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1前言
多年來，在自動包裝方面，國內(nèi)各個企業(yè)水平參差不齊，大多采用半自動包裝。研究設(shè)計的全自動大袋包裝機，是在半自動大包機基礎(chǔ)上，為提高包裝產(chǎn)能，增加機器自動化、智能化而自主設(shè)計開發(fā)并生產(chǎn)制造裝配的新型智能機，該機具有操作方便、外表美觀、性能穩(wěn)定等特點。在元器件（電器元件、氣動元件等）選用方面，優(yōu)先選用進口元器件,使得質(zhì)量可靠有保證;在設(shè)備控制和操作方面，釆用可編程邏輯控制器（PLC）進行控制，以觸摸屏為用戶操作界面,使得操作員上手容易、操作簡便;在機器調(diào)整方面，一般只須進行簡單的機器調(diào)整，就可以自動地、可靠地完成整個包裝工藝;在安全防護方面，該機完善的監(jiān)控和報警功能，能很好的保護機器和產(chǎn)品不受意外損傷，也方便操作人員迅速排除故障。
2包裝機的結(jié)構(gòu)特征與工作原理
2.1總體結(jié)構(gòu)及其工作特征和原理
研究設(shè)計的全自動大袋包裝機由機、電、氣高度集成，由機械裝置、電控系統(tǒng)、氣控系統(tǒng)三大部分組成。機械裝置在電、氣的協(xié)同作用下完成一系列機械動作。該機機械部分由兩大單元組成,即編織袋供袋單元和大包灌裝、折邊、縫包單元。圖1為機器結(jié)構(gòu)總圖，圖2為自動上袋機，圖3為自動封口機。

如圖2所示，自動上袋機是將編織袋放入袋庫部件儲存,通過吸袋部件將編織袋尾部吸起,網(wǎng)鏈輸送部件將吸起的單個編織袋送到機器前端，由上開袋部件、下開袋部件將袋口打開成倒三角狀,撐袋部件進入袋口，并將袋口撐成長方形，通過旋轉(zhuǎn)90。,將成形的編織袋提供給自動封口機。
自動封口機如圖3所示,編織袋套在夾帶部件的夾帶器上時，有夾袋部件將其夾持,雙螺桿進料裝置完成稱量、灌裝功能，隨后夾袋部件完成展袋、放袋功能,將灌裝好的編織袋放在皮帶機部件上,護袋部件完成對袋口的夾持和護送功能，此時護袋部件皮帶的輸送線速度與皮帶機部件上的皮帶線速度一致，將灌裝好的編織袋護送到折邊、縫包工位，由自動折邊縫包裝置完成折邊、縫包功能,最后由皮帶機部件將成品輸出。
2.2主要結(jié)構(gòu)組成
該機主要由袋庫部件、網(wǎng)鏈輸送部件、上開袋及下開袋部件、撐袋部件、吸袋部件、壓袋部件、自動折邊縫包部件、夾袋部件、護袋部件等組成。
(1)袋庫部件。如圖4所示，該袋庫部件為雙袋庫,分為左、右兩個袋庫，當(dāng)右袋庫在工作區(qū)時,左袋庫為備用袋庫，操作人員可在左袋庫放入編織袋,一般編織袋個數(shù)在50左右，注意放置袋口的方向，袋子尾部和前擋板靠平,袋子兩側(cè)分別與左擋板、右擋板內(nèi)側(cè)靠齊。當(dāng)袋檢測窗下光電檢測到右袋庫編織袋用盡時，氣缸會推動滑動平臺沿箭頭方向向右移動,將左袋庫推入工作區(qū),此時右袋庫成為備用袋庫。如此往復(fù)運動，使整個放編織袋時不需要停機。該氣缸采用三位五通閥控制，處于安全考慮,操作員在放編織袋前按動按鈕將閥設(shè)在中位，放完袋后將按鈕復(fù)位即可。

