王中元， 張建兵， 王 超， 楊 甫

（1.昆明學(xué)院機電工程學(xué)院， 云南 昆明 600214； 2.云南省機械研究設(shè)計院， 云南 昆明 650031；3.云南省機電一體化應(yīng)用技術(shù)重點實驗室， 云南 昆明 650031）

0 引言

伴隨著人民生活水平的不斷提升和工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，幾乎所有產(chǎn)品都需要包裝，而在所有包裝方式中，用紙盒進(jìn)行產(chǎn)品的包裝是應(yīng)用最廣泛的一種。

本文所介紹的全自動包裝盒預(yù)折機適用于紙質(zhì)包裝盒的預(yù)折。包裝盒在印刷、成型、折疊生產(chǎn)過程中，有一條縫需用粘接劑粘合。過量的粘接劑會使包裝盒粘住，在高速自動化包裝線生產(chǎn)過程中包裝盒打不開， 產(chǎn)品不能裝入包裝盒內(nèi)， 造成故障， 從而影響整條生產(chǎn)線的工作效率。為避免此類事情的發(fā)生，需要在打包前對各包裝盒進(jìn)行預(yù)折處理，一般采用人工預(yù)壓，從而增加人工成本，而且人工預(yù)壓處理的包裝盒， 不能保證包裝盒預(yù)壓力及預(yù)壓開口角度的一致性，同時也增加了客戶的生產(chǎn)成本。

為保證產(chǎn)品的一致性，提高下游包裝線的效率，減輕人工勞動強度，節(jié)約人工成本。 根據(jù)包裝盒的結(jié)構(gòu)特點及工藝要求，設(shè)計開發(fā)出本機器，使包裝盒自動分頁，預(yù)先啟盒，并再一次壓合后才進(jìn)入自動化生產(chǎn)包裝線。

1 總體方案的確定

1.1 整機要求

（1）機器要能滿足通過快速調(diào)整實現(xiàn)不同規(guī)格包裝盒的預(yù)折（包裝盒外形一樣、大小規(guī)格不同）。

（2）每分鐘需要生產(chǎn)節(jié)拍為220 片。

（3）包裝盒在分頁、預(yù)折、壓平等生產(chǎn)加工后，其表面不得有任何肉眼可見的擠壓、劃傷等痕跡。

1.2 整機方案

（1）長度方向通過調(diào)節(jié)螺釘調(diào)整料倉擋板的位置進(jìn)行調(diào)整，寬度方向由寬度調(diào)整機構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。

（2）整機運行最大運行速度為250 片/min。 主傳動轉(zhuǎn)速為125r/min，這樣，通過左右兩套機構(gòu)的運行，從而實現(xiàn)用戶生產(chǎn)節(jié)拍的需求。

（3）通過對整機的結(jié)構(gòu)設(shè)計及特殊的材料和工藝處理，實現(xiàn)用戶對無痕跡的要求。

（4）壓平傳動轉(zhuǎn)速設(shè)計成166r/min（左、右合計332r/min），從而有效避免包裝盒在機內(nèi)的堆積。

如圖1 所示，本機器由機身、料倉、主傳動機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、分頁機構(gòu)、擠壓啟盒機構(gòu)、壓平機構(gòu)、電氣箱組成。

圖1 全自動包裝盒預(yù)折機結(jié)構(gòu)圖

機器主傳動通過變頻器調(diào)速， 驅(qū)動位于床身底部的減速電機， 通過兩級同步帶驅(qū)動兩個料倉兩邊的凸輪機構(gòu)。凸輪機構(gòu)旋轉(zhuǎn)帶動分頁機構(gòu)把包裝盒分成單片，單片包裝盒在重力作用落入擠壓啟盒機構(gòu)。 凸輪機構(gòu)的凸輪驅(qū)動擠壓啟盒機構(gòu)，實現(xiàn)包裝盒擠壓啟盒，擠壓完成后的包裝盒落入壓盒機構(gòu)的輸送皮帶上， 經(jīng)過壓平機構(gòu)的處理，包裝盒被壓平復(fù)位，輸送至裝箱處進(jìn)行裝箱及打包處理，并在輸送過程中實現(xiàn)計數(shù)，防止裝箱過程中錯漏現(xiàn)象的發(fā)生。 包裝盒預(yù)折工藝流程如圖2 所示。

圖2 包裝盒預(yù)折工藝流程圖

機器的床身與電氣箱結(jié)合在一起， 設(shè)計成整體一體機，方便運輸與現(xiàn)場安裝，增加機器的可靠性，同時，減小了整機占地面積。

工作區(qū)域與傳動系統(tǒng)隔開，使機器工作區(qū)域簡潔、干凈，安全。

2 各部件設(shè)計

2.1 機身

機身部件主要由矩形管焊接成。 機身采用框架式結(jié)構(gòu)，主要考慮其具有相應(yīng)承載能力，具有較高剛性。

設(shè)計機身時，在簡單實用的基礎(chǔ)上，主要根據(jù)安裝在機身上的各功能部件及待加工料的布局和承重實際情況，合理設(shè)計機身的結(jié)構(gòu)，使其具有足夠的剛性支撐和整機的外形美觀。

主電機及電器箱均置于床身下部， 減小了機器占地面積。工作區(qū)域與傳動系統(tǒng)隔開，使機器工作區(qū)域簡潔、干凈。

2.2 料倉

根據(jù)用戶要求，由于要預(yù)折的包裝盒外形一樣、大小規(guī)格不同， 用戶要求在本機上通過快速調(diào)整能實現(xiàn)不同規(guī)格包裝盒的預(yù)折動作； 這就要求本機傳動機構(gòu)調(diào)整位置范圍較大。料倉由左右料倉組成。每個料倉能容納包裝盒約290 片，料倉可根據(jù)不同的包裝盒進(jìn)行快速調(diào)整，長度方向通過調(diào)節(jié)螺釘進(jìn)行調(diào)整 （寬度方向由寬度調(diào)整機構(gòu)進(jìn)行調(diào)整）。

