛應用于物流系統，旨在解決繁重的吊料拆疊工作。所以固定拆疊框機必須具備以下特點：結構簡單，故障率低，投資產出比高，生產周期短，維護成本低。本文主要探討固定拆疊框機在自動化物流系統中的應用，以及其改進后的成效，旨在促進物流環節數字化與智能化的發展，為物流系統裝備升級與效率優化提供參考。

關鍵詞：拆疊框；改進；自動化物流系統；社會經濟效益

作者：李增文

山西迎才物流設備科技有限公司

一

引言

鋁材生產型企業，無論是建材、工業材生產線，還是光伏邊框生產線（適用于小框為載體的生產線），為了提高鋁材的強度、硬度和耐磨性，改善其力學性能穩定性，從而讓鋁材在后續加工和使用中不易變形、性能更穩定，擠壓后的坯料都要經過室溫或加熱保溫時效處理。常見的時效工藝在鋁材入爐前都會將鋁材框疊為三層或四層，目前鋁材廠常見的單框高度約為800mm，滿載重量約為1500kg，三層或四層高度約為2400mm或3200mm，滿載重量約為4500kg或6000kg。采用人工疊框具有以下不利因素：（1）危險性高，（2）工作強度大，（3）效率低，（4）工作環境惡劣（時效爐周圍溫度高），（5）吊料過程中坯料容易損壞、成品率和貨期受人為因素影響比較大。

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固定拆疊框機配合常規的輸送系統可實現從擠壓到時效，時效到噴砂或噴涂的物流自動化，解決了述人工疊框的五大不利因素。本文針對固定拆疊框機，通過改進其叉臂與升降機構，使得其結構更簡單、性能更穩定、維護成本大幅度下降、投入產出比更高。

二

固定拆疊框機的應用

鋁加工型材生產工藝流程是經過加熱的鋁棒，通過擠壓機擠壓、牽引、冷卻、矯直、鋸切后，進行裝框，裝框后進入時效爐進行時效。時效后有兩種表面處理工藝，一是噴涂，二是氧化，其中去氧化一般要經過噴砂處理，表面處理完成后進行包裝，發貨或深加工，詳細生產工藝流程如圖1所示。

圖1 鋁型材生產工藝流程圖

固定拆疊框機的應用環節主要在擠壓機和時效爐，時效爐和噴砂機之間，如圖1所示。擠壓鋸切后的坯料要進行裝框，為了保證裝框的連續性，需要及時供給空框，空框的來源一般是表面處理上排后的空框，運輸距離遠。為了最大限度地節能達效，通常會將空框疊成整垛進行輸送，到達擠壓機處就近整垛緩存且可通過固定拆疊框機拆成單框供擠壓機使用。同時，裝好的滿框要通過固定拆疊框機疊成整垛進時效爐時效；時效后的整垛滿框到達下一工序前要通過固定拆疊框機拆成單框滿足上排或入庫需求。

固定拆疊框機在物流系統中的布局主要取決于擠壓機的臺數、產能以及擠壓機和時效爐的相對位置。時效前，每臺擠壓機可配置一臺或兩臺固定拆疊框機，在和RGV配合使用時，也可多臺擠壓機配置一臺或多臺固定拆疊框機；時效后，可按照噴砂機臺數、布局或物流輸送線布局配置一臺或多臺固定拆框機。圖2是固定疊框機在某一鋁加工企業中的應用布局圖，紅色框是固定拆疊框機位置。

圖2 某國外大型鋁加工企業固定拆疊框機應用案例

固定拆疊框機的應用提高了生產效率、降低了勞動強度、保證了堆疊精度、節省了空間和成本。固定拆疊框機自動完成料框的堆疊和拆分，相比人工操作，大幅縮短了堆垛和拆垛的時間，減少了料框在流轉過程中的等待時間，使擠壓裝框后的工件能更快進入時效爐，提高了整體生產效率。固定拆疊框機的應用避免了人工采用吊具進行料框堆疊和拆垛的高強度勞動，降低了工人的勞動強度，同時也減少了因人工操作帶來的安全風險。固定拆疊框機能精確控制料框的堆疊位置和角度，確保料框堆疊整齊，避免因堆疊不規范導致的工件變形或損壞，有利于保證時效處理的效果；通過合理的堆疊方式，有效利用了立體空間，減少了料框存放所需的占地面積，同時也節省了人工成本和吊具等設備的使用成本。

圖3 改進前的固定拆疊框結構

圖4 改進后固定拆疊框結構

固定拆疊框機一般在物流系統中配合輸送設備來使用，實現滿框自動拆疊框和空框的循環利用。通過載貨臺的升降和叉臂的精準定位，完成對疊放料框的拆分與組合，確保每一步動作穩定可靠。在高溫環境下仍能保持長時間連續運行，提升了整體作業效率，并有效減少人為干預帶來的不確定性。固定拆疊框機在鋁型材自動化物流系統中起著關鍵的作用，其機械故障率、控制穩定性尤為重要。然而，改進前的固定拆疊框機結構復雜（如圖3）、能耗高、穩定性差、維護成本高、交付周期長，無法在物流系統中大量推廣，為解決以上問題，本文對固定拆疊框機的結構進行優化和改進。

