Паллетайзер: виды, устройство и подбор под продукт

Паллетайзер, или паллетоукладчик, — машина, которая укладывает штучные грузы на поддон по заданной схеме и собирает из них устойчивый штабель. В советской технической литературе такое оборудование называли пакетоформирующей машиной: она собирает пакеты из штучных грузов. Слово пришло из английского: palletizer, от pallet, «поддон».

Обычно паллетайзер замыкает автоматизированную линию. Большая советская энциклопедия называет такую машину конечным звеном технологического процесса и начальным звеном транспортного. До него продукт едет по конвейеру поштучно, а после уходит на склад готовой грузовой единицей, которую берёт погрузчик.

Паллетайзером называют и отдельную машину, и целый участок. Российский послойный паллетайзер Stirex LPS15, например, под задачу дополняют транспортёрами, которые подают продукт, диспенсером пустых паллет и конвейерами, которые подвозят пустые паллеты и увозят полные. Саму операцию разбирает статья «Паллетирование: что это», а как мешки и короба раскладывают по слоям, показывает схема паллетирования.

Классическая схема слоевого паллетайзера из БСЭ разбирает машину по узлам:

• рама;
• формирующий конвейер, который подаёт грузы;
• распределитель, который разворачивает их по схеме укладки;
• накопитель, где собирается слой;
• укладчик слоёв и подъёмно-опускное устройство;
• выдающий и отводной конвейеры, которые увозят готовый пакет;
• магазин поддонов с отсекателем, который подаёт пустой поддон.

У робота-паллетайзера распределитель, накопитель и укладчик заменяют манипулятор и захват. Конвейеры и магазин поддонов остаются.

В каталогах встречаются оба написания, с одной «л» и с двумя. Машина одна и та же. На этом сайте пишут «паллетайзер», как «паллета» и «паллетирование».

Укладывать мешки на поддон тяжело и однообразно, и нормы ручного труда здесь кончаются быстро. Минтруд России в разъяснении 2016 года пишет: если груз поднимают и переносят постоянно в течение смены, мужчине можно до 15 кг, женщине до 7 кг. Когда подъёмы чередуют с другой работой, до двух раз в час, пределы выше: до 30 кг для мужчин и до 10 кг для женщин. Мешок тяжелее 15 кг, который кладут всю смену, уже выходит за норму.

Вторая причина: темп. Слоевые паллетайзеры Möllers для стройматериалов укладывают до 5000 мешков в час, роботы-паллетайзеры в стандартном цикле производителя делают 900–2190 циклов в час. Третья причина в самом штабеле. Слоевая машина собирает особенно устойчивую и ровную паллету, когда продукт одной формы: мешки, коробки или ёмкости.

В России паллетирование — одна из главных задач роботов в пищевой отрасли. По данным Росстата, которые приводит НАУРР, в 2024 году на пищевых производствах, включая напитки, работал 3751 промышленный и логистический робот. Роботы там прежде всего перемещают изделия (79% операций) и паллетируют (63% операций).

Паллетайзеры делят по двум признакам: насколько машина автоматизирована и как она собирает штабель. По первому они бывают автоматическими и полуавтоматическими. По конструкции чаще встречаются шесть типов. Одни кладут на поддон целый слой, другие по одной единице, третьи по несколько за цикл.

Слоевой паллетайзер сначала собирает из мешков или коробов целый слой и только потом кладёт его на поддон. На схеме из БСЭ это видно по шагам. Распределитель разворачивает грузы с ленточного конвейера по схеме укладки, в накопителе из них получается слой, каретка сдвигает его на створки укладчика, и створки, раздвигаясь, опускают слой на поддон. Готовый пакет уходит на выдающий, а затем на отводной конвейер.

Это самые быстрые машины. Möllers заявляет до 5000 мешков в час для серии PLS-B под стройматериалы и до 3000 мешков в час для серии PLS-C под удобрения, химию и нефтехимию. Есть и российские модели: модульный послойный паллетайзер Stirex LPS15 укладывает до 1500 мешков в час на поддоны 1000 × 1200 и 800 × 1200 мм и хранит до 99 программ укладки.

