紙箱包裝機是飲料生產線中的主要設備之一,它代替了手工裝箱并極大地提高了生產力。該文主要介紹了紙箱包裝機氣動系統的設計,包括紙板供送作業回路、紙箱成型裝箱回路、噴膠封箱整型回路設計。實驗結果表明該氣動系統的設計是可行的,用可編程控制器控制安全、可靠。

1、引言

　　紙箱包裝機是近二十余年來隨著現代包裝工業發展和運輸集裝化發展而發展起來的機、電、光、氣一體化的新型包裝設備,它是產品包裝實現機械化、自動化的關鍵之一,因此在國內外的啤酒、飲料、奶制品生產線中越來越起著重要的作用。它不僅提高生產效率,改善生產條件,降低生產、運輸成本,而且對產品包裝起到裝飾作用,增強產品的市場競爭力。因此,紙箱包裝機有著廣闊的應用前景。為迎合這種發展趨勢,本文在研究和消化國內外紙箱包裝機的基礎上研制了一種新型紙箱包裝機,采用了交流伺服驅動、氣動、PLC 控制技術,代替傳統的機械傳動系統。

　　氣動系統是以壓縮空氣為工作介質進行能量傳遞或信號傳遞的系統。它以壓縮空氣為動力,通過氣動元件來完成預定要求動作,實現生產過程的機械化及自動化。紙箱包裝機利用氣動元件完成紙箱成型、物品裝箱、粘合整型等包裝動作,具有快速、安全、可靠、低成本及易實現自動化等特點,并且采用壓縮空氣作為成型、粘合的動力,能耗少,不污染環境。本紙箱包裝機紙板的供送、被包裝物品的分組排列、紙箱成型、粘合整型均采用氣動系統來完成。執行元件是氣缸,由PLC 控制電磁換向閥來實現各個氣缸的動作,工作可靠,使用維修方便,具有較好的應用前景及推廣價值。

2、紙箱包裝機的分類

　　紙箱包裝機根據紙板成型和物料進入的先后順序可分為預成型式紙箱包裝機和后成型紙箱包裝機,后成型包裝機依據紙板與物料進入包裝機的相對位置可分為直線式、直角式、并列式和下沉式紙箱包裝機。本文是針對下沉式紙箱包裝機的氣動部分研制過程進行探討分析。

3、紙箱包裝機的氣動系統構成及工作原理

3.1、紙箱包裝機氣動系統構成

　　紙箱包裝機主要由紙板儲存區、進瓶輸送帶、分瓶機構、降落式紙箱成型區、整型噴膠封箱區、熱溶膠系統、機架、氣動電氣及PLC 控制板等部分組成 。整機從氣動部分功能上來分可分為3 部分: ①紙板供送作業部分; ②紙箱成型裝箱作業部分; ③噴膠封箱整型作業部分。

3.2、氣動系統的工作原理

　　該機氣動系統原理如圖1 所示,其工作原理敘述如下。

1. 進氣總閥門　2. 空氣過濾器　3. 主壓力調節減壓閥(帶壓力表) 　4 、18 、20 、29 、37 、44 、50 、55. 二位四通電磁閥　5 、9 、11 、17 、19 、21 、25 、30 、31 、34 、38 、39 、42 、45 、49 、51 、54 、56 、58. 插入式節流調速閥　6. 吸紙板裝置升降氣缸磁性開關1 　7. 吸紙板裝置升降氣缸磁性開關28. 吸紙板裝置升降氣缸　10 、33 、41. 二位二通電磁閥　12. 真空發生器　13 、61. 消聲器　14. 真空過濾器　15. 真空吸盤　16. 打紙板氣缸22 、28. 托盤升降氣缸磁性開關1 　23 、27. 托盤升降氣缸磁性開關2 　24. 托盤升降氣缸(左) 　26. 托盤升降氣缸(右) 　32. 分瓶氣缸35 、36. 左、右噴膠頭　40. 旋轉氣缸(帶磁性開關) 　43. 前噴膠頭　46. 前封箱升降氣缸磁性開關1 　47. 前封箱升降氣缸磁性開關248. 前封箱升降氣缸　52 、53. 前封箱氣缸　57 、59 、60. 左、右側封氣缸和整型氣缸

