啤酒瓶全自動裝箱機設(shè)計含7張CAD圖
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啤酒瓶全自動裝箱機設(shè)計
摘????? 要
當(dāng)今社會，人們的生活水平越來越高，于是，越來越多的人喜歡喝瓶裝飲料，啤酒、橙汁、礦泉水……，于是，對于飲料包裝機械的要求越來越高了。如今的關(guān)于這方面的新聞?wù)媸窃絹碓蕉嗔?。比如說法國Aries Packaging公司在2005年國際包裝展（interpack）上推出新一代裝箱機；多功能全自動裝箱機在中德合作江西德賽特包裝機械設(shè)備有限公司誕生……由此可見，瓶裝裝箱所用的裝箱機已經(jīng)成為了罐裝飲料生產(chǎn)線上的一道必要工序?，F(xiàn)在，我們最常見的裝箱機一般是由抓頭充、排氣來實現(xiàn)抓、放瓶子的。通過機械的運轉(zhuǎn)、氣動和電控把瓶子準(zhǔn)確、可靠地放進(jìn)箱子里。并且通過獨特的四連桿機構(gòu)，使瓶子的提升和降落運動準(zhǔn)確平穩(wěn)。隨著社會的不斷進(jìn)步，科技的快速發(fā)展，全自動裝箱機也在不停的發(fā)展。
本文介紹了其工作原理，氣動原理，總體方案設(shè)計和進(jìn)瓶抓瓶部件的設(shè)計過程。
關(guān)鍵詞：全自動裝箱機；雙四連桿機構(gòu)；抓瓶頭；導(dǎo)瓶裝置；
The paper of automatic packing machine of beer bottle
Abstract
Today, more and more people prefer to drink bottled drinks, like beer, orange juice, mineral water and so on…So, the demand of packaging machineries is increasing very fast. There are a lot of news of the packing machine. For example, Aries Packaging, France Corporation was on the launch of a new generation of packing machine in the international packaging exhibition (interpack) in 2005. Multifunction automatic packing machine was produced in which, Jiangxi Dorset Packaging Machinery Equipment Co. Ltd, with Sino-German cooperation.
Bottled packing crates used by the machine have become a necessary process of a canned beverage production line. The most common packing machine is the first fully grasp the exhaust to grasp and put the bottles. The machine controls by mechanical operation, pneumatic and electric control to put bottles into boxes accurate and reliable. Through a unique four-bar linkage, the machine put bottles with a accurate and smooth movement. As society progresses, the rapid development of science and technology, automatic packing machines have been undergoing development.
And this paper introduces its working principle, aerodynamic principle, the overall program design and the design of components of bottle grasping.
