自動分桶機的設計與研制

唐　辰，紀克鵬，王延江，吳蘇煒，苗登雨，張志偉

(合肥通用環(huán)境控制技術有限責任公司，合肥 230088)

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自動分桶機的設計與研制

唐辰，紀克鵬，王延江，吳蘇煒，苗登雨，張志偉

(合肥通用環(huán)境控制技術有限責任公司，合肥 230088)

摘要：隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，根據全自動桶裝灌裝生產線的自動化要求，設計并開發(fā)了一種自動分桶機，可將重疊在一起的敞口容器(金屬容器/塑料容器)實現(xiàn)自動化分離，解決了人工分桶勞動強度高、效率低的問題，并系統(tǒng)地介紹了該機組的工藝流程、結構組成、工作原理和應用。

關鍵詞：自動分桶；重疊；敞口容器；自動分離

0引言

隨著生產企業(yè)規(guī)?；⒆詣踊陌l(fā)展趨勢，敞口容器的全自動定量灌裝機生產線的自動化程度不斷提升。桶裝物料全自動灌裝生產線中，操作人員將重疊在一起的單組空桶放在生產線上，通過自動化設備即可實現(xiàn)自動輸送、分桶、灌裝、稱量、封蓋、碼垛等一系列操作，此類生產線最前端的設備即為自動分桶機[1-2]。

本文介紹的全自動分桶機，通過動力輸送機、上桶機構、倒桶機構、分桶機構和立桶機構，對采用敞口帶有錐度可以重疊在一起的塑料或金屬容器實現(xiàn)自動化分離和輸送，將其輸送到下一工位等待灌裝。本設備主要適用于各種涂料、油漆等石油化工行業(yè)，以及食品、藥品、日化等的塑料桶、鐵桶等，主要針對人工分桶空間利用率低、勞動強度大、速度慢、效率低的缺陷，提供一種自動化程度高、安全、可靠，且實用有效的全自動分桶機。

1工藝流程與主要技術參數(shù)

自動分桶機只需要將相同規(guī)格且重疊堆放的空桶整齊擺放在輸送機初始端，即可實現(xiàn)自動化生產流程[3]。

具體工藝流程為：(1)人工置桶(重疊堆放的敞口容器，可根據需要堆放多組，人工放置，敞口向上)，由動力軌道輸送至推桶工位；(2)光電開關檢測到位信號并反饋給PLC，PLC控制電磁閥來驅動氣缸運動，氣缸推動弧形連接塊，推動空桶上至倒桶工位[4]；(3)倒桶(將立著的單組空桶緩慢翻轉90°至敞口水平位置)，輸送至分桶工位[4]；(4)光電開關檢測到位信號，反饋信號后由PLC控制系統(tǒng)控制頂桶氣缸頂起前端二只套疊在一起空桶，兩對機械手臂分別夾緊最前端的兩只桶[5]，并由拉伸氣缸拉動可移動機械手臂框架，將兩對機械手臂距離拉大，從而將第1只桶從第2只桶內部抽出，實現(xiàn)分桶；(5)分桶后機械手臂歸位，單只空桶由動力軌道繼續(xù)輸送至立桶機構，通過拉桿將空桶重新立起，輸送至后續(xù)灌裝稱量工位。

主要技術參數(shù)：(1)電源電壓：380V/220V，50Hz；(2)氣源壓力: 流量0.1m3/min,壓力0.4~0.6MPa；(3)分桶直徑:≤Φ350mm(非標定制)；(4)分桶速度:可達到300~800只/h(非標定制)；(5)適用材質：各類金屬容器、塑料容器等。

2結構組成與工作原理

(1)上桶機構：由滾筒輸送機和推桶機構(氣缸1、支撐底座、推桶弧板、導向桿等)組成[6]。人工將重疊在一起的敞口容器(可根據需要放置多組)放置在輸送機上，通過滾筒輸送機，輸送至待推桶位置，由光電開關檢測到位信號后反饋信號至PLC系統(tǒng)，控制輸送機暫停工作，并由PLC控制電磁閥驅動氣缸1，將空桶低速推送到倒桶工位。待倒桶工位動作完成歸位后，光電開關檢測到位信號并傳輸信號至PLC系統(tǒng)，開始重復下一輪動作。結構配置詳見圖1。

