摘 要：本文在介紹異形瓶裝箱的系統(tǒng)組成和控制方案的基礎(chǔ)上，提出了解決異形瓶的輸送和瓶整理方法，論述了
伺服電機在異形瓶裝箱過程的作用和抓瓶裝箱過程的不同傳動方案的優(yōu)缺點，論證了初始位在控制過程中的作用。
關(guān) 鍵 詞：異形瓶；裝箱機；伺服電機
Abstract:The structure and control project of the carton packing machine for irregular shaped bottles was introduced.The methods of conveying and sorting the irregular shaped bottles was provided.The function of servo motor used in carton packing process was discussed.The advantages and shortcoming of different transmission in gripping bottle process was compared.The function of initialized position in control process was demonstrated.
Key words:Irregular shaped bottle Carton packaging Servo motor
1 引言
快速消費品行業(yè)里的酒類、日化、調(diào)味品等液態(tài)商品越來越注重產(chǎn)品的個性化包裝，各式各樣的異形瓶（非規(guī)則的圓形瓶）讓人眼花繚亂，豐富繁榮了市場。在工業(yè)化生產(chǎn)的今天，異形瓶的裝箱給包裝機械行業(yè)提出了新的課題，。通過市場調(diào)研，在標(biāo)準(zhǔn)形裝箱機的基礎(chǔ)上，研究開發(fā)出適應(yīng)于異形瓶的裝箱機，投入市場后效果良好，得到了用戶的好評。
2 異形瓶裝箱機的系統(tǒng)組成
2.1裝箱機組成與技術(shù)規(guī)格
（1）組成。異形瓶裝箱機主要由瓶輸送機構(gòu)、箱輸送機構(gòu)、抓瓶裝箱機構(gòu)組成，如圖1所示。瓶輸送機構(gòu)，對單列送的異形瓶通過變道輸送，將單列瓶輸送變成多列的瓶輸送，滿足抓瓶裝箱的需要。箱輸送機構(gòu)是對裝瓶前箱子和裝瓶后箱子的輸送。抓瓶裝箱機構(gòu)按照一定的運行軌跡，將排列規(guī)律的瓶子裝箱，每次可以裝一箱或多箱。
（2）主要技術(shù)指標(biāo)。紙箱尺寸：根據(jù)用戶要求設(shè)計調(diào)整范圍；瓶型規(guī)格：根據(jù)用戶要求設(shè)計調(diào)整范圍；生產(chǎn)速度：12箱/分鐘（可調(diào)）；電源：380V、50HZ；總功率：4kw；耗 氣 量：0.6m3/min、 用氣壓力：0.6Mpa。
圖中：1 抓瓶裝箱機構(gòu) 2 瓶輸送機構(gòu) 3 箱輸送機構(gòu)
圖1異形瓶裝箱機的組成示意圖
2.2裝箱機的控制方案
異形瓶裝箱機的控制系統(tǒng)主要由可編程控制器G1、人機界面G2、伺服控制驅(qū)動器A1、伺服控制驅(qū)動器A2、
