一種包裝箱密封搭扣自動(dòng)扣合裝置

[摘 要]為解決火炸藥行業(yè)包裝箱密封搭扣扣合工藝勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、扣合質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，文章結(jié)合目標(biāo)密封搭扣扣合工藝，采用PLC控制器實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制，利用氣動(dòng)系統(tǒng)完成執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，配合傳感器檢測感知技術(shù)，設(shè)計(jì)和制作了一種包裝箱密封搭扣自動(dòng)扣合裝置。研究結(jié)果表明，該裝置可自動(dòng)化、無人化實(shí)現(xiàn)包裝箱密封搭扣的自動(dòng)扣合功能，具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。

[關(guān)鍵詞]密封搭扣；自動(dòng)扣合；氣動(dòng)系統(tǒng)；人機(jī)隔離

[中圖分類號]TM73 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2024）12–0064–03

The Utility Model Relates to a Device for Automatic Fastening of Sealing Fasteners on Packing Boxes

LONG Yi，PENG Lei，XU Xiaobo，LI Guangfei，ZHANG Xinyi

[Abstract]In order to solve the problems of high labor intensity， low efficiency and unstable quality of packing box sealing in explosive industry， combines the target sealing process， the author adopts PLC controller to realize the actuator control， uses pneumatic system to complete the actuator action， designs and makes a set of device with sensor sensing technology. The application shows that the device can automatically and unmanned realize the function of sealing buckle of packing box， which has high engineering application value.

[Keywords]sealing buckle； automatic buckle； pneumatic system； man-machine isolation

包裝箱密封搭扣自動(dòng)扣合裝置實(shí)施對象為某火炸藥廠改安酮系列藥柱包裝箱，包裝箱的密封性對于藥柱儲(chǔ)存質(zhì)量保證具有重要作用[1]。長期以來，包裝箱密封搭扣工序依賴于人工手?jǐn)Q搭扣壓實(shí)密封槽內(nèi)的三元乙丙橡膠密封條，勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，長時(shí)間工作容易因疲勞導(dǎo)致擰扣不到位，影響包裝箱密封質(zhì)量。因此，開發(fā)一套能夠自動(dòng)化、無人化實(shí)現(xiàn)包裝箱密封搭扣自動(dòng)扣合功能的裝置意義重大。

1 概述

為了滿足密封性要求，目標(biāo)包裝箱設(shè)置有8組密封搭扣，均布在4個(gè)面上，具體如圖1所示。密封搭扣分為上下兩個(gè)部分，上半部分固定在包裝箱蓋上，下半部分固定在箱體上，兩部分均設(shè)置有掛鉤特征，相扣后通過擰扣的180°旋鈕帶動(dòng)內(nèi)部凸輪機(jī)構(gòu)完成下掛鉤的下拉動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)箱蓋密封功能，最后將擰扣90°向下折疊，實(shí)現(xiàn)擰扣機(jī)構(gòu)的鎖死。密封搭扣結(jié)構(gòu)如圖2所示。

包裝箱密封搭扣的自動(dòng)扣合功能裝置在設(shè)計(jì)上完全參照了原有工藝順序，模仿人工操作流程，采用光桿模仿人工手指，使用氣缸作為動(dòng)力，傳動(dòng)裝置作為手臂，控制系統(tǒng)作為“大腦”，共同協(xié)作完成密封搭扣掛鉤、擰緊、折疊等功能。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

使用UG_NX 10.0開展包裝箱密封搭扣自動(dòng)扣合裝置結(jié)構(gòu)及零部件的設(shè)計(jì)和建模，軟件提供了數(shù)字化造型和驗(yàn)證手段，具有高性能的機(jī)械設(shè)計(jì)和制圖功能，為制造設(shè)計(jì)提供了高性能和靈活性，在模型基礎(chǔ)上直接生成機(jī)械圖紙和加工程序。同時(shí)軟件提供了廣泛的標(biāo)準(zhǔn)件庫和外購件庫，強(qiáng)化了設(shè)計(jì)規(guī)范，提高了設(shè)計(jì)效率。

密封搭扣自動(dòng)扣合裝置機(jī)械部件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

經(jīng)過三維模型仿真設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，利用CAD導(dǎo)出加工圖紙進(jìn)行制作，同時(shí)對外購件、標(biāo)準(zhǔn)件等進(jìn)行選型和采購，完成所有零部件和元器件的安裝與集成。通過對運(yùn)動(dòng)部件的性能測試，包裝箱密封搭扣自動(dòng)扣合裝置達(dá)到了工程化應(yīng)用技術(shù)指標(biāo)。

