楊曉紅， 賈香芝

（廣州市萬(wàn)世德包裝機(jī)械有限公司，廣州510800）

0 引言

大部分瓶裝物在出廠前需要進(jìn)行二次包裝，二次包裝最初開發(fā)是用來(lái)保護(hù)產(chǎn)品，或使它更加容易地將一些產(chǎn)品包裝在一起。這些特點(diǎn)今天依然對(duì)包裝產(chǎn)業(yè)很重要。通常，二次包裝本身就成為一個(gè)銷售單元，目前，在飲料、酒類、石化、食用油、食品的多數(shù)產(chǎn)品采用三大類型的二次包裝：紙箱、收縮膜包裝和塑料箱。但無(wú)論哪種型式的包裝，都需要把集中輸送的瓶子分成組，在成組之前的進(jìn)瓶至關(guān)重要。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的圓形瓶進(jìn)瓶目前來(lái)看沒(méi)有多大障礙，但異形瓶進(jìn)瓶便會(huì)產(chǎn)生堵瓶、卡滯現(xiàn)象，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。為了解決這個(gè)難題，2009年開發(fā)出了第一代分瓶器，此機(jī)器框架上設(shè)有輸送帶，框架內(nèi)位于輸送帶輸出端的一側(cè)設(shè)有移動(dòng)隔板，用于將輸送過(guò)來(lái)的瓶裝物分成所需要的排數(shù)，移動(dòng)隔板上有止瓶星輪計(jì)數(shù)和讓瓶子短暫停止以便分排。實(shí)現(xiàn)分排和分列輸送，因?yàn)楸緳C(jī)是間歇運(yùn)動(dòng)，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)輸送，這種分瓶機(jī)在低速生產(chǎn)線上可能很好地實(shí)現(xiàn)本機(jī)功能，但隨著時(shí)代的進(jìn)步，越來(lái)越多的高速生產(chǎn)線出現(xiàn)了，為了適應(yīng)高速生產(chǎn)線，在原來(lái)機(jī)器的基礎(chǔ)上，開發(fā)出第二代分瓶器——龍門架式分瓶器（發(fā)明專利號(hào)為ZL 2010 1 0266725.7），這種分瓶器在現(xiàn)場(chǎng)使用效果很好，它用了3個(gè)電缸和3套伺服電機(jī)及控制器(其中1套用在輸送鏈上進(jìn)行調(diào)速)，但因整體機(jī)架占用空間面積較大，且制造成本很高，一般中小客戶不能承受。為了更好地使本產(chǎn)品推廣應(yīng)用，考慮到可靠性和經(jīng)濟(jì)性，又開發(fā)了第三代分瓶器——十字架式高速伺服分瓶器，對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 機(jī)器構(gòu)成

高速伺服分道器由框架、前端固定隔板、中間隔板組件、X軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置、Y軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置、擺動(dòng)隔板組件、進(jìn)瓶隔板組件、導(dǎo)向板組件、輸送鏈組件、電柜控制系統(tǒng)等構(gòu)成，見圖1。

2 工作原理

輸送鏈高速輸送來(lái)的瓶子從進(jìn)瓶隔板進(jìn)入，通過(guò)導(dǎo)向板組件到擺動(dòng)隔板組件，X軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置上伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠式驅(qū)動(dòng)軸向前加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)輸送鏈輸送瓶子的速度跟中間隔板和Y軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)速度同步時(shí)，Y軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置上的絲杠式驅(qū)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)隔板沿Y軸移動(dòng)一個(gè)瓶子寬度的距離，達(dá)到分瓶目的。此時(shí)，X軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置上的伺服電機(jī)減速，瓶子繼續(xù)輸送，前面的計(jì)數(shù)光電計(jì)瓶達(dá)到設(shè)定值，X軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)Y軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置和擺動(dòng)隔板組件向X進(jìn)瓶的反方向運(yùn)行，完成一個(gè)循環(huán)。

圖1 高速伺服分道器結(jié)構(gòu)

單排輸送進(jìn)來(lái)的瓶子，根據(jù)包裝形式的不同，出瓶時(shí)可以分三道、四道，最多可以分成八道，在機(jī)器上只增減分隔板就可實(shí)現(xiàn)不同的分道。

設(shè)輸送鏈的的速度為V，X軸方向的電缸速度為V1，Y 軸方向的電缸速度為 V2，瓶子大小為（ 長(zhǎng)×寬）=b×a，瓶子進(jìn)瓶方向如圖2所示。

