張志祥 李吉星 沈舷 馬國振 吳晨誠 孫冠楠

摘 要：本文介紹了跌落式裝箱機的組成和工藝流程，闡述了裝箱機的運行原理，在分析了主傳動裝置結(jié)構(gòu)和工作需求的基礎上，導出了運行參數(shù)。

關(guān)鍵詞：全自動裝箱機 主傳動 設計

中圖分類號： TH122 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（a）-0000-00

引言

裝箱機是一種將無包裝的產(chǎn)品或者小包裝的產(chǎn)品半自動或者自動裝入運輸包裝的一種設備。跌落式裝箱機是專門為一些塑料瓶、鐵罐等設計的自動裝箱機，可完成分瓶、進箱、裝箱等一系列操作。即可按照產(chǎn)品的裝箱方式和數(shù)量要求自動整理排列，將整列的瓶子有效移載到紙箱的上方，下面的紙箱頂升接住排列后的產(chǎn)品，根據(jù)裝箱要求，自動整列通過定位裝置保證被包裝產(chǎn)品落入紙箱內(nèi)，裝滿產(chǎn)品的紙箱自動輸送到后段無人化生產(chǎn)線。裝箱機也可與灌裝機等聯(lián)機使用，完成其后道包裝工序。此機廣泛應用于醫(yī)藥、食品、日化以及其它輕工業(yè)等行業(yè)。

1 裝箱機的組成、工藝流程和運行原理

裝箱機一般從自動化的程度和裝箱機的運動形式兩大方面來劃分，從自動化程度分類的裝箱機可分為全自動裝和半自動兩大類。

1.1 裝箱機上的組成

裝箱機的整機包括電氣控制系統(tǒng)、輸送裝置、光電檢測、分道裝置、壓瓶裝置、緩沖裝置、托板裝置、送箱裝置、升降裝置和傳動機構(gòu)等組成。

電氣控制部分由PLC控制器、變頻器組成，具有集成度高、控制能力強、運行可靠等特點；操作部分應用觸摸屏技術(shù)，人機界面友好，操作方便可靠；執(zhí)行部分采用氣動元件，用光電傳感器，使機器的機電一體化得到體現(xiàn)。

1.2 裝箱機的工藝流程

1）進瓶→夾瓶計數(shù)、夾瓶、擺動分道→計數(shù)、檢瓶到位、壓瓶、托板1動作→升降氣缸下降、托板2動作、裝瓶→出箱

2）進箱→擋箱→升降氣缸下降、托板2動作→出箱

1.3裝箱機的運行原理

1）瓶子的進給

將瓶子放在進瓶處，當每一組的瓶子數(shù)被正確地檢測出來后，這一組瓶子發(fā)分道的信號便發(fā)出，擺動氣缸擺動分道。

2）紙箱的進給

在紙箱輸送滾筒上有一個氣動控制的停止裝置，可以停止住下一個紙箱的進給，因此可以控制紙箱積累。當工作區(qū)域沒有紙箱時，第一把擋箱裝置打開，只有空的紙箱被進給到工作區(qū)域并由第二把擋箱裝置擋箱。同時，前一組裝滿的紙箱從工作區(qū)移出。

3）壓蓋板、托板、出箱的動作

左、中兩道瓶子到位檢測光電傳感器（頂部）檢測到電眼控制觸桿時，此時壓桿板將后面的瓶子壓住、同時托板1（第一層）的氣缸動作，使4只瓶跌落到第二層托板上；當?shù)诙油邪迳系?只跌落檢測光電傳感器檢測到瓶時，升降氣缸下降至紙箱處，然后托板2氣缸動作，使得二層托板分開，從而將4只瓶放入紙箱內(nèi)，升降氣缸上升。當擋箱2打開將裝滿瓶子的指向被送出，同時一組新的空箱被推入，進入新的循環(huán)。

2主傳動裝置

2.1結(jié)構(gòu)

它主要由帶制動的減速電機直接套在轉(zhuǎn)動軸上，然后用無鍵聯(lián)接裝置-收縮聯(lián)接把減速器與軸連結(jié)起來，支承主軸的是4個Φ90的軸承。

收縮聯(lián)結(jié)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。

2.2工作原理

主傳動是整機主要負載功率輸出，主電機由微機的程序控制其啟動、增速、減速，使抓瓶運動平穩(wěn)，當有故障或危險發(fā)生時，整機緊急停車，也是通過主電機控制完成的。

3主傳動的設計

3.1 求電機外力偶矩

若某全自動裝箱機的生產(chǎn)能力為500625箱/h（24瓶/箱）或10001250箱/h（12瓶/箱），選用生產(chǎn)能力為500625箱/h（24瓶/箱）進行設計。

因為裝箱機傳動軸每轉(zhuǎn)一圈，完成一次動作，而每一次動作，同時完成2箱的裝箱。

所以裝箱機傳動軸的速度：

電機的功率P選用2.2KW，由公式：

所以選取電機外力偶矩為5037.84 設計計算。

3.2 求傳動軸的直徑

選用45號鋼，查表得：45號鋼的軸的許用扭剪應力 40MPa，軸材料和受載情況決定的系數(shù)C=107118。

因為該傳動軸的彎矩相對扭矩很小，C值應取較小值，所以C取110。

所以傳動軸最小直徑為：

3.3 選擇電機減速器的安放位置

電機減速器的安放位置有如下兩種方案：安放在兩曲柄之間和安放在曲柄的外側(cè)。

方案一：若電機減速器安放位置在兩曲柄之間，傳動軸所受的扭矩如圖4-1。

由前面已確定電機的外力偶矩

圖4-1方案一 圖4-2方案二

因為

所以

圖4-3 方案一的扭矩圖 圖4-4方案二的傳扭矩圖

所以

由扭轉(zhuǎn)圖可知：

按強度條件設計軸的直徑由公式得：

又因為由4.2解得傳動軸最小直徑

所以選擇方案一時，傳動軸最小直徑為90mm。

方案二：電機減速器安放位置在曲柄的外側(cè)，傳動軸所受的扭矩如圖4-2。

由扭矩圖可知：

按強度條件設計軸的直徑，由公式得：

又因為由4.2解得傳動軸最小直徑

所以選擇方案二時，傳動軸最小直徑為95mm。

比較方案一與方案二：當選擇方案一時，最小直徑d為90mm，當選擇方案二時，最小直徑d為95mm。因為方案一的最小直徑比方案二的要小，可減輕軸的重量，節(jié)省材料節(jié)約成本，且電機減速器安放在曲柄之間比安放在外側(cè)的所占用的空間要少和安全等優(yōu)點，綜合考慮最終選用方案一。

3.4 電機型號的選擇

根據(jù)已知電機功率為2.2KW，軸的最小直徑為90mm，轉(zhuǎn)速n=4.17r/min，查表選取電機的型號為KH107DV100M4。

4結(jié)論

通過推導主電機外力偶矩來確定傳動軸的直徑，再比較電機減速器安放于不同位置的扭矩數(shù)據(jù)，選取合適的全自動裝箱機主傳動電機。

參考文獻

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