自動(dòng)開(kāi)箱機(jī)的分析與優(yōu)化

陳徽明

（艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司，廣東 深圳 518103）

自動(dòng)開(kāi)箱機(jī)的分析與優(yōu)化

陳徽明

（艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司，廣東 深圳 518103）

全自動(dòng)開(kāi)箱機(jī)又稱紙箱成型機(jī)，是一種代替人工實(shí)現(xiàn)自動(dòng)紙箱成型封底的包裝機(jī)械。自動(dòng)開(kāi)箱機(jī)通過(guò)PLC控制，使吸取紙箱、紙箱成型、紙箱折側(cè)蓋、推送紙箱、紙箱膠帶封底等工作過(guò)程完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。文章對(duì)自動(dòng)開(kāi)箱機(jī)機(jī)構(gòu)原理進(jìn)行分析，并探討了如何增加其開(kāi)箱能力，進(jìn)行機(jī)構(gòu)優(yōu)化。

自動(dòng)開(kāi)箱機(jī)；紙箱成型；優(yōu)化

在傳統(tǒng)的包裝材料中，瓦楞紙箱一直占據(jù)重要的地位。瓦楞紙箱是高功能、低成本的良好運(yùn)輸容器，是當(dāng)今世界各國(guó)所采用的最重要的包裝形式之一。

在現(xiàn)代市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中，商品包裝承擔(dān)著保護(hù)商品、便利儲(chǔ)運(yùn)和宣傳美化商品的作用，它的重要性日益為生產(chǎn)廠家、商家和消費(fèi)者所重視。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中國(guó)向世界制造工廠角色的轉(zhuǎn)化，人們物質(zhì)文化需求的不斷增加，電子商務(wù)的快速蓬勃發(fā)展，加上國(guó)家近年來(lái)一系列利好政策出臺(tái)，一個(gè)個(gè)的自貿(mào)區(qū)、跨境電商區(qū)域、物流園的規(guī)劃與成立，我國(guó)的包裝產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)速度得到井噴式的發(fā)展。一些批量較大、品種相對(duì)單一的企業(yè)逐步引入了自動(dòng)化包裝流水線。然而，在一些多品種小批量的企業(yè)中，卻被開(kāi)箱機(jī)的開(kāi)箱能力范圍局限性而困擾著。

1 目前市場(chǎng)包裝設(shè)備發(fā)展及現(xiàn)狀

近10年來(lái)，中國(guó)瓦楞紙箱機(jī)械工業(yè)發(fā)展迅速，國(guó)內(nèi)紙箱機(jī)械企業(yè)從引進(jìn)、模仿到形成目前自主的比較先進(jìn)紙箱包裝機(jī)械。但是，根據(jù)目前紙箱生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)紙箱包裝機(jī)械的要求越來(lái)越高，為紙箱包裝機(jī)械企業(yè)進(jìn)一步開(kāi)拓高速、高檔、高效、高科技的紙箱機(jī)械設(shè)備指明了方向和發(fā)展趨勢(shì)。目前在包裝流水線上，大多由自動(dòng)紙箱開(kāi)箱成型機(jī)、裝箱機(jī)、折蓋封箱機(jī)、角邊封箱機(jī)以及碼垛系統(tǒng)組成的全過(guò)程包裝生產(chǎn)流水線，也可增加貼標(biāo)、掃碼、稱重檢測(cè)等配套使用。在后段包裝流水線上，其中開(kāi)箱機(jī)的機(jī)構(gòu)最為復(fù)雜，性能及穩(wěn)定性要求最高，開(kāi)箱的能力和效率直接關(guān)系整條流水線效率。因此，提升開(kāi)箱機(jī)的開(kāi)箱能力，提高其穩(wěn)定性至關(guān)重要。

2 開(kāi)箱機(jī)的主要組成

紙箱成型原理是指自動(dòng)完成將疊成紙板的箱板打開(kāi)，箱子底部按一定的程序折合，并完成下部分膠帶粘貼后輸送給裝箱機(jī)的專用設(shè)備。

開(kāi)箱機(jī)的主要部件包括：主機(jī)架、送箱機(jī)構(gòu)、搖臂取箱機(jī)構(gòu)、主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、箱板抬升機(jī)構(gòu)、開(kāi)箱機(jī)構(gòu)、調(diào)高機(jī)構(gòu)、紙箱短邊長(zhǎng)邊折蓋機(jī)構(gòu)、推箱機(jī)構(gòu)、輸送機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)控制系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)等。

3 各組成機(jī)構(gòu)的功能原理

（1）送箱機(jī)構(gòu)：送箱機(jī)構(gòu)即紙箱放置進(jìn)料機(jī)構(gòu)。送箱機(jī)構(gòu)的主框架上裝有紙箱左右擋板，紙箱左右擋板可以固定紙箱板，防止紙箱翻倒，其中紙箱一側(cè)擋板通過(guò)絲杠螺帽與絲杠連接，從而可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)手輪調(diào)節(jié)紙箱擋板的位置，以適應(yīng)不同寬度的紙箱板。送箱機(jī)構(gòu)的底板傾斜與水平面夾角為30°，送箱機(jī)構(gòu)底板上裝有滑軌，滑軌上有儲(chǔ)料推板裝置，依靠?jī)?chǔ)料推板和紙箱自身的重力完成紙箱的進(jìn)給，該機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定可靠。