變頻器A3、變頻器A4、檢測/執(zhí)行元件組成，如圖2所示。G1、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)均可在人機界面上完成。伺服控制驅(qū)動器A1、A2驅(qū)動控制伺服電機M1和M2，完成瓶子變道和裝箱過程的控制，PLC通過高速輸出口對A1、A2發(fā)送脈沖，改變脈沖的發(fā)送頻率和數(shù)量控制伺服電機的運行。A3、A4變頻器控制電機M3和M4，完成瓶子和箱子的輸送，通過RS485總線控制電機M3和M4的速度和啟停。
圖2 異形瓶裝箱機的控制系統(tǒng)示意圖
3 裝箱機理瓶方案分析與設(shè)計
產(chǎn)品灌裝和貼標(biāo)后通過輸送鏈，瓶子單排或雙排（通過特定機構(gòu)改變）輸送到裝箱設(shè)備。對于圓形瓶子通過相互推碰、避讓可以從單列變成多列，瓶子在多列鏈道內(nèi)形成規(guī)律的排列。對于異形瓶子，從單列變成多列就無法通過相互推碰、避讓達到目的。對于異形瓶的裝箱，瓶子的輸送整理是一個關(guān)鍵問題，我們采用了兩種解決方案。
3.1一列變多列的輸送整理方法
一列變多列的輸送整理方法（以下稱為方法1）如圖3所示，通過M2控制移動的裝置將單列輸送的瓶子，依次送到多列輸送鏈的各個道口，使一列瓶子的輸送變成多輸送，優(yōu)點在于瓶子的輸送幾乎不間斷。
控制
伺服電機M2的位移過程中，對于伺服電機M2有一個初始位設(shè)置，為了使每一道上的瓶子數(shù)量均勻，必須對進入每道的瓶子進行記數(shù)，邊道進入的數(shù)量是中間道的2倍，以便減少移道的次數(shù)，止瓶裝置為了防止移道過程中卡瓶，瓶子隨著移道機構(gòu)同步移動。
圖3異形瓶一列變多列的瓶整理示意圖
1. 單列輸送帶 2. 瓶變道機構(gòu) 3.瓶子輸送機構(gòu)
3.2 列變行步移輸送整理方法
列變行步移輸送整理方法（以下稱為方法2）如圖4所示，主要由單雙排輸送鏈、單排變雙排機構(gòu)、多排輸送步移鏈組成。電機M3驅(qū)動單雙排輸送鏈，伺服電機M2驅(qū)動多排輸送步移鏈，每次步移兩行瓶子。單排變雙排的目的是減少伺服電機M2步移的等待時間，提高瓶子的輸送速度。該方法機構(gòu)簡單，控制相對容易。
3.3 兩種輸送整理方法的比較
共同點是均能完成異形瓶子從一列輸送變成多列輸送，采用了伺服電機的精確運行功能。不同點方法1比方法2的機械機構(gòu)和控制方法復(fù)雜，方法1的輸入整理速度比方法2快，方法1沒有改變瓶子的輸送方向，方法2改變了瓶子的輸送方向，方法1比方法2的設(shè)備布局簡單。
圖中：1單列變雙列機構(gòu) 2雙列輸瓶鏈 3多排瓶子輸送鏈
圖4異形瓶由列變行的瓶整理示意圖
4 抓瓶裝箱的設(shè)計和控制
4.1 抓瓶裝箱的組成
抓瓶裝箱主要由驅(qū)動和傳動系統(tǒng)、抓瓶機構(gòu)、開箱機構(gòu)（針對紙箱）、導(dǎo)向機構(gòu)（水平和垂直方向）等組成。驅(qū)動由伺服電機M1驅(qū)動，根據(jù)裝箱過程的運動軌跡，精確的控制運行情況。抓箱機構(gòu)根據(jù)不同的瓶型和箱型設(shè)計不同的機構(gòu)，根據(jù)設(shè)計的不同，每次可以抓一箱或多箱。開箱機構(gòu)主要針對紙箱，將紙箱的上封箱沿分開，便于瓶子的裝入。導(dǎo)向機構(gòu)的作用是裝箱過程中進行導(dǎo)向，包括水平和垂直兩個方向，垂直導(dǎo)向機構(gòu)安裝在水平導(dǎo)向機構(gòu)上，可以整體水平移動。
