制罐用上料冷軋機(jī)構(gòu)的研制

陳冠寶，楊 帆，郁惠民，吳江銳，徐紅宇

(1.浙江金鷹食品機(jī)械有限公司，浙江 舟山 316100；2.浙江海洋大學(xué) 船舶與機(jī)電工程學(xué)院，浙江 舟山 316022)

0 引 言

早期的罐頭食品大都采用玻璃瓶包裝,由于玻璃瓶存在易破碎這一致命的缺陷，20世紀(jì)70年代初期出現(xiàn)了玻璃瓶的替代品—錫焊罐[1]，但其食品鉛污染等問題等一直未得到解決。

隨著金屬制罐工業(yè)的發(fā)展，電阻焊在20世紀(jì)50年代，電阻焊技術(shù)經(jīng)過瑞士蘇德羅尼克公司的改進(jìn)，使電阻焊設(shè)備開始應(yīng)用在金屬制罐行業(yè)，特別是食品金屬包裝，并逐步代替錫焊罐[2]。電阻焊制罐機(jī)先后經(jīng)歷了3個(gè)發(fā)展階段：70年代以前的蝶形焊；1970年左右的銅線擠壓焊(WireMash)，簡稱為維瑪焊(WIMA)；1976年左右，蘇德羅尼克公司進(jìn)一步改進(jìn)維瑪焊技術(shù)，設(shè)計(jì)了超維瑪焊(Super WIMA)[3]。其采用的熔焊罐加工方式優(yōu)點(diǎn)突出，如：罐身縫不用錫焊，杜絕了鉛、錫等重金屬對(duì)食品的污染，同時(shí)還節(jié)約了貴重的錫金屬；焊縫的密封性好，強(qiáng)度高；焊縫重疊寬度小(約0.4 mm～0.6 mm)，既省料，又美觀；焊縫厚度薄，便于翻邊、縮頸和封口；能夠一機(jī)多工序連續(xù)生產(chǎn)，自動(dòng)完成罐身的焊接，簡化設(shè)備的同時(shí)節(jié)省了能源；生產(chǎn)效率高[4]。

電阻焊罐機(jī)是金屬制罐業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，可完成自動(dòng)吸、送料、揉鐵、成圓、推進(jìn)、焊接、補(bǔ)涂、烘干等工序。國外發(fā)達(dá)國家普遍重視制罐機(jī)械的自動(dòng)化控制技術(shù)，設(shè)備基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化控制，有著很高的生產(chǎn)效率，而且非常注重制罐機(jī)械用于制造生產(chǎn)過程中的穩(wěn)定性和可靠性[5]。美國是全球第一大包裝機(jī)械制造和消費(fèi)國家，產(chǎn)品類型齊全，其啤酒在20世紀(jì)30年代就開始使用金屬罐包裝了，現(xiàn)在擁有世界上最先進(jìn)的成型、充填、封口等機(jī)械設(shè)備[6]。日本由于戰(zhàn)后國內(nèi)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對(duì)包裝機(jī)械有著很大的需求量，使得包裝機(jī)械行業(yè)得到了高速發(fā)展，行業(yè)以中小企業(yè)居多，生產(chǎn)以單機(jī)為主[7]。

我國的包裝機(jī)械起步于20世紀(jì)50年代，20世紀(jì)70年代末期逐步發(fā)展后形成了包裝機(jī)械行業(yè)，當(dāng)時(shí)金屬包裝行業(yè)的企業(yè)數(shù)量不多，且以中小企業(yè)為主[8]。國內(nèi)的制罐機(jī)械穩(wěn)定性和可靠性也比國外先進(jìn)設(shè)備差，而且設(shè)備壽命短，一般設(shè)備的壽命還達(dá)不到國外先進(jìn)設(shè)備的一半。

本文將針對(duì)食品罐的生產(chǎn)，研制一種上料冷軋機(jī)構(gòu)。

1 上料冷軋工作流程

吸料裝置通過吸盤從料倉吸取板料，交給成圓機(jī)第一對(duì)送料輥送進(jìn)，經(jīng)過雙張檢測后進(jìn)入揉鐵輥進(jìn)行揉鐵預(yù)彎，再經(jīng)成圓輥成圓后由導(dǎo)罐組件收集、穩(wěn)定，成圓后的罐身由鏈條輸送機(jī)向前連續(xù)輸送；連桿送罐機(jī)構(gòu)與其同步，并在收罐身后將其準(zhǔn)確送入上下焊輪進(jìn)行焊接。