三

固定拆疊框機的改進及成效

固定拆疊框機主要由金屬結構、載貨臺、升降機構、電氣控制系統組成，本次優化主要從升降機構和叉臂上進行改進（如圖5～圖7），改進前后參數對照參見表1。

表1 固定拆疊框機改進前后參數對照表

1.改進前結構

升降機構采用卷揚的形式實現載貨臺的升降（如圖5），再輔助光電開關和激光測距來實現載貨臺升降的精準定位，定位精度可實現±5mm。這種結構在使用過程中，鋼絲繩由于受力不均會出現四根鋼絲繩松緊程度不一。當受力達到起重量限制器的臨界值時會出現報警提示，長期不均使用會造成鋼絲繩疲勞損壞甚至斷裂。

圖5 升降機構改進前后示意圖

叉臂機構采用直線電機驅動齒條，齒條和齒輪嚙合傳動實現叉臂0°～90°往復轉動（如圖6）。這種叉臂結構自身體積比較大，而且旋轉半徑比較大（R=170mm），對用戶的料框結構有一定的要求，不能完全適用于每個鋁加工企業的每種料框，具有一定的局限性。

圖6 叉臂機構改進前后全局示意圖

2.改進后結構

升降機構采用伺服電機驅動傳動軸，利用電缸來實現載貨臺的升降（如圖5），由于伺服電機配置了編碼器，定位精度可實現±3mm，且減少了光電開關的使用，使整個系統更穩定，故障率更低。同時整機的耗電量下降了2/3，大大降低了使用成本。

圖7 叉臂機構改進前后局部示意圖

叉臂機構設計采用楔形結構（如圖6），空載時氣缸推動滑塊使得叉臂到達叉取中位，且滑塊設計了自鎖結構。當重物壓到叉臂上時，由于滑塊的自鎖結構，使叉臂始終保持在叉取位不動，重物越重，壓得越緊，更可靠。叉臂的厚度只有30mm（如圖7），占用空間小，適用于任何形式的料框。

3.改進成效

改進后的固定拆疊框機可實現升降機構的模塊化設計、生產周期短。升降機構采用一系列的標準化產品，伺服電機、驅動軸、換向器以及電缸都是市場成熟產品，相對于卷筒，滑輪，鋼絲繩來說大幅縮短了生產周期，便于根據不同生產線需求進行定制化擴展，提高了生產制造商的交付能力和市場競爭力。改進后，固定拆疊框機機械性能穩定、故障率低。叉臂機構采用重載機械自鎖與輕載氣動相結合的機械原理，合理利用氣動結構簡單，動作響應快的特點，顯著提升了機械臂在高負荷作業下的穩定性和抗疲勞性能以及空載下的靈活性，使整個結構簡單而合理。改進后，固定拆疊框機的維護成本低、使用壽命長。叉臂機構重載工況下采用了純機械自鎖機構，而且升降機構采用了齒輪嚙合的傳動原理，精度更高，整套系統是免維護的。改進后，固定拆疊框機的定位精度高，控制更穩定。由于采用了伺服電機驅動，通過編碼器實現精準定位，比光電開關和激光測距控制精度更高，降低了故障點，設備更穩定，尤其是在高溫、高濕及粉塵較多的工業環境中，整套系統仍能保持很高的穩定性。

改進后的固定拆疊框機已在多家大型鋁材企業成功投運，成為實現智能制造升級的關鍵裝備之一，顯著提升了生產安全性與產品穩定性。相比改進前的機構，人工干預減少95%以上，作業效率提升20%，年綜合運維成本下降超90%。

四

社會經濟效益

設備的投資回報，是企業選擇設備的關鍵考量因素。改進后的固定拆疊框機，由于結構更簡單，性能更穩定，通過人力成本節約和產能提升，以單臺設備投資回收周期為例，平均可在10個月內實現回本，而改進前的固定拆疊框機需要24個月才能回本。結合設備長達20年的設計使用壽命，其全生命周期內可為企業帶來持續穩定的經濟效益。同時，由于改進了叉臂結構而降低了故障率，使得生產連續性提升，進一步增強了產線的整體稼動率。按年產1萬噸鋁型材產線測算，改進后故障率的降低，每年可提高產能約1000噸，按照每噸鋁型材坯料銷售價格23000元，單臺設備年增銷售額達2300萬元以上。

改進后的固定拆疊框機已實現無人值守模式下的7×24小時連續運行，平均無故障時間突破5000小時，平均修復時間縮短至半小時以內。在實際應用中，該系統使非計劃停機時間減少72%，維護響應速度提升85%。

五

結語

固定折疊框機以其模塊化設計、高效拆疊框能力及空間優化優勢，深度融入物流系統的緩存、搬運等核心環節。不僅破解了傳統周轉料框存儲占用大、人工操作效率低的痛點，更推動物流環節實現自動化銜接、成本精準管控與綠色循環發展。未來，隨著物流智能化、柔性化需求的升級，固定折疊框機將在智能化改造、多場景適配性及與物聯網技術的融合上持續突破，為構建高效、經濟、可持續的現代物流體系注入更強勁的動力，成為物流產業轉型升級中不可或缺的關鍵裝備支撐。

———— 物流技術與應用融媒 ————

編輯、排版：王茜

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