（西安工業(yè)大學(xué)，西安 710016）

0 引言

隨著社會(huì)的高速發(fā)展，產(chǎn)品生產(chǎn)過程的高速化、自動(dòng)化越來越受到生產(chǎn)企業(yè)的重視。高速自動(dòng)化裝箱設(shè)備也在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。市場(chǎng)需求的多元化，產(chǎn)品裝箱形式的多樣化，就要求裝箱機(jī)械要適應(yīng)各種產(chǎn)品需求，在裝箱的過程中對(duì)產(chǎn)品位置進(jìn)行合理適當(dāng)調(diào)整以滿足企業(yè)不同產(chǎn)品的裝箱要求[1-5]。

1 現(xiàn)有基本裝箱形式及成箱樣式

現(xiàn)代化生產(chǎn)產(chǎn)量大幅度提升，裝箱機(jī)械的裝箱速度也越來越快，早期的單箱裝箱機(jī)械早已跟不上現(xiàn)代化企業(yè)的發(fā)展步伐，2～4箱的裝箱形式也已經(jīng)在裝箱機(jī)械中得到了普遍推廣。生產(chǎn)企業(yè)根據(jù)產(chǎn)品種類及特性選擇裝箱結(jié)構(gòu)和形式，常用的箱型包括：4×6塑料周轉(zhuǎn)箱、3×4塑料周轉(zhuǎn)箱、4×5 塑料周轉(zhuǎn)箱、3×4紙箱、4×6 紙箱、3×5 紙箱、4×5 紙箱等[6]。

現(xiàn)有的裝箱機(jī)械，抓頭部件只能進(jìn)行單獨(dú)一個(gè)方向上的抓頭間距調(diào)節(jié)，即與輸箱鏈道相平行的同步方向的間距調(diào)節(jié)，使物料間形成一定的間隙量以方便進(jìn)行物料裝箱。這種結(jié)構(gòu)要求物料傳送方向與紙箱輸送方向相互垂直，物料終端傳送帶寬度要與總裝箱數(shù)量的箱體總長(zhǎng)度相匹配，因此整機(jī)尺寸大，空間利用率低，對(duì)包裝容器柔性較大的小袋包裝及柔性塊狀物料的多層裝箱效果差，包裝箱內(nèi)物料擺放凌亂，有時(shí)甚至無法完成物料裝箱作業(yè)[7-10]。

2 雙向調(diào)節(jié)抓頭機(jī)構(gòu)的機(jī)械部分設(shè)計(jì)

為順利完成物料裝箱作業(yè)，達(dá)到更好的裝箱效果，本文討論設(shè)計(jì)一種雙向調(diào)節(jié)抓頭機(jī)構(gòu)，彌補(bǔ)物料在輸送鏈道上的輸送間距，形成包裝箱體的壁厚間距量，使得物料在放入包裝箱之前就進(jìn)入了良好整齊的排列狀態(tài)。

2.1 結(jié)構(gòu)組成

雙向調(diào)節(jié)抓頭機(jī)構(gòu)由裝箱機(jī)抓頭部件安裝支架、抓頭部件連接支架、抓頭安裝框架、抓頭縱向活動(dòng)安裝板、抓頭橫向活動(dòng)安裝板等部件構(gòu)成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。各部件的作用如下：

（1）裝箱機(jī)抓頭部件安裝支架：直接裝箱機(jī)的裝箱動(dòng)力機(jī)構(gòu)，方便安裝抓頭部件，是整機(jī)實(shí)現(xiàn)完整裝（卸）箱工藝的保證。

（2）抓頭部件連接支架：采用掛扣機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)抓頭整體部件與安裝支架的連接。

（3）抓頭安裝框架：是抓頭機(jī)構(gòu)的安裝支撐，提供了抓頭活動(dòng)板的安裝空間和位置，以保證抓頭機(jī)構(gòu)正常工作。

（4）抓頭縱向活動(dòng)安裝板：為縱向調(diào)節(jié)抓頭提供定位安裝位置，同時(shí)作為橫向活動(dòng)安裝板的安裝、導(dǎo)向支撐，是橫向安裝板工作、運(yùn)行的保證。