4.2 抓瓶裝箱運動軌跡的設(shè)計
（1）大鏈輪傳輸方案。大鏈輪傳輸方案的傳動關(guān)系示意圖如圖5所示，由驅(qū)動大鏈輪、傳送鏈條、抓瓶機構(gòu)等組成。伺服電機M1驅(qū)動大鏈輪，兩個被動輪的小鏈輪對鏈條的傳動進行定向，提高了傳輸?shù)钠椒€(wěn)性。大減速比的減速機增加了驅(qū)動扭矩，抓瓶的載重量集中在鏈條上。通過導(dǎo)向機構(gòu)，在鏈條的帶動下，做平面兩維運動，平穩(wěn)的把瓶子從輸送鏈上抓起放到空箱子中。
圖中： 1驅(qū)動大鏈輪 2傳送鏈條3抓瓶機構(gòu)
圖5 抓瓶裝箱傳動關(guān)系示意圖(1)
（2）小鏈輪加滑軌的傳輸方案。小鏈輪加滑軌的傳輸方案的傳動關(guān)系示意圖如圖6所示，由驅(qū)動小鏈輪、被動小鏈輪、傳送鏈條、滑動軌道、抓瓶機構(gòu)等組成。伺服電機M1驅(qū)動小鏈輪，減小了傳動扭矩，減速機的減速比相對減小，增加了驅(qū)動電機的扭矩，抓瓶的載重量集中在鏈條或滑動輪上，同方案1比較各有優(yōu)缺點。通過導(dǎo)向機構(gòu)，做平面兩維運動，平穩(wěn)的把瓶子從輸送鏈上抓起放到空箱子中。
圖中：1運動滑軌 2滑動連接軸承 3傳送鏈條 4抓瓶機構(gòu)
圖6 抓瓶裝箱傳動關(guān)系示意圖(2)
4.3 初始位在運動控制過程中的作用
對于任意一個傳送方案，伺服電機M1不可能連續(xù)運轉(zhuǎn)，必須按照一定的運行軌跡正反轉(zhuǎn)運行，抓完瓶后正轉(zhuǎn)運行裝箱，放完瓶后反轉(zhuǎn)，再去抓瓶。為了使伺服電機M1有序運行，伺服電機M1就必須有初始位，初始位一般設(shè)在抓瓶的上方。在裝箱過程中，瓶子和箱子沒有就位，抓瓶機構(gòu)在初始位等待，就位后開始運行抓瓶、裝箱。正常停機停在初始位，緊急停車時，停在任意位置，開機后繼續(xù)運行。
4.4 簡易智能型控制方法
機械式抓瓶機構(gòu)在抓瓶和裝箱過程中會出現(xiàn)卡瓶現(xiàn)象，通過光電開關(guān)檢測卡瓶現(xiàn)象，對于普通
裝箱機只有通過停機解決，否則就損壞抓瓶頭等部件。對于異形瓶裝箱機，由于采用伺服電機控制，控制過程中，如果在抓瓶處卡瓶，抓瓶機構(gòu)漫速退回初始位，再漫速下降到抓瓶處，如果在裝箱處卡瓶，抓瓶機構(gòu)漫速倒退一個瓶高的距離，再漫速下降到裝箱處。在這個過程中，操作人員可以及時處理卡瓶現(xiàn)象，沒有及時處理，檢測到再次卡瓶，設(shè)備自動停機，減少了故障和停機次數(shù)，同時保護了抓瓶機構(gòu)不損壞。
5 結(jié)束語
異形瓶的
裝箱機從機械設(shè)計中本著簡單易調(diào)試的思路設(shè)計，很好的解決了異形瓶的輸送整理難題，在裝箱機的設(shè)計中首次采用了伺服電機的優(yōu)越性，簡化了機械的機構(gòu)設(shè)計。本文為了保護設(shè)計者的技術(shù)權(quán)益，對解決問題的方法和途徑進行了設(shè)計探討，具體的實施過程和控制方法不便敘述，請讀者諒解。對運行過程進行反序調(diào)整，通過對程序的修改還可以作為卸箱機使用。
參考文獻（略）
作者簡介
張有良（1962-）男 高級工程師，長期從事食品、飲料、乳品、包裝機械等的電氣設(shè)計和研究工作。
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