2 上料冷軋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 料倉

料倉按罐身板的長、寬進(jìn)行調(diào)整時(shí)滿足以下條件：

(1)按基準(zhǔn)銷測量，兩側(cè)尺寸一致，誤差0.2 mm；

(2)兩縱向?qū)к壠叫?，誤差0.1 mm；

(3)板料一側(cè)靠緊一面的料架，另一側(cè)間隙不大于0.3 mm。

一側(cè)的梳齒組件之間若間隔過近會(huì)造成吸料困難，過遠(yuǎn)則容易出現(xiàn)雙張，合適的距離在反復(fù)調(diào)整、試驗(yàn)后確定。料倉如圖1所示。

圖1 料倉

吹氣分張組件：為提高分張效果，可根據(jù)罐身直徑的不同，每側(cè)可放置一或兩個(gè)吹氣分張的組件。將吹氣噴嘴橫向放置(可調(diào)節(jié)角度)使分張氣流盡可能通過板面的面積增大，加強(qiáng)分張的效果。

為增強(qiáng)吹氣效果，噴嘴到板料垛之間的距離在1 mm左右。另外由于吸料機(jī)構(gòu)中吸盤的高度不能調(diào)整，通過調(diào)整料倉內(nèi)前、后吊板及梳齒板的高度，使罐身板平躺在料倉內(nèi)和各吸盤均勻接觸并使吸盤密封唇邊有少許變形，以此來提高吸料送料的效率及可靠性。

2.2 吸料機(jī)構(gòu)

真空開關(guān)原理：轉(zhuǎn)盤的周面上的互相獨(dú)立的兩段弧形槽分別與真空泵和外界大氣相通。轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)過程中，吸盤接孔交替與第一弧形槽和第二弧形槽連通；當(dāng)?shù)谝换⌒尾坜D(zhuǎn)至與吸盤接孔連通時(shí)，進(jìn)行抽真空，吸盤腔便能牢靠吸住板料，當(dāng)?shù)诙⌒尾坜D(zhuǎn)軸與吸盤接孔連通時(shí)，真空釋放，吸盤放開板料。

真空開關(guān)如圖2所示。

圖2 真空開關(guān)

吸料過程：當(dāng)?shù)谝换⌒尾坜D(zhuǎn)至與吸盤接孔連通時(shí)，進(jìn)行抽真空，吸盤腔便能牢靠吸住板料，經(jīng)搖桿機(jī)構(gòu)，將其推送至第一組送料輥對(duì)之間，此時(shí)第二弧形槽轉(zhuǎn)軸與吸盤接孔連通，真空釋放，吸盤無吸力經(jīng)搖桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到料倉位置準(zhǔn)備吸取下一張板料，而送料輥對(duì)之間的摩擦力帶動(dòng)板料繼續(xù)前進(jìn)。

吸料機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：通過改變轉(zhuǎn)盤的弧形槽來實(shí)現(xiàn)抽真空和真空釋放過程的交替運(yùn)行，結(jié)構(gòu)簡單、成本低、精度高、可靠性高。

2.3 雙張檢測機(jī)構(gòu)

雙張打出是在第一對(duì)送料輥上方安裝一個(gè)模擬量檢測開關(guān)，通過對(duì)兩張鐵皮疊加厚度的設(shè)定(將兩張鐵皮送入第一對(duì)送料輥確認(rèn)此時(shí)的模擬量)，在工作中檢測到鐵皮通過為雙張時(shí)就通知?dú)飧卓焖賱?dòng)作，將通過第一對(duì)送料輥的鐵皮用打料板打出。

2.4 成圓機(jī)構(gòu)

成圓過程：板料在第一個(gè)送料輥對(duì)處，雙張檢測裝置控制打料板使雙張板改向到收集箱中。正常情況下，板料經(jīng)各輥、輪輸送到揉鐵輥上，再經(jīng)過揉鐵上、下壓板、揉鐵軸及舌板的組合體。通過消除板上的應(yīng)力，確保均勻的預(yù)成圓操作。預(yù)成圓工位包括成圓上壓板和一對(duì)成圓軸輥，對(duì)板進(jìn)行預(yù)成圓操作，確保成圓機(jī)對(duì)所有板的成圓操作能夠達(dá)到均勻的曲率。成圓上軸輥使板緊壓在成圓機(jī)的成圓擋板上。成圓后的罐身板緣被導(dǎo)罐條夾住，并按罐身導(dǎo)槽的路線輸送。