(2)網(wǎng)鏈輸送部件。如圖5所示，電機減速機帶動網(wǎng)鏈按圖示箭頭方向運動，并將其上的編織袋送達到網(wǎng)鏈前端。接近開關(guān)B是用來確定網(wǎng)鏈方形口的停止位置,該網(wǎng)鏈有兩個方形口，在環(huán)形網(wǎng)鏈中均布，當(dāng)接近開關(guān)B判別到方形口位置時，網(wǎng)鏈即停止;待吸袋部件將編織袋從袋庫吸取，編織袋尾部正好穿過方形口被提到網(wǎng)鏈上面,在確認吸袋有效后，網(wǎng)鏈啟動，帶動編織袋運動。當(dāng)接近開關(guān)A檢測到方形口位置時,會發(fā)信給取袋部件松開編織(2)袋尾部，這樣編織袋就完全由網(wǎng)鏈送達到預(yù)定位置,網(wǎng)鏈在下一個方形口被接近開關(guān)B檢測到停止，按上述循環(huán)不停地完成輸送編織袋的工作。

(3)上開袋、下開袋部件。如圖6所示,編織袋在網(wǎng)鏈輸送部件運載下到達托板上，擋袋氣缸帶動擋袋塊提前升起，擋住編織袋前端，光電檢測D在確認編織袋到達后，發(fā)信給開袋氣缸,開袋氣缸帶動真空分配器向下運動，上吸盤、中間壓塊、吹氣和真空分配器連接，上吸盤和中間壓塊同時壓向托板和下吸盤，同時真空打開,在真空壓力開關(guān)確認真空度達到要求后，開袋氣缸帶動上吸盤上移，光電檢測E是用來判斷開袋是否成功，如成功則將進行下一步撐袋動作，如不成功，則運行網(wǎng)鏈，將編織袋排除。開袋后袋口形狀如圖7所示。由上、下吸盤將袋口拉開,開袋成功的形狀為圖示倒三角形。光電檢測E如檢測不到倒三角形的上邊，則開袋失敗。

(4)撐袋部件。如圖8所示，擺桿開合氣紅帶動左撐袋擺桿、右撐袋擺桿同時打開和合攏,撐袋塊分別與左撐袋擺桿、右撐袋擺桿固連,以完成撐袋的功能。左撐袋擺桿、右撐袋擺桿分別繞左中軸、右中軸旋轉(zhuǎn)，撐開的位置使用調(diào)節(jié)擋塊來調(diào)節(jié)，以上位置根據(jù)編織袋寬度而定。
(4)撐袋桿進袋時形狀和撐袋時的形狀如圖9所示。
左邊為開袋時袋口形狀,當(dāng)左撐袋擺桿、右撐袋擺桿合攏并探入袋口，左撐袋擺桿、右撐袋擺桿打開,將編織袋撐成矩形。為下一步上袋做準(zhǔn)備，如圖10所示。

在伺服電機(如圖8)的旋轉(zhuǎn)帶動下，撐袋部件有四個工作位，即準(zhǔn)備停止位由接近開關(guān)H識別，套袋位由接近開關(guān)G識別，上袋位由接近開關(guān)F識別,接近開關(guān)位置(如圖8),最后完成脫袋，此時左撐袋擺桿、右撐袋擺桿打開,在伺服電機驅(qū)動下回到準(zhǔn)備停止位，左撐袋擺桿、右撐袋擺桿合攏為下一次撐袋作準(zhǔn)備，如此往復(fù)循環(huán),完成自動撐袋功能。
吸袋部件。如圖11所示，氣缸帶動真空分配器可做上、下往復(fù)運動，真空分配器上裝有吸盤、吸氣口(5)等。當(dāng)網(wǎng)鏈方形口在預(yù)定位置停止時，吸袋部件氣缸帶動吸盤向下運動到達袋庫，真空吸袋，由真空壓力開關(guān)讀取真空值，在確認真空度達到要求時，氣缸帶動吸盤將編織袋底部提起，上升到預(yù)定位置，接近開關(guān)C發(fā)出信號網(wǎng)鏈開始運動，當(dāng)網(wǎng)鏈運動到預(yù)定位置時，接近開關(guān)A（如圖5）發(fā)出信號，吹氣口吹氣，釋放編織袋，這樣編織袋就完全落在網(wǎng)鏈上部,并隨網(wǎng)鏈一起運動到達開袋工位。