Key Words: Automatic packing machine，twin four linkage mechanism，,claw，the device of transportation bottles
目 錄
引言 ···························································· 1
第一章 裝箱機工作原理
1.1 裝箱工作原理 ············································ 2
1.2 裝箱過程的運動分解 ······································ 2
1.2.1 瓶的運動 ········································ 2
1.2.2 箱的運動 ········································ 3
1.2.3 抓頭部分的運動····································· 4
1.3 工作原理流程圖 ········································ 5
第二章 機械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計
2.1 輸瓶裝置和導(dǎo)瓶裝置····································· 6
2.1.1輸瓶裝置 ····································· 6
2.1.2導(dǎo)瓶理瓶原理······································ 6
2.2 輸箱裝置 ········································ 7
2.2.1輸箱帶II ········································ 9
2.2.2輸箱帶I ·········································9
2.2.3輸箱帶上的光電管··································10
2.3 主傳動機構(gòu) ·········································10
2.3.1 主傳動機構(gòu)的四種狀態(tài)·····························11
2.3.2 收縮盤 ·········································11
2.4 連桿機構(gòu) ·········································12
2.4.1 機構(gòu)的分解 ·········································12
2.4.2 軸襯套 ·········································14
2.5 抓瓶裝置 ·········································15
第三章 氣動控制原理 ·········································16
第四章 進(jìn)瓶及抓瓶裝置設(shè)計
4.1 進(jìn)瓶裝置 ·········································17
4.1.1導(dǎo)瓶板的設(shè)計········································17
4.1.2 輸瓶帶 ·········································18
4.1.3 電動機的選配········································18
4.2抓瓶裝置 ············································19
4.2.1 抓頭定位 ···········································19
4.2.2 氣缸選配 ···········································20
4.2.3 安全裝置 ···········································20
第五章 進(jìn)瓶抓瓶常見故障及處理·······························21
第六章 安全······················································22
