蕭志鈺

一體化自動(dòng)快速包裝技術(shù)研究

蕭志鈺

(荊州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 荊州 434020)

針對(duì)紙箱包裝存在的工序分散、效率低下、人工輔助工作量大等問(wèn)題，利用現(xiàn)代工業(yè)控制理論及計(jì)算機(jī)最新集成技術(shù)，創(chuàng)新研發(fā)了一款紙箱自動(dòng)包裝機(jī)。使用該機(jī)，能夠通過(guò)機(jī)電液一體化執(zhí)行系統(tǒng)，自動(dòng)完成開箱、折蓋、裝貨、封裝，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程自動(dòng)包裝。

紙箱包裝；自動(dòng)化；一體化；控制系統(tǒng)

隨著商品經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和市場(chǎng)的繁榮，人們的生活水平迅速提高，我國(guó)對(duì)商品包裝愈發(fā)重視，使包裝之首的紙箱包裝行業(yè)得到了飛速發(fā)展，從而帶動(dòng)了紙箱包裝機(jī)械的發(fā)展[1]。盡管近年來(lái)我國(guó)的紙箱包裝機(jī)械技術(shù)水平有了明顯提高，但從整體來(lái)看，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，在產(chǎn)品的技術(shù)、性能、質(zhì)量、可靠性等方面仍處于明顯的劣勢(shì)。目前，我國(guó)紙箱包裝仍存在工序分散、自動(dòng)化和一體化程度低、人工輔助工作量大等問(wèn)題?，F(xiàn)有包裝機(jī)械設(shè)備的柔性和靈活性差，無(wú)法滿足當(dāng)前紙箱包裝行業(yè)發(fā)展的需要。研發(fā)紙箱一體化自動(dòng)快速包裝的新技術(shù)和新產(chǎn)品，圍繞新一代信息技術(shù)與制造業(yè)的深度融合、“互聯(lián)網(wǎng)+”發(fā)展戰(zhàn)略，促進(jìn)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等信息新技術(shù)在包裝設(shè)備中的綜合集成應(yīng)用，推動(dòng)包裝機(jī)械工業(yè)集成化、自動(dòng)化、智能化、服務(wù)化、綠色化發(fā)展[2]，對(duì)于解決行業(yè)面臨的突出矛盾、突破制約行業(yè)發(fā)展的瓶頸、提高包裝效率和質(zhì)量、降低人工成本、促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，具有十分重要的意義。

1　總體設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的紙箱自動(dòng)包裝機(jī)主要包括底座、門架、可調(diào)四桿機(jī)構(gòu)、折蓋移位機(jī)構(gòu)和膠帶封箱機(jī)構(gòu)，總體尺寸為1 615mm×1 600mm×960mm。底座尺寸為1 220mm×560mm×400mm，在底座的前半部分安裝有折紙箱下蓋和推動(dòng)紙箱移位的氣缸，再后半部分安裝有滾筒和邊架。門架尺寸為900mm×680mm×715mm，門架被套在底座外部，通過(guò)組合移位推桿可使門架沿著導(dǎo)桿移動(dòng)。在門架上，還安裝有用于開箱的可調(diào)四桿機(jī)構(gòu)和折紙箱蓋子的氣缸?？烧{(diào)四桿機(jī)構(gòu)在氣缸的帶動(dòng)下可自動(dòng)伸縮擺動(dòng)?？烧{(diào)四桿機(jī)構(gòu)的連桿端裝有一個(gè)活動(dòng)吸盤擋板?；顒?dòng)吸盤擋板由紙箱擋板和真空吸盤組成。門架側(cè)面裝有一個(gè)固定吸盤擋板。紙箱自動(dòng)包裝機(jī)的主要工作原理為：開箱時(shí)，由固定吸盤擋板固定紙箱的一面，由活動(dòng)吸盤擋板的真空吸盤吸住紙箱的另一面，通過(guò)可調(diào)四桿機(jī)構(gòu)的伸縮擺動(dòng)使紙箱張開；紙箱張開后，通過(guò)氣缸驅(qū)動(dòng)活塞桿伸出與紙箱短邊接觸，并推動(dòng)短邊沿著折痕折疊短邊蓋；在短邊蓋折好后，通過(guò)氣缸驅(qū)動(dòng)活塞桿伸出折疊外側(cè)的長(zhǎng)邊蓋；由于底座的滾筒平面與紙箱的折痕平齊，在氣缸的繼續(xù)推動(dòng)下，通過(guò)紙箱的運(yùn)動(dòng)折疊內(nèi)側(cè)的長(zhǎng)邊蓋完成紙箱下蓋的折疊后，用同樣的方法折疊紙箱上蓋；通過(guò)氣缸推動(dòng)紙箱進(jìn)入膠帶封箱機(jī)，完成最后的上、下蓋膠帶封裝[3]。

