圓錐形筒子紗自動包裝生產(chǎn)線的設(shè)計

王　軍，周東健

(南通金輪研發(fā)中心有限公司，江蘇 南通　226009)

圓錐形筒子紗自動包裝生產(chǎn)線的設(shè)計

王軍，周東健

(南通金輪研發(fā)中心有限公司，江蘇 南通226009)

摘要：為了實(shí)現(xiàn)筒子紗的自動包裝，減輕工人的勞動強(qiáng)度，詳細(xì)分析了圓錐形筒子紗自動包裝生產(chǎn)線的功能要求與工藝流程。根據(jù)筒子紗實(shí)際生產(chǎn)條件，設(shè)計線速度為1包/min、能對筒子紗大小頭識別與翻轉(zhuǎn)、熱塑封切、自動送袋、裝袋、封袋口、稱重的筒子紗自動包裝生產(chǎn)線，具有較好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：圓錐形；筒子紗；自動包裝生產(chǎn)線；自動化生產(chǎn)；自動送袋；自動裝袋

0引言

絡(luò)筒工序是對細(xì)紗工序或捻線工序的管紗進(jìn)行再卷繞的工序，管紗經(jīng)絡(luò)筒機(jī)導(dǎo)紗鉤或槽筒卷繞后，形成一定形狀、一定密度的筒子紗。筒子紗的形狀分為圓柱形和圓錐形，圓錐形筒子紗廣泛應(yīng)用于棉紡、毛紡以及麻紡等品種上[1-2]。

目前，我國筒子紗年產(chǎn)量已超過1 000萬t，其出廠的外包裝常采用編織袋、紙箱、托盤及周轉(zhuǎn)性包裝等。包裝時，圓錐形筒子紗在包裝中呈并排直立狀態(tài)，為充分利用包裝空間、節(jié)約包裝材料，并保證包裝緊密度，將相鄰圓錐形筒子紗交錯排放。包裝主要由人工完成或者部分工序由機(jī)器代替。人工包裝時，先對單個筒子紗套膜，再將一定數(shù)量的筒子紗裝入外包裝中，然后封口、稱重、打標(biāo)，工人需要長時間機(jī)械地重復(fù)單調(diào)的動作，存在勞動強(qiáng)度較大、包裝效率低的問題[3]。為此，筆者針對用量最多的圓錐形筒子紗產(chǎn)品采用編織袋自動化包裝生產(chǎn)線提出設(shè)計方案，以最大限度減少用工、節(jié)約成本、提高企業(yè)生產(chǎn)效率。

1筒子紗包裝工序與設(shè)備功能

1.1包裝工序

筒子紗包裝的主要工序，包括上紗、大小頭檢測、翻轉(zhuǎn)、封切熱塑、裝袋、封袋口、稱重、噴碼以及碼垛入庫等。其中，上紗和入庫是筒子紗包裝過程的開始和結(jié)束環(huán)節(jié)，上紗時將筒子紗輸送至包裝設(shè)備，需要人工參與；入庫時由碼垛設(shè)備進(jìn)行自動堆放，與車間自動化物流系統(tǒng)連接，由此完成筒子紗的自動包裝過程。

1.2圓錐形筒子紗工藝尺寸

圓錐形筒子紗的尺寸規(guī)格尚無標(biāo)準(zhǔn)，一般紡紗廠會根據(jù)織造布品的設(shè)計長度，由絡(luò)筒機(jī)定長形成筒子紗；筒子紗錐度由后道工序確定，例如，用于整經(jīng)的筒子紗半錐角為5°57′，高度由絡(luò)筒機(jī)的倒紗行程決定。根據(jù)以上要求，筒子紗常用規(guī)格有：直徑為120mm～250mm，高度為150mm～180mm；單個筒子紗質(zhì)量為0.8kg～2.0kg。

