連續(xù)回轉(zhuǎn)式擰緊工藝運(yùn)動(dòng)分析

連續(xù)回轉(zhuǎn)式擰緊工藝運(yùn)動(dòng)分析

0瓶鏈帶主要構(gòu)件設(shè)計(jì)大多數(shù)食品和液體飲料的塑料薄膜包裝都采用了防水蓋的密封結(jié)構(gòu)。灌裝生產(chǎn)線中的連續(xù)回轉(zhuǎn)式擰蓋機(jī),是一種高效率的瓶裝封口設(shè)備,主要由輸瓶鏈道、瓶蓋滑道、進(jìn)瓶星輪、上蓋盤、擰蓋轉(zhuǎn)臺(tái)、出瓶星輪等部件組成。擰蓋轉(zhuǎn)臺(tái)是擰蓋機(jī)最主要的部件,由擰蓋頭總成、擰蓋齒輪系、擰蓋凸輪機(jī)構(gòu)、主傳動(dòng)齒輪副等部分組成,而擰蓋頭總成是其中最關(guān)鍵的部分,包括拾蓋機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和扭矩限制機(jī)構(gòu)等。擰蓋機(jī)運(yùn)行的可靠性直接影響著包裝產(chǎn)品的質(zhì)量,而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理,直接影響著擰蓋機(jī)運(yùn)行的可靠性。1擰緊的基本設(shè)計(jì)理念1.1拉緊裝蓋機(jī)設(shè)計(jì)全自動(dòng)回轉(zhuǎn)式擰蓋機(jī),必需保證瓶蓋從供料到擰蓋結(jié)束的整個(gè)過程中不破損,要求蓋子所受的壓力很小,防盜圈不受剪切力和扭力。而擰蓋頭在拾蓋、擰蓋過程中要做公轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)及上下往復(fù)運(yùn)動(dòng),這就要求擰蓋頭在運(yùn)動(dòng)過程中與瓶蓋、瓶身的對(duì)中性好,抓蓋準(zhǔn)確,擰轉(zhuǎn)到位。針對(duì)不同的瓶口、瓶蓋,擰蓋機(jī)的結(jié)構(gòu)又有所不同,需要改型和創(chuàng)新設(shè)計(jì)。有的瓶蓋,防盜圈與蓋子直徑一樣大;有的瓶蓋,防盜圈比蓋子直徑略大,這種瓶蓋在擰蓋封口過程中受壓力時(shí)很容易受損,影響外觀質(zhì)量;瓶蓋擰緊的同時(shí),不允許因擰蓋頭旋轉(zhuǎn)過度而使蓋子產(chǎn)生劃痕,這是擰蓋機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵目標(biāo)。1.2旋大盤回采加“干草線”,實(shí)現(xiàn)旋相關(guān)性;回轉(zhuǎn)式擰蓋機(jī)的基本原理是擰蓋頭下端的拾蓋器,從上蓋盤中拾取瓶蓋,擰蓋轉(zhuǎn)臺(tái)與瓶口對(duì)中,擰蓋頭作同步圓周運(yùn)動(dòng)的同時(shí),擰蓋頭與瓶子又有差速自轉(zhuǎn),沿導(dǎo)向軸做上下運(yùn)動(dòng),以實(shí)現(xiàn)旋擰動(dòng)作。具體工藝過程如圖1所示。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前,必須先確定擰蓋的工藝過程。擰蓋頭拾蓋的方式主要有套取拾蓋、抓取拾蓋和真空吸蓋等方式。套取拾蓋,必然使瓶蓋受軸向壓力,適用于防盜圈與蓋子直徑一樣大的瓶蓋;對(duì)于防盜圈大于蓋子直徑的瓶蓋,防盜受壓圈容易損壞,需要用抓取拾蓋;真空吸蓋的方式,則需要有中央配氣盤。以防盜圈大于蓋子直徑的瓶蓋為例,選用抓取拾蓋的方式,其結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。除了擰蓋頭公轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)、上下運(yùn)動(dòng)之外,抓夾還需要有張開、夾緊的動(dòng)作。1.3旋轉(zhuǎn)臺(tái)、上蓋盤、瓶口的調(diào)整擰蓋頭隨轉(zhuǎn)臺(tái)做順時(shí)針圓周運(yùn)動(dòng),到達(dá)抓蓋點(diǎn)之前逐漸打開,抓夾并有下降運(yùn)動(dòng)。在擰蓋轉(zhuǎn)臺(tái)與上蓋盤的切點(diǎn)處,瞬間抓蓋、并開始微微上提,以避免蓋子與托蓋盤摩擦受損。隨著轉(zhuǎn)臺(tái)繼續(xù)旋轉(zhuǎn),抓夾帶蓋離開托蓋盤的外沿,開始下降;轉(zhuǎn)過進(jìn)瓶星輪,開始二次下降;與下方的瓶口對(duì)中,實(shí)施旋擰動(dòng)作;擰蓋完成后,抓蓋頭開始打開并上升至初始位置,開始下一循環(huán)。2創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法和步驟針對(duì)不同的瓶口、瓶蓋及螺紋圈數(shù),擰蓋頭的結(jié)構(gòu)尺寸、齒輪的傳動(dòng)比均不相同,通常都需要?jiǎng)?chuàng)新設(shè)計(jì)。