一種新型吹氣式理蓋機的設計研究

七〇二所灌裝事業部 曹 瑞 崔 巖 石卓棟

一、前言

在石油化工和食品工業中，桶裝全自動液體包裝生產線非常普遍。在自動灌裝生產線上，需要采用理蓋機和供送機構將料斗中雜亂堆積的塑料桶蓋進行快速整理和排序并準確地輸送到旋蓋機的取蓋位置；因此理蓋系統就成為整條灌裝生產線的“咽喉”，其理蓋的準確性和供送速度直接影響到灌裝生產線的產量。

鑒于理蓋機的重要性，如何實現蓋子的理蓋過程是我們共同關注的問題，有不少工程技術人員對此進行了認真研究，提出了多種不同的設計方案。雖然這些設計方案各具特色，但也存在一些不足之處：電磁振動式理蓋機由于結構復雜、振動噪音大、易卡蓋、效率低等諸多原因將難以滿足現代包裝機械的需要；提升理蓋機是通過蓋子正反放置在傾斜的提升皮帶上時蓋子的重心位置不同而進行篩選理蓋的，這種理蓋方式生產速度低、可靠性不太高，調節也不方便，同時對蓋子形狀尺寸也有一定的限制；回轉式理蓋機常見的有斜斗弧牙面式和斜斗臺階柱式，其制造和安裝較為復雜、裝配維修困難、理蓋速度可調范圍小、兼容性差。傳統吹氣式理蓋機是通過理蓋撥盤上的凹坑下方的吹氣孔和料斗側壁上的吹氣孔組合作用篩選蓋子的，這種理蓋方式速度高，可靠性好，它的缺點是理蓋撥盤加工工藝復雜、加工成本高，對蓋子的適應范圍比較小，過大或者過小的蓋子要通過更換理蓋撥盤的方式來適應，更換理蓋撥盤不方便。

為了克服上述幾種方案的不足，本文介紹一種自主研制的新型吹氣式理蓋機，它既能適應不同形狀和尺寸的桶蓋，又具有理蓋準確、效率高、結構簡單、制造成本低等諸多優點。

二、新型吹氣式理蓋機的結構、工作原理和過程

1.理蓋機結構

如圖1所示，新型吹氣式理蓋機主要由如下幾部分組成：1驅動電機，2理蓋機底盤，3托蓋導軌調整塊，4儲蓋倉，5理蓋盤，6連接盤，7儲蓋倉蓋，8驅動軸，9托蓋導軌，10出蓋滑道連接塊，11調節螺母，12連接螺栓，13吹氣嘴1，14吹氣嘴 2，15吹氣嘴3，16吹氣嘴4，17連接體，18分隔板，19出蓋滑道。

圖1 新型吹氣式理蓋機的主要結構

2.理蓋機工作原理和過程

新型吹氣式理蓋機的工作過程及原理是：塑料蓋由提升機輸送到理蓋機的儲蓋倉內，理蓋盤在驅動電機的帶動下以一定速度順時針轉動，在離心力的作用下，雜亂分布的蓋子沿理蓋盤的斜面進入理蓋盤底部外側的“凹坑”工位，該“凹坑”的深度從斜面底部沿理蓋盤圓周方向由淺至深，最后和出蓋滑道對接，在理蓋盤轉動過程中。當蓋子經過圖1中的13號吹氣嘴后，“凹坑”工位只有一層蓋子，當經過14、15號吹氣嘴后，在兩個吹氣嘴的組合作用下，“凹坑”中只剩下符合條件的蓋子了，16號吹氣嘴是為了確保飛濺的蓋子落入滑道入口設置的，這樣就確保了經過16號吹氣嘴最后進入出蓋滑道的蓋子的合格率為100%。

三、新型吹氣式理蓋機的主要零部件設計

1.理蓋機底盤

理蓋機底盤相當于理蓋機的機架，它安裝在連接體上（連接體固定于旋蓋機頂的安裝盤），上方外沿用螺栓與儲蓋倉相連接，內側通過螺栓、螺母和托蓋導軌調整塊與托蓋導軌相連接，旋轉該螺栓可調節托蓋導軌和理蓋盤之間的間距來適應不同厚度的蓋子，常規的小包裝塑料蓋子的厚度均在23±3mm，因此出廠前調整至合適的位置后一般不再需要進行調節。

理蓋機底盤在與出蓋滑道對接端開一坡口，使理好的蓋子能通過和出蓋滑道連接塊相連的出后滑道進入旋蓋機的取蓋盤工位。底盤下方焊接有法蘭盤，一側與驅動電機連接，另一側通過推力軸承和驅動軸相連接。底盤的頂端帶有一凸塊并開孔，方便調試完畢后與旋蓋機組銜接時的吊裝。

