1.引言

快速消費(fèi)品行業(yè)里的酒類、日化、調(diào)味品等液態(tài)商品越來(lái)越注重產(chǎn)品的個(gè)性化包裝,各式各樣的異形瓶(非規(guī)則的圓形瓶)讓人眼花繚亂,豐富繁榮了市場(chǎng)。在工業(yè)化生產(chǎn)的今天,異形瓶的裝箱給包裝機(jī)械行業(yè)提出了新的課題,。通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研,在標(biāo)準(zhǔn)形裝箱機(jī)的基礎(chǔ)上,研究開發(fā)出適應(yīng)于異形瓶的裝箱機(jī),投入市場(chǎng)后效果良好,得到了用戶的好評(píng)。

2.異形瓶裝箱機(jī)的系統(tǒng)組成

2.1裝箱機(jī)組成與技術(shù)規(guī)格

(1)組成。異形瓶裝箱機(jī)主要由瓶輸送機(jī)構(gòu)、箱輸送機(jī)構(gòu)、抓瓶裝箱機(jī)構(gòu)組成,如圖1所示。瓶輸送機(jī)構(gòu),對(duì)單列送的異形瓶通過(guò)變道輸送,將單列瓶輸送變成多列的瓶輸送,滿足抓瓶裝箱的需要。箱輸送機(jī)構(gòu)是對(duì)裝瓶前箱子和裝瓶后箱子的輸送。抓瓶裝箱機(jī)構(gòu)按照一定的運(yùn)行軌跡,將排列規(guī)律的瓶子裝箱,每次可以裝一箱或多箱。

(2)主要技術(shù)指標(biāo)。紙箱尺寸:根據(jù)用戶要求設(shè)計(jì)調(diào)整范圍；瓶型規(guī)格:根據(jù)用戶要求設(shè)計(jì)調(diào)整范圍；生產(chǎn)速度:12箱/分鐘(可調(diào))；電源:380V、50HZ；總功率:4kw；耗氣量:、用氣壓力:。

圖中:1抓瓶裝箱機(jī)構(gòu)2瓶輸送機(jī)構(gòu)3箱輸送機(jī)構(gòu)
圖1 異形瓶裝箱機(jī)的組成示意圖

2.2裝箱機(jī)的控制方案

異形瓶裝箱機(jī)的控制系統(tǒng)主要由可編程控制器G1、人機(jī)界面G2、伺服控制驅(qū)動(dòng)器A1、伺服控制驅(qū)動(dòng)器A2、變頻器A3、變頻器A4、檢測(cè)/執(zhí)行元件組成,如圖2所示。G1、G2構(gòu)成控制系統(tǒng)的核心和操作界面,所有的控制參數(shù)均可在人機(jī)界面上完成。伺服控制驅(qū)動(dòng)器A1、A2驅(qū)動(dòng)控制伺服電機(jī)M1和M2,完成瓶子變道和裝箱過(guò)程的控制,PLC通過(guò)高速輸出口對(duì)A1、A2發(fā)送脈沖,改變脈沖的發(fā)送頻率和數(shù)量控制伺服電機(jī)的運(yùn)行。A3、A4變頻器控制電機(jī)M3和M4,完成瓶子和箱子的輸送,通過(guò)RS485總線控制電機(jī)M3和M4的速度和啟停。

圖2 異形瓶裝箱機(jī)的控制系統(tǒng)示意圖

3.裝箱機(jī)理瓶方案分析與設(shè)計(jì)

產(chǎn)品灌裝和貼標(biāo)后通過(guò)輸送鏈,瓶子單排或雙排(通過(guò)特定機(jī)構(gòu)改變)輸送到裝箱設(shè)備。對(duì)于圓形瓶子通過(guò)相互推碰、避讓可以從單列變成多列,瓶子在多列鏈道內(nèi)形成規(guī)律的排列。對(duì)于異形瓶子,從單列變成多列就無(wú)法通過(guò)相互推碰、避讓達(dá)到目的。對(duì)于異形瓶的裝箱,瓶子的輸送整理是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題,我們采用了兩種解決方案。

3.1一列變多列的輸送整理方法

一列變多列的輸送整理方法(以下稱為方法1)如圖3所示,通過(guò)M2控制移動(dòng)的裝置將單列輸送的瓶子,依次送到多列輸送鏈的各個(gè)道口,使一列瓶子的輸送變成多輸送,優(yōu)點(diǎn)在于瓶子的輸送幾乎不間斷。