У низкоуровневого паллетайзера слой формирует сдвижная плита на уровне пола. Möllers рассчитывает такую машину PFS на линии, где продукт часто меняют, и на поток до 1200 мешков в час. Её легко встроить в действующую линию: напольной машине, как подчёркивает производитель, не нужны дорогие переделки и высокие надстройки.

Колонный паллетайзер укладывает мешки по одному. На поворотной колонне ходит вверх и вниз консольная рука с захватом, и управляемых движений у неё три: поворот колонны, вертикаль и вылет. Для модели SM-PalletColumn 700 тульская «СтройМеханика» указывает 500–700 мешков в час, массу единицы 10–50 кг и высоту штабеля 1300–1500 мм.

Машиной управляет ПЛК с панелью оператора, мешки держит пневмомеханический захват, а для брикетов ставят прижимной или клещевой. Схему укладки выбирают в рецепте: параллельными рядами, со сдвигом или с разворотом слоёв.

Робот паллетайзер — шарнирный промышленный робот, у которого для укладки обычно четыре оси, реже пять. Четыре оси у ABB IRB 460, у моделей ESTUN для паллетирования и у серии Kawasaki CP, пять у Kawasaki RD080N. FANUC выпускает серию M-410 с параллельным звеном, четырёх- и пятиосевую. Почему для укладки хватает четырёх степеней подвижности, объясняет статья о четырёхосевом роботе.

От слоевой и колонной машины робот отличается прежде всего гибкостью. Схему укладки меняют в программе, а один робот успевает к нескольким поддонам: серия Kawasaki CP дотягивается по горизонтали на 3255 мм, и один робот закрывает до четырёх поддонов. Тяжёлые модели берут за раз несколько единиц или целый слой, и на готовую паллету уходит меньше циклов.

Крупные поставщики занимаются этой задачей давно: у Fuji Yusoki Kogyo больше 16 000 установленных систем паллетирования. Китайская ESTUN предлагает четырёхосевые модели на 60, 120 и 180 кг. Какие бренды есть в России, сравнивает обзор «Производители паллетайзеров».

Портальный паллетайзер — это портальный робот над зоной укладки: груз ведут три линейные оси по прямым. Портал монтируют сверху, поэтому пол под ним остаётся свободным для конвейеров, тележек и людей. Чтобы увеличить зону укладки, оси просто удлиняют, и у краёв портал держит тот же груз, тогда как шарнирная рука там слабеет. Схема укладки прямо ложится на координаты X, Y и Z, поэтому программировать портал проще.

Когда портал выгоднее шарнирной руки, а когда нет, разбирает статья «Робот-паллетайзер или портальный паллетайзер».

Коллаборативный робот берёт на себя лёгкие короба там, где рядом работают люди. UR20 поднимает 20 кг, в расширенном режиме 25 кг, при вылете 1750 мм и сам весит 64 кг. Universal Robots прямо называет паллетирование среди задач этой модели.

Тяжёлые мешки и темп в тысячи циклов в час остаются за промышленными роботами-паллетайзерами. ABB IRB 460 поднимает 110 кг, модели FANUC M-410 до 700 кг. Работают такие роботы за ограждением.

Робот-паллетайзер работает внутри роботизированной ячейки. На примерной схеме Kawasaki в ячейке стоят робот на стойке с захватом, подающий конвейер, поддоны с датчиками и направляющими, контроллер и защитное ограждение. У колонного паллетайзера набор похожий: приёмный рольганг, рольганг зоны паллетирования, шкаф управления с ПЛК и пневмосистема, а опционально добавляют магазин поддонов и вывод готового штабеля.