結(jié)論 ··························································23
致謝 ··························································24
參考文獻(xiàn) ··························································25
引 言
如今，越來越多的人喜歡喝瓶裝飲料，啤酒、橙汁、礦泉水……，于是，對于飲料包裝機械的要求越來越高了。因此，瓶裝裝箱所用的裝箱機成了罐裝飲料生產(chǎn)線上的一道必要工序。全自動裝箱機是為生產(chǎn)瓶裝飲料(含酒類及其它各種飲料) 時，實現(xiàn)裝箱自動化的專用設(shè)備，其裝箱速度大約為每小時300箱以上,并且能和各種灌裝機配套。最常見的裝箱機是由抓頭充、排氣來實現(xiàn)抓、放瓶子的。通過機械運轉(zhuǎn)、氣動和電控把瓶子準(zhǔn)確、可靠地將瓶子放進(jìn)箱子里。通過獨特的四連桿機構(gòu)，使瓶子提升和降落運動準(zhǔn)確平穩(wěn)。
如今，一般的裝箱機的整個裝箱過程的動作基本可分解為三部分運動：⑴瓶的運動；⑵箱的運動；⑶連接瓶箱的連桿機構(gòu)帶動的抓頭運動。
根據(jù)“全自動裝箱”這一目標(biāo)要求,作如下的設(shè)計安排:第一,設(shè)計一個自動走瓶臺,使從灌裝線涌來的飲料瓶能自動進(jìn)入并按規(guī)定的排列格式到達(dá)指定位置;第二,設(shè)計一個自動走箱槽,使空箱能自動進(jìn)入,并到達(dá)指定位置;裝滿飲料的箱子能自動退出;第三,按前兩項設(shè)計所確定的抓瓶點(起點) 和裝箱點(終點) 設(shè)計一個機械臂,帶動其手爪沿所定的軌跡運行。
帶動曲柄轉(zhuǎn)動的主傳動機構(gòu)，減速電機直接套在轉(zhuǎn)動軸上，然后用無鍵聯(lián)接裝置──收縮盤把減速器與軸聯(lián)結(jié)起來。采用帶制動的電機，并采用變頻器調(diào)速，主傳動速度為雙速，保證本機生產(chǎn)能力與整個生產(chǎn)線相匹配。在機器的前方，左、右兩側(cè)及機器上方均有安全光電開關(guān)，當(dāng)這些光電開關(guān)被進(jìn)入機器的人或物擋光時，機器就立刻停止，從而達(dá)到安全的目的。
要設(shè)計一套完整實用的裝箱機，還要注意以下幾點：工作可靠，運行平穩(wěn)，生產(chǎn)效率高，操作容易，結(jié)構(gòu)合理，安全可靠，符合衛(wèi)生要求，全自動控制。因此，對其的設(shè)計是要多方面的。
全自動裝箱機是適用于飲料行業(yè)(含白酒、啤酒和各種瓶裝飲料) 的自動灌裝線上的設(shè)備,屬機電一體化產(chǎn)品。它與自動灌裝線中的洗瓶、灌裝等其它設(shè)備構(gòu)成一個自動化系統(tǒng)。
本說明書介紹了其工作原理，氣動原理，總體方案設(shè)計和進(jìn)瓶抓瓶部件的設(shè)計過程。
第一章 裝箱機工作原理
1.1裝箱工作原理：
1.1.1抓頭從輸瓶臺上
抓住瓶子（橫梁
在后位置）
1.1.2瓶子前移到輸箱
帶上方（橫梁在
前位置）
1.1.3瓶子被放在箱子
里（橫梁在最低
位置）
1.2裝箱過程的動作分解：
整個裝箱過程的動作可分解為三部分運動：⑴瓶的運動；⑵箱的運動；⑶連接瓶箱的連桿機構(gòu)帶動的抓頭運動。
1.2.1瓶的運動：
在整線中，從灌瓶機來的灌好的瓶子被輸送到待裝箱工位。在輸運過程中，首先經(jīng)過理瓶裝置，分隔出的幾條槽,每槽只能走一列瓶子，理瓶板前后移動，使得瓶子有序地經(jīng)過理瓶板，分成一排一排地進(jìn)入前面的導(dǎo)瓶板，到達(dá)導(dǎo)瓶板最前面的瓶子被擋瓶定位桿擋住，在抓頭抓瓶的時候，擋瓶定位桿松開，于是抓頭抓住瓶子向上運動。在這個過程中，輸瓶帶輸瓶，瓶到位后輸瓶帶停止，等候抓頭抓瓶。
瓶的運動的現(xiàn)實按上下位置分為三層：
上層：瓶與上方抓頭的聯(lián)系：⑴瓶未到位；
⑵瓶到位被抓頭抓起。
中層：瓶的有序準(zhǔn)備：⑴理瓶板將瓶子一排一排分開；
⑵導(dǎo)瓶板導(dǎo)瓶，瓶子沿著導(dǎo)瓶板向前；
⑶瓶子到位后被前面的擋瓶定位桿擋住。
下層：瓶被輸送： ⑴輸瓶帶輸瓶；
⑵輸瓶帶停止。
1.2.2箱的運動：