3 氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真

密封搭扣自動(dòng)扣合裝置氣動(dòng)原理如圖4所示。

為了驗(yàn)證包裝箱密封搭扣自動(dòng)扣合裝置的動(dòng)作及節(jié)拍合理性，使用FluidSIM 5.0仿真軟件開展了密封搭扣自動(dòng)扣合裝置的氣動(dòng)系統(tǒng)模擬設(shè)計(jì)和動(dòng)作過程驗(yàn)證[3]。將該系統(tǒng)各氣動(dòng)元器件，從圖庫中拖曳至工作區(qū)，按照氣動(dòng)原理圖的邏輯關(guān)系連接，設(shè)置各元器件的壓力、流量、開度、行程等必要參數(shù)。為驅(qū)動(dòng)電磁閥仿真動(dòng)作，按照PLC控制邏輯在FluidSIM中搭建繼電連鎖控制電路。在完成模型搭建后，對該氣動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行步驟、運(yùn)動(dòng)速度、輸出推力、行程時(shí)間和動(dòng)作時(shí)序等進(jìn)行了調(diào)整驗(yàn)證。在包裝箱密封搭扣自動(dòng)扣合裝置完成加工、采購、裝配、調(diào)試并接入PLC系統(tǒng)控制后，通過對比發(fā)現(xiàn)，包裝箱密封搭扣自動(dòng)扣合裝置運(yùn)動(dòng)過程與仿真動(dòng)作過程完全一致。包裝箱密封搭扣自動(dòng)扣合裝置節(jié)拍時(shí)序如圖5所示。

4 工作流程

檢測工作的具體流程如下。

（1）包裝箱被輸送到專機(jī)工位并定位好。

（2）掛鉤氣缸伸出，掛鉤桿被斜向上頂升，搭扣下半部分被推起與上半部分掛鉤搭上。

（3）平移氣缸收回，帶動(dòng)擰扣氣缸、擰扣直線滑軌、齒輪齒條、聯(lián)軸器、擰扣手指等靠近包裝箱搭扣，擰扣手指將蝶型片夾在中間。

（4）擰扣氣缸伸出，帶動(dòng)擰扣直線滑軌導(dǎo)軌、齒條平移，帶動(dòng)齒輪、聯(lián)軸器、擰扣手指、蝶型片旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)搭扣的擰緊動(dòng)作。

（5）平移氣缸伸出，帶動(dòng)擰扣氣缸、擰扣直線滑軌、齒輪齒條、聯(lián)軸器、擰扣手指等遠(yuǎn)離包裝箱搭扣。

（6）掛鉤氣缸收回，掛鉤桿被斜向下拉升，搭扣下半部分在掛鉤桿作用下折疊到下方垂直位置。

5 存在的問題

（1）該裝置在完成擰扣折疊功能時(shí)，擰扣存在回旋一定角度的風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)密封搭扣采用帶鉛封凸起的特殊結(jié)構(gòu)時(shí)，存在折疊扣合不到位的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）該裝置在設(shè)計(jì)時(shí)采用了1拖2的雙工位聯(lián)動(dòng)模式，兩組扣合裝置間距固定，不利于對不同包裝箱不同搭扣間距產(chǎn)品的兼容。

6 改進(jìn)措施

（1）本裝置中擰扣折疊功能采用掛鉤氣缸收回時(shí)帶動(dòng)掛鉤桿拉回完成，該機(jī)構(gòu)對擰扣旋轉(zhuǎn)方向沒有限位，故需要新增導(dǎo)向片，在折疊時(shí)插入擰扣上的鉛封槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)折疊過程的左右限位。

（2）該裝置可簡化為單工位結(jié)構(gòu)，可有效應(yīng)對不同包裝箱不同搭扣數(shù)量的問題；對于密封搭扣間距調(diào)整問題，該裝置在扣合裝置安裝座上可以優(yōu)化設(shè)計(jì)為可調(diào)結(jié)構(gòu)，調(diào)整齒輪尺寸不同的嚙合位置，實(shí)現(xiàn)擰扣動(dòng)力機(jī)構(gòu)的整合，降低生產(chǎn)制造成本。

7 效果

包裝箱密封搭扣自動(dòng)扣合裝置已成功應(yīng)用于某火炸藥廠改安酮系列藥柱自動(dòng)包裝項(xiàng)目中。在安全性設(shè)計(jì)上，充分避免了可能的安全隱患[4]，防爆電磁閥均采用雙電控電磁閥，異常斷電時(shí)，避免電磁閥自動(dòng)切換工作狀態(tài)出現(xiàn)碰撞及擠壓；所有碰撞零部件的材質(zhì)采用有色金屬與黑色金屬配合使用，避免撞擊產(chǎn)生火花；所有到位檢測傳感器均采用本安型防爆開關(guān)，滿足了現(xiàn)場A21危險(xiǎn)等級區(qū)域的防爆安全要求。

8 結(jié)束語

包裝箱密封搭扣自動(dòng)扣合裝置自動(dòng)化地實(shí)現(xiàn)了包裝箱密封搭扣的扣合功能，滿足了人機(jī)隔離需求，對提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量、加強(qiáng)安全防護(hù)和減少勞動(dòng)強(qiáng)度等方面都起到了得到實(shí)質(zhì)性的改善作用，具有極高的借鑒價(jià)值和推廣意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳建軍.扣合式包裝箱密封性研究[J].四川兵工學(xué)報(bào)，2007，28（4）：70-72.

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[3] 舒遠(yuǎn)杰，霍冀川.炸藥學(xué)理論[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

[4] 王雪晶，朱全松，嚴(yán)尚賢.基于點(diǎn)火藥的火工品高精度安全自動(dòng)裝藥技術(shù)[J].兵工自動(dòng)化，2017，36（7）：55-57.