當(dāng)計(jì)數(shù)器所數(shù)瓶子達(dá)到額定值（假定為20）后，為防止卡瓶，分道的最佳位置如圖2所示。

此時(shí)，V1方向電缸的動(dòng)作可分為4階段：1）加速階段。V1從0加速到V，所需時(shí)間為t1，加速度為a1，隔板前進(jìn)了S1，在此時(shí)間里，輸送鏈前進(jìn)了S；2）勻速階段。V1=V，分道動(dòng)作在此階段完成；3）減速階段。V1從V減到0；4）返回原點(diǎn)。

圖2

為了使瓶子在V1加速完成后瓶子剛好達(dá)到圖3的位置，有以下經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式：S-S1=50+3b/5。

圖3

3 整體結(jié)構(gòu)及方案配置

為了既減輕質(zhì)量又確保整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與剛度，分道器主體框架的材料主要采用碳鋼烤漆制成，分道板和支撐運(yùn)動(dòng)模塊的支架全部采用鋁合金表面陽(yáng)極化處理制成。

十字架式分道器整體配置如圖4，輸送鏈電機(jī)減速器上連接的編碼器跟蹤輸送鏈的線速度，也就是瓶子的運(yùn)動(dòng)速度，當(dāng)X軸從0速開始加速追蹤輸送鏈的線速度進(jìn)入等速階段，運(yùn)動(dòng)控制器輸入變道信號(hào)，Y軸收到變道信號(hào)后，在等速段結(jié)束前完成變道，X軸開始減速，X軸的運(yùn)動(dòng)行程最大為400 mm。

加速度 a1可根據(jù)輸送鏈速度做出適當(dāng)調(diào)整，保證整機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，分道時(shí)整機(jī)振動(dòng)小，以減少倒瓶卡瓶的可能性。

圖4

3.1 X軸運(yùn)動(dòng)規(guī)律及結(jié)構(gòu)

X軸負(fù)責(zé)帶動(dòng)整個(gè)分道機(jī)構(gòu)在流水線方向前后運(yùn)動(dòng)，完成追蹤線速度的工作。X軸方向折合負(fù)載約為80 kg，有效運(yùn)動(dòng)行程為400 mm，預(yù)定線速為720 mm/s，完成單向追蹤的時(shí)間約為0.70 s，結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)規(guī)律如圖5所示。

圖5

為實(shí)現(xiàn)跟蹤速度準(zhǔn)確，加減速時(shí)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，選用進(jìn)口某知名品牌的滾珠絲杠式集成運(yùn)動(dòng)模塊，伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠方式代替了以往由伺服電機(jī)通過(guò)減速器驅(qū)動(dòng)同步皮帶運(yùn)動(dòng)方式，結(jié)構(gòu)更加合理。而且也只用一個(gè)運(yùn)動(dòng)集成模塊代替了以往2個(gè)平行安裝的同步帶式電缸，使機(jī)器整體布局大大縮小，節(jié)約了成本，滾珠絲杠的高精度、高強(qiáng)度使運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)可靠。

3.2 Y軸運(yùn)動(dòng)規(guī)律及結(jié)構(gòu)

Y軸負(fù)責(zé)帶動(dòng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在流水線交叉方向左右運(yùn)動(dòng)，完成分道的工作；Y軸方向折合負(fù)載約為45 kg，有效運(yùn)動(dòng)行程為390 mm（6道×65 mm），每次移動(dòng) 65 mm，須在X軸等速段完成后，開始做加速減速運(yùn)動(dòng)。完成變道的時(shí)間約為0.28 s，運(yùn)動(dòng)規(guī)律如圖5示。為使Y軸運(yùn)動(dòng)模塊能承擔(dān)更高載荷和Y軸運(yùn)動(dòng)距離小的特點(diǎn)，結(jié)合機(jī)器的整體結(jié)構(gòu)，Y軸運(yùn)動(dòng)模塊選用伺服電機(jī)通過(guò)皮帶傳動(dòng)減速后，再驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠帶動(dòng)擺動(dòng)隔板組件的運(yùn)動(dòng)模式。Y軸運(yùn)動(dòng)模塊以縱向安裝，可以選比X軸運(yùn)動(dòng)模塊負(fù)載更小的系列型號(hào)，經(jīng)濟(jì)性是顯而易見的。

圖6

4 結(jié)語(yǔ)

本文較詳細(xì)地介紹了十字架式高速伺服分瓶器的結(jié)構(gòu)和工作原理。經(jīng)過(guò)多家飲料廠使用后，驗(yàn)證了它具有工作可靠、運(yùn)轉(zhuǎn)靈活、操作方便、分瓶速度快，分瓶精度高等特點(diǎn)，且本機(jī)與瓶子接觸的鋁合金隔板上包有一層低摩擦系數(shù)的塑料材料，使維護(hù)運(yùn)行操作的成本降低，是食品飲料行業(yè)包裝異型瓶時(shí)的首選設(shè)備。

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