（2）取箱機(jī)構(gòu)：取箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，整個(gè)滑塊在光杠上滑動(dòng)，一個(gè)滑塊上固定有支架，支架上裝有吸盤，完成對(duì)紙箱的吸緊。另一個(gè)滑塊通過(guò)曲柄連接氣缸，整個(gè)機(jī)構(gòu)由氣缸驅(qū)動(dòng)曲柄使滑塊在滑軌上做直線往復(fù)式運(yùn)動(dòng)。

（3）成型折蓋裝置：成型裝置為一個(gè)固定在主機(jī)架上的桿。當(dāng)真空吸箱機(jī)構(gòu)吸取紙箱板向紙箱折邊機(jī)構(gòu)移動(dòng)時(shí)，紙箱板碰到紙箱成型裝置以后，在壓痕處彎折逐漸將紙箱板撐開(kāi)。折蓋裝置包括紙箱短邊折邊機(jī)構(gòu)和長(zhǎng)邊折邊機(jī)構(gòu)，紙箱短邊前折邊機(jī)構(gòu)和后蓋折邊機(jī)構(gòu)，分別完成紙箱的前蓋折邊和后蓋折邊。紙箱前后蓋折邊機(jī)構(gòu)，由氣缸驅(qū)動(dòng)齒條做直線往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，齒條與齒輪相互嚙合，齒條帶動(dòng)齒輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪軸上固定有拍擊板，拍擊板轉(zhuǎn)動(dòng)，從而完成紙箱的前后蓋折邊。紙箱長(zhǎng)邊折邊機(jī)構(gòu)固定在支架上，整個(gè)裝置由氣缸驅(qū)動(dòng)，氣缸底端與固定軸連接。氣缸輸出軸帶動(dòng)紙箱長(zhǎng)邊打擊桿轉(zhuǎn)動(dòng)，完成紙箱的長(zhǎng)邊折邊以及紙箱的抬高。

（4）推箱裝置：已經(jīng)成型的紙箱在折蓋機(jī)構(gòu)完成折蓋后，由推箱裝置推入紙箱輸送裝置。推箱機(jī)構(gòu)與滑塊與導(dǎo)桿連接，由氣缸驅(qū)動(dòng)滑塊做直線往復(fù)式運(yùn)動(dòng)。推桿的限位裝置通過(guò)螺帽與絲杠連接，從而可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)手輪調(diào)節(jié)推桿的初始位置，進(jìn)而與紙箱長(zhǎng)面邊位置相一致。此機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)為了適應(yīng)不同長(zhǎng)度的紙箱，只需要通過(guò)手輪調(diào)節(jié)氣缸位置，簡(jiǎn)單容易操作，提高了換線效率。

（5）輸送裝置：紙箱輸送裝置由兩個(gè)部分組成，夾緊輸送皮帶裝置和寬度調(diào)節(jié)裝置，夾緊輸送皮帶裝置通過(guò)絲桿螺帽連接到絲杠上。絲杠以中間分開(kāi)旋向相反的兩部分，從而旋轉(zhuǎn)手輪后紙箱導(dǎo)軌的左右兩部分同時(shí)向兩邊運(yùn)動(dòng)或同時(shí)向中間運(yùn)動(dòng)，保證了輸送裝置中心不變，從而適應(yīng)不同寬度尺寸的紙箱。同時(shí)，保證紙箱的中心在膠帶封底裝置的正上方，可以順利地完成膠帶封底。輸送皮帶裝置由兩個(gè)電機(jī)通過(guò)主動(dòng)輪與從動(dòng)輪帶動(dòng)皮帶運(yùn)動(dòng)，依靠紙箱的摩擦力完成紙箱的輸送與夾緊。

（6）封底裝置：封底裝置由膠帶封底機(jī)構(gòu)和壓板機(jī)構(gòu)組成。壓板機(jī)構(gòu)通過(guò)手搖絲杠可以調(diào)節(jié)紙箱壓板的高度，適應(yīng)不同高度的紙箱，紙箱壓板的主要作用是壓緊紙箱，與紙箱輸送裝置共同完成紙箱的定位夾緊，避免紙箱在外力作用下抬高。膠帶封底裝置由單向滾筒、彈簧、鋸齒形件，曲柄等連接而成，完成紙箱的膠帶封底過(guò)程。

4 開(kāi)箱機(jī)的工作流程

紙箱存儲(chǔ)在送箱機(jī)構(gòu)上，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪使紙箱右邊固定板左右移動(dòng)，與紙箱左邊固定板共同夾緊紙箱板，松開(kāi)推板，調(diào)節(jié)好取箱機(jī)構(gòu)、推箱成型裝置、壓板機(jī)構(gòu)等的位置。啟動(dòng)機(jī)器將按取箱、吸箱、取箱返回、折前蓋、折后蓋、折兩側(cè)長(zhǎng)邊蓋、推箱、輸送、封底膠帶的過(guò)程循環(huán)工作。