（5）抓頭橫向活動(dòng)安裝板：為橫向調(diào)節(jié)抓頭提供定位安裝位置，是整體縱向活動(dòng)板的組成部分。

（6）抓頭（支架）：是物料抓取的最小單元，安裝在活動(dòng)安裝板上，直接對(duì)物料進(jìn)行抓取，以實(shí)現(xiàn)物料的裝（卸）箱。

（7）橫向活動(dòng)安裝板上（下）導(dǎo)向板：安裝在抓頭縱向活動(dòng)安裝板上，與橫向活動(dòng)安裝板間含有聚四氟乙烯板條，上下夾持住橫向活動(dòng)安裝板，為橫向活動(dòng)板的橫向偏移提供良好的導(dǎo)向及定位。

（8）縱向活動(dòng)安裝板動(dòng)力機(jī)構(gòu)：由兩個(gè)相同的雙作用氣缸組成，通過活塞連接桿連接到縱向活動(dòng)安裝板上，為縱向活動(dòng)安裝板提供縱向往復(fù)的偏移動(dòng)力。

（9）橫向活動(dòng)安裝板動(dòng)力機(jī)構(gòu)：每塊橫向活動(dòng)安裝板分別匹配一個(gè)雙桿氣缸，加大活動(dòng)動(dòng)力，同時(shí)增強(qiáng)移動(dòng)穩(wěn)定性，為橫向活動(dòng)安裝板提供橫向往復(fù)的偏移動(dòng)力。

（10）縱向活動(dòng)安裝板上（下）導(dǎo)向板：安裝在裝箱機(jī)抓頭部件安裝支架上，與縱向活動(dòng)安裝板間含有聚四氟乙烯板條，上下夾持住縱向活動(dòng)安裝板，為縱向活動(dòng)板的縱向偏移提供良好的導(dǎo)向及定位。

2.2 工作原理

整體物料抓頭部件通過抓頭部件連接支架2與裝箱機(jī)抓頭部件安裝支架進(jìn)行穩(wěn)定的定位連接?？梢詫?shí)現(xiàn)不同規(guī)格的抓頭部件整體快速更換。整體的抓頭活動(dòng)機(jī)構(gòu)均安裝在抓頭安裝框架3中，在縱向活動(dòng)安裝板動(dòng)力機(jī)構(gòu)9（包括縱向氣缸1，2）的動(dòng)力下，使抓頭縱向活動(dòng)安裝板4按照縱向活動(dòng)安裝板上導(dǎo)向板11和縱向活動(dòng)安裝板下導(dǎo)向板12的導(dǎo)向方向進(jìn)行合理的定距往復(fù)滑動(dòng)?；顒?dòng)間距在圖2中顯示“b”，一般是指物料箱體的箱體間隔與箱體內(nèi)腔凈尺寸的差值，影響整箱物料的入箱效果。根據(jù)裝箱產(chǎn)品尺寸以及裝箱規(guī)格和箱體長(zhǎng)度的不同，可以選擇不同的縱向活動(dòng)安裝板動(dòng)力機(jī)構(gòu)9和相對(duì)應(yīng)的抓頭縱向活動(dòng)安裝板4，從而達(dá)到更好的縱向間距調(diào)節(jié)。

抓頭橫向活動(dòng)安裝板5以抓頭縱向活動(dòng)安裝板4為安裝框架，在橫向活動(dòng)安裝板動(dòng)力機(jī)構(gòu)10（包括橫向氣缸 1，2，3，4）的動(dòng)力作用下，使抓頭橫向活動(dòng)安裝板5按照橫向活動(dòng)安裝板上導(dǎo)向板7和橫向活動(dòng)安裝板下導(dǎo)向板8的導(dǎo)向方向進(jìn)行合理的定距往復(fù)滑動(dòng)，活動(dòng)間距在圖2中顯示“a”，一般為框架箱體的內(nèi)框格板厚度值，影響單箱體內(nèi)各物料的裝箱效果。根據(jù)裝箱產(chǎn)品尺寸以及裝箱規(guī)格、箱體寬度及框架箱框格板厚的不同，可以選擇不同的橫向活動(dòng)安裝板動(dòng)力機(jī)構(gòu)10和相對(duì)應(yīng)的抓頭橫向活動(dòng)安裝板5，從而達(dá)到更好的橫向間距調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)良好裝箱效果。