控制伺服電機(jī)M2的位移過(guò)程中,對(duì)于伺服電機(jī)M2有一個(gè)初始位設(shè)置,為了使每一道上的瓶子數(shù)量均勻,必須對(duì)進(jìn)入每道的瓶子進(jìn)行記數(shù),邊道進(jìn)入的數(shù)量是中間道的2倍,以便減少移道的次數(shù),止瓶裝置為了防止移道過(guò)程中卡瓶,瓶子隨著移道機(jī)構(gòu)同步移動(dòng)。

1.單列輸送帶2.瓶變道機(jī)構(gòu)3.瓶子輸送機(jī)構(gòu)
圖3 異形瓶一列變多列的瓶整理示意圖

3.2列變行步移輸送整理方法

列變行步移輸送整理方法(以下稱為方法2)如圖4所示,主要由單雙排輸送鏈、單排變雙排機(jī)構(gòu)、多排輸送步移鏈組成。電機(jī)M3驅(qū)動(dòng)單雙排輸送鏈,伺服電機(jī)M2驅(qū)動(dòng)多排輸送步移鏈,每次步移兩行瓶子。單排變雙排的目的是減少伺服電機(jī)M2步移的等待時(shí)間,提高瓶子的輸送速度。該方法機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單,控制相對(duì)容易。

3.3兩種輸送整理方法的比較

共同點(diǎn)是均能完成異形瓶子從一列輸送變成多列輸送,采用了伺服電機(jī)的精確運(yùn)行功能。不同點(diǎn)方法1比方法2的機(jī)械機(jī)構(gòu)和控制方法復(fù)雜,方法1的輸入整理速度比方法2快,方法1沒有改變瓶子的輸送方向,方法2改變了瓶子的輸送方向,方法1比方法2的設(shè)備布局簡(jiǎn)單。

圖中:1.單列變雙列機(jī)構(gòu)2.雙列輸瓶鏈3.多排瓶子輸送鏈
圖4 異形瓶由列變行的瓶整理示意圖

4.抓瓶裝箱的設(shè)計(jì)和控制

4.1抓瓶裝箱的組成

抓瓶裝箱主要由驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)系統(tǒng)、抓瓶機(jī)構(gòu)、開箱機(jī)構(gòu)(針對(duì)紙箱)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(水平和垂直方向)等組成。驅(qū)動(dòng)由伺服電機(jī)M1驅(qū)動(dòng),根據(jù)裝箱過(guò)程的運(yùn)動(dòng)軌跡,精確的控制運(yùn)行情況。抓箱機(jī)構(gòu)根據(jù)不同的瓶型和箱型設(shè)計(jì)不同的機(jī)構(gòu),根據(jù)設(shè)計(jì)的不同,每次可以抓一箱或多箱。開箱機(jī)構(gòu)主要針對(duì)紙箱,將紙箱的上封箱沿分開,便于瓶子的裝入。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用是裝箱過(guò)程中進(jìn)行導(dǎo)向,包括水平和垂直兩個(gè)方向,垂直導(dǎo)向機(jī)構(gòu)安裝在水平導(dǎo)向機(jī)構(gòu)上,可以整體水平移動(dòng)。

4.2抓瓶裝箱運(yùn)動(dòng)軌跡的設(shè)計(jì)

(1)大鏈輪傳輸方案。大鏈輪傳輸方案的傳動(dòng)關(guān)系示意圖如圖5所示,由驅(qū)動(dòng)大鏈輪、傳送鏈條、抓瓶機(jī)構(gòu)等組成。伺服電機(jī)M1驅(qū)動(dòng)大鏈輪,兩個(gè)被動(dòng)輪的小鏈輪對(duì)鏈條的傳動(dòng)進(jìn)行定向,提高了傳輸?shù)钠椒€(wěn)性。大減速比的減速機(jī)增加了驅(qū)動(dòng)扭矩,抓瓶的載重量集中在鏈條上。通過(guò)導(dǎo)向機(jī)構(gòu),在鏈條的帶動(dòng)下,做平面兩維運(yùn)動(dòng),平穩(wěn)的把瓶子從輸送鏈上抓起放到空箱子中。

