梁廣源，李書環(huán)

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旋蓋式瓶蓋分離機設(shè)計

梁廣源，李書環(huán)通信作者

（天津農(nóng)學院 工程技術(shù)學院，天津 300384）

塑料瓶瓶蓋分離是塑制品加工回收不可缺少的環(huán)節(jié)，瓶蓋分離機即用于將瓶蓋從瓶身上分離開來。該文對瓶蓋分離機種類及功能進行了分析，對旋擰式瓶蓋分離機進行了方案設(shè)計，并對瓶身夾緊及瓶蓋旋離部分進行了詳細設(shè)計。設(shè)計中，喂料不需確定塑料瓶姿態(tài)，將塑料瓶隨意投進喂料斗即可。

瓶蓋分離機；方案設(shè)計；瓶身夾緊器；瓶蓋旋離機構(gòu)

近年來，隨著人們消費能力的提高，多數(shù)人外出時會選擇攜帶瓶裝礦泉水或者飲料，而喝完廢棄的塑料瓶不但會污染環(huán)境，也會造成資源嚴重浪費。塑料制品回收以及再加工利用是解決這一問題的最佳途徑。瓶蓋、瓶身材質(zhì)各不相同，多數(shù)瓶蓋為PE或者HDPE，瓶身為 PET，如果不進行分離將相互污染[1]。為此，塑料瓶蓋分離是塑制品加工回收不可缺少的環(huán)節(jié)。

1 瓶蓋分離機種類

近年來國內(nèi)自動分離機械發(fā)展迅速，分離原理大致有以下幾種：（1）粉粹式瓶蓋分離機，將瓶倒入粉碎機中粉碎，將碎料注入水槽中，利用瓶蓋瓶身密度不同分別收集；（2）滾筒式瓶蓋分離機，將瓶倒入滾筒中，利用筒中刮刀對瓶的摩擦與切割使瓶身瓶蓋分離；（3）切割式瓶蓋分離機，將瓶身瓶蓋沿軸切面切開，然后使用灣溝將瓶蓋剝離；（4）旋蓋式瓶蓋分離機，模仿人工將瓶蓋旋離瓶身，然后分別收集。前兩種瓶蓋分離機后續(xù)工作復(fù)雜、勞動強度大，后兩種則具有功耗較小的特點[2]。本文即對旋蓋式瓶蓋分離機進行方案設(shè)計。

2 瓶蓋分離機結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 瓶蓋分離機功能分析

瓶蓋分離機功能一般包括投瓶、定位、夾緊、脫蓋、脫標與收集。

投瓶是將瓶投至于瓶蓋分離位置?？蛇x擇直接投至到位，也可利用導(dǎo)板引導(dǎo)到位。定位是將塑料瓶瓶蓋和瓶身固定，以便于下一工位操作，可選用垂直定位或水平定位。夾緊是整個過程中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，需要分別對瓶蓋和瓶身用不同的機構(gòu)實現(xiàn)夾持，在設(shè)計過程中需根據(jù)瓶蓋和瓶身的尺寸計算得到適合的機構(gòu)。脫蓋即是在瓶身被夾緊的狀態(tài)下，采用旋蓋機構(gòu)使瓶蓋和瓶身發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)。脫蓋的方式有兩種，一是將塑料瓶集中擠壓，利用瓶蓋與壓輥機之間的摩擦使瓶蓋與瓶身發(fā)生相對運動，從而達到脫蓋的目的，這種方法可以處理大量的塑料瓶；另外一種方式是對單個塑料瓶進行加工處理。脫標是將標簽從瓶身上剝離；傳統(tǒng)的塑料瓶回收工業(yè)采用壓輥機擠壓、劃落以達到脫標目的。脫標也可以采用軸向切割方式，即用平行于瓶身方向的割刀完成，割刀由電機帶動或者固定在某個工位段[3-4]?；厥帐菍ζ可?、瓶蓋、標簽分類收集，便于加工。分離機各功能均有多種實現(xiàn)方式。

2.2 瓶蓋分離機方案及各主要部分結(jié)構(gòu)設(shè)計

瓶蓋分離機功能關(guān)系如圖1所示。

圖1 旋蓋式瓶蓋分離機械功能關(guān)系圖

圖2為瓶蓋分離機設(shè)計方案，采取滾筒間歇式進料。首先，塑料瓶被投進滾筒上方的喂料斗中，喂料斗上部分為長方體箱，下部分為倒三角柱狀。塑料瓶進入喂料斗后，會順著箱體滑落到進料口內(nèi)。進料口下方是間歇式排料滾筒。滾筒表面有4個可水平放置塑料瓶的凹槽，滾筒每轉(zhuǎn)動1/4圈，就會有一個塑料瓶滑落在凹槽內(nèi)。滾筒外面有圓柱形殼體，防止塑料瓶運輸過程中掉落。當滾筒轉(zhuǎn)動180°，塑料瓶落入排料口[5-6]。

圖2 旋蓋式瓶蓋分離機示意圖

注：1. 喂料機；2. 間歇式排料滾筒；3. 定向?qū)罚?. 定位V型塊；5. 瓶蓋收集箱；6. 滾筒電機；7. 瓶蓋夾持器；8. 旋蓋電機；9. 傳動板；10. 傳動桿；11. 下料導(dǎo)板；12. 液電推桿；13. 瓶身夾持器；14. 瓶標切割器；15. 瓶身收集箱