(2)倒桶機構由翻轉托盤、光電開光、軸、連接桿、氣缸2、動力輸送機和支架組成，如圖2所示。當光電開關檢測到空桶到位的信號時，PLC控制電磁閥驅動固定在輸送機支架上的氣缸2，通過連接件使氣缸2的直線行程轉換為軸的旋轉行程，帶動連接翻轉托盤的軸緩慢轉動90°，將翻轉托盤及其工位上的單組空桶緩慢翻轉橫放在輸送機上，敞口水平，空桶即接觸到輸送機的皮帶上，通過動力輸送機送至分桶工位。

(3)分桶機構：由安裝底板、各連接固定件、機械手臂及齒輪、導軌及滑塊、氣缸等組成，如圖3所示。

所有組件(各類支撐板、線性導軌等)集成在16mm厚的底板上，可直接安裝在輸送機框架上；固定式機械手臂固定框架，帶有2對滾動軸承，用以固定一對機械手臂，本結構不作動力軌道輸送方向上的位移，僅有通過氣缸4帶動機械手臂夾緊空桶的動作；頂桶氣缸安裝框架固定在固定式機械手臂固定框架上，配有氣缸3(頂桶氣缸)，配合連接件可將桶組最前端的第2只敞口空桶頂起，使單組空桶整體有一個傾斜角度，便于最前端的空桶與桶組分離；機械手臂根據敞口容器尺寸定制的可夾緊容器的手臂，手臂底部焊接有齒輪和軸，軸通過滾動軸承固定在機械手臂固定框架上，起定位和旋轉作用。每對機械手臂都有一只通過底部連接件與氣缸4(兩只)相連，通過氣缸的行程位移帶動機械手臂以軸承中心線為基準線轉動，并通過齒輪帶動另一只機械手臂轉動，實現(xiàn)同時夾緊空桶和松開的動作。機械手臂與空桶夾緊位置配置有橡膠保護套，防止機械手損壞空桶外壁，并防止磨損；可移動式機械手臂固定框架，與固定式機械手臂固定框架配置相同，但底部與一對導軌滑塊相連，固定在線性導軌上，可在線性導軌行程方向(動力軌道輸送方向)上移動；氣缸5，固定在安裝底板上，并與可移動式機械手臂固定框架連接，可拉動其在線性導軌行程方向上移動。

當重疊在一起的單組空桶通過動力輸送機輸送至分桶工位，由光電開光檢測到位信號并傳輸至PLC系統(tǒng)，控制輸送機暫停輸送；并驅動氣缸3，頂起最前端套疊在一起的二只空桶；驅動氣缸4(兩組)，推動機械手臂連接件，帶動兩對機械手臂旋轉夾緊空桶外壁；驅動氣缸5，拉動夾緊最前端空桶的機械手臂固定機構，從而將最前端空桶從單組空桶中抽出；氣缸5達到固定行程后，氣缸3和4歸位，帶動機械手臂松開空桶，分離后的單只空桶落在后端連續(xù)運轉的輸送機上，輸送至立桶工位，同時單組空桶落在輸送機上，通過輸送機繼續(xù)往前輸送至分桶工位時停止；氣缸5歸位，重復工作，從而實現(xiàn)連續(xù)的自動分桶功能。

(4)立桶機構由支架、立桶拉桿、立桶擋板和軸組成，如圖4所示。支架固定在輸送機上，立桶拉桿通過組件與軸相連，可隨軸旋轉。本機構除輸送機外，為無動力結構。當空桶由輸送機輸送過來時，通過立桶拉桿，勾住空桶內筒壁，通過輸送機的輸送摩擦作用，以及立桶拉桿的阻擋和旋轉作用，使空桶重新立起；并由立桶擋板確保移動方向，避免空桶在拉起的過程中由于偏轉而出現(xiàn)自由移動的現(xiàn)象，導致立桶失敗?？胀傲⑵鸷笥奢斔蜋C輸送至后續(xù)灌裝工位。