2.3 裝箱工藝

雙向調(diào)節(jié)的抓頭機(jī)構(gòu)裝箱機(jī)械不僅可以用在物料傳送方向與箱體輸送傳送方向相垂直的裝箱工藝中，也可以用在物料傳送方向和箱體傳送方向相平行的裝箱工藝中，不僅可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的緊密裝箱，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的定位框架箱裝箱，其實(shí)現(xiàn)裝箱的工藝過程如圖2、圖3所示。

圖2中，抓頭機(jī)構(gòu)將產(chǎn)品抓取后，在提起產(chǎn)品進(jìn)入箱體的工藝過程中對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行橫向調(diào)節(jié)，使產(chǎn)品橫向間隔由零間隙分開為框架箱的框架橫向間隙（以a值為代表），同時(shí)對(duì)產(chǎn)品按照箱體的位置，以一箱產(chǎn)品為一個(gè)組合實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的縱向間距調(diào)節(jié)，使成箱產(chǎn)品間隔由原來的隔板間隙分開為兩個(gè)框架箱體的箱體間隙（以b值為代表），很好的完成產(chǎn)品的定距框架裝箱；圖3中，抓頭機(jī)構(gòu)將產(chǎn)品抓取后在提起產(chǎn)品進(jìn)入箱體的工藝過程中對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行橫向調(diào)節(jié)，使產(chǎn)品橫向間隔由原來的隔板間隙縮小為零間隙甚至負(fù)間隙（以產(chǎn)品性能來確定a值的調(diào)節(jié)），同時(shí)對(duì)產(chǎn)品按照箱體的位置，以一箱產(chǎn)品為一個(gè)組合實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的縱向間距調(diào)節(jié)，使成箱產(chǎn)品間隔由原來的零間隙分開為兩個(gè)箱體的箱體間隙（以b值為代表），很好的完成產(chǎn)品的緊密裝箱。

3 雙向調(diào)節(jié)抓頭機(jī)構(gòu)的氣動(dòng)部分設(shè)計(jì)

雙向調(diào)節(jié)抓頭機(jī)構(gòu)的氣動(dòng)原理是由外接高壓氣源經(jīng)過二次壓力控制回路后供給整體工作機(jī)構(gòu)。二次壓力控制回路是由空氣過濾器、調(diào)壓閥、油霧器及氣壓表組成，共同完成高壓空氣的過濾、減壓和油霧化工作。氣控系統(tǒng)由六個(gè)氣缸、三個(gè)兩位五通電磁閥及十二個(gè)節(jié)流閥組成，一個(gè)電磁閥同時(shí)控制相互平行的動(dòng)作氣缸，保證了抓取產(chǎn)品后運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，縱向、橫向氣缸有序動(dòng)作完成紙箱的合理定位，節(jié)流閥調(diào)節(jié)氣缸桿的動(dòng)作速度，使抓取產(chǎn)品定位更準(zhǔn)確平穩(wěn)。

整體雙向間距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用機(jī)電氣一體化控制，動(dòng)力機(jī)構(gòu)采用空氣氣缸帶動(dòng)，對(duì)PLC進(jìn)行編程通過控制縱向和橫向氣缸氣路電磁閥的開閉來控制縱向機(jī)構(gòu)和橫向機(jī)構(gòu)的同步活動(dòng)或間隔性運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)氣路中的單向節(jié)流閥來控制各個(gè)活動(dòng)機(jī)構(gòu)的活動(dòng)速度快慢。

4 結(jié)語

該雙向調(diào)節(jié)抓頭機(jī)構(gòu)涉及現(xiàn)在生產(chǎn)企業(yè)包裝生產(chǎn)線上裝箱機(jī)抓頭部件的抓頭間距調(diào)節(jié)，尤其是針對(duì)圓瓶、異型瓶、塊狀物料或小袋包裝物料等整齊規(guī)則的包裝容器進(jìn)行更合理的間距調(diào)節(jié)以方便進(jìn)行裝箱?？梢允刮锪显诎b箱內(nèi)的間距排列更合理、更緊密，在后期的分送運(yùn)輸途中更安全、更可靠，使裝箱效果更理想，裝箱機(jī)的裝箱性能更優(yōu)越，此結(jié)構(gòu)在裝卸機(jī)械設(shè)備中具有很高的工程應(yīng)用價(jià)值。