箱子從整線的輸箱帶進(jìn)入本機輸箱帶，首先進(jìn)入輸箱帶Ⅱ，通過這部分的擋箱裝置，將箱分為四箱一組，進(jìn)入輸箱帶Ⅰ，第五個箱子被擋在后面，而進(jìn)入輸箱帶Ⅰ的四個箱子又被前面的擋箱臂擋住，同時分箱裝置將這四個箱子分開定位，定位后的一組箱子停在輸箱帶上，抓著瓶子的抓頭將瓶子準(zhǔn)確地放在這一組箱子里。
箱的運動的現(xiàn)實按上下位置分為三層：
上層：箱與上方抓頭的聯(lián)系：⑴箱未到位；
⑵箱到位抓頭放瓶。
中層：箱的有序準(zhǔn)備：⑴輸箱帶Ⅱ上的擋箱裝置擋住后面的箱子；
⑵輸箱帶Ⅰ上的擋箱臂擋住前面的箱子；
⑶分箱撥桿分箱。
下層：箱被輸送：⑴輸箱帶輸箱；
⑵輸箱帶停止。
1.2.3 抓頭部分的運動：
由裝箱機的主傳動帶動雙四連桿機構(gòu)，實現(xiàn)抓瓶裝箱所需要的曲線運動，抓頭部件裝在頭架部分，在主傳動處于曲線的兩個特征點上時，在輸瓶帶上抓頭充氣抓瓶，在輸箱帶上抓頭放氣放瓶。機械手臂的動力采用電機,臂的升降采用雙速電機,由電腦控制轉(zhuǎn)換。這樣既平穩(wěn)又能快速準(zhǔn)確到位。抓瓶頭采用壓縮空氣鼓脹橡皮套箍緊瓶頭來抓瓶,是軟接觸,不會損傷瓶子,抓得又牢放氣即可放瓶,這樣既快又可靠。
抓頭運動的現(xiàn)實在主傳動曲線上依次為：
⑴ 在輸瓶帶上方，等待抓瓶； （空行程）
⑵ 在抓瓶點，抓頭充氣抓瓶； （工作行程）
⑶ 在輸箱帶上方，等待放瓶； （工作行程）
⑷ 在放瓶點，抓頭放氣放瓶。 （工作行程）
1． 3工作原理流程圖：
綜上所述，在裝箱過程中，瓶和箱均經(jīng)過有序的準(zhǔn)備，分別排成一定的間距，與抓頭的間距相同，使得抓頭能夠準(zhǔn)確無誤地抓瓶放瓶，完成裝箱。
第二章 機械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計
2.1 輸瓶裝置和導(dǎo)瓶裝置：
2.1.1輸瓶裝置：
本裝置以平頂鏈作為輸送帶輸送瓶子，由減速電機通過鏈傳動帶動平頂鏈運行。輸瓶傳動是采用變頻電機帶動的，設(shè)有高低兩速，其速度與主傳動匹配，在PC程序中已設(shè)定。
輸瓶裝置在整個運動過程中有三種狀態(tài)：
輸瓶帶輸瓶：⑴高速：供瓶正常。
⑵低速：供瓶不足。
輸瓶帶停止：抓頭抓瓶。
2.1.2 理瓶導(dǎo)瓶原理：
導(dǎo)瓶裝置的作用是把送入本機的瓶子排列整齊，輸送到等待抓瓶的位置。
瓶子不斷地由輸瓶系統(tǒng)送到裝箱機，進(jìn)入本機的輸瓶帶，瓶帶啟動，把瓶子送向前直至被擋瓶定位桿阻擋，瓶子停在等待抓瓶的位置，在這個過程中，瓶子穿過輸瓶帶上方的導(dǎo)瓶裝置，瓶子一個挨一個地自然排列成行。
為了使瓶子順利進(jìn)入導(dǎo)瓶裝置，本機設(shè)有理瓶裝置，理瓶導(dǎo)板作前后擺動，使入口處的瓶子排列有序地進(jìn)入導(dǎo)瓶裝置。
瓶子排列整齊后，電機停轉(zhuǎn)，輸瓶帶停下來以減小瓶子相互擠壓力和噪音,當(dāng)抓頭把瓶子抓牢往上提時,瓶定位桿在氣缸的作用下向前移動，消除瓶子間的擠壓力，使瓶順利提升，也避免擦傷商標(biāo)紙。
導(dǎo)瓶板的間隔一般設(shè)計為瓶徑尺寸加3，導(dǎo)瓶板在使用一段時間后，可能發(fā)生變形，需要定期檢查和調(diào)整。
2.2輸箱裝置：
本裝置以平頂鏈作為輸送帶傳送箱子，它分為輸箱帶Ⅰ和輸箱帶Ⅱ二部分，分別由二個減速電機通過鏈傳動帶動平頂鏈運行。
本裝置的作用是把空箱子輸入機器里，裝進(jìn)瓶子后，再把箱子輸出機器。按照每次裝箱數(shù)（啤酒四箱、汽水五箱），把空箱子分組送入機器，進(jìn)入機器的空箱組到了裝瓶子的位置就停下來等待裝瓶，裝進(jìn)瓶子的箱子迅速被送出機器。
空箱子源源不斷地由輸箱系統(tǒng)送到裝箱機，進(jìn)入輸箱裝置Ⅱ（如圖4-2a），由于擋箱裝置降低于輸箱裝置Ⅰ，箱子被阻止。當(dāng)氣缸動作，擋箱裝置上升與輸箱裝置Ⅰ平，箱子又繼續(xù)向前輸送（圖4-2b），到了一組箱最后一個箱子的大部分都進(jìn)入輸箱Ⅰ時，氣動復(fù)位，擋箱裝置下降，后面的箱子又被阻停下來而進(jìn)入輸箱Ⅰ的一組箱繼續(xù)向前，直至箱子被擋箱裝置阻擋，箱子停留在等待裝箱的位置（圖4-2c）。
瓶子裝入箱子后，擋箱臂放下，裝滿瓶子的箱子送出機器，在此同時，擋箱裝置上升，空箱輸入。輸箱裝置就是這樣周而復(fù)始地完成箱子分組輸入，停止等待裝瓶，裝瓶后輸出的工作。
為了提高生產(chǎn)效率，輸箱裝置是由雙速電機帶動的，輸送箱子時，電機高速運轉(zhuǎn)，接近擋箱裝置時，轉(zhuǎn)為慢速，箱子被擋停下后，電機停止轉(zhuǎn)動。