（6）壓袋部件。如圖12所示，壓袋部件具有理袋的功能。壓袋輪裝在Z形支架上,Z形支架的中軸與關(guān)節(jié)軸承絞接,壓袋輪依靠自重壓在編織袋±o當(dāng)吸袋部件取袋時，被吸取的單個編織袋在尾部提升過程中（如圖11）,編織袋受到壓袋輪的壓緊作用，處于緊繃狀態(tài)，當(dāng)網(wǎng)鏈運動搓取編織袋過程中，由于壓袋輪的壓力作用，編織袋得以理平，而不會出現(xiàn)折疊現(xiàn)象。在編織袋接近脫離壓袋輪的時候，氣缸會推動Z形支架，帶動壓袋輪抬起，以方便編織袋脫離，每取一袋氣缸運動一次，如此往復(fù)循環(huán)。在左、右袋庫互換時，氣缸也會推動壓袋輪抬起,在袋庫到位后,氣缸縮回，壓袋輪靠自重壓在成組編織袋上。

（7）自動折邊縫包部件。如圖13所示,成品袋經(jīng)過皮帶機部件輸送,依次由折邊機折邊，縫包機縫包,最后由皮帶機排除。
（8）夾袋部件。夾袋部件結(jié)構(gòu)總圖如圖14所示,夾袋部件由夾袋組件、密封組件、展袋組件組成,分別對撐袋部件送上的編織袋完成夾袋、密封袋、展袋的功能。夾袋組件如圖15所示，當(dāng)撐袋部件在上袋位（如圖10）時，將成形的編織袋套入了外料斗的入袋口，此時右夾袋氣缸驅(qū)動右夾袋塊繞右旋轉(zhuǎn)中軸旋轉(zhuǎn)，將編織袋的長邊夾在右夾袋塊上;左夾袋氣缸驅(qū)動左夾袋塊繞左旋轉(zhuǎn)中軸旋轉(zhuǎn)，將編織袋的長邊夾在左夾袋塊上。當(dāng)左、右夾袋板將編織袋夾緊時，撐袋部件再依次運動到脫袋位、準(zhǔn)備停止位（如圖10）。在編織袋被夾緊在外料斗上時，密封組件開始動作，夾緊編織袋的兩側(cè)短邊，以防止下料時有粉塵從編織袋兩側(cè)逸出，如圖16。

如圖16所示，上驅(qū)動氣缸通過齒條齒輪傳動,帶動右密封架完成打開和合攏動作，右密封墊安裝在右密封架上，合攏時夾持在外料斗(圖15)上;下驅(qū)動氣缸通過齒條齒輪傳動，帶動左密封架完成打開和合攏動作，左密封墊安裝在左密封架上,合攏時夾持在外料斗(圖15)上。左、右密封架工作時同時打開和合攏，以保證工作時間的同步。左、右密封架的工作位置如圖17,左密封架、右密封架合攏和打開位置，合攏時相互平行，分別旋轉(zhuǎn)90。為打開位。當(dāng)處于打開位時,撐袋部件上袋,待撐袋部件回到準(zhǔn)備停止位時，左密封架、右密封架回到合攏位置。