1.3設(shè)備功能要求

根據(jù)圓錐形筒子紗包裝的工藝流程，設(shè)備的功能要求如下。

a)為了充分利用編織袋空間、節(jié)約包裝成本并保證包裝的緊密度，相鄰的筒子紗錐度相反，應(yīng)頭尾交錯；因此，包裝設(shè)備應(yīng)有自動直立排紗功能，且要對筒子紗大、小頭進(jìn)行在線檢測，記錄檢測結(jié)果。

b)大、小頭檢測后與設(shè)定的排列規(guī)則對比，根據(jù)檢測記錄的結(jié)果能進(jìn)行糾錯性翻轉(zhuǎn)(上下翻轉(zhuǎn)180°)。

c)為了筒子紗間能夠相互隔離、防潮、防塵，設(shè)備應(yīng)能對每個筒子紗加封塑料袋，即封切與熱塑。

d)筒子紗裝入編織袋之前能夠自動完成送袋、開袋口及撐袋，以此接收熱塑后的多個筒子紗推入編織袋中。

e)能夠通過推紗裝置將已經(jīng)排好順序的筒子紗推入編織袋中，待計數(shù)到編織袋裝滿后，撐袋動作返回，推袋裝置將編織袋推出。

f)完成裝紗的編織袋能夠自動封口。

g)完成封口的編織袋包裝能在線稱重，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳。

h)為實(shí)現(xiàn)每袋筒子紗質(zhì)量、批號、生產(chǎn)日期等數(shù)據(jù)顯示，需進(jìn)行噴碼或者貼標(biāo)簽。

i)能夠自動碼垛，按順序排列包裝袋。

2筒子紗包裝方案設(shè)計

2.1設(shè)計思路

根據(jù)筒子紗包裝工藝要求，按照模塊化設(shè)計思路將整個自動化包裝生產(chǎn)線的功能劃分為第一傳送機(jī)構(gòu)(包含大、小頭檢測)、第二傳送機(jī)構(gòu)(包含翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu))、塑封設(shè)備、第三傳送機(jī)構(gòu)(包含自動編織袋供給、裝袋機(jī)構(gòu))、縫包機(jī)(封口機(jī)構(gòu))、自動稱重、噴碼及碼垛設(shè)備等。另外，還有電氣控制系統(tǒng)和氣動執(zhí)行系統(tǒng)。

2.2第一傳送機(jī)構(gòu)設(shè)計

如圖1所示，傳送機(jī)構(gòu)主要由輸送帶，電機(jī)，限位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，大、小頭檢測機(jī)構(gòu)及底座組成。輸送帶的運(yùn)動由電機(jī)控制，根據(jù)后道大、小頭翻轉(zhuǎn)狀態(tài)間隙性輸送筒子紗；限位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)根據(jù)筒子紗直徑調(diào)節(jié)、限制筒子紗搖動，以免輸送帶的突然啟動使筒子紗傾倒；應(yīng)用兩對傳感器測定筒子的大、小頭尺寸，并將信號反饋到后道的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，其大、小頭檢測原理如圖2所示。檢測大、小頭時，以分別通過傳感器的橫向距離為依據(jù)：距離大，為大頭，反之，為小頭。

1—限位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；2—筒子紗；3—輸送帶；4—傳感器。圖1　第一傳送機(jī)構(gòu)

圖2　大、小頭檢測機(jī)構(gòu)原理

2.3第二傳送機(jī)構(gòu)設(shè)計

如圖3所示，第二傳送機(jī)構(gòu)用于筒子紗大、小頭翻轉(zhuǎn)、傳送，由推料氣缸(帶導(dǎo)桿)、輔助氣缸、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及底座等組成。其推料氣缸用于將前道大、小頭檢測工序確定的需要進(jìn)入翻轉(zhuǎn)的筒子紗推進(jìn)與推出翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；推料氣缸與輔助氣缸前端安裝有塑料夾持板，用于固定筒子紗，并且在推進(jìn)、推出工序中由推料氣缸與輔助氣缸共同完成，以防筒子紗小頭朝下時，單只氣缸作用于筒子紗易被推倒；翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由翻轉(zhuǎn)氣缸完成翻轉(zhuǎn)180°的動作，動作完成后，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)返回。

1—翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；2—推料氣缸；3—輔助氣缸。圖3　第二傳送機(jī)構(gòu)

2.4塑封設(shè)備參數(shù)