整個工作程序是由PCL控制的，電機的開、停、變速或者出現(xiàn)缺箱、箱不到位、箱子排列不整齊、機器停轉(zhuǎn)等故障時，都由PCL處理。
2.2.1輸箱帶Ⅱ：
輸箱帶Ⅱ由雙速電機帶動，低速是高速的1/3，在整個運動過程中輸箱帶Ⅱ有兩種狀態(tài)：
?、鸥咚伲赫］斚?。
⑵低速：前面的箱被擋住，后面的箱繼續(xù)送上來。
輸箱帶Ⅱ的擋箱裝置由氣缸與擺桿機構(gòu)組成，活塞桿伸出，擋箱裝置抬起，活塞桿復(fù)位，擋箱裝置落下，從而實現(xiàn)擋箱動作。
2.2.2輸箱帶Ⅰ：
輸箱帶Ⅰ由雙速電機帶動，低速是高速的1/3，在整個運動過程中輸箱帶Ⅰ有三種狀態(tài)：
⑴高速：正常輸箱。
⑵低速：箱將到擋箱臂時，起緩沖作用。
⑶停止：裝箱，抓頭放瓶。
輸箱帶Ⅰ的擋箱臂由氣缸與擋箱擺桿機構(gòu)組成，活塞桿伸出，擋箱裝置抬起，活塞桿復(fù)位，擋箱裝置落下，從而實現(xiàn)擋箱動作。
2.2.3輸箱帶上的光電管：
光電管的位置及作用：
光電管1：距輸箱帶Ⅰ上的擋箱臂半箱距離, 輸箱帶Ⅰ
的電機高低速切換。
光電管2：一組箱內(nèi)側(cè)，檢測有無四箱。
光電管3：一組箱外側(cè)，檢測是否只有四箱。
光電管4：距擋箱臂四箱，在整線輸箱帶上，堵箱檢測。
光電管5：距擋箱裝置最前端八箱，在整線輸箱帶上，滿箱檢
測。
2.3主傳動機構(gòu)：
帶動曲柄轉(zhuǎn)動的主傳動機構(gòu)，減速電機直接套在轉(zhuǎn)動軸上，然后用無鍵聯(lián)接裝置──收縮盤把減速器與軸聯(lián)結(jié)起來。
收縮盤是靠擰緊高強度螺栓使包容面間產(chǎn)生的壓力和摩擦力實現(xiàn)扭矩傳遞的，由于無鍵槽，軸的材料有效利用率高，對軸不產(chǎn)生機械損傷，可承受變載荷和沖擊載荷，還具有過載保護等優(yōu)點。
本機采用帶制動的電機，并采用變頻器調(diào)速，主傳動速度為雙速，保證本機生產(chǎn)能力與整個生產(chǎn)線相匹配。
2.3.1 主傳動的四種狀態(tài)：
主電機正轉(zhuǎn)：⑴高速：供箱正常，供瓶正常。
⑵低速：供箱正常，供瓶不足。
⑶主電機反轉(zhuǎn)：放瓶遇障礙（在輸箱帶處）。
⑷停止：瓶不到位；
箱不到位；
各種障礙（缺瓶、缺箱、安全光電管）。
2.3.2 收縮盤：
減速電機收縮盤的裝配：
裝配前，將減速機內(nèi)套與主傳動軸仔細(xì)擦凈。
擰緊固緊螺栓的方法：
⑴反復(fù)地依次擰緊(不在對角線方向)；
⑵用相同的夾緊力矩；
⑶保持外環(huán)平面平行；
⑷每次螺栓轉(zhuǎn)30-60°；
2.4 連桿機構(gòu)：
抓頭抓瓶后，帶著瓶子提升、前移、下降。把瓶子放入箱后，抓頭返回。這一個過程的運動軌跡是由左右兩邊的雙四連桿機構(gòu)實現(xiàn)的。
2.4.1 機構(gòu)的分解：
這個機構(gòu)實現(xiàn)運動軌跡的部分可分解為二個四桿機構(gòu)：曲柄搖桿機構(gòu)和雙搖桿機構(gòu)。而實現(xiàn)平移運動的部分是平行桿機構(gòu)。
各桿件名稱：
1. 曲柄 2.連桿 3. 搖桿 4. 搖桿
5.擺桿 6.搖桿 7.平動連桿 8.連桿
曲柄1在主傳動軸帶動下，勻速地轉(zhuǎn)動，而搖桿3周期性往返擺動，同樣搖桿4也作周期性往返擺動，于是在擺桿5的A點處形成符合要求的運動軌跡，抓頭就是懸掛在A點。
瓶子在整個抓瓶運動中，必須保持垂直懸掛，盡量避免擺動，這就
要求抓瓶裝置（包括抓頭）按A點的軌跡平移。本機采用平行桿機構(gòu)實現(xiàn)抓瓶裝置平移運動。
2.4.2 軸襯套（自潤滑軸承）：
材料：本機連桿機構(gòu)所用的軸襯套是采用塑料—-青銅---鋼背三層復(fù)合自潤滑鋼材制成的，以鋼背為基體，青銅球粉為中間層，聚四氟乙烯為表層。
原理：在正常使用條件下，自潤滑軸承的磨損分為三個階段：跑合期、工作期和壽命結(jié)束期。在跑合期時，初始磨損較快，聚四氟乙烯等一部分轉(zhuǎn)移到配磨面上，配磨面上的微小凹坑被填平，并形成一層極薄的固體潤滑膜，磨損速度明顯變得緩慢；進(jìn)入工作期，這時銅球粉大約露出10%左右，在正常運轉(zhuǎn)中，聚四氟乙烯等在溫度和壓力的作用下，不斷從青銅層的間隙中溢出，輔充到對磨表面間，使磨損速度大大降低,經(jīng)過較長時間的工作后，銅球粉大約露出70-80%時，銅球粉間隙中的聚四氟乙烯等不足以維持對磨面之間的潤滑膜時，意味著壽命即將結(jié)束。
軸承的裝配方法：自制一導(dǎo)向桿，用小型壓力機壓入，必須保證軸套垂直地壓入座孔。座孔倒角并涂少量黃油，以利壓入，避免敲打軸套端面。