當(dāng)密封部件完成合攏動作后，整個編織袋口四個邊已被夾持在外料斗上，此時下料裝置可進行下料操作，物料通過內(nèi)料斗(圖15)進入到袋內(nèi)，待稱量儀判斷物料達到規(guī)定重量時，左密封架、右密封架打開，開始展袋的工作，如圖18所示。左展袋氣缸推動左撐袋桿繞左展袋中軸往復(fù)擺動;右展袋氣缸推動右展袋桿繞右展袋中軸往復(fù)擺動，左撐袋桿、右撐袋桿同時打開和合攏。左展袋組件、右展袋組件固定在機架上,升降氣缸帶動支座沿左導(dǎo)軌、右導(dǎo)軌上、下滑動。如圖19所示，展袋組件工作位置圖。如圖19所示，當(dāng)下完料后，左密封架、右密封架(見圖16)打開后，見圖19(a)圖,展袋桿從收縮位沿兩側(cè)展開，將袋口撐平。待左夾袋板、右夾袋板(見圖15)打開后，見圖19(b),此時裝好物料的編織袋自由下落,為保證撐袋口的展平形狀，展袋桿整體下移L距離。當(dāng)編織袋落位時，見圖19(c),展袋桿回到上移位，以脫離袋口，方便編織袋輸出。展袋桿回到收縮位，見圖19(d),等待下一個編織袋上袋。

（9）護袋部件。在裝好物料的編織袋落在下面的皮帶機后，護袋部件要完成對袋口的夾持和輸送工作，將編織袋送到折邊、縫包工位，如圖20所示。當(dāng)成品袋落在皮帶機上時,此時皮帶機處于停止?fàn)顟B(tài)，氣缸推動左夾送組件繞左中軸按弧形箭頭方向旋轉(zhuǎn),同時左中軸通過傳動箱將動力傳給右中軸，右中軸帶動右夾送組件沿相對方向旋轉(zhuǎn)，二者合攏，將編織袋口夾持。伺服電機通過傳動箱將旋動動力分別傳遞給左輸送皮帶、右輸送皮帶,護送編織袋口移動；同時,皮帶機部件皮帶啟動，帶動成品袋沿直線箭頭方向移動，將成品袋輸送到下一個工位——折邊縫包工位。整個護袋部件的高低可以通過升降裝置調(diào)整，以滿足不同編織袋的要求。左、右輸送帶和皮帶機部件的線速度應(yīng)調(diào)整為一致。護袋部件的工作位置如圖21。

如圖21所示，氣缸收縮位，左夾袋組件、右夾袋組件處于圖示打開位置時,成品袋落下;氣缸伸出，左夾袋組件、右夾袋組件合攏，將成品袋口夾持，左、右輸送帶旋轉(zhuǎn)，將成品袋送到下一工位，左夾袋組件、右夾袋組件恢復(fù)到打開位置，等待下一袋落下,如此循環(huán)往復(fù)。
3包裝機的主要規(guī)格及技術(shù)參數(shù)
研究所設(shè)計的基于粉狀物料的全自動大袋包裝機的主要規(guī)格及技術(shù)參數(shù)如表1所示。

4總結(jié)
研究設(shè)計的適用于粉末灌裝的全自動大袋包裝機具有如下優(yōu)點：
1）操作簡便，易于實現(xiàn)自動化控制。通過可視屏設(shè)定參數(shù)后，可自動無人化生產(chǎn)，產(chǎn)線只需人員巡視解決可能偶然岀現(xiàn)的故障。
2）結(jié)構(gòu)簡潔，輸送穩(wěn)定?？筛咚佟⒎€(wěn)定生產(chǎn)，非常適合大批量、長時間、生產(chǎn)動作重復(fù)性高的粉末灌裝生產(chǎn)裝箱線。
3）安全防護設(shè)備完善，能很好的保護機器和產(chǎn)品不受意外損傷，也方便操作人員迅速排除故障。
4）制造成本低，價格適當(dāng)。具有良好的性價比，可減少客戶的投入及減少成本回收周期，有較廣的應(yīng)用前景。

 

作者程亮，王云亮，陳羿，榮亮，張端瑞

 

 

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