設(shè)計(jì)的紙箱自動(dòng)包裝機(jī)由多個(gè)氣缸驅(qū)動(dòng)，成品如圖1所示。氣缸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由于具有構(gòu)成簡(jiǎn)單、易于獲得穩(wěn)定速度、元器件價(jià)格低廉、維護(hù)容易、只需調(diào)節(jié)安裝在氣缸兩側(cè)的單向節(jié)流閥就可簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的速度控制[4]等特點(diǎn)，因此在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。

圖1　紙箱自動(dòng)包裝機(jī)成品

2　紙箱包裝機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

使用紙箱自動(dòng)包裝機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)紙箱從開箱、折蓋、封裝等全過(guò)程的包裝自動(dòng)化，主要工作過(guò)程為：人工放入紙箱→通過(guò)吸盤吸住紙箱→通過(guò)可調(diào)四桿機(jī)構(gòu)伸縮擺動(dòng)開箱(一工位)→通過(guò)氣缸活塞桿推動(dòng)折下蓋(二工位)→通過(guò)氣缸活塞桿推動(dòng)使紙箱移位→裝入商品→通過(guò)氣缸推動(dòng)折上蓋(三工位)→通過(guò)氣缸活塞桿推動(dòng)使紙箱移位→通過(guò)膠帶封箱機(jī)封裝膠帶(四工位)。

2.1　開箱機(jī)構(gòu)

開箱機(jī)構(gòu)主要由固定吸盤擋板、活動(dòng)吸盤擋板和可調(diào)四桿機(jī)構(gòu)組成，如圖2所示。可調(diào)四桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖3所示。開箱機(jī)構(gòu)的主要工作原理為：把壓扁的紙箱放入固定吸盤擋板和活動(dòng)吸盤擋板之間；在真空泵的作用下，固定吸盤擋板和活動(dòng)吸盤擋板的吸盤從兩側(cè)吸住紙箱；通過(guò)可調(diào)四桿機(jī)構(gòu)的伸縮擺動(dòng)使紙箱張開，實(shí)現(xiàn)開箱功能。

圖2　開箱機(jī)構(gòu)

圖3　可調(diào)四桿機(jī)構(gòu)

2.2　折下蓋機(jī)構(gòu)

折下蓋機(jī)構(gòu)由多個(gè)氣缸驅(qū)動(dòng)，主要工作原理為：紙箱打開后，固定在門架下方兩個(gè)氣缸的活塞桿同時(shí)伸出，使紙箱兩側(cè)的短邊蓋子同時(shí)折疊，并在完成動(dòng)作后回位；固定在底座上的氣缸驅(qū)動(dòng)組合移位推桿沿著門架上的軌道運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)處，使紙箱的外長(zhǎng)邊蓋子折疊；固定在底座上的氣缸繼續(xù)推動(dòng)組合移位推桿，使門架沿著導(dǎo)桿移動(dòng)，并通過(guò)可調(diào)四桿機(jī)構(gòu)和吸盤帶動(dòng)紙箱移動(dòng)到下一個(gè)工位；由于底座的上平面高于紙箱的下蓋，因此紙箱在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)折疊內(nèi)側(cè)長(zhǎng)邊蓋。

2.3　折上蓋機(jī)構(gòu)