由于理蓋機底盤的功能僅做機架連接用，它的材質和加工工藝要求就不必太高，該新型理蓋機底盤采用Q235表面鍍鋅處理，這樣既能滿足使用性能又降低了成本。

2.儲蓋倉

儲蓋倉作為盛裝塑料蓋子的主要容器，是蓋子自動排隊、自動輸出的重要“倉庫”，在出蓋滑道與底盤的連接處開坡口，此處開坡口的作用有二，其一是方便滑道安裝與蓋子的輸送，其二是可以通過該坡口清理混入儲蓋倉內的雜物。

儲蓋倉的側壁（如圖1所示）安裝有13號、14號和16號吹氣嘴，這三個吹氣嘴和安裝在托蓋導軌上的15號吹氣嘴組合在一起共同完成了塑料蓋子的排列、篩選和剔除等整個過程。

儲蓋倉的上方放置儲蓋倉蓋子，與下方的理蓋盤一起形成一個封閉的腔體，防止儲蓋倉中的蓋子在電機帶動的理蓋盤的旋轉離心力作用下飛出儲蓋倉，確保理蓋機周圍工作環境的安全。它由不銹鋼拉絲板卷壓而成，內側光滑，減小了塑料蓋子與儲蓋倉內壁的摩擦，外側美觀大方。

3.理蓋盤

理蓋盤是新型吹氣式理蓋機的關鍵部件，它通過連接盤與電機驅動軸相聯。工作時，理蓋盤在驅動電機的帶動下以一定的速度（轉速可調，也就是理蓋能力可調）順時針轉動。

傳統吹氣式理蓋機的理蓋撥盤結構比較特殊，如圖2所示，在整個理蓋盤上均布著若干個凹坑，凹坑的底部開一通孔，并且邊緣需要倒角，這給加工制造帶了了諸多不便，加工成本也較高，更換蓋子的尺寸稍大時，理蓋機需要更換理蓋撥盤，不便于多種蓋子類型產品的自動化生產。

新型吹氣式理蓋機做了很大的改進，原理上由原來“上出蓋”（蓋子從理蓋盤的上方進入出蓋滑道）更改為“下出蓋”（蓋子從理蓋盤的下方進入出蓋滑道），結構上也簡化了很多。如圖3所示，新理蓋盤結構上比較規則，都是常規的平面和圓孔組成，加工工藝簡化，加工成本降低。同時，新理蓋盤兼容蓋子的形狀和尺寸都大幅度的增加，更有力的保證了多品種產品的自動化生產。

圖2 傳統吹氣式理蓋機理蓋撥盤

圖3 新型吹氣式理蓋機的理蓋盤

4.分隔板

分隔板是新型吹氣式理蓋機特有的一個部件。如圖4所示，它是由不銹鋼拉絲板折彎成形，它的作用就是蓋住理蓋盤和出蓋滑道銜接處，防止飛濺的蓋子（可能是不符合要求的蓋子）落入經過篩選、剔除吹氣嘴后的“凹坑”工位。一旦有不合適的蓋子（方向反向）進入出蓋滑道輸送到旋蓋機的取蓋盤工位，就會使整個灌裝線暫停，直接影響到自動灌裝生產線的產量。

圖4 新型理蓋機的分隔板

四、新型吹氣式理蓋機的系統設計

1.氣路

為了理蓋機高速、穩定可靠的工作，該系統中設計了四個吹氣嘴，如圖5所示：13號氣嘴作用是剔除雙層蓋，14號、15號氣嘴的作用是篩選正反蓋，合適的通過，不合適的被吹回到儲蓋倉底部，16號氣嘴的作用是剔除飛濺落入入口滑道前工位的不合適的蓋子。

圖5 新型理蓋機氣動原理圖

2.光電檢測

在理蓋系統中設有三個光電檢測點：位于儲蓋倉斜下方的光電開關1，其作用是當儲蓋倉中桶蓋的高度低于光電開關1時，光電開關發出信號，提升機開始供蓋，始終保持儲蓋倉中桶蓋處于合理的高度（也就是合理數量的蓋子）；在出蓋滑道的上下分別設有光電開關2和光電開關3，光電開關2為上限位開關，當蓋子高于光電開關2時，光電開關2發出信號，理蓋機驅動電機停止；當蓋子低于光電開關3時，光電開關3發出信號，理蓋機驅動電機啟動。

五、結束語

理蓋機作為自動液體灌裝生產線上必備的、重要的組成部分，其生產率的高低、工作性能的優劣直接影響整條灌裝線的生產，也對提高生產企業的經濟效益起著至關重要的作用。本文介紹的這種通用的吹氣式理蓋機可在不同生產能力的灌裝生產線上配套使用，它具有結構簡單，調整方便，生產率高，工作可靠，桶蓋供送平穩、無損傷，通用性廣等特點，滿足了各種高速自動灌裝生產線的要求，在國內液體灌裝行業得到了推廣應用，取得了良好的經濟效益和社會效益。