自動裝箱氣動控制系統(tǒng)設(shè)計

1.引言

目前，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)是各個工業(yè)部門提高效率、增加產(chǎn)能的重要手段之一。在自動化生產(chǎn)流水線上，包裝環(huán)節(jié)是不可或缺的一個部分。實現(xiàn)自動裝箱的方法有多種，而其中氣動控制系統(tǒng)的應(yīng)用十分廣泛。氣動控制系統(tǒng)具有裝置結(jié)構(gòu)簡單、輕便，安裝維護(hù)方便，壓力等級低，使用安全，環(huán)保無污染，響應(yīng)速度快，防火、防爆、防潮，且氣源制造簡單，成本低等優(yōu)點，適合工業(yè)中復(fù)雜的工作環(huán)境。此外，針對自動裝箱系統(tǒng)需要產(chǎn)品在箱內(nèi)整齊劃一的特點，氣動控制系統(tǒng)通過多個行程開關(guān)及氣缸的組合設(shè)計，使得在自動裝箱過程中，不但能夠提高裝箱效率，而且還能夠高品質(zhì)地完成產(chǎn)品的整齊裝箱。

2.自動裝箱氣動控制系統(tǒng)的組成

自動裝箱氣動控制系統(tǒng)的工作原理如圖所示：

裝箱系統(tǒng)的全部動作由托箱氣缸A、托產(chǎn)品氣缸B、裝箱氣缸C和推箱氣缸D完成。A、B、C、D四個氣缸都是普通雙作用氣缸，驅(qū)動氣缸動作的是四個二位五通的雙電控?fù)Q向閥，氣缸動作的位置和距離由多個行程開關(guān)來決定。

2.1.產(chǎn)品托放過程

在自動裝箱系統(tǒng)工作時，首先運送紙箱的傳送帶啟動，當(dāng)?shù)谝粋€紙箱到位后，觸動行程開關(guān)1，紙箱傳送帶停止運行，同時產(chǎn)品傳送帶開始運行。當(dāng)產(chǎn)品排列在托物板上，每排滿規(guī)定的個數(shù)，就碰到行程開關(guān)2，此時產(chǎn)品傳送帶停止運行，電磁鐵3YA通電，托產(chǎn)品氣缸B將托物板托起，使產(chǎn)品通過擱物板后擱在擱物板上（擱物板采用的是只能上翻，不能下翻的設(shè)計）。這時行程開關(guān)2松開，產(chǎn)品傳送帶繼續(xù)運送產(chǎn)品，如此反復(fù)動作，便可實現(xiàn)多層一定個數(shù)的產(chǎn)品的整齊堆放。

2.2.產(chǎn)品裝箱過程

當(dāng)產(chǎn)品堆放到一定高度時，便可觸動行程開關(guān)4，由此發(fā)出的信號使電磁鐵1YA通電，托箱氣缸A的活塞桿伸出，使托板托住箱底，當(dāng)托板升起觸動行程開關(guān)7時，電磁鐵5YA通電，裝箱氣缸C推動裝箱板，將疊放整齊的多層產(chǎn)品推入紙箱內(nèi)，推動的距離由行程開關(guān)6決定，當(dāng)裝箱氣缸C活塞桿上的擋板碰到行程開關(guān)6時，氣缸便退回。

2.3.推箱、封箱過程

紙箱放置在一個平板上，平板由一個氣動支撐桿支撐著，當(dāng)紙箱的重量增加時，支撐桿便被往下壓，當(dāng)紙箱的重量增加到規(guī)定的大小時，支撐桿下降到行程開關(guān)8的位置，觸動行程開關(guān)8。此時，說明裝箱已經(jīng)完成。當(dāng)行程開關(guān)8被觸動，并且裝箱氣缸已經(jīng)退回，觸動行程開關(guān)5時，電磁鐵7YA通電，推箱氣缸D的活塞桿伸出，在沒有觸及行程開關(guān)9之前，推動推箱板，將裝好產(chǎn)品的紙箱推到第三個傳送帶上，再送到封裝機處貼上封箱條。