5 紙箱長(zhǎng)邊折蓋機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

目前市場(chǎng)上的很多開(kāi)箱機(jī)的開(kāi)箱能力一般的范圍在：L∶250～450mm；W∶100～400mm；H∶100～400mm。然而在很多小批量多品種產(chǎn)品的生產(chǎn)企業(yè)，如一些工業(yè)電源行業(yè)產(chǎn)品，他們有的一種產(chǎn)品可能一天就生產(chǎn)幾百臺(tái)，然后換線生產(chǎn)幾百臺(tái)另外幾種產(chǎn)品。有的要根據(jù)不同客戶的訂單要求，發(fā)不同的物料，從而造成后段包裝也要跟著頻繁換線，包裝的紙箱也跨度比較大。如果定制非標(biāo)的開(kāi)箱機(jī)來(lái)滿足小規(guī)格的紙箱，那大規(guī)格的紙箱就沒(méi)法滿足。如果為了適應(yīng)大紙箱，定制滿足大規(guī)格的紙箱，小規(guī)格的紙箱則不能兼容。此種情況，大大阻礙了這些小批量多品種的生產(chǎn)企業(yè)的后段包裝自動(dòng)化引進(jìn)。為了提升開(kāi)箱能力，使其兼容紙箱尺寸的范圍更廣，對(duì)整機(jī)進(jìn)行機(jī)構(gòu)的改進(jìn)，開(kāi)箱機(jī)機(jī)架的整體尺寸適當(dāng)加大，各機(jī)構(gòu)的有效工作行程進(jìn)行增加，但是紙箱長(zhǎng)邊折蓋閉合及整型機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)極為關(guān)鍵，關(guān)系到整機(jī)的穩(wěn)定性。

（1）紙箱長(zhǎng)邊折蓋整型機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)組成：紙箱側(cè)蓋折邊機(jī)構(gòu)由氣缸、支架，底座，軸、固定座等零件組成。紙箱側(cè)蓋折邊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)，紙箱折前后蓋機(jī)構(gòu)同時(shí)將紙箱的前后蓋折好后，通過(guò)PLC將信息傳給紙箱折長(zhǎng)邊側(cè)蓋機(jī)構(gòu)。紙箱側(cè)蓋折邊機(jī)構(gòu)的氣缸同時(shí)動(dòng)作，帶動(dòng)曲拐向上回轉(zhuǎn)完成折側(cè)蓋動(dòng)作，同時(shí)將折蓋折好的紙箱抬高。

（2）紙箱長(zhǎng)邊折蓋整型機(jī)構(gòu)優(yōu)化。對(duì)于折側(cè)蓋機(jī)構(gòu)，如果打擊桿設(shè)計(jì)的比較短去滿長(zhǎng)度較短的紙箱，如L小于250mm時(shí)，就不能滿足紙箱長(zhǎng)度較長(zhǎng)的如L大于450mm大紙箱，打擊的力度不均勻，造成不良率高。如果打擊桿設(shè)計(jì)的比較長(zhǎng)時(shí)，當(dāng)開(kāi)小紙箱是打擊桿將會(huì)與成型推桿干涉。為了擴(kuò)大其開(kāi)箱能力，同時(shí)不降低穩(wěn)定性，將折側(cè)蓋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成雙折側(cè)蓋機(jī)構(gòu)。同時(shí)優(yōu)化其它各相關(guān)機(jī)構(gòu)，通過(guò)傳感器判斷成型推桿的位置，通過(guò)PLC控制是單折蓋機(jī)構(gòu)動(dòng)作，還是雙折蓋機(jī)構(gòu)同時(shí)動(dòng)作。當(dāng)紙箱較小時(shí)采用只工作左側(cè)的折蓋機(jī)構(gòu)，當(dāng)紙箱較大時(shí)采用兩個(gè)折蓋機(jī)構(gòu)同時(shí)工作。通過(guò)該設(shè)計(jì)優(yōu)化，開(kāi)箱機(jī)的開(kāi)箱能力等到大大提升，紙箱長(zhǎng)度達(dá)到L∶200～680mm。比目前市場(chǎng)上的開(kāi)箱機(jī)的開(kāi)箱能力大大提升，且穩(wěn)定性也得到保證。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)開(kāi)箱機(jī)原理的研究分析，并優(yōu)化折長(zhǎng)邊側(cè)蓋機(jī)構(gòu)和相關(guān)其它機(jī)構(gòu)，使得開(kāi)箱機(jī)的開(kāi)箱范圍大大提升，滿足了一些小批量多品種的生產(chǎn)企業(yè)后段自動(dòng)化包裝。

[1]孫誠(chéng),金國(guó)斌,等.包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,1995.

[2]高德,解皓.包裝機(jī)械MCAI的開(kāi)發(fā)研究[J].包裝工程,1999,(1).

[3]何南至.我國(guó)食品和包裝機(jī)械工業(yè)現(xiàn)狀及展望[J].食品工業(yè)科技,1998,(5):5-7.

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1671-3818（2016）04-0066-02