陳冠寶，楊 帆，郁惠民，吳江銳，徐紅宇

(1.浙江金鷹食品機械有限公司，浙江 舟山 316100；2.浙江海洋大學 船舶與機電工程學院，浙江 舟山 316022)

0 引 言

早期的罐頭食品大都采用玻璃瓶包裝,由于玻璃瓶存在易破碎這一致命的缺陷，20世紀70年代初期出現了玻璃瓶的替代品—錫焊罐[1]，但其食品鉛污染等問題等一直未得到解決。

隨著金屬制罐工業(yè)的發(fā)展，電阻焊在20世紀50年代，電阻焊技術經過瑞士蘇德羅尼克公司的改進，使電阻焊設備開始應用在金屬制罐行業(yè)，特別是食品金屬包裝，并逐步代替錫焊罐[2]。電阻焊制罐機先后經歷了3個發(fā)展階段：70年代以前的蝶形焊；1970年左右的銅線擠壓焊(WireMash)，簡稱為維瑪焊(WIMA)；1976年左右，蘇德羅尼克公司進一步改進維瑪焊技術，設計了超維瑪焊(Super WIMA)[3]。其采用的熔焊罐加工方式優(yōu)點突出，如：罐身縫不用錫焊，杜絕了鉛、錫等重金屬對食品的污染，同時還節(jié)約了貴重的錫金屬；焊縫的密封性好，強度高；焊縫重疊寬度小(約0.4 mm～0.6 mm)，既省料，又美觀；焊縫厚度薄，便于翻邊、縮頸和封口；能夠一機多工序連續(xù)生產，自動完成罐身的焊接，簡化設備的同時節(jié)省了能源；生產效率高[4]。

電阻焊罐機是金屬制罐業(yè)的關鍵設備，可完成自動吸、送料、揉鐵、成圓、推進、焊接、補涂、烘干等工序。國外發(fā)達國家普遍重視制罐機械的自動化控制技術，設備基本實現了機電一體化控制，有著很高的生產效率，而且非常注重制罐機械用于制造生產過程中的穩(wěn)定性和可靠性[5]。美國是全球第一大包裝機械制造和消費國家，產品類型齊全，其啤酒在20世紀30年代就開始使用金屬罐包裝了，現在擁有世界上最先進的成型、充填、封口等機械設備[6]。日本由于戰(zhàn)后國內經濟快速發(fā)展，對包裝機械有著很大的需求量，使得包裝機械行業(yè)得到了高速發(fā)展，行業(yè)以中小企業(yè)居多，生產以單機為主[7]。

我國的包裝機械起步于20世紀50年代，20世紀70年代末期逐步發(fā)展后形成了包裝機械行業(yè)，當時金屬包裝行業(yè)的企業(yè)數量不多，且以中小企業(yè)為主[8]。國內的制罐機械穩(wěn)定性和可靠性也比國外先進設備差，而且設備壽命短，一般設備的壽命還達不到國外先進設備的一半。

本文將針對食品罐的生產，研制一種上料冷軋機構。

1 上料冷軋工作流程

吸料裝置通過吸盤從料倉吸取板料，交給成圓機第一對送料輥送進，經過雙張檢測后進入揉鐵輥進行揉鐵預彎，再經成圓輥成圓后由導罐組件收集、穩(wěn)定，成圓后的罐身由鏈條輸送機向前連續(xù)輸送；連桿送罐機構與其同步，并在收罐身后將其準確送入上下焊輪進行焊接。

2 上料冷軋機構設計

2.1 料倉

料倉按罐身板的長、寬進行調整時滿足以下條件：

(1)按基準銷測量，兩側尺寸一致，誤差0.2 mm；

(2)兩縱向導軌平行，誤差0.1 mm；

(3)板料一側靠緊一面的料架，另一側間隙不大于0.3 mm。

一側的梳齒組件之間若間隔過近會造成吸料困難，過遠則容易出現雙張，合適的距離在反復調整、試驗后確定。料倉如圖1所示。

圖1 料倉

吹氣分張組件：為提高分張效果，可根據罐身直徑的不同，每側可放置一或兩個吹氣分張的組件。將吹氣噴嘴橫向放置(可調節(jié)角度)使分張氣流盡可能通過板面的面積增大，加強分張的效果。

為增強吹氣效果，噴嘴到板料垛之間的距離在1 mm左右。另外由于吸料機構中吸盤的高度不能調整，通過調整料倉內前、后吊板及梳齒板的高度，使罐身板平躺在料倉內和各吸盤均勻接觸并使吸盤密封唇邊有少許變形，以此來提高吸料送料的效率及可靠性。

2.2 吸料機構

真空開關原理：轉盤的周面上的互相獨立的兩段弧形槽分別與真空泵和外界大氣相通。轉盤旋轉過程中，吸盤接孔交替與第一弧形槽和第二弧形槽連通；當第一弧形槽轉至與吸盤接孔連通時，進行抽真空，吸盤腔便能牢靠吸住板料，當第二弧形槽轉軸與吸盤接孔連通時，真空釋放，吸盤放開板料。