2.1傳動(dòng)方式的配置根據(jù)瓶蓋的結(jié)構(gòu),選取適當(dāng)?shù)氖吧w方式,如套取拾蓋、抓取拾蓋和真空吸蓋等。拾蓋方式不同,需要配置的傳動(dòng)方式也不同。根據(jù)瓶口螺紋需要旋合的圈數(shù)和長度,確定擰蓋頭擰緊瓶蓋所需要轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)和需要下降的位移量,確定旋蓋齒輪的傳動(dòng)比及升降凸輪的在旋擰過程中的升程。對(duì)于抓取拾蓋,要根據(jù)抓蓋頭的結(jié)構(gòu),通過計(jì)算或?qū)嶒?yàn)確定抓夾的開合角度,以及控制其開合頂桿的位移量。2.2輪的回轉(zhuǎn)直徑和瓶間距瓶間距是擰蓋設(shè)計(jì)的重要原始數(shù)據(jù),其他條件一定時(shí),瓶間距越大,則擰蓋轉(zhuǎn)臺(tái)及撥瓶星輪的回轉(zhuǎn)直徑也越大,整機(jī)的尺寸也越大。所以瓶間距不可過大,以避免造成整機(jī)尺寸龐大、結(jié)構(gòu)松散。反過來,瓶間距也不能太小,而是要根據(jù)瓶子直徑的大小、所用的擰蓋頭的最大直徑、以及擰蓋轉(zhuǎn)臺(tái)上瓶靠背的外型尺寸等與瓶型、瓶蓋有關(guān)的零件的外形尺寸來確定。2.3邏輯內(nèi)雙頭一瓶/h擰蓋頭的數(shù)量是根據(jù)產(chǎn)量的要求而定的。一般來說每個(gè)擰蓋頭的擰蓋速度為1000~2000瓶/h。擰蓋頭數(shù)量越多,其效率也越高。如3個(gè)頭的擰蓋機(jī),其產(chǎn)量能達(dá)到3000~3500瓶/h;24頭的擰蓋機(jī)最高產(chǎn)量可達(dá)50000瓶/h。另外,在確定擰蓋頭的數(shù)量時(shí)要兼顧撥瓶星輪的工位數(shù),以便系列化設(shè)計(jì)。2.4瓶星輪及盤段設(shè)計(jì)方案擰蓋頭數(shù)和瓶間距確定之后,擰蓋轉(zhuǎn)臺(tái)分度圓的直徑也就隨之確定。式中d——轉(zhuǎn)臺(tái)分度直徑n——擰蓋頭數(shù)p——瓶間距初步確定撥瓶星輪的直徑,初步設(shè)計(jì)進(jìn)、出瓶星輪及上蓋盤圍繞擰蓋轉(zhuǎn)臺(tái)的分布相位平面布置圖,確定擰蓋轉(zhuǎn)臺(tái)的擰蓋區(qū)間。根據(jù)瓶口螺紋的頭數(shù)及螺紋旋合長度,計(jì)算擰蓋區(qū)間內(nèi)擰蓋頭的自轉(zhuǎn)圈數(shù),擰蓋齒輪傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)比,進(jìn)行各齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過對(duì)擰蓋的動(dòng)作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,對(duì)擰蓋齒輪傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)比進(jìn)行修正等。2.5平面布置圖設(shè)計(jì)抓蓋點(diǎn)和放蓋點(diǎn)是凸輪機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵點(diǎn)(如圖3所示),根據(jù)平面布置圖對(duì)凸輪進(jìn)行分區(qū)、升程設(shè)定、曲線設(shè)計(jì)。凸輪曲線的設(shè)計(jì)需平滑連接,并注意各關(guān)鍵點(diǎn)的高度位置和相位角的計(jì)算,可利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。2.6傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)過以上計(jì)算和試驗(yàn)相結(jié)合的設(shè)計(jì)過程之后,可進(jìn)行傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算,包括擰蓋頭總成、轉(zhuǎn)臺(tái)中部的支撐、調(diào)高主傳動(dòng)齒輪副、擰蓋齒輪副、凸輪機(jī)構(gòu)、進(jìn)出瓶星輪傳動(dòng)、以及上蓋盤的傳動(dòng)等具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。3松開蓋頭和打開蓋臺(tái)的傳動(dòng)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1齒輪傳動(dòng),配合使用,或充傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要遵循線速度一致的原則,擰蓋轉(zhuǎn)臺(tái)與進(jìn)瓶星輪、出瓶星輪之間要求線速度一致,這樣才能保證瓶子的順利交接。