2.3 主傳動機構(gòu)

如圖3 所示， 本機為左右兩端均可調(diào)整的同步帶傳動機構(gòu)。 變頻器驅(qū)動主電機，帶動主傳動軸2 旋轉(zhuǎn)，在主傳動軸2 與從傳動軸8 之間通過兩套懸臂連接的方式來實現(xiàn)動力傳遞，每套懸臂由固定桿7、調(diào)整桿6、調(diào)整螺釘3、傳動帶1 及主從傳動軸組成。 調(diào)整桿6 上開鍵槽，保證了調(diào)整和使用過程中固定桿7 和調(diào)整桿6 之間的導(dǎo)向；兩套懸臂之間的調(diào)整螺桿5 是用于張緊傳動帶及張緊之后的定位。 傳動帶張緊后，可通過移動安裝板11 的位置來使執(zhí)行機構(gòu)10 達(dá)到相對應(yīng)的位置， 執(zhí)行機構(gòu)10 到位后，固定調(diào)整螺釘9 及調(diào)整螺桿5，機器就可以進(jìn)行工作。以后如需調(diào)整執(zhí)行機構(gòu)10 的位置， 只需通過調(diào)整螺釘9和螺桿5 即可完成，調(diào)整非常方便。

圖3 傳動機構(gòu)示意圖

中間的凸輪軸組位置固定， 兩端凸輪軸組根據(jù)包裝盒的寬度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

本設(shè)備以其成本低， 運行穩(wěn)定， 調(diào)整靈活方便等特點， 深受用戶喜愛， 產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定， 單邊調(diào)整范圍可達(dá)45mm，完全達(dá)到用戶需求。

2.4 預(yù)折機構(gòu)

預(yù)折機構(gòu)如圖4 所示： 其主要由凸輪機構(gòu)、 分頁機構(gòu)、擠壓機構(gòu)等組成，是本機的核心部件。

每個料倉配置兩組凸輪軸，位置相對。 每組凸輪軸有分頁凸輪和擠壓凸輪，兩個分頁凸輪位置相反。 當(dāng)凸輪軸旋轉(zhuǎn)時，定位軸和分頁軸做方向相反的往復(fù)運動，帶動分頁軸和定位軸進(jìn)行分頁和定位。 擠壓凸輪和分頁凸輪有相位關(guān)系，當(dāng)包裝盒自由落體運動到擠壓凸輪的位置時，擠壓軸在擠壓凸輪作用下擠壓包裝盒，使包裝盒開啟。

圖4 預(yù)折機構(gòu)示意圖

分頁機構(gòu)由滾動軸承，彈簧，直線軸承，定位軸，分頁鍥塊組成。當(dāng)分頁軸在分頁凸輪的帶動下驅(qū)動分頁鍥塊向前運動插入兩片包裝盒之間的間隙，此時定位軸往后運動，一片包裝盒落入擠壓倉中。 往復(fù)運動一次，分頁一片包裝盒。

擠壓啟盒機構(gòu)由滾動軸承，彈簧，直線軸承，定位塊，壓塊組成。 當(dāng)擠壓軸在擠壓凸輪的帶動下驅(qū)動V 型壓塊向前運動，包裝盒在兩邊V 型壓塊的擠壓下被開啟。當(dāng)兩邊V 型同時壓塊往后運動時， 被擠壓變形的包裝盒由于寬度變小，落入壓平機構(gòu)中。

壓平機構(gòu)由輸送滾筒，輸送皮帶，壓平滾筒，計數(shù)器等組成。

被擠壓變形的包裝盒落下至輸送皮帶， 輸送皮帶往機器左右兩外側(cè)把包裝盒輸出。 到壓平滾筒時包裝盒被壓平恢復(fù)平整的形狀。

被擠壓啟盒的包裝盒之后落入壓盒機構(gòu)的輸送皮帶上，經(jīng)過置于輸送皮帶上的滾筒時被壓平復(fù)位，輸出本機器，并實現(xiàn)計數(shù)。

整機動作：按下啟動按鈕后，主電機開始旋轉(zhuǎn)并帶動主傳動皮帶及下料分頁、預(yù)折等機構(gòu)的運動，設(shè)備開始對包裝盒進(jìn)行分頁及預(yù)折工作，與此同時，輸送電機開始旋轉(zhuǎn)并帶動輸送帶運動， 把已預(yù)折并壓平復(fù)位過的包裝盒輸送至集料箱， 待裝滿集料箱后更換空箱進(jìn)行下一箱的收集整理工作。

本機在預(yù)折的過程中， 通過安裝在位于輸送帶出口的計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)，可以把每天的工作量進(jìn)行細(xì)化，方便用戶的生產(chǎn)管理。

3 結(jié)束語

本機已通過用戶驗收，生產(chǎn)操作方便，生產(chǎn)線運行平穩(wěn)可靠，機器主傳動軸每轉(zhuǎn)動一圈就可生產(chǎn)兩片包裝盒，其生產(chǎn)節(jié)拍完全能滿足生產(chǎn)線的產(chǎn)能要求。同時，節(jié)約了生產(chǎn)成本，降低了工人勞動強度，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，為用戶解決了實際的生產(chǎn)問題。 具有較廣的市場應(yīng)用價值。