市面上有成熟的塑封設(shè)備，可根據(jù)筒子紗尺寸及生產(chǎn)線速度選購相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行集成，以實(shí)現(xiàn)筒子紗自動進(jìn)料、輸送、入袋、封口、收縮等工序。根據(jù)包裝物尺寸形狀的不同，包裝能力為12只/min～20 只/min，F(xiàn)L-5545TBD型密接型封切機(jī)與SM-4525型熱縮機(jī)基本滿足筒子紗的工序要求，設(shè)備相關(guān)性能參數(shù)見表1。

表1封切與熱縮設(shè)備參數(shù)表

型號FL-5545TBDSM-4525外形尺寸/mm2015×1470×13001300×700×1465封刀口尺寸/mm650×600╱爐膛尺寸/mm╱1000×450×250包裝能力/(只·min-1)12～1620～60包裝物尺寸/mmW+H≤600,L+H≤580700×350×200功率/kW5.510.0氣壓/MPa0.55╱可用收縮膜種類POFPOF

2.5第三傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計

如圖4所示，第三傳動機(jī)構(gòu)用于筒子紗的包裝前排列、推紗入袋及傳送，由傳送帶、電機(jī)、第三推料氣缸、光電計數(shù)機(jī)構(gòu)及底座等組成。如果以3個一組×4組的規(guī)格包裝，則每次光電開關(guān)計數(shù)3個，計滿3個由后道撐袋機(jī)構(gòu)給出信號(撐袋完成)，由第三推料氣缸將3個筒子紗一起推入編織袋中，連續(xù)推滿4組后停止動作，待撐袋機(jī)構(gòu)發(fā)出撐袋完成的信號后再次推料；依次循環(huán)。

1—光電計數(shù)機(jī)構(gòu)；2—傳送帶；3—第三推料氣缸。圖4　第三傳動機(jī)構(gòu)

2.6裝袋機(jī)構(gòu)設(shè)計

如圖5所示，裝袋機(jī)構(gòu)設(shè)計用于送袋、開袋口、撐袋口、傳送以及推袋，由袋自動輸送機(jī)構(gòu)、自動送給機(jī)構(gòu)、開袋口機(jī)構(gòu)、撐袋口機(jī)構(gòu)及第四推料氣缸(用于推大袋)等組成。

1—吸盤；2—主動輥；3—被動輥；4—撐袋口機(jī)構(gòu)；5—開袋口機(jī)構(gòu)；6—傳送部件；7—第四推料氣缸；8—送袋機(jī)構(gòu)；9—大袋輸送；10—送袋氣缸2；11—送袋氣缸1。圖5　裝袋機(jī)構(gòu)

2.6.1自動送袋機(jī)構(gòu)

自動送袋機(jī)構(gòu)由機(jī)架、板鏈?zhǔn)捷斔蛶?、電機(jī)、主被動輥及若干擋板(用于分隔多疊編織袋)組成。當(dāng)一疊編織袋用完后，輸送帶間歇運(yùn)動兩個擋板間的距離，將下一疊編織袋送至供料處。

自動送袋機(jī)構(gòu)由送袋氣缸1、送袋氣缸2及傳送機(jī)構(gòu)組成。送袋氣缸1完成編織袋的垂直提升，當(dāng)提升到與傳送部件(兩傳送輥)齊平時，由送袋氣缸2水平地將編織袋送入兩傳送輥間；傳送機(jī)構(gòu)由主、被動傳送輥組成，在送袋氣缸2將編織袋送入傳送輥之前，被動輥(上輥)與主動輥(下輥)處于分離狀態(tài)，當(dāng)編織袋進(jìn)入兩輥間后，被動輥由氣缸推動并壓緊主動輥；主動輥連接有伺服電機(jī)，在主、被動輥的靜摩擦力作用下，編織袋向前運(yùn)動至設(shè)定距離后，被動輥與主動輥脫離，編織袋停止前進(jìn)。

2.6.2開袋口機(jī)構(gòu)

開袋口機(jī)構(gòu)由氣缸、導(dǎo)向桿、滑動軸承及真空吸盤組成。自動送給的編織袋位于開袋口機(jī)構(gòu)的下方，當(dāng)有信號給出送袋完成時，開袋口機(jī)構(gòu)向下運(yùn)動，吸盤吸住編織袋袋口上方，此時編織袋袋口下方亦采用同樣原理將其吸住，在上、下兩組真空吸盤的作用下，編織袋完成開袋口動作。