Цикл у всех типов похож. Продукт приходит по конвейеру, датчики ставят его в зону захвата, машина переносит его на поддон по рецепту и повторяет это до последнего слоя. Готовый пакет уходит на выдающий конвейер, а на его место встаёт пустой поддон.

Слабее всего цикл в тот момент, когда меняют поддон. Если позиция одна, машина стоит, пока не уберут готовую паллету. Поэтому робот с большим вылетом ставят между несколькими позициями: у Kawasaki CP их может быть до четырёх.

Захват подбирают под тару, и от него зависит, что вообще сможет уложить ячейка. Möllers перечисляет захваты для мешков, вакуумные и многоместные. Для мешков ABB комплектует IRB 460 захватом-клешнёй FlexGripper Claw. Какие захваты бывают и как их выбирают, рассказывает статья «Захваты для роботов».

Схему укладки задают в программе, а не в механике. Колонный паллетайзер кладёт мешки параллельными рядами, со сдвигом или с разворотом слоёв по рецепту из библиотеки шаблонов. У роботов есть офлайн-инструменты: в FANUC PalletPRO приложение паллетирования собирают, отлаживают и тестируют полностью офлайн, Kawasaki K-SPARC моделирует компоновку и пишет программу робота на компьютере. ABB заявляет, что RobotStudio с Palletizing PowerPac экономит до 80% времени на программировании.

От схемы укладки зависит, выдержит ли паллета перевозку. Предельную массу брутто ГОСТ 33757-2016 задаёт для груза, равномерно распределённого не меньше чем на 85% площади поддона, поэтому схему подбирают так, чтобы слой закрывал почти весь настил. Слоевые машины ещё и выравнивают слой: Stirex LPS15 прессует его с четырёх сторон и сверху.

Промышленный робот-паллетайзер работает за ограждением. Оно нарисовано на схеме ячейки Kawasaki, а колонный паллетайзер ставят с ограждениями, аварийными выключателями и, по опции, световыми завесами. ГОСТ Р 60.1.2.2-2016, идентичный ИСО 10218-2:2011, задаёт требования безопасности к таким системам: как их проектируют, устанавливают, эксплуатируют и обслуживают. Как участок защищают на практике, показывает страница «Безопасность ячейки».

Паллетайзер тяжёлый, и под него готовят пол, питание и воздух. Робот ABB IRB 460 весит 925 кг, роботы Kawasaki серии CP — 1600–1650 кг, а компактный RD080N — 540 кг. Для колонного паллетайзера SM-PalletColumn 700 поставщик требует бетонное основание с анкерным креплением и указывает установленную мощность 13 кВт.

Пневматические захваты работают на сжатом воздухе, и сколько его уйдёт, зависит от выбранного захвата. Шкаф управления тоже занимает место. Kawasaki, например, уменьшила контроллер E03 для серии CP до 25% объёма своего стандартного контроллера паллетирования, чтобы он помещался под конвейерами, и научила его возвращать энергию торможения в сеть.

Паспорта паллетайзеров сравнивают осторожно. Даже единицы разные: у слоевых и колонных машин считают мешки в час, у роботов циклы в час. Цикл робота меряют на стандартной траектории: у Kawasaki это 400 мм вверх, 2000 мм по горизонтали и 400 мм вниз. На реальном участке траектория и захват другие, поэтому паспортная цифра служит верхней границей, а не обещанием.

В таблице собраны паспорта моделей, сделанных специально для паллетирования, а для сравнения добавлен кобот.

Внутри одной серии тяжёлые модели делают меньше циклов в час. Kawasaki CP180L с грузом до 130 кг делает 2050 циклов в час, а CP700L — 900. Тяжёлый робот при этом берёт за раз несколько единиц или слой, и на готовую паллету ему нужно меньше циклов. Компактный RD080N на 80 кг медленнее CP180L: 900 циклов в час.

Ещё две важные строки паспорта: вылет и высота штабеля. От вылета зависит, сколько поддонов и конвейеров достанет робот, от вертикального хода — сколько слоёв он положит. FANUC M-410 рассчитан на штабель до 2 м, Kawasaki RD080N складывает паллеты выше 2 м.