軸襯套工作表面不得再進(jìn)行加工。
2.5抓瓶裝置：
本機抓瓶裝置是采用氣動抓頭，通過壓縮空氣(0.15～0.25MPa)，抓頭充氣抓頭膠囊變形抓牢瓶子，排氣時抓頭膠囊復(fù)原，放開瓶子，抓頭的進(jìn)、排氣是由一個兩位三通電磁閥控制的。
本機抓頭組件采取特殊的楔形結(jié)構(gòu)，并且采用壓縮彈簧，遇到異常情況時，抓頭會抬高，這樣，抓頭在抓瓶時對不準(zhǔn)瓶子或者抓著瓶子的抓頭對不準(zhǔn)箱子時不會損壞瓶、箱和機器。本抓頭的另一特點是采用全塑料結(jié)構(gòu)代替金屬結(jié)構(gòu)，因而重量輕強度高，而且制造容易。
第三章 機器氣動控制原理
控制系統(tǒng)的具體任務(wù)是:監(jiān)測有關(guān)狀態(tài)信息;作出相應(yīng)判斷;發(fā)出相關(guān)控制信號,以控制上述諸多部分協(xié)調(diào)工作。其結(jié)構(gòu)框圖見圖，狀態(tài)信息從狀態(tài)檢測電路獲取,控制信號經(jīng)驅(qū)動放大,一路接交流接觸器,控制相關(guān)電機啟/ 停;另一路去驅(qū)動氣閥,以控制有關(guān)氣缸的工作狀態(tài)。
此裝箱機器是由抓頭充、排氣來實現(xiàn)抓、放瓶子的，通過機械運轉(zhuǎn)、氣動和電控把瓶子準(zhǔn)確、可靠地將瓶子放進(jìn)箱子里的，因此它的氣動控制就必不可少。首先，用一個氣源聯(lián)件連接各個部分所用到的氣動控制裝置，氣源由灌裝線上現(xiàn)成的空氣壓縮機供給。其次，一方面選用一個減壓閥和一個二位三通換向閥鏈接夾持裝置上的各個抓頭，DT1得電，夾持器夾頭的松開和夾緊就通過換向閥的換向來實現(xiàn)。具體選用可見上面的3.2部分。另一方面經(jīng)氣源處理裝置靜化,分別進(jìn)入5只二位五通電磁氣閥,去驅(qū)動7只氣缸,實施對飲料瓶定位、飲料箱定位、空箱定位、擺動桿和擴箱器等的控制。作為裝箱機器上重要的一部分——輸箱裝置，分箱氣缸Ⅰ、Ⅱ的分箱復(fù)位；定位氣缸的定位松開；擋箱氣缸Ⅰ、Ⅱ的擋箱和復(fù)位，我們選用二位五通換向和單向節(jié)流閥來控制。
為了提高整個機器工作的環(huán)境，提高系統(tǒng)的工作性能、效率，減少噪音，必需要在系統(tǒng)中加入一些氣動輔助裝置。通常氣源系統(tǒng)中有三大必不可少的元件，即分水濾氣器，減壓閥，和油霧器。又因為排氣處壓力大，引起的噪音很大，于是加一個消音器。
裝箱機的工作方式分手動和自動兩種,正常裝箱工作于自動方式,手動的設(shè)置主要便于人工干予,如維修、排除偶發(fā)性故障等。
第4章 進(jìn)瓶及抓瓶裝置設(shè)計
4.1 進(jìn)瓶裝置
作為裝箱機上最重要的環(huán)節(jié)之一，抓瓶的完成是一個比較復(fù)雜的動作，因此，在設(shè)計過程中我們還是想了很多的辦法來完成它。以標(biāo)準(zhǔn)的640ml瓶裝啤酒為例，市場上裝載啤酒的箱子分為兩大部分：塑料箱和紙箱，塑料箱又分兩種：4*6和3*4兩種裝箱方式，而紙箱基本上都為3*4這一種裝箱方式，啤酒瓶從輸瓶臺通過抓頭部件被放入箱子中，而箱子中啤酒瓶的排放是規(guī)則的，這就要求啤酒瓶在抓頭上被放入箱子以前是一定順序排列的，啤酒瓶從進(jìn)入輸瓶臺的無序狀態(tài)到根據(jù)箱子的狀況有規(guī)則的排列，這里是通過兩個步驟來完成的：其一在輸瓶臺上完成前后一整列的排序，左右方向則通過抓頭來完成。
4.1.1 導(dǎo)瓶板
啤酒瓶在輸瓶臺上排成列狀，這個動作的完成主要是通過導(dǎo)瓶部件實現(xiàn)的。標(biāo)準(zhǔn)的啤酒瓶中間最大直徑為75mm，高度為289mm，因此可以把它看成是一組寬度為75mm的條狀，把它放在兩塊夾板（件1、件2和件23導(dǎo)瓶板）之間。
在導(dǎo)瓶時，根據(jù)任務(wù)需要，按照24000瓶/小時的機型計算，需要每一次抓放裝滿6箱（3*4紙箱），一共18列，也就是由19塊導(dǎo)瓶板組成18個通道。
每次抓瓶=6x3x4=72個=18x4
瓶子直徑：Φ75mm
瓶子高度：289mm
啤酒瓶進(jìn)入導(dǎo)瓶板后，因為存在擠壓所以有一定的壓力，這就需要導(dǎo)瓶板具有相當(dāng)?shù)膭傂?，我們選用厚度為4mm比較合適，考慮到經(jīng)常和酒液接觸，另外還需沖洗，材質(zhì)需選用不銹鋼（牌號為1Cr18Ni9Ti）。