成圓過程如圖3所示。

圖3 成圓過程示意圖

成圓機(jī)構(gòu)是一種輥隙可調(diào)節(jié)的成圓輥結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)動(dòng)輥隙調(diào)節(jié)螺釘，在輥隙調(diào)節(jié)螺釘?shù)耐频肿饔孟?，便可帶?dòng)軸承座以轉(zhuǎn)軸為圓心偏轉(zhuǎn)，以改變上成圓輥與下成圓輥之間的間隙，輥隙調(diào)節(jié)方便，輥隙調(diào)節(jié)螺釘每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈調(diào)節(jié)距離移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程。適用于多種規(guī)格罐身，成圓效率高、工作穩(wěn)定、成圓質(zhì)量高且整齊。

成圓機(jī)構(gòu)如圖4所示。

圖4 成圓機(jī)構(gòu)

2.5 鏈條輸送機(jī)

設(shè)計(jì)護(hù)罐導(dǎo)向器的主要目的是保證成圓后罐身板穩(wěn)定的與鏈條輸送機(jī)交接并順利按“Z”形導(dǎo)槽向前送進(jìn)。

本研究成圓一張罐身板，使其掛在導(dǎo)罐組件的左、右導(dǎo)罐條槽內(nèi)，此時(shí)內(nèi)、外擋和成圓后的罐身板外表面均勻接觸，送罐鏈條向前推動(dòng)罐身，立護(hù)條、下護(hù)條等也和罐身均勻接觸，繼續(xù)推動(dòng)罐身送至焊輪處。成圓后的罐身先要通過兩側(cè)鏈條上的鏈爪向前輸送，此時(shí)需要兩側(cè)的鏈爪調(diào)整平齊，前行至撥罐爪時(shí)兩者交接，由撥罐爪送入焊輪焊接，此時(shí)只要撥罐爪速度略高于焊輪速度就可以保證罐身不錯(cuò)位。鏈條輸送裝置如圖5所示。

圖5 鏈條輸送裝置

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

電阻焊機(jī)實(shí)物如圖6所示。

圖6 電阻焊機(jī)實(shí)圖

電阻焊機(jī)各項(xiàng)參數(shù)如下：

(1)實(shí)驗(yàn)罐身材料：鍍錫鐵；

(2)罐身參數(shù)：厚度0.18 mm，高度136 mm，展開長度L=165.22 mm；

(3)電機(jī)頻率：成圓機(jī)主電機(jī)變頻調(diào)速器頻率設(shè)為38 Hz；

(4)生產(chǎn)速度：500罐/min，罐身間隔為0.8 mm。

安裝后檢查各部運(yùn)行正常后，正常焊接罐身無卡阻。本研究隨機(jī)抽取20個(gè)罐身目測焊縫均勻、無漏點(diǎn)。其中10個(gè)罐身用剪刀將端頭焊縫兩側(cè)剪開后用鉗子夾住撕拉均可將焊縫完整拉下，將拉下焊縫用手彎折可達(dá)3次，焊縫柔韌度達(dá)標(biāo)；另10個(gè)罐身用鉗子分別夾住焊縫頭、尾翻邊均未開裂，合格。

實(shí)測結(jié)論：該機(jī)型達(dá)到設(shè)計(jì)要求，可用于制罐企業(yè)正常生產(chǎn)。

4 結(jié)束語

本文研制的上料冷軋機(jī)構(gòu)是用于制作金屬罐身，集自動(dòng)吸料、自動(dòng)成圓、鏈條輸送為一體的全自動(dòng)裝置，適用于制罐企業(yè)的的生產(chǎn)，可達(dá)到生產(chǎn)設(shè)計(jì)要求，如生產(chǎn)速度和成圓質(zhì)量，其主要特點(diǎn)如下：

(1)真空吸料機(jī)構(gòu)：利用兩段獨(dú)立弧形槽，在旋轉(zhuǎn)工作時(shí)能在吸氣和放氣之間切換，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)吸料的作用；

(2)成圓機(jī)構(gòu)：板料經(jīng)過揉鐵及壓板完成預(yù)成圓過程來消除應(yīng)力，再經(jīng)過成圓軸輥完成成圓流程；

(3)雙張檢測機(jī)構(gòu)：對(duì)板材厚度的檢測，當(dāng)超過上限時(shí)就會(huì)啟動(dòng)開關(guān)，將其打出。檢測可靠穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)遺漏。