1引言 快速消費品行......



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(jī)械行業(yè)提出了新的課題，。通過市場調(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)，投入市場后效果良好，得到了用戶的好評。
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
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（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(jī)構(gòu)是對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：0.6m 3 /min、 用氣壓力：0.6Mpa。
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G 1 、人機(jī)界面G 2 、伺服控制驅(qū)動器A 1 、伺服控制驅(qū)動器A 2 、變頻器A 3 、變頻器A 4 、檢測/執(zhí)行元件組成，如圖2所示。G 1 、G 2 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)動器A 1 、A 2 驅(qū)動控制伺服電機(jī)M 1 和M 2 ，完成瓶子變道和裝箱過程的控制，PLC通過高速輸出口對A 1 、A 2 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)的運行。A 3 、A 4 變頻器控制電機(jī)M 3 和M 4 ，完成瓶子和箱子的輸送，通過RS485總線控制電機(jī)M 3 和M 4 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
產(chǎn)品灌裝和貼標(biāo)后通過輸送鏈，瓶子單排或雙排（通過特定機(jī)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(dá)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M 2 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(jī)M 2 的位移過程中，對于伺服電機(jī)M 2 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(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程中卡瓶，瓶子隨著移道機(jī)構(gòu)同步移動。
圖中：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)M 3 驅(qū)動單雙排輸送鏈，伺服電機(jī)M 2 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(jī)M 2 步移的等待時間，提高瓶子的輸送速度。該方法機(jī)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(jī)的精確運行功能。不同點方法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(jī)構(gòu)、開箱機(jī)構(gòu)（針對紙箱）、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)（水平和垂直方向）等組成。驅(qū)動由伺服電機(jī)M 1 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(jī)構(gòu)根據(jù)不同的瓶型和箱型設(shè)計不同的機(jī)構(gòu)，根據(jù)設(shè)計的不同，每次可以抓一箱或多箱。開箱機(jī)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(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用是裝箱過程中進(jìn)行導(dǎo)向，包括水平和垂直兩個方向，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。
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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(jī)構(gòu)等組成。伺服電機(jī)M 1 驅(qū)動大鏈輪，兩個被動輪的小鏈輪對鏈條的傳動進(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)動扭矩，抓瓶的載重量集中在鏈條上。通過導(dǎo)向機(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)等組成。伺服電機(jī)M 1 驅(qū)動小鏈輪，減小了傳動扭矩，減速機(jī)的減速比相對減小，增加了驅(qū)動電機(jī)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(dǎo)向機(jī)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(jī)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(jī)M 1 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(jī)M 1 有序運行，伺服電機(jī)M 1 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(jī)構(gòu)在初始位等待，就位后開始運行抓瓶、裝箱。正常停機(jī)停在初始位，緊急停車時，停在任意位置，開機(jī)后繼續(xù)運行。
4.4簡易智能型控制方法
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(jī)只有通過停機(jī)解決，否則就損壞抓瓶頭等部件。對于異形瓶裝箱機(jī)，由于采用伺服電機(jī)控制，控制過程中，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(jī)，減少了故障和停機(jī)次數(shù)，同時保護(hù)了抓瓶機(jī)構(gòu)不損壞。