1.引言
快速消費品行業(yè)里的酒類、日化、調(diào)味品等液態(tài)商品越來越注重產(chǎn)品的個性化包裝,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。在工業(yè)化生產(chǎn)的今天,異形瓶的裝箱給包裝機械行業(yè)提出了新的課題,。通過市場調(diào)研,在標準形裝箱機的基礎(chǔ)上,研究開發(fā)出適應于異形瓶的裝箱機,投入市場后效果良好,得到了用戶的好評。
2.異形瓶裝箱機的系統(tǒng)組成
2.1裝箱機組成與技術(shù)規(guī)格
(1)組成。異形瓶裝箱機主要由瓶輸送機構(gòu)、箱輸送機構(gòu)、抓瓶裝箱機構(gòu)組成,如圖1所示。瓶輸送機構(gòu),對單列送的異形瓶通過變道輸送,將單列瓶輸送變成多列的瓶輸送,滿足抓瓶裝箱的需要。箱輸送機構(gòu)是對裝瓶前箱子和裝瓶后箱子的輸送。抓瓶裝箱機構(gòu)按照一定的運行軌跡,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。紙箱尺寸:根據(jù)用戶要求設(shè)計調(diào)整范圍；瓶型規(guī)格:根據(jù)用戶要求設(shè)計調(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抓瓶裝箱機構(gòu)2瓶輸送機構(gòu)3箱輸送機構(gòu)
圖1 異形瓶裝箱機的組成示意圖
2.2裝箱機的控制方案
異形瓶裝箱機的控制系統(tǒng)主要由可編程控制器G1、人機界面G2、伺服控制驅(qū)動器A1、伺服控制驅(qū)動器A2、變頻器A3、變頻器A4、檢測/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)均可在人機界面上完成。伺服控制驅(qū)動器A1、A2驅(qū)動控制伺服電機M1和M2,完成瓶子變道和裝箱過程的控制,PLC通過高速輸出口對A1、A2發(fā)送脈沖,改變脈沖的發(fā)送頻率和數(shù)量控制伺服電機的運行。A3、A4變頻器控制電機M3和M4,完成瓶子和箱子的輸送,通過RS485總線控制電機M3和M4的速度和啟停。
圖2 異形瓶裝箱機的控制系統(tǒng)示意圖
3.裝箱機理瓶方案分析與設(shè)計
產(chǎn)品灌裝和貼標后通過輸送鏈,瓶子單排或雙排(通過特定機構(gòu)改變)輸送到裝箱設(shè)備。對于圓形瓶子通過相互推碰、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。對于異形瓶子,從單列變成多列就無法通過相互推碰、避讓達到目的。對于異形瓶的裝箱,瓶子的輸送整理是一個關(guān)鍵問題,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M2控制移動的裝置將單列輸送的瓶子,依次送到多列輸送鏈的各個道口,使一列瓶子的輸送變成多輸送,優(yōu)點在于瓶子的輸送幾乎不間斷。
控制伺服電機M2的位移過程中,對于伺服電機M2有一個初始位設(shè)置,為了使每一道上的瓶子數(shù)量均勻,必須對進入每道的瓶子進行記數(shù),邊道進入的數(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程中卡瓶,瓶子隨著移道機構(gòu)同步移動。
1.單列輸送帶2.瓶變道機構(gòu)3.瓶子輸送機構(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、單排變雙排機構(gòu)、多排輸送步移鏈組成。電機M3驅(qū)動單雙排輸送鏈,伺服電機M2驅(qū)動多排輸送步移鏈,每次步移兩行瓶子。單排變雙排的目的是減少伺服電機M2步移的等待時間,提高瓶子的輸送速度。該方法機構(gòu)簡單,控制相對容易。
3.3兩種輸送整理方法的比較
共同點是均能完成異形瓶子從一列輸送變成多列輸送,采用了伺服電機的精確運行功能。不同點方法1比方法2的機械機構(gòu)和控制方法復雜,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)備布局簡單。
