纸箱包装机气动系统的设计

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)河南农业大学机电工程学院 作者:赵汉雨

  纸箱包装机是饮料生产线中的主要设备之一,它代替了手工装箱并极大地提高了生产力。该文主要介绍了纸箱包装机气动系统的设计,包括纸板供送作业回路、纸箱成型装箱回路、喷胶封箱整型回路设计。实验结果表明该气动系统的设计是可行的,用可编程控制器控制安全、可靠。

1、引言

  纸箱包装机是近二十余年来随着现代包装工业发展和运输集装化发展而发展起来的机、电、光、气一体化的新型包装设备,它是产品包装实现机械化、自动化的关键之一,因此在国内外的啤酒、饮料、奶制品生产线中越来越起着重要的作用。它不仅提高生产效率,改善生产条件,降低生产、运输成本,而且对产品包装起到装饰作用,增强产品的市场竞争力。因此,纸箱包装机有着广阔的应用前景。为迎合这种发展趋势,本文在研究和消化国内外纸箱包装机的基础上研制了一种新型纸箱包装机,采用了交流伺服驱动、气动、PLC 控制技术,代替传统的机械传动系统。

  气动系统是以压缩空气为工作介质进行能量传递或信号传递的系统。它以压缩空气为动力,通过气动元件来完成预定要求动作,实现生产过程的机械化及自动化。纸箱包装机利用气动元件完成纸箱成型、物品装箱、粘合整型等包装动作,具有快速、安全、可靠、低成本及易实现自动化等特点,并且采用压缩空气作为成型、粘合的动力,能耗少,不污染环境。本纸箱包装机纸板的供送、被包装物品的分组排列、纸箱成型、粘合整型均采用气动系统来完成。执行元件是气缸,由PLC 控制电磁换向阀来实现各个气缸的动作,工作可靠,使用维修方便,具有较好的应用前景及推广价值。

2、纸箱包装机的分类

  纸箱包装机根据纸板成型和物料进入的先后顺序可分为预成型式纸箱包装机和后成型纸箱包装机,后成型包装机依据纸板与物料进入包装机的相对位置可分为直线式、直角式、并列式和下沉式纸箱包装机。本文是针对下沉式纸箱包装机的气动部分研制过程进行探讨分析。

3、纸箱包装机的气动系统构成及工作原理

3.1、纸箱包装机气动系统构成

  纸箱包装机主要由纸板储存区、进瓶输送带、分瓶机构、降落式纸箱成型区、整型喷胶封箱区、热溶胶系统、机架、气动电气及PLC 控制板等部分组成 。整机从气动部分功能上来分可分为3 部分: ①纸板供送作业部分; ②纸箱成型装箱作业部分; ③喷胶封箱整型作业部分。

3.2、气动系统的工作原理

  该机气动系统原理如图1 所示,其工作原理叙述如下。

气动系统原理图

1. 进气总阀门 2. 空气过滤器 3. 主压力调节减压阀(带压力表)  4 、18 、20 、29 、37 、44 、50 、55. 二位四通电磁阀 5 、9 、11 、17 、19 、21 、25 、30 、31 、34 、38 、39 、42 、45 、49 、51 、54 、56 、58. 插入式节流调速阀 6. 吸纸板装置升降气缸磁性开关1  7. 吸纸板装置升降气缸磁性开关28. 吸纸板装置升降气缸 10 、33 、41. 二位二通电磁阀 12. 真空发生器 13 、61. 消声器 14. 真空过滤器 15. 真空吸盘 16. 打纸板气缸22 、28. 托盘升降气缸磁性开关1  23 、27. 托盘升降气缸磁性开关2  24. 托盘升降气缸(左)  26. 托盘升降气缸(右)  32. 分瓶气缸35 、36. 左、右喷胶头 40. 旋转气缸(带磁性开关)  43. 前喷胶头 46. 前封箱升降气缸磁性开关1  47. 前封箱升降气缸磁性开关248. 前封箱升降气缸 52 、53. 前封箱气缸 57 、59 、60. 左、右侧封气缸和整型气缸

图1  气动系统原理图

1) 纸板供送作业回路

  为了完成纸板供送动作,设置纸板供送回路。当气路接通后,气流由进气总阀门1 —空气过滤器2 —主压力调节减压阀3 —电磁阀4 —插入式节流调速阀5 —吸纸板装置升降气缸8 的无杆腔,使气缸处于伸出状态,吸纸板装置升降气缸磁性活塞环达到磁性开关7 ,磁性开关7 发生感应,可编程控制器检测到该信号,使真空发生器动作,其气路流动为:气流由进气总阀门1 —空气过滤器2 —主压力调节减压阀3 —电磁阀10 —插入式节流调速阀11 —真空发生器12 (产生真空负压) —真空过滤器14 —真空吸盘15 (负压) ,正压气体在真空发生器中经消声器13 排入大气中;当吸纸板装置升降电磁阀4 动作时,气路流动方向为:气流由进气总阀门1 —空气过滤器2 —主压力调节减压阀3 —电磁阀4 —插入式节流调速阀9 —吸纸板装置升降气缸8 的有杆腔,使气缸处于缩进状态,吸纸板装置升降气缸磁性活塞环达到磁性开关6 ,磁性开关6 发生感应,可编程控制器检测到该信号,真空发生器电磁阀10 动作,空气经消声器13 —真空发生器12 —真空过滤器14 —流向吸盘15 ,使吸盘与纸板分离,此时消声器起过滤器作用。纸板从纸板仓中被吸下,纸板检测接近开关光线被挡住,发生感应,可编程控制器检测到该信号,控制打纸板气缸16 动作,其气路流动为:气流由进气总阀门1 —空气过滤器2 —主压力调节减压阀3 —电磁阀18 —插入式节流调速阀17 —气缸的无杆腔,纸板在过桥滚轮配合作用下被送往分瓶(罐) 器;打纸板气缸控制电磁阀18 动作,气缸回原位。至此整个纸板供送循环完成。