為了能自如運動，留有間隙3mm，于是，導(dǎo)瓶板的間隔設(shè)計為瓶徑尺寸加3mm。
導(dǎo)瓶板總寬度：（75+4+3）x 18=1476mm。
一般情況下，如果一起把19個導(dǎo)瓶板捆綁在一起會有很大的不方便，無論是運輸，更換還是調(diào)節(jié)間距，因此考慮分成3組，在掛鉤處由于承重力大，則選用M20的長螺桿連接，組與組間用M20的短螺桿連接。而在另一面每一組用長螺桿M12連接，用螺母并緊固定，同時也方便調(diào)節(jié)，組與組間用短螺桿M12連接，這個工作可以在輸瓶臺上完成。
輸瓶臺鏈板帶動啤酒瓶運動，而導(dǎo)瓶板是需要固定的，所以導(dǎo)瓶板組件底部需要與鏈板之間留有間隙，同時間隙也不能過大，我們把這個間隙定位10mm。
導(dǎo)瓶板前端開了一個矩形的缺口225mmx80mm，把它架在鏈板罩上，后面部分連上掛鉤（件5支承塊）架在橫梁上，橫梁焊接在機器兩側(cè)的側(cè)板上，其距離以保證導(dǎo)瓶板底部與鏈板間隙為10mm即可。掛鉤和橫梁接觸部分受力比較大，因此必須從導(dǎo)瓶板上分離來，設(shè)計成一個單獨的零件，厚度要較大，為8mm。導(dǎo)瓶板前端是抓頭抓瓶的位置，為了保證抓頭和啤酒瓶瓶頸接觸面較多，同時也不能碰到導(dǎo)瓶板，所以整個上邊設(shè)計成錐形，并且，導(dǎo)瓶板抓瓶部分最高高度應(yīng)低于抓頭最低點，但需高于瓶子的重心，因此，設(shè)計為140mm。
這是對于啤酒瓶在輸瓶臺上形成規(guī)則排列狀態(tài)我所做的一些設(shè)計。
4.1.2 輸瓶帶
輸瓶帶選用鏈板結(jié)構(gòu)，主要由輸瓶托板，輸瓶鏈板，主動軸和被動軸組成。
輸瓶托板的組成比較簡單，在整個機器上架上四根要求不是很高的托板，我選用Q235，厚度在60mm左右，由于導(dǎo)瓶板共寬1100mm，所以托板寬度略大于1100mm，則每兩根間隔405mm。在這四根上面再垂直架上10根托板，高度為27mm，為了安裝主要的鏈板。但是由于是灌裝設(shè)備，對其衛(wèi)生要求很高，因此，在其上端還要固定3mm左右的超高分子聚乙烯材料的塑料板。由于需要平穩(wěn)運輸，選用最普遍的不銹鋼的平頂鏈。所選的鏈節(jié)尺寸大小，要讓鏈節(jié)正好在卡在超高分子聚乙烯材料的塑料板的中間空隙處，選用C30D*89。于是套在被動軸上的惰輪的最大直徑為89mm，其寬度為鏈結(jié)大小，即空隙的寬度,略大于鏈結(jié)選95mm。當(dāng)然，為了安裝拆卸，并與設(shè)定尺寸配合，尺寸往往不會正好，于是，通常在大鏈結(jié)中摻入小鏈結(jié)，選用C13S*89。輸瓶臺前后距離為1.5M，因此鏈板的總長度為30M。軸的直徑為35mm，因此，選用的鍵為bxh=10x8,L根據(jù)鏈輪大小選用36mm，45mm，56mm的。
4.1.3 電動機的選配
整個鏈板的運動是由電動機驅(qū)動的，通過鍵連接讓主動軸轉(zhuǎn)動，主動軸上的鏈輪帶動鏈板運動。因此，合理選擇電動機的功率是至關(guān)重要的。
輸瓶臺前后距離為1.5M，
鏈板每分鐘7.5轉(zhuǎn)，
所以，每塊鏈板在1小時內(nèi)的行程為1.5x7.5x60,
大鏈板每塊重量為0.28KG,
小鏈板每塊重量為0.12KG,
運動中摩擦系數(shù)為0.95，
所以，鏈板在每小時內(nèi)做功為：W1=（89x10x0.28+89x0.12）x9.8x0.95x1.5x7.5x60=1633150.9(J)
根據(jù)每小時裝箱24000瓶的保險系數(shù)為1.2，
每瓶酒重量約為1KG(包含酒瓶)，
摩擦系數(shù)為0.7，
因此，每小時做功為：W2=24000x1.2x9.8x0.7x1.5=296352(J)
P=W/T=(W1+W2)/T=(1633150.9+296352)/3600=536(W)=0.54（KW）
考慮到系統(tǒng)的聯(lián)接精度，機械傳動為鏈傳動，工作狀況為一般工況，以及工作中需要變換速度等綜合考慮，加上一個保險系數(shù)1.4—1.5，因此，選用功率為0.75KW的電機。
4.2 抓瓶裝置
根據(jù)共要抓瓶個數(shù)6x3x4個，所以共需要抓頭72個。
4.2.1 抓頭定位