Кроме массы груза, у робота есть предел момента инерции на фланце. У Kawasaki RD080N он 13,7 кг·м², у серии CP — 50–500 кг·м² в зависимости от модели и груза. Большой захват на слой или несколько мешков упирается именно в этот предел, поэтому FANUC отдельно подчёркивает, что высокие допустимые моменты на запястье позволяют M-410 носить крупные захваты на максимальной скорости.

В пыльных цехах с мукой, цементом и пигментами важна защита корпуса. У ABB IRB 460 степень защиты IP67, у UR20 — IP65. Электрооборудование колонного SM-PalletColumn 700 защищено не ниже IP54, и машину выпускают в пылезащищённом исполнении.

Паспортную производительность полезно сразу пересчитать в поддоны в час. Ниже такой расчёт для условной линии мешков: видно, какой запас даёт каждый тип машины и как часто придётся менять поддон.

Универсального паллетайзера нет. Каждый тип в чём-то выигрывает и за это в чём-то платит, а таблица сводит сильные и слабые стороны по данным производителей.

Паллетайзер нужен там, где продукт выходит с линии в таре одного формата. Möllers выпускает паллетайзеры для нефтехимии, химии, стройматериалов, удобрений и пищевой промышленности. Колонные машины работают с мешками порошков и гранул: мукой, цементом, сухими строительными смесями, огнеупорными составами, пигментами. Тяжёлые роботы FANUC M-410 рассчитаны на коробки, мешки и даже бетонные плиты.

По типу груза задачи разобраны отдельно: паллетайзер для мешков и робот для паллетирования коробов.

Паллетайзеры стоят и на складах. Kawasaki прямо пишет, что её роботы паллетируют и депаллетируют в конце линии и в дистрибуции, где нужен высокий темп. На распределительном складе робот собирает паллету под отгрузку, а на входе разбирает поступившую.

Словом «паллетайзер» иногда называют и обмотчик паллет, особенно когда ищут, где купить паллетайзер для склада. Это другая машина: она не укладывает груз, а обтягивает уже собранный штабель плёнкой (о ней ниже). Как устроен склад с роботами целиком, рассказывает страница «Роботизированный склад».

На входе склада или линии нужна обратная операция. Депаллетайзер разбирает поддон и ставит мешки, короба или банки на конвейер. Часто это тот же робот с другой программой и камерой: в депаллетизирующих ячейках Kawasaki робот сам видит, где лежит каждый мешок и как он повёрнут в пространстве.

Готовую паллету после укладки скрепляют. Для этого ставят паллетообмотчик автоматический, который обтягивает штабель стретч-плёнкой. Бывают и машины два в одном: Möllers PHS объединяет низкоуровневый паллетайзер и автомат стретч-колпака.

Первые пакетоформирующие машины появились в СССР и за рубежом в 1940-х годах. Классическая пакетоформирующая машина из энциклопедии собирает слой на створках и опускает его на поддон. Когда вышла статья в БСЭ, отечественные и зарубежные машины укладывали уже до 2000 изделий в час.

Роботы пришли в паллетирование позже. Японская Fuji Yusoki Kogyo выпустила свой первый робот-паллетайзер в 1982 году. FANUC называет себя одним из первых производителей, сделавших серию роботов специально для паллетирования, а ABB в даташите 2017 года указывала больше 25 лет опыта в этой области. Сегодня рядом работают все поколения техники: механические слоевые машины, колонные укладчики, шарнирные и портальные роботы, коботы.

Паллетайзеры выпускают и российские компании. Подмосковный машиностроительный завод Stirex собирает послойный паллетайзер LPS15 из комплектующих, доступных на российском рынке. Программу для него пишут специалисты завода, а заказчику передают открытый код, чтобы тот меньше зависел от производителя. Тульская «СтройМеханика» предлагает колонный паллетайзер SM-PalletColumn 700.