圖中:1.驅(qū)動(dòng)大鏈輪2.傳送鏈條3.抓瓶機(jī)構(gòu)
圖5抓瓶裝箱傳動(dòng)關(guān)系示意圖(1)

(2)小鏈輪加滑軌的傳輸方案。小鏈輪加滑軌的傳輸方案的傳動(dòng)關(guān)系示意圖如圖6所示,由驅(qū)動(dòng)小鏈輪、被動(dòng)小鏈輪、傳送鏈條、滑動(dòng)軌道、抓瓶機(jī)構(gòu)等組成。伺服電機(jī)M1驅(qū)動(dòng)小鏈輪,減小了傳動(dòng)扭矩,減速機(jī)的減速比相對(duì)減小,增加了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的扭矩,抓瓶的載重量集中在鏈條或滑動(dòng)輪上,同方案1比較各有優(yōu)缺點(diǎn)。通過(guò)導(dǎo)向機(jī)構(gòu),做平面兩維運(yùn)動(dòng),平穩(wěn)的把瓶子從輸送鏈上抓起放到空箱子中。

圖中:1.運(yùn)動(dòng)滑軌2.滑動(dòng)連接軸承3.傳送鏈條4.抓瓶機(jī)構(gòu)
圖6 抓瓶裝箱傳動(dòng)關(guān)系示意圖(2)

4.3初始位在運(yùn)動(dòng)控制過(guò)程中的作用

對(duì)于任意一個(gè)傳送方案,伺服電機(jī)M1不可能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),必須按照一定的運(yùn)行軌跡正反轉(zhuǎn)運(yùn)行,抓完瓶后正轉(zhuǎn)運(yùn)行裝箱,放完瓶后反轉(zhuǎn),再去抓瓶。為了使伺服電機(jī)M1有序運(yùn)行,伺服電機(jī)M1就必須有初始位,初始位一般設(shè)在抓瓶的上方。在裝箱過(guò)程中,瓶子和箱子沒有就位,抓瓶機(jī)構(gòu)在初始位等待,就位后開始運(yùn)行抓瓶、裝箱。正常停機(jī)停在初始位,緊急停車時(shí),停在任意位置,開機(jī)后繼續(xù)運(yùn)行。

4.4簡(jiǎn)易智能型控制方法

機(jī)械式抓瓶機(jī)構(gòu)在抓瓶和裝箱過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)卡瓶現(xiàn)象,通過(guò)光電開關(guān)檢測(cè)卡瓶現(xiàn)象,對(duì)于普通裝箱機(jī)只有通過(guò)停機(jī)解決,否則就損壞抓瓶頭等部件。對(duì)于異形瓶裝箱機(jī),由于采用伺服電機(jī)控制,控制過(guò)程中,如果在抓瓶處卡瓶,抓瓶機(jī)構(gòu)漫速退回初始位,再漫速下降到抓瓶處,如果在裝箱處卡瓶,抓瓶機(jī)構(gòu)漫速倒退一個(gè)瓶高的距離,再漫速下降到裝箱處。在這個(gè)過(guò)程中,操作人員可以及時(shí)處理卡瓶現(xiàn)象,沒有及時(shí)處理,檢測(cè)到再次卡瓶,設(shè)備自動(dòng)停機(jī),減少了故障和停機(jī)次數(shù),同時(shí)保護(hù)了抓瓶機(jī)構(gòu)不損壞。

5.結(jié)束語(yǔ)

異形瓶的裝箱機(jī)從機(jī)械設(shè)計(jì)中本著簡(jiǎn)單易調(diào)試的思路設(shè)計(jì),很好的解決了異形瓶的輸送整理難題,在裝箱機(jī)的設(shè)計(jì)中首次采用了伺服電機(jī)的優(yōu)越性,簡(jiǎn)化了機(jī)械的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。本文為了保護(hù)設(shè)計(jì)者的技術(shù)權(quán)益,對(duì)解決問(wèn)題的方法和途徑進(jìn)行了設(shè)計(jì)探討,具體的實(shí)施過(guò)程和控制方法不便敘述,請(qǐng)讀者諒解。對(duì)運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行反序調(diào)整,通過(guò)對(duì)程序的修改還可以作為卸箱機(jī)使用。