真空開關如圖2所示。

圖2 真空開關

吸料過程：當第一弧形槽轉至與吸盤接孔連通時，進行抽真空，吸盤腔便能牢靠吸住板料，經搖桿機構，將其推送至第一組送料輥對之間，此時第二弧形槽轉軸與吸盤接孔連通，真空釋放，吸盤無吸力經搖桿機構運動到料倉位置準備吸取下一張板料，而送料輥對之間的摩擦力帶動板料繼續(xù)前進。

吸料機構的優(yōu)點：通過改變轉盤的弧形槽來實現抽真空和真空釋放過程的交替運行，結構簡單、成本低、精度高、可靠性高。

2.3 雙張檢測機構

雙張打出是在第一對送料輥上方安裝一個模擬量檢測開關，通過對兩張鐵皮疊加厚度的設定(將兩張鐵皮送入第一對送料輥確認此時的模擬量)，在工作中檢測到鐵皮通過為雙張時就通知氣缸快速動作，將通過第一對送料輥的鐵皮用打料板打出。

2.4 成圓機構

成圓過程：板料在第一個送料輥對處，雙張檢測裝置控制打料板使雙張板改向到收集箱中。正常情況下，板料經各輥、輪輸送到揉鐵輥上，再經過揉鐵上、下壓板、揉鐵軸及舌板的組合體。通過消除板上的應力，確保均勻的預成圓操作。預成圓工位包括成圓上壓板和一對成圓軸輥，對板進行預成圓操作，確保成圓機對所有板的成圓操作能夠達到均勻的曲率。成圓上軸輥使板緊壓在成圓機的成圓擋板上。成圓后的罐身板緣被導罐條夾住，并按罐身導槽的路線輸送。

成圓過程如圖3所示。

圖3 成圓過程示意圖

成圓機構是一種輥隙可調節(jié)的成圓輥結構，轉動輥隙調節(jié)螺釘，在輥隙調節(jié)螺釘的推抵作用下，便可帶動軸承座以轉軸為圓心偏轉，以改變上成圓輥與下成圓輥之間的間隙，輥隙調節(jié)方便，輥隙調節(jié)螺釘每轉動一圈調節(jié)距離移動一個導程。適用于多種規(guī)格罐身，成圓效率高、工作穩(wěn)定、成圓質量高且整齊。

成圓機構如圖4所示。

圖4 成圓機構

2.5 鏈條輸送機

設計護罐導向器的主要目的是保證成圓后罐身板穩(wěn)定的與鏈條輸送機交接并順利按“Z”形導槽向前送進。

本研究成圓一張罐身板，使其掛在導罐組件的左、右導罐條槽內，此時內、外擋和成圓后的罐身板外表面均勻接觸，送罐鏈條向前推動罐身，立護條、下護條等也和罐身均勻接觸，繼續(xù)推動罐身送至焊輪處。成圓后的罐身先要通過兩側鏈條上的鏈爪向前輸送，此時需要兩側的鏈爪調整平齊，前行至撥罐爪時兩者交接，由撥罐爪送入焊輪焊接，此時只要撥罐爪速度略高于焊輪速度就可以保證罐身不錯位。鏈條輸送裝置如圖5所示。

圖5 鏈條輸送裝置

3 實驗結果

電阻焊機實物如圖6所示。

圖6 電阻焊機實圖

電阻焊機各項參數如下：

(1)實驗罐身材料：鍍錫鐵；

(2)罐身參數：厚度0.18 mm，高度136 mm，展開長度L=165.22 mm；

(3)電機頻率：成圓機主電機變頻調速器頻率設為38 Hz；

(4)生產速度：500罐/min，罐身間隔為0.8 mm。

安裝后檢查各部運行正常后，正常焊接罐身無卡阻。本研究隨機抽取20個罐身目測焊縫均勻、無漏點。其中10個罐身用剪刀將端頭焊縫兩側剪開后用鉗子夾住撕拉均可將焊縫完整拉下，將拉下焊縫用手彎折可達3次，焊縫柔韌度達標；另10個罐身用鉗子分別夾住焊縫頭、尾翻邊均未開裂，合格。

實測結論：該機型達到設計要求，可用于制罐企業(yè)正常生產。

4 結束語

本文研制的上料冷軋機構是用于制作金屬罐身，集自動吸料、自動成圓、鏈條輸送為一體的全自動裝置，適用于制罐企業(yè)的的生產，可達到生產設計要求，如生產速度和成圓質量，其主要特點如下：

(1)真空吸料機構：利用兩段獨立弧形槽，在旋轉工作時能在吸氣和放氣之間切換，從而實現自動吸料的作用；

(2)成圓機構：板料經過揉鐵及壓板完成預成圓過程來消除應力，再經過成圓軸輥完成成圓流程；

(3)雙張檢測機構：對板材厚度的檢測，當超過上限時就會啟動開關，將其打出。檢測可靠穩(wěn)定，不會出現遺漏。