Шарнирные роботы-паллетайзеры выпускают японские, европейские и китайские компании: у китайской ESTUN, например, есть отдельная серия для паллетирования. Какие из брендов реально поставляют и обслуживают в России, проверяют перед закупкой. Главный заказчик — пищевая отрасль: там паллетирование входит в 63% операций роботов. По расчёту НАУРР, чтобы идти в мировом темпе роботизации, пищевым предприятиям нужно внедрить не меньше 2307 роботов в 2026 году.

Прежде чем купить паллетайзер, описывают продукт и участок, а не модель. Несколько вопросов отсекают лишние типы машин ещё до разговора с поставщиком.

Перед закупкой машину полезно проверить на своих мешках или коробах. Паспортный цикл получен на эталонной траектории производителя, а реальный продукт бывает мягким, пыльным или неровным, и захват ведёт себя с ним иначе.

Цена зависит от типа машины, её производительности и того, что входит в поставку. Открытых цен на одинаковую комплектацию в источниках этой статьи нет, поэтому здесь только статьи бюджета. В него входят укладчик, захват под тару, конвейеры подачи, магазин и позиции поддонов, ограждение, программа укладки, монтаж и пусконаладка. Если линия должна ещё обматывать и маркировать паллеты, к списку добавляются паллетообмотчик и принтер этикеток.

Срок возврата денег поможет прикинуть калькулятор окупаемости роботизации, а как считать, объясняет раздел «Окупаемость робота».

Как обслуживать паллетайзер, зависит от типа машины. У колонного паллетайзера есть пневмосистема с подготовкой воздуха (фильтрация, редуцирование, лубрикация), и её проверяют вместе с захватом. igus строит портальные паллетайзеры на направляющих drylin, которые работают всухую, и заявляет, что ухода им нужно минимум. Отдельно следят за деталями, которые касаются продукта: губки и пальцы захвата, вакуумные присоски, ролики конвейеров. Их держат в запасе и заранее думают, как быстро менять: для колонного SM-PalletColumn 700, например, предлагают быстросменные губки захвата.

Паллетайзер — одна из машин раздела «Промышленные роботы и оборудование для роботизации». Рядом на сайте описаны роботы под другие задачи: сварочный робот, покрасочный робот и кобот для сварки. На упаковочной линии ближайший сосед паллетайзера — упаковочный робот: он укладывает продукт в короб, а паллетайзер ставит короба на поддон.

• Паспортный цикл быстрее реального. Число циклов в час производитель меряет на стандартной траектории, у Kawasaki это 400 мм вверх, 2000 мм по горизонтали и 400 мм вниз. Длинный путь к дальнему поддону, тяжёлый захват и высокий штабель удлиняют цикл.
• Слоевые машины любят однородный продукт. Особенно устойчивую паллету слоевой паллетайзер собирает из продуктов одной формы. Смешанные поддоны из разной тары обычно отдают роботу: ему схему укладки меняют в программе.
• Кобот упирается в массу груза. UR20 поднимает 20 кг, в расширенном режиме 25 кг. Тяжёлые мешки и высокий темп остаются за промышленным роботом с ограждением.
• У колонной машины потолок по потоку и высоте. Для SM-PalletColumn 700 заявлены 500–700 мешков в час и штабель 1300–1500 мм.
• Паспорта порталов сильно различаются. Портальный паллетайзер igus, например, рассчитан на груз до 10 кг при зоне 2000 × 2000 × 1000 мм, поэтому груз проверяют по паспорту конкретной модели.
• Масса пакета ограничена поддоном. На деревянный поддон 1200 × 800 мм ГОСТ 33757-2016 допускает пакет из мешков массой брутто не больше 1000 кг, и схему укладки считают под этот предел.
• Одна позиция поддона значит простой. Пока убирают готовую паллету и ставят пустую, машина с одной позицией стоит.