王鋼
(四川科創(chuàng)源潔凈工程有限公司,四川 成都 610000)
傳統(tǒng)理蓋機(jī)的工作原理是將料斗中無序的瓶蓋經(jīng)固定在傳送帶上面的擋塊提升到重心分離機(jī)構(gòu)處,進(jìn)行正蓋與反蓋的剔除,剔除反蓋并送出正蓋,正蓋進(jìn)入正蓋料道在掛蓋機(jī)構(gòu)處與裝好物品的瓶子相扣,再進(jìn)入下一道擰蓋機(jī)構(gòu)進(jìn)行瓶蓋的擰緊。
料斗中的瓶蓋進(jìn)入傳送帶時的姿態(tài)主要分為正蓋、反蓋、無序瓶蓋3種情況,無序瓶蓋在剔除機(jī)構(gòu)處進(jìn)行剔除分離,留下的正蓋與反蓋進(jìn)入重心分離機(jī)構(gòu),重心分離機(jī)構(gòu)對正蓋進(jìn)行理順后送入到正蓋料道,并對反蓋進(jìn)行剔除,剔除的反蓋通過專用通道返回到料斗中,和原有瓶蓋一起再次經(jīng)傳送帶送入重心分離機(jī)構(gòu)處進(jìn)行正蓋的理順和反蓋的剔除。直到料斗中的瓶蓋全部用完。因為要剔除掉反蓋,因此理蓋機(jī)的工作效率低,特別是當(dāng)料斗中的瓶蓋很少的時候,料道中的正蓋上蓋率更低,此結(jié)構(gòu)降低了包裝生產(chǎn)線的整體工作效率。
針對以上缺點,新設(shè)計的重心分離機(jī)構(gòu)將正蓋和反蓋進(jìn)行分離,正蓋進(jìn)入正蓋料道,反蓋進(jìn)入反蓋料道內(nèi)經(jīng)過180°翻轉(zhuǎn)后成為正蓋,并與正蓋料道匯集后并入到掛蓋機(jī)構(gòu)處。此設(shè)計采用小傾斜角、高的傳送帶帶速和完全利用了料道中的正蓋反蓋,從而提高了理蓋機(jī)的單機(jī)工作效率和包裝生產(chǎn)線的整體工作效率。
理蓋機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)母減小傾斜角a,使料斗中無序的瓶蓋以正蓋、反蓋或無序瓶蓋的姿態(tài)依附在傳送帶上的擋塊處,瓶蓋在傳送帶及擋塊的帶動下到達(dá)剔除機(jī)構(gòu)處,剔除掉無序瓶蓋,正蓋與反蓋在保護(hù)罩的保護(hù)下到達(dá)拔桿處,依靠拔桿的反作用力及瓶蓋的重力,瓶蓋滾動進(jìn)入到重心分離機(jī)構(gòu)處,利用重心偏移法將正、反蓋分離。正蓋進(jìn)入正蓋料道內(nèi),而反蓋被分離到反蓋料道內(nèi)。反蓋料道經(jīng)過180°的旋轉(zhuǎn)后,料道中的反蓋成為正蓋并匯集到正蓋料道內(nèi),最后瓶蓋進(jìn)入掛蓋機(jī)構(gòu),理蓋機(jī)完成瓶蓋的理蓋工作。
對剔除機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計分析前,先對傳送帶上擋塊處瓶蓋的位姿進(jìn)行說明。
對于已經(jīng)在傳送帶上擋塊處的瓶蓋,利用概率論中隨機(jī)事件的概率進(jìn)行分析,每一個瓶蓋處于傳送帶上的位姿均可能是正蓋(n1)、反蓋(n2)、無序瓶蓋(歪蓋)(n3),如圖2所示。
因為正蓋(n1)與反蓋(n2)均為合格的瓶蓋,所以處于傳送帶上擋塊處的每一個瓶蓋是合格瓶蓋(A)的概率為:
圖1
圖2
剔除機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡圖如圖3所示。傳送帶將瓶蓋從料斗中向上提升,到達(dá)剔除機(jī)構(gòu)處,歪蓋在剔除輪的轉(zhuǎn)動下被剔除,正蓋與反蓋繼續(xù)上行,進(jìn)入到保護(hù)罩的保護(hù)中。通過調(diào)節(jié)螺母的位置來調(diào)節(jié)剔除輪與傳送帶的高度h,以適應(yīng)不同規(guī)格瓶蓋的歪蓋剔除。其中主動輪與傳送帶依靠摩擦力傳遞動力。
根據(jù)重心的概念,求圖4所示瓶蓋的重心,其中O為瓶蓋中心,OC為瓶蓋重心偏移量,則有:
圖3
圖4 并瓶蓋重心簡圖
圖5
瓶蓋的質(zhì)量為:
瓶蓋的重力:
圖5中(1)為瓶蓋在進(jìn)入重心分離機(jī)構(gòu)前的重心偏移,圖5中(2)所示為瓶蓋在進(jìn)入重心分離機(jī)構(gòu)時的重心偏移。C為反蓋重心,C1為正蓋重心,C'與C1'是C與C1點在X軸上的投影。O點為支承瓶蓋轉(zhuǎn)動的矩心,a為傾斜角,β為偏移角。
