本文講解了枕形袋多列多層裝箱機(jī)的組成和控制系統(tǒng)、多列多層排列規(guī)律和裝箱的工藝過(guò)程，闡述了其組成和裝箱工藝特點(diǎn)。研究了枕形袋的特性及單列變多列的方法和多列枕形袋的偷送工藝，利用數(shù)字包裝周期的理論對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和論證，設(shè)計(jì)的裝箱運(yùn)動(dòng)軌跡，解決了枕形袋多層多列裝箱的問(wèn)題。

1 枕形袋多列多層裝箱機(jī)的組成

1. 1主要組成機(jī)構(gòu)

枕形袋多列多層裝箱機(jī)主要由機(jī)架總成，位移機(jī)構(gòu)、抓袋(工裝)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、輸袋機(jī)構(gòu)和輸箱機(jī)構(gòu)等組成，如圖1.抓袋(工裝)機(jī)構(gòu)是快速更換機(jī)構(gòu)，根據(jù)枕形袋、裝箱等規(guī)格的變換而更換。

圖1枕形袋裝箱機(jī)系統(tǒng)組成

1.機(jī)架總成:2.位移機(jī)構(gòu):3.抓袋機(jī)構(gòu):4.導(dǎo)向機(jī)構(gòu):5.驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu):6.輸袋機(jī)構(gòu):7.輸箱機(jī)構(gòu)

1. 2控制系統(tǒng)

枕型袋多層多列裝箱機(jī)控制系統(tǒng)主要由可編程控制器G1(PLC)、人機(jī)界面G2、伺服控制驅(qū)動(dòng)器A1和A2、變頻器A3和A4、檢測(cè)、執(zhí)行元件等組成(見(jiàn)圖2). G1和G2構(gòu)成控制系統(tǒng)的核心和操作界面，所有的控制參數(shù)均可在人機(jī)界面上設(shè)置完成。PLC(可編程工業(yè)控制器)通過(guò)CANopen總線對(duì)A1 , Az傳輸指令，控制伺服電機(jī)M1和M2的運(yùn)行，M1對(duì)裝箱過(guò)程驅(qū)動(dòng)，M2對(duì)袋子輸送鏈驅(qū)動(dòng)，同時(shí)將M1的運(yùn)行狀態(tài)反饋給G1，控制電磁閥等執(zhí)行元件，通過(guò)CANopen總線對(duì)A3 , A4變頻器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和啟停控制，控制電機(jī)M1和M2，完成箱子的兩級(jí)輸送。

圖2 控制系統(tǒng)原理示意

1. 3裝箱周期數(shù)字化的應(yīng)用

從抓取物品到放入到包裝箱，再返回到抓取點(diǎn)的整個(gè)過(guò)程，稱(chēng)之為一個(gè)裝箱周期。抓取頭運(yùn)動(dòng)的每一個(gè)位置，伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)編碼器會(huì)產(chǎn)生一組相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿欧?qū)動(dòng)器上，驅(qū)動(dòng)器通過(guò)CANo-pen總線將數(shù)據(jù)傳送到PLC中，完成一個(gè)裝箱周期，PLC對(duì)該數(shù)據(jù)復(fù)位，這樣每裝一次箱，均會(huì)產(chǎn)生一組0到m的周期數(shù)據(jù)，這組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)著裝箱過(guò)程的各個(gè)位置，把這組有規(guī)律變化的數(shù)據(jù)稱(chēng)之為數(shù)字周期或裝箱過(guò)程位置數(shù)字化。在裝箱過(guò)程的每一個(gè)動(dòng)作有一個(gè)相應(yīng)的位置數(shù)據(jù)，裝箱過(guò)程動(dòng)作可以準(zhǔn)確地控制。

2 枕形袋多層多列裝箱的工藝

2. 1每層的排列規(guī)律

圖3是枕形袋每層5列，每列5袋，每箱7層的裝箱立面和平面示意圖，反映出枕形袋在箱內(nèi)多列多層排列規(guī)律。從圖3 (a)可以看出，袋子與袋子之間搭邊排列，以保證袋子在箱子中緊密排列，提高裝箱質(zhì)量和效果。

2. 2 多層裝箱的工藝

1)待裝箱的袋子排列整齊的輸送到抓取位，空箱輸送到裝箱位；

2)抓袋工裝位移到抓取位，抓取袋子；

3)離開(kāi)抓取位后，完成抓取的袋子隔排上下錯(cuò)位，排和排之間收縮緊密，列和列之間收縮緊密(根據(jù)數(shù)字包裝周期的參數(shù)控制)；