2) 纸箱成型装箱作业回路

  为了完成纸箱成型装箱动作,设置纸箱成型装箱回路。分瓶机构处检测纸板、被包装物品接近开关光线同时发生感应,可编程控制器检测到该信号,控制托盘升降气缸24 、26 动作,其气路流动为:气流由进气总阀门1 —空气过滤器2 —主压力调节减压阀3 —电磁阀20 —插入式节流调速阀21 —气缸的无杆腔,托盘升降气缸上升到位,使气缸处于伸出状态;托盘升降气缸磁性活塞环达到磁性开关23 、27 ,磁性开关23 、27 发生感应,可编程控制器检测到该信号,控制分瓶气缸32 动作,其气路流动为:气流由进气总阀门1 —空气过滤器2 —主压力调节减压阀3 —电磁阀29 —插入式节流调速阀31 —气缸的有杆腔,延时,电磁阀29 动作,气缸回原位,被包装物品进入分瓶器,等待下一包装循环;被包装物品与纸板在重力作用下随托盘升降气缸24 、26 下降,此时托盘升降气缸下降,其气路流动为:气流由进气总阀门1 —空气过滤器2 —主压力调节减压阀3 —电磁阀20 —插入式节流调速阀25 —气缸的有杆腔,使气缸处于缩进状态;纸箱成型装箱工序完成。

3) 喷胶封箱整型作业回路

  托盘升降气缸磁性活塞环达到磁性开关22 、28 ,磁性开关22 、28 发生感应,同时,前封箱升降气缸磁性活塞环达到磁性开关46 ,磁性开关46 发生感应,可编程控制器同时检测到这2 个信号,控制交流司服电机动作,被包装物品向前移动一个工位,包装机重复纸板供送、纸箱成型装箱动作。当完成3 个纸板供送、纸板成型装箱动作后,喷胶光电开关被已成型纸箱挡住发生感应,可编程控制器检测到该信号,两侧喷胶头35 、36 同时工作,其气路流动为: 气流由进气总阀门1 —空气过滤器2 —主压力调节减压阀3 —电磁阀33 —插入式节流调速阀34 —左、右喷胶头35 、36 喷胶,延时,电磁阀33 动作,喷胶停止,延时,电磁阀33动作,左、右喷胶头35 、36 喷胶,延时,电磁阀33 动作,喷胶停止,完成侧喷胶动作;完成侧喷胶动作后,前喷胶头由旋转气缸40 带动旋转,其气路流动为:气流由进气总阀门1 —空气过滤器2 —主压力调节减压阀3 —电磁阀37 —插入式节流调速阀38 —摆动气缸右腔;旋转气缸旋转的同时,前喷胶头喷胶,其气路流动为:气流由进气总阀门1 —空气过滤器2 —主压力调节减压阀3 —电磁阀41 —插入式节流调速阀42 —前喷胶头43 喷胶,当摆动旋转气缸摆动到磁性开关,磁性开关发生感应,可编程控制器检测到该信号,电磁阀41 动作,前喷胶停止;同时前封箱升降气缸48 下降,其气路流动为:气流由进气总阀门1 —空气过滤器2 —主压力调节减压阀3 —电磁阀44 —插入式节流调速阀45 —气缸的无杆腔,前封箱升降气缸磁性活塞环达到磁性开关47 ,磁性开关47 发生感应,可编程控制器检测到该信号,控制前封箱气缸52 、53 动作,其气路流动为:气流由进气总阀门1 —空气过滤器2 —主压力调节减压阀3 —电磁阀50 —插入式节流调速阀51 —气缸的无杆腔,延时,前封箱动作完成,电磁阀50 动作,前封箱气缸52 、53 回原位;电磁阀44 动作,前封箱升降气缸上升,前封箱升降气缸磁性活塞环达到磁性开关46 ,磁性开关46 发生感应,当满足交流伺服电机工作条件时,交流伺服电机动作,被包装物向前移动一个工位,到达侧封工位,左、右侧封及整型气缸57 、59 、60 在同一电磁阀55 控制下动作,其气路流动为:气流由进气总阀门1 —空气过滤器2 —主压力调节减压阀3 —电磁阀55 —插入式节流调速阀56 —左、右侧封气缸和整型气缸57 、59 、60 的无杆腔,延时,电磁阀55 动作,气缸回位,整个封箱过程完成,被包装物移出。

4、结果与讨论

  经过分析与实验,采用气动系统及PLC 控制的纸箱包装机供送纸板、纸箱成型、装箱、封箱整型等实验指标均能满足设计要求,能够可靠地实现自动化装箱包装过程。与机械式纸箱包装机相比,其具有以下优点:

  (1) 纸板供送机构用气缸代替凸轮实现动作,位置精确,性能可靠;

  (2) 增加了分纸板螺钉有效的避免了双纸板产生;

  (3) 用真空发生器代替真空泵,安装方便,减少维修,降低成本;

  (4) 采用气动系统实现纸箱包装机的纸板供送、纸箱成型、喷胶、封箱整型,结构紧凑简捷,自动化程度高。

  总之,这种纸箱包装机可以完成饮料生产线包装作业,并且,通过改变分瓶器装置,调整喷胶、封箱、整型气缸位置,可以改变包装规格,满足市场变化需求。因此,这种纸箱包装机的研制与开发,不但具有较好的应用前景,也具有显著的经济效益和良好的社会效益。

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