其傳動(dòng)可采用齒輪傳動(dòng)副,也可以采用伺服電機(jī)分別驅(qū)動(dòng),同步運(yùn)轉(zhuǎn)。上蓋盤與擰蓋轉(zhuǎn)臺(tái)之間也要求線速一致,以保證蓋子的順利傳遞,其傳動(dòng)可以用齒輪傳動(dòng)鏈或銷齒輪傳動(dòng)副,也同樣可以用伺服電機(jī)分別驅(qū)動(dòng),同步運(yùn)行。3.2轉(zhuǎn)臺(tái)及傳動(dòng)齒輪安裝擰蓋轉(zhuǎn)臺(tái)的上部轉(zhuǎn)盤安裝若干個(gè)支撐座,在分度圓上均勻分布。每個(gè)支撐座通過軸承支撐一個(gè)齒輪套(如圖4所示)。轉(zhuǎn)盤可設(shè)計(jì)為單層或雙層,既要保證剛度,又要減輕重量。用兩層轉(zhuǎn)盤來固定擰蓋頭支撐座,一方面能充分吸收擰蓋齒輪帶來彎矩載荷,另一方面能充分保證支撐座的穩(wěn)定性,從而保證導(dǎo)向桿的垂直度和對(duì)中性。轉(zhuǎn)臺(tái)中部,在工作臺(tái)面上方,固連托瓶盤和撥瓶盤,撥瓶盤上裝有與擰蓋頭一一對(duì)應(yīng)的瓶靠背,用以保證瓶子在擰蓋過程中一直處于正確的位置,并且有足夠的摩擦力,使瓶子不易產(chǎn)生滑動(dòng),以保證擰蓋質(zhì)量。轉(zhuǎn)臺(tái)下部,安裝主傳動(dòng)齒輪,該齒輪的分度圓與擰蓋頭所在的分度圓直徑相等,由動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)并帶動(dòng)整個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。每個(gè)擰蓋頭隨之繞中心主軸作公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)抓蓋、擰蓋、放蓋等工序。中心主軸,由轉(zhuǎn)臺(tái)中心穿過,并由安裝在臺(tái)面上的支座定位,通過螺紋副,支撐在機(jī)架底板上。螺紋副的螺母由調(diào)高齒輪帶動(dòng),通過調(diào)整中心主軸的高度,來調(diào)整擰蓋轉(zhuǎn)臺(tái)的高度及擰蓋頭的高度,以適應(yīng)不同的瓶型。4抓蓋頭實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)影響擰蓋質(zhì)量的因素有很多,主要有以下幾個(gè)方面:(1)蓋子與瓶子的對(duì)中精度,也就是擰蓋頭與瓶子夾持裝置的對(duì)中精度。這涉及到擰蓋轉(zhuǎn)臺(tái)各零件的強(qiáng)度、剛度和配合精度等,要選擇合理的精度等級(jí);(2)擰蓋頭抓夾的夾緊力要適中。夾緊力過大,蓋身會(huì)有壓痕;夾緊力過小,則會(huì)在蓋子擰緊后劃傷蓋身。通常,夾緊蓋子產(chǎn)生的摩擦扭矩,應(yīng)大于扭矩限制器的設(shè)定值;(3)各個(gè)工藝過程中,蓋子的空間位置是否準(zhǔn)確,也就是擰蓋頭的空間是否準(zhǔn)確;(4)抓蓋頭抓夾的開合時(shí)間是否恰當(dāng)。3、4兩個(gè)因素是否可靠,則取決于凸輪的曲面設(shè)計(jì)是否合理,以及加工的精確程度,針對(duì)不同瓶型和蓋子,以及瓶口螺紋的結(jié)構(gòu)形式,設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的曲線規(guī)律。5從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到設(shè)計(jì)驗(yàn)證的過程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后,根據(jù)具體尺寸及參數(shù),對(duì)照起初工藝過程中設(shè)定的各個(gè)動(dòng)作,進(jìn)行驗(yàn)證,具體內(nèi)容如下:5.1啟動(dòng)位置選擇擰蓋頭拾蓋之前的某一點(diǎn)作為起始位置,應(yīng)處于高位、抓夾打開、無瓶蓋狀態(tài)。5.2整理和包裝(1)擰蓋頭開始下降、抓夾打開、蓋子逐漸對(duì)中;(2)擰蓋頭下降結(jié)束、蓋子對(duì)中并入位、抓夾夾緊;(3)擰蓋頭中位、抓夾夾緊、帶蓋。5.3第二下降擰蓋頭轉(zhuǎn)過上蓋盤后,開始二次下降,此時(shí)抓夾夾緊、帶蓋、瓶子逐漸對(duì)中。5.4擰緊蓋擰蓋頭轉(zhuǎn)過進(jìn)瓶星輪后,繼續(xù)下降、抓夾夾緊、帶蓋、瓶子對(duì)中、開始擰蓋;逐步運(yùn)行到低位、抓夾夾緊、帶蓋、瓶子對(duì)中,一直到擰蓋結(jié)束。5.5抓瓶、輸出瓶、抓夾,控制好瓶擰蓋結(jié)束后,擰蓋頭開始上升時(shí),抓夾應(yīng)打開、逐漸脫蓋,回到原來的高位、抓夾打開、進(jìn)瓶星輪輸出瓶子,抓夾內(nèi)不應(yīng)有瓶蓋。整個(gè)循環(huán)過程,與初始工藝對(duì)照無