圖中:1.單列變雙列機構(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)計和控制
4.1抓瓶裝箱的組成
抓瓶裝箱主要由驅(qū)動和傳動系統(tǒng)、抓瓶機構(gòu)、開箱機構(gòu)(針對紙箱)、導向機構(gòu)(水平和垂直方向)等組成。驅(qū)動由伺服電機M1驅(qū)動,根據(jù)裝箱過程的運動軌跡,精確的控制運行情況。抓箱機構(gòu)根據(jù)不同的瓶型和箱型設(shè)計不同的機構(gòu),根據(jù)設(shè)計的不同,每次可以抓一箱或多箱。開箱機構(gòu)主要針對紙箱,將紙箱的上封箱沿分開,便于瓶子的裝入。導向機構(gòu)的作用是裝箱過程中進行導向,包括水平和垂直兩個方向,垂直導向機構(gòu)安裝在水平導向機構(gòu)上,可以整體水平移動。
4.2抓瓶裝箱運動軌跡的設(shè)計
(1)大鏈輪傳輸方案。大鏈輪傳輸方案的傳動關(guān)系示意圖如圖5所示,由驅(qū)動大鏈輪、傳送鏈條、抓瓶機構(gòu)等組成。伺服電機M1驅(qū)動大鏈輪,兩個被動輪的小鏈輪對鏈條的傳動進行定向,提高了傳輸?shù)钠椒€(wěn)性。大減速比的減速機增加了驅(qū)動扭矩,抓瓶的載重量集中在鏈條上。通過導向機構(gòu),在鏈條的帶動下,做平面兩維運動,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)動大鏈輪2.傳送鏈條3.抓瓶機構(gòu)
圖5抓瓶裝箱傳動關(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關(guān)系示意圖如圖6所示,由驅(qū)動小鏈輪、被動小鏈輪、傳送鏈條、滑動軌道、抓瓶機構(gòu)等組成。伺服電機M1驅(qū)動小鏈輪,減小了傳動扭矩,減速機的減速比相對減小,增加了驅(qū)動電機的扭矩,抓瓶的載重量集中在鏈條或滑動輪上,同方案1比較各有優(yōu)缺點。通過導向機構(gòu),做平面兩維運動,平穩(wěn)的把瓶子從輸送鏈上抓起放到空箱子中。
圖中:1.運動滑軌2.滑動連接軸承3.傳送鏈條4.抓瓶機構(gòu)
圖6 抓瓶裝箱傳動關(guān)系示意圖(2)
4.3初始位在運動控制過程中的作用
對于任意一個傳送方案,伺服電機M1不可能連續(xù)運轉(zhuǎn),必須按照一定的運行軌跡正反轉(zhuǎn)運行,抓完瓶后正轉(zhuǎn)運行裝箱,放完瓶后反轉(zhuǎn),再去抓瓶。為了使伺服電機M1有序運行,伺服電機M1就必須有初始位,初始位一般設(shè)在抓瓶的上方。在裝箱過程中,瓶子和箱子沒有就位,抓瓶機構(gòu)在初始位等待,就位后開始運行抓瓶、裝箱。正常停機停在初始位,緊急停車時,停在任意位置,開機后繼續(xù)運行。
4.4簡易智能型控制方法
機械式抓瓶機構(gòu)在抓瓶和裝箱過程中會出現(xiàn)卡瓶現(xiàn)象,通過光電開關(guān)檢測卡瓶現(xiàn)象,對于普通裝箱機只有通過停機解決,否則就損壞抓瓶頭等部件。對于異形瓶裝箱機,由于采用伺服電機控制,控制過程中,如果在抓瓶處卡瓶,抓瓶機構(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,抓瓶機構(gòu)漫速倒退一個瓶高的距離,再漫速下降到裝箱處。在這個過程中,操作人員可以及時處理卡瓶現(xiàn)象,沒有及時處理,檢測到再次卡瓶,設(shè)備自動停機,減少了故障和停機次數(shù),同時保護了抓瓶機構(gòu)不損壞。
5.結(jié)束語
異形瓶的裝箱機從機械設(shè)計中本著簡單易調(diào)試的思路設(shè)計,很好的解決了異形瓶的輸送整理難題,在裝箱機的設(shè)計中首次采用了伺服電機的優(yōu)越性,簡化了機械的機構(gòu)設(shè)計。本文為了保護設(shè)計者的技術(shù)權(quán)益,對解決問題的方法和途徑進行了設(shè)計探討,具體的實施過程和控制方法不便敘述,請讀者諒解。對運行過程進行反序調(diào)整,通過對程序的修改還可以作為卸箱機使用。