4)抓袋工裝位移到袋子放入箱子的工位，釋放袋子，完成一層袋子的裝箱，重復(fù)以上工序，直到裝滿(mǎn)箱子為止；

5)傳送裝滿(mǎn)袋子的箱子到封箱工位，完成一箱的裝箱工序。

圖3枕形袋裝箱平而立而示意

3 枕型袋的整理機(jī)構(gòu)與傳送工藝研究

3. 1單列變多列機(jī)構(gòu)的組成

枕形袋從包裝機(jī)輸送過(guò)來(lái)的是單列，裝箱是多列排列，因此首先將單列變成多列的排列。單列變多列主要由可伸縮定位輸送機(jī)和多列輸送鏈組成，如圖4可伸縮定位輸送機(jī)主要由主傳送帶(包括皮帶糾偏機(jī)構(gòu)、初始位、限位、袋子檢測(cè)光電開(kāi)關(guān)等組成)和伺服電機(jī)控制與驅(qū)動(dòng)的伸縮機(jī)構(gòu)組成，其工作原理是伸縮帶快速移動(dòng)到最遠(yuǎn)端，檢測(cè)到一個(gè)袋子并輸送到多列輸送帶上，向后退一個(gè)袋寬的距離，等待下一個(gè)袋子到來(lái)，依次將多列輸送帶上放滿(mǎn)枕形袋，完成一組單列變多列的工序。

圖4枕形袋單列變多列平而組成

1.多列輸送鏈;2.多列排列枕形袋;3.多列輸送鏈驅(qū)動(dòng)電機(jī):4.單列枕形袋;5.伸縮式理袋機(jī)

3. 2單列變多列機(jī)構(gòu)的重要參數(shù)關(guān)系

枕形袋單列變多列位置尺寸關(guān)系見(jiàn)圖5。從圖5中可以看出，伸縮帶的初始位置到第1列的中線距離為c(c≥b)，每列間距a，等待位到第m列(多列數(shù))中線距離為b，

b=Vt.    (1)

式(1)中，V為伸縮帶主傳送帶的線速度，單位為mm/s，t為枕形袋從伸縮帶跌落到多列帶需要的時(shí)間，伸縮帶平面距多列帶平面距離為h，根據(jù)自由落體定律得，

h=gt²/2（g為重力加速度）

由公式(2)得，將t帶入（1）式得

，        （3）

初始位到等待位的距離

S1=S一b，

式(4)中，S=c+a(m一1)，由(3)和(4)得

（5）

為了簡(jiǎn)化編程，設(shè)那么S1 =a(m一1)，因此，對(duì)于單列變多列的調(diào)試首先尋找和確定初始位，控制過(guò)程就變得比較簡(jiǎn)單。

圖5 枕形袋單列變多列位置尺寸關(guān)系

3. 3單列變多列的工藝

伸縮帶端頭正常停機(jī)時(shí)停留在初始位，初始位距離多列帶的第1列為計(jì)算公式(4).jpg開(kāi)機(jī)后按照以下工藝運(yùn)行。

1)伸縮帶快速向前移動(dòng)S1，等待枕形袋到來(lái)，檢測(cè)到枕形袋，向后退a，令m=m一1；

2)m≠0，檢測(cè)到袋子，向后退a，令m=m一1；當(dāng)m =0時(shí)，轉(zhuǎn)到1)，否則重復(fù)2)；

3)當(dāng)遇到正常停機(jī)，伸縮帶的傳送帶停，伸縮后退到初始位停機(jī)，急停時(shí)，伸縮帶及伸縮帶傳送帶立即停。

3. 4枕型袋多列輸送規(guī)律的研究

枕形袋的輸送不同于瓶裝、盒裝的輸送，不能大量的堆積。解決枕形袋輸送的最簡(jiǎn)單辦法就是通過(guò)3級(jí)或4級(jí)輸送，采用快、慢、快、慢的差速輸送。第1級(jí)輸送速度比較快，將袋子與袋子拉開(kāi)較大的距離，每個(gè)袋子的輸送過(guò)程中盡量減少外界因素的影響。第2級(jí)輸送較慢，使袋子在2級(jí)輸送的過(guò)程中有搭邊現(xiàn)象，但不能堆積過(guò)多。第3級(jí)輸送比第2級(jí)輸送快一點(diǎn)，使袋子與袋子首尾相接。第4級(jí)輸送調(diào)整到抓取需要的距離，由裝箱機(jī)的伺服電機(jī)M2驅(qū)動(dòng)與控制。

4 多層裝箱的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

多層裝箱的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用固定的運(yùn)動(dòng)軌跡，解決了裝箱過(guò)程的二維運(yùn)動(dòng)，使機(jī)械機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作維護(hù)方便，提高了設(shè)備的使用效率，降低了能耗，運(yùn)動(dòng)軌跡如圖6.運(yùn)行軌跡主要由水平導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、抓取頭連接座、移動(dòng)連接機(jī)構(gòu)、導(dǎo)軌槽、垂直導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、傳送鏈條、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、安裝板等組成。

4. 1平面導(dǎo)向機(jī)構(gòu)

