1引言 快速消費品行......



1 引言
快速消費品行業里的酒類、日化、調味品等液態商品越來越注重產品的個性化包裝，各式各樣的異形瓶（非規則的圓形瓶）讓人眼花繚亂，豐富繁榮了市場。在工業化生產的今天，異形瓶的裝箱給包裝機械行業提出了新的課題，。通過市場調研，在標準形裝箱機的基礎上，研究開發出適應于異形瓶的裝箱機，投入市場后效果良好，得到了用戶的好評。
2 異形瓶裝箱機的系統組成
2.1裝箱機組成與技術規格
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（1）組成。異形瓶裝箱機主要由瓶輸送機構、箱輸送機構、抓瓶裝箱機構組成，如圖1所示。瓶輸送機構，對單列送的異形瓶通過變道輸送，將單列瓶輸送變成多列的瓶輸送，滿足抓瓶裝箱的需要。箱輸送機構是對裝瓶前箱子和裝瓶后箱子的輸送。抓瓶裝箱機構按照一定的運行軌跡，將排列規律的瓶子裝箱，每次可以裝一箱或多箱。
（2）主要技術指標。紙箱尺寸：根據用戶要求設計調整范圍；瓶型規格：根據用戶要求設計調整范圍；生產速度：12箱/分鐘（可調）；電源：380V、50HZ；總功率：4kw；耗 氣 量：0.6m 3 /min、 用氣壓力：0.6Mpa。
圖中：1 抓瓶裝箱機構 2 瓶輸送機構 3 箱輸送機構
圖1 異形瓶裝箱機的組成示意圖
2.2裝箱機的控制方案
異形瓶裝箱機的控制系統主要由可編程控制器G 1 、人機界面G 2 、伺服控制驅動器A 1 、伺服控制驅動器A 2 、變頻器A 3 、變頻器A 4 、檢測/執行元件組成，如圖2所示。G 1 、G 2 構成控制系統的核心和操作界面，所有的控制參數均可在人機界面上完成。伺服控制驅動器A 1 、A 2 驅動控制伺服電機M 1 和M 2 ，完成瓶子變道和裝箱過程的控制，PLC通過高速輸出口對A 1 、A 2 發送脈沖，改變脈沖的發送頻率和數量控制伺服電機的運行。A 3 、A 4 變頻器控制電機M 3 和M 4 ，完成瓶子和箱子的輸送，通過RS485總線控制電機M 3 和M 4 的速度和啟停。
圖2 異形瓶裝箱機的控制系統示意圖
3 裝箱機理瓶方案分析與設計
產品灌裝和貼標后通過輸送鏈，瓶子單排或雙排（通過特定機構改變）輸送到裝箱設備。對于圓形瓶子通過相互推碰、避讓可以從單列變成多列，瓶子在多列鏈道內形成規律的排列。對于異形瓶子，從單列變成多列就無法通過相互推碰、避讓達到目的。對于異形瓶的裝箱，瓶子的輸送整理是一個關鍵問題，我們采用了兩種解決方案。
3.1一列變多列的輸送整理方法
一列變多列的輸送整理方法（以下稱為方法1）如圖3所示，通過M 2 控制移動的裝置將單列輸送的瓶子，依次送到多列輸送鏈的各個道口，使一列瓶子的輸送變成多輸送，優點在于瓶子的輸送幾乎不間斷。
控制伺服電機M 2 的位移過程中，對于伺服電機M 2 有一個初始位設置，為了使每一道上的瓶子數量均勻，必須對進入每道的瓶子進行記數，邊道進入的數量是中間道的2倍，以便減少移道的次數，止瓶裝置為了防止移道過程中卡瓶，瓶子隨著移道機構同步移動。
圖中：1. 單列輸送帶 2. 瓶變道機構 3.瓶子輸送機構
圖3 異形瓶一列變多列的瓶整理示意圖
3.2列變行步移輸送整理方法列變行步移輸送整理方法（以下稱為方法2）如圖4所示，主要由單雙排輸送鏈、單排變雙排機構、多排輸送步移鏈組成。電機M 3 驅動單雙排輸送鏈，伺服電機M 2 驅動多排輸送步移鏈，每次步移兩行瓶子。單排變雙排的目的是減少伺服電機M 2 步移的等待時間，提高瓶子的輸送速度。該方法機構簡單，控制相對容易。