當(dāng)啤酒瓶在輸瓶臺上按列狀排列后，就要考慮如何通過抓頭的變化來使左右方向也能滿足箱子的狀況。這時候就需要再反過來仔細(xì)研究一下啤酒瓶放在紙箱中的排列狀況和啤酒瓶在導(dǎo)瓶部件中排列狀況的不同，前后都排成列緊挨在一起，可是在左右橫向方向上則有所不同，瓶子在紙箱中也是緊挨在一起的，而導(dǎo)瓶部件中的瓶子由于本身的3mm間隙以及4mm厚度的導(dǎo)瓶板，有7mm的間隙，因此設(shè)計的重點就是要在保持前后列狀的前提下讓左右的間隙消除。抓頭本身不好控制，因此把抓頭嵌入硬鋁板（件12、件13和件14夾持板），選用硬鋁板既是重量輕而且還能保證剛度。硬鋁板的寬度和啤酒瓶的最大直徑相同，4個孔的間距同樣也和啤酒瓶的最大直徑相同，都為75mm，一共需要18個硬鋁板，架在由硬質(zhì)鋁合金型材組成的框架上，兩端連接小滑板，帶動硬鋁板在型材（件1、件2）滑槽中左右自由滑動。為了減小摩擦而且又有剛性，小滑板由兩塊超高分子聚乙烯板（件18）夾一塊4mm厚度的鋼板（件19加強板）組成。同時最重要的是對嵌有抓頭的硬鋁板進(jìn)行抓瓶和放瓶的限位，對此，選用了帶腰形槽的限位條（件15、件17定位條），在抓瓶狀態(tài)時，由氣缸（件44）充氣帶動硬鋁板達(dá)到最大狀態(tài)，限位條發(fā)揮作用，每一塊鋁板對準(zhǔn)每一組在導(dǎo)瓶板的列狀啤酒瓶，此時，抓頭充氣把啤酒瓶瓶頸包裹提升，抓頭頭架動作，在空中時，氣缸動作，把鋁板在型材的滑道中收縮，抓頭的排列（即啤酒瓶的排列）和紙箱相吻合，在抓頭部件到達(dá)裝瓶狀態(tài)前，動作完全完成，通過導(dǎo)向裝置，抓頭緊抓啤酒瓶順入紙箱，同時抓頭松開，啤酒瓶進(jìn)入紙箱。
4.2.2 氣缸的選配
氣缸選用了兩組平行作用的缸徑為25mm的，長度根據(jù)抓瓶時的最大狀態(tài)（648mm）和裝箱時的最小狀態(tài)（630mm），得出氣缸運行距離為18mm（實際選用行程20mm，略大于理論行程）。
4.2.3 保護裝置
同時，考慮到啤酒瓶有狀況時沒有正好在裝箱位置時，啤酒瓶頂在導(dǎo)向裝置的隔板上，頂住抓頭向上頂，如果此時抓頭頭架部件繼續(xù)向下動作很可能把鋁板頂彎，整個頭架損壞，這是很重大的損失，因此，設(shè)計了一組保護裝置，具體如下：在抓頭上方的鋁板上覆蓋一大塊10mm厚的超高分子聚乙烯板（件9感應(yīng)板），兩端打兩個孔，利用螺桿豎兩塊小金屬板（件10感應(yīng)板），頭架兩端架設(shè)兩組光電檢測設(shè)備，一旦啤酒瓶沒有達(dá)到指定位置，往上頂，抓頭又把超高分子聚乙烯板頂起，板上的小金屬板進(jìn)入光電射區(qū)，光電檢測設(shè)備接受到信號，整個機器停止工作，從而避免了設(shè)備的損壞。
結(jié) 論
畢業(yè)設(shè)計是理論與實際相聯(lián)系，培養(yǎng)工科學(xué)生機械工程設(shè)計能力的必要步驟。涉及到了機械設(shè)計，機械原理，機械制圖，機械制造基礎(chǔ)，材料學(xué)，力學(xué)等多門課程，是鞏固學(xué)過的課程的有效途徑。經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計，提升了我對全自動裝箱機的認(rèn)識。知道了它的市場需求，了解了它的結(jié)構(gòu)，明白了它的運行方式。雖然，這次，由于時間的限制，我只能對其中的一部分進(jìn)行設(shè)計，但是仍然對我受益匪淺。設(shè)計的過程中，不但結(jié)合了在學(xué)校里學(xué)到的機械和自動化的知識，還有很多在書本上學(xué)不到的東西，培養(yǎng)了我綜合運用所學(xué)的理論知識和實踐技能，開闊了我的眼界，提升了我的設(shè)計的能力。而且圖紙的繪制也讓我更加熟練的運用cad等專業(yè)繪圖軟件。總之，作為罐裝飲料生產(chǎn)線上的一道必要工序，設(shè)計它不但能鞏固在學(xué)校期間學(xué)到得知識，還能為以后得工作打下基礎(chǔ)。
致 謝
非常感謝學(xué)校以及老師對我在外做畢業(yè)設(shè)計的支持。我的畢業(yè)設(shè)計工作在企業(yè)進(jìn)行,在這期間我遵守企業(yè)的各項規(guī)章制度,可以說我預(yù)先熟悉了工作環(huán)境,這對我以后的工作有一定的幫助.我感謝企業(yè)給我這次機會,同時在企業(yè)畢業(yè)設(shè)計期間得到了一些同事的熱心指導(dǎo),在這里表示衷心的感謝。由于我在企業(yè)做畢業(yè)設(shè)計這無形中給學(xué)校的指導(dǎo)老師增添了麻煩，在這里感謝我的導(dǎo)師范真老師。同時也感謝我的朋友給我的幫助。
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