平面導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由水平和垂直導(dǎo)向機(jī)構(gòu)組成(見(jiàn)圖6)，水平導(dǎo)向機(jī)構(gòu)作用是水平導(dǎo)向和水平滑動(dòng)。抓取袋子工裝機(jī)構(gòu)安裝在連接座上，安裝座安裝在垂直導(dǎo)向機(jī)構(gòu)上，連接驅(qū)動(dòng)鏈條，垂直導(dǎo)向機(jī)構(gòu)安裝在水平導(dǎo)向軸上，隨著水平導(dǎo)向機(jī)構(gòu)整體移動(dòng)。這樣抓袋子工裝機(jī)構(gòu)就可以在同一平面上沿著運(yùn)行軌道曲線平穩(wěn)運(yùn)行，將枕形袋從抓取工位放入箱子中完成裝箱。

圖6運(yùn)動(dòng)軌跡與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)示意

4. 2固定軌跡傳送機(jī)構(gòu)

固定傳送機(jī)構(gòu)的作用是抓袋工裝按照固定的運(yùn)動(dòng)軌跡移動(dòng)。固定傳送機(jī)構(gòu)主要由移動(dòng)連接機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)鏈條、鏈條導(dǎo)向槽、鏈輪、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(減速機(jī)和伺服電機(jī))等組成(見(jiàn)圖6)，傳送鏈條和抓取頭連接座連接在一起，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)鏈條沿著鏈條導(dǎo)軌槽運(yùn)動(dòng)，按照裝箱工序，通過(guò)控制伺服電機(jī)的位移量，將枕形袋從初始位抓取放入箱子里不同層中完成裝箱。

4. 3傳動(dòng)運(yùn)行的參數(shù)設(shè)置

通過(guò)人機(jī)界面，運(yùn)動(dòng)行程可編程，對(duì)于不同的產(chǎn)品規(guī)格和包裝形式，進(jìn)行多列多層裝箱。一臺(tái)裝箱機(jī)，適應(yīng)于批量小、規(guī)格多的日化、白酒、農(nóng)藥的異型瓶裝箱，枕形袋包裝(如乳品、小食品、調(diào)味品、食鹽、白糖等)的多層裝箱，有廣泛推廣意義。

初始位定義，裝箱機(jī)在初始開(kāi)機(jī)和正常停機(jī)抓取工裝的停留位稱(chēng)之為初始位。一般情況下，程序設(shè)計(jì)者會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)尋找初始位的程序，使裝箱機(jī)在運(yùn)行中有一個(gè)準(zhǔn)確的初始位(或參考位).對(duì)于安裝好的裝箱機(jī)，枕形袋輸送鏈平面距離初始位的距離L1(常數(shù))，輸箱鏈到平面距離初始位的軌跡距離L2(常數(shù))，對(duì)于不同的裝箱產(chǎn)品，裝箱規(guī)格要進(jìn)行枕形袋高度h，設(shè)定，裝箱的層數(shù)k設(shè)定，包裝紙箱厚度h2設(shè)定，這些參數(shù)確定后，裝箱機(jī)就會(huì)按照要求完成裝箱過(guò)程。

4. 4裝箱傳動(dòng)過(guò)程

裝箱機(jī)的抓取工裝在正常停機(jī)時(shí)停留在初始位(按照功能也可稱(chēng)之為等待位)，開(kāi)機(jī)后設(shè)定相關(guān)參數(shù)，按照裝箱的工藝運(yùn)行。

1)檢測(cè)枕形袋輸送是否到位，如果沒(méi)到位等待枕形袋到位，到位后運(yùn)行L1一h1位移，抓袋，設(shè)定n=1；

2)運(yùn)行L1 + L2一h2一((n+1)h1位移到第n層放袋位，如果檢測(cè)紙箱沒(méi)到位，需要在初始位等待，同時(shí)在運(yùn)行的過(guò)程中，根據(jù)數(shù)字包裝周期的數(shù)據(jù)，抓袋工裝進(jìn)行調(diào)整，對(duì)

抓袋子進(jìn)行歸攏和調(diào)整，運(yùn)行到第n層放袋工位放下袋子，第n層袋子裝入箱子，同時(shí)n=n+1。

3)運(yùn)行L11+ L2一h2一((n+1)h1位移到抓袋位，如果檢測(cè)到枕形袋沒(méi)有到位，在初始位等待，同時(shí)在運(yùn)行的過(guò)程中，根據(jù)數(shù)字包裝周期的數(shù)據(jù)，對(duì)抓袋工裝復(fù)位，開(kāi)始抓袋;

4)重復(fù)2)和3)，完成每一層的裝箱，直到n-k時(shí)，箱子裝滿(mǎn)，完成一個(gè)裝箱周期，輸送滿(mǎn)箱和空箱，返回到1)步，進(jìn)行下一箱的裝箱。