圖1 　氣動系統原理圖

1) 紙板供送作業回路

　　為了完成紙板供送動作,設置紙板供送回路。當氣路接通后,氣流由進氣總閥門1 —空氣過濾器2 —主壓力調節減壓閥3 —電磁閥4 —插入式節流調速閥5 —吸紙板裝置升降氣缸8 的無桿腔,使氣缸處于伸出狀態,吸紙板裝置升降氣缸磁性活塞環達到磁性開關7 ,磁性開關7 發生感應,可編程控制器檢測到該信號,使真空發生器動作,其氣路流動為:氣流由進氣總閥門1 —空氣過濾器2 —主壓力調節減壓閥3 —電磁閥10 —插入式節流調速閥11 —真空發生器12 (產生真空負壓) —真空過濾器14 —真空吸盤15 (負壓) ,正壓氣體在真空發生器中經消聲器13 排入大氣中;當吸紙板裝置升降電磁閥4 動作時,氣路流動方向為:氣流由進氣總閥門1 —空氣過濾器2 —主壓力調節減壓閥3 —電磁閥4 —插入式節流調速閥9 —吸紙板裝置升降氣缸8 的有桿腔,使氣缸處于縮進狀態,吸紙板裝置升降氣缸磁性活塞環達到磁性開關6 ,磁性開關6 發生感應,可編程控制器檢測到該信號,真空發生器電磁閥10 動作,空氣經消聲器13 —真空發生器12 —真空過濾器14 —流向吸盤15 ,使吸盤與紙板分離,此時消聲器起過濾器作用。紙板從紙板倉中被吸下,紙板檢測接近開關光線被擋住,發生感應,可編程控制器檢測到該信號,控制打紙板氣缸16 動作,其氣路流動為:氣流由進氣總閥門1 —空氣過濾器2 —主壓力調節減壓閥3 —電磁閥18 —插入式節流調速閥17 —氣缸的無桿腔,紙板在過橋滾輪配合作用下被送往分瓶(罐) 器;打紙板氣缸控制電磁閥18 動作,氣缸回原位。至此整個紙板供送循環完成。

2) 紙箱成型裝箱作業回路

　　為了完成紙箱成型裝箱動作,設置紙箱成型裝箱回路。分瓶機構處檢測紙板、被包裝物品接近開關光線同時發生感應,可編程控制器檢測到該信號,控制托盤升降氣缸24 、26 動作,其氣路流動為:氣流由進氣總閥門1 —空氣過濾器2 —主壓力調節減壓閥3 —電磁閥20 —插入式節流調速閥21 —氣缸的無桿腔,托盤升降氣缸上升到位,使氣缸處于伸出狀態;托盤升降氣缸磁性活塞環達到磁性開關23 、27 ,磁性開關23 、27 發生感應,可編程控制器檢測到該信號,控制分瓶氣缸32 動作,其氣路流動為:氣流由進氣總閥門1 —空氣過濾器2 —主壓力調節減壓閥3 —電磁閥29 —插入式節流調速閥31 —氣缸的有桿腔,延時,電磁閥29 動作,氣缸回原位,被包裝物品進入分瓶器,等待下一包裝循環;被包裝物品與紙板在重力作用下隨托盤升降氣缸24 、26 下降,此時托盤升降氣缸下降,其氣路流動為:氣流由進氣總閥門1 —空氣過濾器2 —主壓力調節減壓閥3 —電磁閥20 —插入式節流調速閥25 —氣缸的有桿腔,使氣缸處于縮進狀態;紙箱成型裝箱工序完成。