3.3兩種輸送整理方法的比較
共同點是均能完成異形瓶子從一列輸送變成多列輸送，采用了伺服電機的精確運行功能。不同點方法1比方法2的機械機構和控制方法復雜，方法1的輸入整理速度比方法2快，方法1沒有改變瓶子的輸送方向，方法2改變了瓶子的輸送方向，方法1比方法2的設備布局簡單。圖中：1單列變雙列機構 2雙列輸瓶鏈 3多排瓶子輸送鏈圖4 異形瓶由列變行的瓶整理示意圖
4 抓瓶裝箱的設計和控制
4.1抓瓶裝箱的組成
抓瓶裝箱主要由驅動和傳動系統、抓瓶機構、開箱機構（針對紙箱）、導向機構（水平和垂直方向）等組成。驅動由伺服電機M 1 驅動，根據裝箱過程的運動軌跡，精確的控制運行情況。抓箱機構根據不同的瓶型和箱型設計不同的機構，根據設計的不同，每次可以抓一箱或多箱。開箱機構主要針對紙箱，將紙箱的上封箱沿分開，便于瓶子的裝入。導向機構的作用是裝箱過程中進行導向，包括水平和垂直兩個方向，垂直導向機構安裝在水平導向機構上，可以整體水平移動。
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4.2抓瓶裝箱運動軌跡的設計
（1）大鏈輪傳輸方案。大鏈輪傳輸方案的傳動關系示意圖如圖5所示，由驅動大鏈輪、傳送鏈條、抓瓶機構等組成。伺服電機M 1 驅動大鏈輪，兩個被動輪的小鏈輪對鏈條的傳動進行定向，提高了傳輸的平穩性。大減速比的減速機增加了驅動扭矩，抓瓶的載重量集中在鏈條上。通過導向機構，在鏈條的帶動下，做平面兩維運動，平穩的把瓶子從輸送鏈上抓起放到空箱子中。
圖中： 1驅動大鏈輪 2傳送鏈條 3抓瓶機構
圖5 抓瓶裝箱傳動關系示意圖(1)
（2）小鏈輪加滑軌的傳輸方案。小鏈輪加滑軌的傳輸方案的傳動關系示意圖如圖6所示，由驅動小鏈輪、被動小鏈輪、傳送鏈條、滑動軌道、抓瓶機構等組成。伺服電機M 1 驅動小鏈輪，減小了傳動扭矩，減速機的減速比相對減小，增加了驅動電機的扭矩，抓瓶的載重量集中在鏈條或滑動輪上，同方案1比較各有優缺點。通過導向機構，做平面兩維運動，平穩的把瓶子從輸送鏈上抓起放到空箱子中。
圖中：1運動滑軌 2滑動連接軸承 3傳送鏈條 4抓瓶機圖6 抓瓶裝箱傳動關系示意圖(2)
4.3初始位在運動控制過程中的作用
對于任意一個傳送方案，伺服電機M 1 不可能連續運轉，必須按照一定的運行軌跡正反轉運行，抓完瓶后正轉運行裝箱，放完瓶后反轉，再去抓瓶。為了使伺服電機M 1 有序運行，伺服電機M 1 就必須有初始位，初始位一般設在抓瓶的上方。在裝箱過程中，瓶子和箱子沒有就位，抓瓶機構在初始位等待，就位后開始運行抓瓶、裝箱。正常停機停在初始位，緊急停車時，停在任意位置，開機后繼續運行。
4.4簡易智能型控制方法
機械式抓瓶機構在抓瓶和裝箱過程中會出現卡瓶現象，通過光電開關檢測卡瓶現象，對于普通裝箱機只有通過停機解決，否則就損壞抓瓶頭等部件。對于異形瓶裝箱機，由于采用伺服電機控制，控制過程中，如果在抓瓶處卡瓶，抓瓶機構漫速退回初始位，再漫速下降到抓瓶處，如果在裝箱處卡瓶，抓瓶機構漫速倒退一個瓶高的距離，再漫速下降到裝箱處。在這個過程中，操作人員可以及時處理卡瓶現象，沒有及時處理，檢測到再次卡瓶，設備自動停機，減少了故障和停機次數，同時保護了抓瓶機構不損壞。