3控制系統(tǒng)

分桶、倒桶結構及控制原理簡單，控制系統(tǒng)只需要在原來的灌裝系統(tǒng)中增加新的控制點即可，利用灌裝系統(tǒng)PLC中程序控制點，將檢測開關、電磁閥控制點接入即可；且無需增加新的控制柜，只需對軟件進行編程，電氣控制設計大大簡化，節(jié)約了成本。

本套設備的控制系統(tǒng)通過軟件編程實現(xiàn)信號的自動識別和采集，由PLC對其轉換，并反饋信號，分級控制系統(tǒng)中各電磁閥的驅動以及電機的啟停；該系統(tǒng)利用光電檢測開關的位置識別功能[7]，通過PLC系統(tǒng)來控制空桶容器的定位和分桶機械手臂的開、合，并自動控制其他部件的動作，保證各執(zhí)行動作連續(xù)、合理、有序的完成。系統(tǒng)在自動狀態(tài)下各單機之間可實現(xiàn)互聯(lián)互鎖，在倒桶、分桶各工位未完成或故障時，具有自動報警，聲光提示的功能；由技術人員或操作人員處理后繼續(xù)生產運行。

4結束語

本套設備結構設計可靠，性能穩(wěn)定。沿整條輸送線均布配置行程擋板，糾正空桶輸送的行程過程，避免空桶左右傾斜出現(xiàn)角度不正的現(xiàn)象從而影響工位操作成功率。因此，整個運行過程中，空桶與倒桶裝置、分桶裝置和立桶裝置都緊密貼合，不存在自由移動的現(xiàn)象，生產過程安全、可靠[8]。并且通過對各類規(guī)格尺寸的灌裝用空桶的測試，對結構進行逐步改進和優(yōu)化。

此套設備已在企業(yè)生產實踐中得到實際應用，并且針對各種用戶對于生產速度與規(guī)格的要求，更改動力輸送機的形式、尺寸和速度，更改翻轉托盤、行程擋板和立桶拉桿的尺寸和位置，調節(jié)機械手臂的厚度、力度等等，確保在生產過程中實現(xiàn)各操作工位零失誤率的效果。

經過生產實際應用考核，本套設備滿足各項技術要求，性能穩(wěn)定、可靠，給企業(yè)帶來良好的經濟效益和社會成本。

參考文獻：

[1] 曹敦峰.油漆灌裝線的全自動控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D].西安：西安科技大學，2012.

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[8] 李文友.高精度桶裝液體灌裝生產線的研制[J].包裝與食品機械，2005(4)：4-6.

Design and Development of Automatic Separating Barrels Machine

TANG Chen,JI Ke-peng,WANG Yan-jiang,WU Su-wei,MIAO Deng-yu,ZHANG Zhi-wei

(Hefei General Environmental Control Technology CO.Ltd.,Hefei 230088,China)

Abstract:With the development of industrial automation, according to the requirements of automatic barrels filling production line, we designed and developed an automatic separating barrels machine which can help achieving automatic separation of overlapping and exposure containers (metal container / plastic container).It solved the problem of high labor intensity and low efficiency of manual separating barrels. And the technological process of the unit, the structure compositon, working principle and application were introduced systematically.

Key words:automatic separating barrels;overlapping;over container;automatic separation

doi:10.3969/j.issn.1005-1295.2016.01.011

中圖分類號：TB486

文獻標志碼：A

文章編號：1005-1295(2016)01-0041-03

作者簡介：唐辰(1988- )，男，本科，主要從事自動化設備的設計與開發(fā)，

通信地址：230088 安徽合肥市高新區(qū)天湖路29號合肥通用環(huán)境控制技術有限責任公司，E-mail:candytang17@163.com。

收稿日期：2015-12-20;修稿日期： 2015-12-28