1934年中央蘇區(qū)還發(fā)行了“中華蘇維埃共和國借谷證”,面額高的有“伍拾斤”“壹佰斤”,低的只有“捌兩”“玖兩”“拾兩”“拾壹兩”“壹斤”。票面注明“此票專為1934年向群眾借谷充足紅軍給養(yǎng)之用”,還明顯標(biāo)示“糧食人民委員陳潭秋”及印章(黨的一大代表陳潭秋是我黨我軍的“第一任糧食部長”)。借谷證是根據(jù)當(dāng)時紅軍戰(zhàn)時流動性很大、經(jīng)常轉(zhuǎn)戰(zhàn)遷移等特征而發(fā)行的糧票。憑此證可以沿途在群眾家吃飯或向當(dāng)?shù)卣畟}庫、紅軍倉庫、糧食調(diào)劑局、糧食合作社、備荒倉以及群眾借取糧食,然后憑借谷證向政府結(jié)算。其他革命根據(jù)地也都發(fā)行有類似的借谷證、米票、飯票,如1934年閩浙贛省蘇區(qū)發(fā)行的“紅軍飯票”。
根據(jù)相似三角形定理,求得正蓋重心C1'到矩心O的距離OC1'為:
反蓋重心C'到矩心O的距離OC'為:
根據(jù)平面力系中力對點之矩可知,瓶蓋的重力使瓶蓋繞矩心O轉(zhuǎn)動,因此求得正蓋轉(zhuǎn)矩:
反蓋轉(zhuǎn)矩:
式中:G為瓶蓋重力;M(z)為正蓋轉(zhuǎn)矩;M(F)為反蓋轉(zhuǎn)矩。
根據(jù)圖5中(1)圖所示,正蓋轉(zhuǎn)矩M(z)與反蓋轉(zhuǎn)矩M(F)均使瓶蓋緊貼AA面。利用小的傾斜角a可實現(xiàn)正蓋與反蓋同時到達(dá)重心分離機(jī)構(gòu)處。
圖5中(2)所示,當(dāng)選取小的傾斜角a1且固定不變時,通過調(diào)節(jié)偏移角β實現(xiàn)重心偏移,從而達(dá)到正反蓋分離,根據(jù)式(9)求得偏移角β為:
如圖6所示,C1點為正蓋質(zhì)心,C點為反蓋質(zhì)心,傳送帶以V(m/s)速度勻速運動,在直角坐標(biāo)系xoy中:
根據(jù)動量矩定理求得正蓋動量矩:
反蓋動量矩:
為了保證勻速運動的瓶蓋的穩(wěn)定性,需滿足條件:
由C1O'<CO'可知,在整個理蓋過程是以反蓋的穩(wěn)定性為主,根據(jù)上式求得使瓶蓋穩(wěn)定運行時傳送帶最高速度:
重心分離機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡圖如圖7所示,正蓋在平衡板的保護(hù)下,從a處滾動到AA處,在重心偏移的作用下,正蓋緊貼重心偏移板運行,反蓋緊貼平衡板運行,如圖中A—A所示。當(dāng)瓶蓋滾動出平衡板的保護(hù)邊線,進(jìn)入到BB處時。
(1)如圖7中B—B所示,反蓋失去平衡板的支撐,在進(jìn)行滾動的同時作順時針旋轉(zhuǎn),反蓋最后進(jìn)入到反蓋料道,運行路線如a—o—c。
(2)此時正蓋在重心偏移的作用力下,繼續(xù)緊貼重心偏移板運行,最后進(jìn)入到正蓋料道,運行路線如a—o—b。
為了使產(chǎn)品適合不同瓶蓋直徑、瓶蓋厚度,調(diào)節(jié)上軌導(dǎo)與下軌導(dǎo)的距離可以適應(yīng)不同直徑的瓶蓋,調(diào)節(jié)蓋板與底板的距離以適應(yīng)不同高度的瓶蓋,調(diào)節(jié)微調(diào)母1使重心偏移板有不同的轉(zhuǎn)角以適應(yīng)不同規(guī)格瓶蓋的重心偏移。
圖6
圖7
以兩種規(guī)格的瓶蓋來分析理蓋機(jī)的工作效率。其中傳送帶凈寬180mm,擋塊間距為60mm,為了提高理蓋機(jī)工作效率,傾斜角a1取50°。首先根據(jù)不同的瓶蓋按式(10)計算出偏移角。再根據(jù)式(17)計算傳送帶的最高速度,結(jié)果如表1中所示。
表1
根據(jù)隨機(jī)事件的概率分析,料斗中無序的每個瓶蓋,在通過自重到達(dá)傳送帶上的擋塊處時,均有能與不能到擋塊處兩種情況,結(jié)合式(1)得知每個瓶蓋的正確理蓋概率為1/3。當(dāng)瓶蓋直徑為20mm時,每個擋塊上的瓶蓋位數(shù)為9。當(dāng)瓶蓋直徑為40mm時,每個擋塊上的瓶蓋位數(shù)為4。則每分鐘理蓋機(jī)可能理順的瓶蓋數(shù)量Q為:
而實際市場上的產(chǎn)品中,理蓋機(jī)的工作效率一般在400~600個/min。通過計算,此結(jié)構(gòu)的理蓋機(jī)工作效率是市場上現(xiàn)有產(chǎn)品的30倍以上。
在高速理蓋機(jī)正反蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中,先對瓶蓋進(jìn)行靜力學(xué)與動力學(xué)的計算,再合理地設(shè)計出新的重心分離機(jī)構(gòu)。新的重心分離機(jī)構(gòu)將正蓋與反蓋全部利用,提高了理蓋機(jī)的單機(jī)工作效率和包裝生產(chǎn)線的整體工作效率。