2.6.3撐袋口機(jī)構(gòu)

如圖6所示，當(dāng)開袋口工序完成的信號發(fā)至撐袋口機(jī)構(gòu)后，撐袋口機(jī)構(gòu)的撐袋氣缸1使撐袋手臂順時針轉(zhuǎn)動，即將撐袋手爪送至袋口內(nèi)；隨即撐袋氣缸2將編織袋袋口撐開，由第三傳動機(jī)構(gòu)中的第三推料氣缸將3個筒子紗推入編織袋中；待完成4組(3個/組×4組=12個)推筒子紗入袋后，撐袋氣缸2返回，接著撐袋氣缸1返回。

a)　撐袋機(jī)構(gòu)　　　　　　b)　撐袋手爪轉(zhuǎn)動入袋　　　　　　c)　撐袋氣缸21—撐袋手爪；2—撐袋氣缸1；3—撐袋氣缸2。圖6　撐袋機(jī)構(gòu)動作

2.6.4推袋機(jī)構(gòu)

當(dāng)撐袋、裝筒子紗完成后，第四推料氣缸接到信號，將編織袋的筒子紗推入下道縫袋口工序。

2.7其他機(jī)構(gòu)

其他機(jī)構(gòu)包括編織袋封口、稱重、噴碼、碼垛，可根據(jù)本設(shè)計的要求選擇成熟產(chǎn)品，如：封口設(shè)備可以選擇青工的LFS-2500型縫包機(jī)；稱重設(shè)備可選擇梅特勒公司的ICS469-100型秤體(稱重范圍為0kg～120kg，可讀性精度為±20g)與IND331型終端控制器；噴碼設(shè)備選擇偉迪捷公司的VideoJet2120型噴碼機(jī)；碼垛設(shè)備可采用效率較低的直角坐標(biāo)機(jī)器人，能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制、多自由度的操作，完成x、y、z方向的線性運(yùn)動。機(jī)器人以伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動單軸機(jī)械臂，以滾珠絲杠、同步帶輪、齒輪、齒條傳動方式架設(shè)起機(jī)器人系統(tǒng)。

3結(jié)語

設(shè)計的筒子紗自動包裝生產(chǎn)線具如下功能與優(yōu)點(diǎn)。

a)自動包裝生產(chǎn)線速度關(guān)鍵點(diǎn)為第二傳送機(jī)構(gòu)的圓錐形筒子紗翻轉(zhuǎn)，預(yù)估單個筒子紗的翻轉(zhuǎn)耗時為9s，則平均以2個筒子紗進(jìn)行1次翻轉(zhuǎn)計，按裝袋12個，完成單只編織袋包裝耗時約為54s，則線速度為1 包/min；

b)具備大、小頭檢測、翻轉(zhuǎn)、熱塑、自動送袋、裝袋、稱重、噴碼及碼垛等功能，除上紗需要人工外，基本實(shí)現(xiàn)全自動化生產(chǎn)；

c)與人工包裝相比較，減輕了工人勞動強(qiáng)度，具有較好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王金晨.筒子紗自動包裝系統(tǒng)的設(shè)計與研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2013.

[2] 張德瑞.筒子紗自動包裝成套設(shè)備的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2014.

[3] 李澤昌.筒子紗包裝裝置[P].中國：CN201808677U.2011-04-27.

TheDesignofAutomaticPackagingProductionLineforConeCheese

WANGJun,ZHOUDongjian

(TheR&DCenterofNantongJinlunCo.,Ltd.,Nantong226009,China)

Abstract:In order to realize automatic packaging of cheese with reducing the labor intensity,detail analysis is made to the function requirements and the process of the automatic packaging production line of cone cheese.According to the actual production conditions,the line speed is such designed that one package forms per minute.The end size of the cheese can be identified and upturned and charaterized as hot plastic cut,automatic bag feeding,bagging,bag sealing,and weighing,thus has good application prospects.

Key Words:cone;cheese;automatic packaging production line;automatic production;automatic bag feeding;automatic bagging

收稿日期：2015-09-04

作者簡介：王軍(1983—)，男，江蘇南通人，工程師，主要從事紡織設(shè)備設(shè)計研發(fā)工作。

中圖分類號：TS103.7+2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1001-9634(2016)03-0049-04