3) 噴膠封箱整型作業回路

　　托盤升降氣缸磁性活塞環達到磁性開關22 、28 ,磁性開關22 、28 發生感應,同時,前封箱升降氣缸磁性活塞環達到磁性開關46 ,磁性開關46 發生感應,可編程控制器同時檢測到這2 個信號,控制交流司服電機動作,被包裝物品向前移動一個工位,包裝機重復紙板供送、紙箱成型裝箱動作。當完成3 個紙板供送、紙板成型裝箱動作后,噴膠光電開關被已成型紙箱擋住發生感應,可編程控制器檢測到該信號,兩側噴膠頭35 、36 同時工作,其氣路流動為: 氣流由進氣總閥門1 —空氣過濾器2 —主壓力調節減壓閥3 —電磁閥33 —插入式節流調速閥34 —左、右噴膠頭35 、36 噴膠,延時,電磁閥33 動作,噴膠停止,延時,電磁閥33動作,左、右噴膠頭35 、36 噴膠,延時,電磁閥33 動作,噴膠停止,完成側噴膠動作;完成側噴膠動作后,前噴膠頭由旋轉氣缸40 帶動旋轉,其氣路流動為:氣流由進氣總閥門1 —空氣過濾器2 —主壓力調節減壓閥3 —電磁閥37 —插入式節流調速閥38 —擺動氣缸右腔;旋轉氣缸旋轉的同時,前噴膠頭噴膠,其氣路流動為:氣流由進氣總閥門1 —空氣過濾器2 —主壓力調節減壓閥3 —電磁閥41 —插入式節流調速閥42 —前噴膠頭43 噴膠,當擺動旋轉氣缸擺動到磁性開關,磁性開關發生感應,可編程控制器檢測到該信號,電磁閥41 動作,前噴膠停止;同時前封箱升降氣缸48 下降,其氣路流動為:氣流由進氣總閥門1 —空氣過濾器2 —主壓力調節減壓閥3 —電磁閥44 —插入式節流調速閥45 —氣缸的無桿腔,前封箱升降氣缸磁性活塞環達到磁性開關47 ,磁性開關47 發生感應,可編程控制器檢測到該信號,控制前封箱氣缸52 、53 動作,其氣路流動為:氣流由進氣總閥門1 —空氣過濾器2 —主壓力調節減壓閥3 —電磁閥50 —插入式節流調速閥51 —氣缸的無桿腔,延時,前封箱動作完成,電磁閥50 動作,前封箱氣缸52 、53 回原位;電磁閥44 動作,前封箱升降氣缸上升,前封箱升降氣缸磁性活塞環達到磁性開關46 ,磁性開關46 發生感應,當滿足交流伺服電機工作條件時,交流伺服電機動作,被包裝物向前移動一個工位,到達側封工位,左、右側封及整型氣缸57 、59 、60 在同一電磁閥55 控制下動作,其氣路流動為:氣流由進氣總閥門1 —空氣過濾器2 —主壓力調節減壓閥3 —電磁閥55 —插入式節流調速閥56 —左、右側封氣缸和整型氣缸57 、59 、60 的無桿腔,延時,電磁閥55 動作,氣缸回位,整個封箱過程完成,被包裝物移出。

4、結果與討論

　　經過分析與實驗,采用氣動系統及PLC 控制的紙箱包裝機供送紙板、紙箱成型、裝箱、封箱整型等實驗指標均能滿足設計要求,能夠可靠地實現自動化裝箱包裝過程。與機械式紙箱包裝機相比,其具有以下優點:

　　(1) 紙板供送機構用氣缸代替凸輪實現動作,位置精確,性能可靠;

　　(2) 增加了分紙板螺釘有效的避免了雙紙板產生;

　　(3) 用真空發生器代替真空泵,安裝方便,減少維修,降低成本;

　　(4) 采用氣動系統實現紙箱包裝機的紙板供送、紙箱成型、噴膠、封箱整型,結構緊湊簡捷,自動化程度高。

　　總之,這種紙箱包裝機可以完成飲料生產線包裝作業,并且,通過改變分瓶器裝置,調整噴膠、封箱、整型氣缸位置,可以改變包裝規格,滿足市場變化需求。因此,這種紙箱包裝機的研制與開發,不但具有較好的應用前景,也具有顯著的經濟效益和良好的社會效益。