折上蓋機(jī)構(gòu)的主要工作原理為：紙箱下蓋折好后，安裝在門架上方兩個(gè)氣缸的活塞桿伸出，同時(shí)折疊上短邊蓋，并在完成折疊后回位；固定在門架上方的氣缸活塞桿伸出，活塞桿頭部由相互垂直的兩個(gè)短板組成；通過(guò)橫向短板折疊上長(zhǎng)邊蓋；當(dāng)上長(zhǎng)邊蓋折好后，吸盤松開紙箱，縱向短板靠近紙箱并在氣缸的推動(dòng)之下前進(jìn)；由于邊架上的滾筒位置低于紙箱上蓋，在紙箱運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，使內(nèi)側(cè)的長(zhǎng)邊蓋折疊完畢。當(dāng)紙箱被推入到邊架內(nèi)側(cè)時(shí)，上蓋折疊完畢。

2.4　膠帶封裝機(jī)構(gòu)

紙箱自動(dòng)包裝機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)如圖4所示。完成紙箱折疊后，門架、上下兩個(gè)移位氣缸以及帶有吸盤的四桿機(jī)構(gòu)都回到原位；安裝在邊架一側(cè)的氣缸推動(dòng)折疊好的紙箱進(jìn)入到下一個(gè)工位；通過(guò)膠帶封裝機(jī)構(gòu)完成上下封膠。

圖4　紙箱自動(dòng)包裝機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)

3　控制方案

采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：控制規(guī)律靈活多樣，改動(dòng)方便 ；控制精度高，抑制擾動(dòng)能力強(qiáng)，控制效率高[5]；控制與管理一體化，可進(jìn)一步提高自動(dòng)化程度。設(shè)計(jì)紙箱自動(dòng)包裝機(jī)的控制方案時(shí)，采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及CVI軟件，通過(guò)智能I/O接口采集光電開關(guān)、位置開關(guān)的輸入信號(hào)，控制電磁閥以驅(qū)動(dòng)氣缸使裝置工作。

4　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)應(yīng)用一體化自動(dòng)快速包裝技術(shù)并對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，研發(fā)了一款紙箱自動(dòng)包裝機(jī)，實(shí)現(xiàn)了紙箱包裝過(guò)程的開箱、折蓋、封裝自動(dòng)化。設(shè)計(jì)的紙箱自動(dòng)包裝機(jī)可適用于多種尺寸規(guī)格的紙箱包裝，結(jié)構(gòu)緊湊，自適應(yīng)性強(qiáng)，能大大降低人工勞動(dòng)量，提高包裝效率和包裝質(zhì)量。

[1] 蘇鳳琴.淺析瓦楞紙板和瓦楞紙箱的質(zhì)量檢驗(yàn)[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2017(10):24-25.

[2] 葛榮雨,吳義民,王海濤.瓦楞紙箱生產(chǎn)線模切部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[C]//2015第四屆中國(guó)印刷與包裝學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集.

[3] 李曉敏,張惠忠.瓦楞紙箱搖蓋的不同壓痕線對(duì)抗壓強(qiáng)度影響的研究[J].中國(guó)包裝,2017(10):70-76.

[4] 康啟來(lái).紙箱行業(yè)電子商務(wù)營(yíng)銷現(xiàn)狀的分析[J].中國(guó)包裝,2013(11):34-39.

[5] 康啟來(lái).紙箱行業(yè)電子商務(wù)營(yíng)銷現(xiàn)狀的分析[J].印刷世界,2012(9):51-55.

Research on integrated automatic fast packaging technology

XIAO Zhiyu

(Jingzhou Institute of Technology, Jingzhou, Hubei 434020, China)

This article focuses on the current situation of scattered processes, low efficiency, and large manual auxiliary workload in the carton packaging process. This paper uses modern industrial control theory and the latest computer integration technology to innovate and develop an automatic carton packaging machine. It can automatically complete unpacking, folding lid, loading, and packaging through the electromechanical-hydraulic integrated execution system, and realize automatic packaging in the whole process.

carton packaging; automation; integration; control system

TQ325.3

A

2096–8736(2021)05–0046–03

湖北省教育廳科學(xué)技術(shù)研究計(jì)劃指導(dǎo)性項(xiàng)目——“紙箱智能自動(dòng)一體化快速包裝技術(shù)研究”(B2017545)。

蕭志鈺(1983—)，女，福建建甌人，碩士研究生，講師，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)及理論。

責(zé)任編輯：陽(yáng)湘暉

英文編輯：吳志立