排料口下方是定向?qū)罚▓D3），定向?qū)返钠鹗级诵螤铑愃扑芰掀?，并且在起始端稍下方有下料擋板，在類似塑料瓶端口及定位擋板作用下，憑借塑料瓶本身重力產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩，無論塑料瓶瓶口向左還是向右，塑料瓶都將瓶口向下，順著下料導(dǎo)板瓶口向左滑落到定位V型塊上，從而進入夾緊工位。

圖3 定向?qū)?/p>

塑料瓶的夾緊裝置由兩部分組成，包括瓶蓋夾持器和瓶身夾持器。當塑料瓶落入V型塊上后，瓶身夾持器的雙臂在電液推桿作用下在軸向和徑向上都會發(fā)生位移。當推桿推動塑料瓶在V型塊上軸向運動時，雙臂受到限位塊的作用，沿夾持臂導(dǎo)路方向移動，從而可以夾緊塑料瓶。如圖4[7]。

圖4 瓶身夾緊器工作原理圖

瓶蓋夾持器由L型夾緊塊、固定環(huán)和復(fù)位彈簧組成，見圖5。塑料瓶在液電推桿作用下向左移動，使瓶蓋頂在夾緊塊的一側(cè)，夾緊塊繞軸運動，從而夾緊瓶蓋。

圖5 瓶蓋夾緊器工作原理圖

注：1. L型夾緊塊；2. 固定環(huán)；3. 復(fù)位彈簧

脫蓋采用的是旋擰機構(gòu)，由電機、傳動板、傳動桿和瓶蓋夾持器組成。傳動板連接電機，4根空間平行的傳動桿將傳動板和固定環(huán)連為一體，見圖6。當旋蓋完成，液電推桿回縮，在彈簧力的作用下，L型夾緊塊復(fù)位，瓶蓋彈出，落入收集箱，見圖2。

圖 6 旋蓋機構(gòu)工作原理

注：1. 電機；2. 傳動板；3. 傳動桿

脫標采用軸向切割方式，即在塑料瓶脫蓋完成后，液電推桿回縮，瓶會在V型塊左側(cè)缺口掉落，由電機驅(qū)動的葉片切割切割瓶標（圖2），并將掉落的瓶標吹落在特定位置，瓶身落在下方收集箱中。

3 總結(jié)

本例設(shè)計在功能分析的基礎(chǔ)上，確定了瓶蓋分離機結(jié)構(gòu)方案。與其他分離機相比，其優(yōu)點是不需人工定時定姿態(tài)喂料，像平時扔塑料瓶一樣隨意投進喂料斗，即可確保工位上只有一個塑料瓶被正確放置加工，且結(jié)構(gòu)簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)所有功能需求。缺點是各工序時間配置比較復(fù)雜，需經(jīng)過不斷地推算和演練；動力源也比較多。為解決這一問題，可以考慮采用單一動力源及分路傳動鏈。

[1] 申潛. 基于凸輪的塑料瓶自動分離機械設(shè)計與研究[D].鄭州：鄭州大學，2014.

[2] 高濤，章煜君，潘立. 我國廢舊塑料回收領(lǐng)域的現(xiàn)狀與發(fā)展綜述[J]. 機電工程，2009，26（6）：5-8.

[3] 翟萍，劉冰，張魏華，等. 一種塑料瓶標簽分離回收裝置：CN103029232A[P]. 2013-04-10.

[4] 梁廣源，李書環(huán). 瓶蓋分離機機構(gòu)設(shè)計[J]. 山東工業(yè)技術(shù)，2017（17）：15-16.

[5] Sclater N, Chironis N P. 機械設(shè)計實用機構(gòu)與裝置圖冊[M].鄒平，譯. 北京：機械工業(yè)出版社，2003.

[6] 孫開元，張麗杰. 常見機構(gòu)設(shè)計及應(yīng)用圖例[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2013.

[7] 孫桓，陳作模，葛文杰. 機械原理[M]. 8版. 北京：高等教育出版社，2007.

責任編輯：楊霞

Design of screw-cap-type bottle separator

LIANG Guang-yuan, LI Shu-huanCorresponding Author

（College of Engineering and Technology, Tianjin Agricultural university, Tianjin 300384, China）

The separation of plastic bottle caps is an indispensable part in the processing and recycling of plastic products, and a bottle cap separator is used to separate the bottle cap from the bottle. In this paper, the types and functions of bottle separator were analyzed, based on which the screwed bottle cap separator was designed, and the parts of bottle clamping and capping off were designed in detail. In the design, the feeding does not need to determine the posture of the plastic bottle, but it simply throws the plastic bottle into the feeding hopper at random.

bottle cap separator; scheme design; bottle clamping device; bottle cap spinning off mechanism

1008-5394（2018）04-0068-02

10.19640/j.cnki.jtau.2018.04.015

TH112.1

A

2018-07-13

梁廣源（1993－），男，學士，研究方向：農(nóng)業(yè)機械化及其自動化。E-mail：13102105690@163.com。

李書環(huán)（1967－），女，副教授，碩士，主要從事機械設(shè)計方面的研究與教學工作。E-mail：hblshh@163.com。