至此，完成一次循環(huán)操作。

2.4.行程開關(guān)的設(shè)置

整個系統(tǒng)涉及9個行程開關(guān)，不同的行程開關(guān)有不同的作用。其中，行程開關(guān)2決定每一層的產(chǎn)品個數(shù)，行程開關(guān)4決定產(chǎn)品堆放高度，根據(jù)不同的產(chǎn)品規(guī)格，調(diào)節(jié)行程開關(guān)2、4的位置，由此可以適應(yīng)各種產(chǎn)品的批量裝箱處理。氣動支撐桿的承壓力可調(diào)，通過調(diào)節(jié)氣動支撐桿的承壓力，來適應(yīng)不同重量產(chǎn)品的裝箱需求。也可通過改變行程開關(guān)8的位置來達(dá)到同樣的目的。其他的行程開關(guān)也都是用于判定是否到達(dá)指定位置，從而觸發(fā)下一個環(huán)節(jié)的操作的。

3.自動裝箱氣動控制系統(tǒng)的特點

3.1.不用增速機構(gòu)即能獲得較高的運動速度，使系統(tǒng)能快速自動地完成各個動作，動作迅速、平穩(wěn)、可靠。

3.2.動作氣缸均采用二位五通電磁閥作為主控閥，各行程信號由行程開關(guān)取得，以實現(xiàn)氣缸的順序動作，可任意調(diào)整氣缸的行程，由此適應(yīng)不同產(chǎn)品的規(guī)格要求。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便。

3.3.重量輕、剛性好、成本低，空氣泄漏對環(huán)境無污染，對管路要求低。

3.4.拓展性好，若需要實現(xiàn)多個氣動系統(tǒng)的控制，還可結(jié)合PLC控制技術(shù)，接線簡單，用程序控制，修改方便，具有很大的柔性和通用性，可靠性高。

4.自動裝箱氣動系統(tǒng)的設(shè)計原則

4.1.根據(jù)生產(chǎn)線的規(guī)模確定空氣壓縮機的容量，一般有多個裝箱點的工廠，選擇單個大風(fēng)量的空壓機比選擇多個小風(fēng)量的空壓機在總體能源效率方面更好；根據(jù)生產(chǎn)場所、產(chǎn)品對壓縮空氣品質(zhì)的要求及經(jīng)濟性來確定氣源凈化輔助設(shè)備，一般食品行業(yè)比其他行業(yè)對空氣品質(zhì)的要求更高，因此需要凈化性能更優(yōu)的輔助設(shè)備。

4.2.供氣系統(tǒng)的吸氣管路管徑應(yīng)大一些，以降低壓力損失，排出管路應(yīng)能耐高溫高壓與振動。根據(jù)工作環(huán)境選擇管道的材料，一般的工作場所壓力和溫度不高，選擇軟管不僅拆裝方便，密封性能也好，適合于氣動元件之間的連接。

5.結(jié)束語

在能源緊缺的時代，沒有比使用空氣更加經(jīng)濟實惠的了。利用氣動控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動裝箱，既能夠節(jié)約成本，免除污染環(huán)境的后患，而且能夠提高效率，降低人工消耗，還能夠結(jié)合PLC控制技術(shù)實現(xiàn)更大規(guī)模的整體控制。因此，自動裝箱氣動控制系統(tǒng)一方面將人們從機械化的生產(chǎn)過程中解放了出來，另一方面通過精確的控制，使產(chǎn)品的包裝更加整齊美觀。

參考文獻(xiàn)：

[1] 左健民.液壓與氣壓傳動.北京：機械工業(yè)出版社，2007

[2] 張繼忠.包裝機傳動系統(tǒng)方案設(shè)計.《現(xiàn)代制造工程》2005年S1期

[3] 冀宏.液壓氣壓傳動與控制.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2009

作者簡介：

賴麗莉（1983-）女，四川自貢人，四川化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，助教

研究方向：電氣自動化、機電一體化