啤酒瓶自動(dòng)理瓶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張信禹 樊軍慶 張志強(qiáng) 毛 舟

ZH ANG Xin－yu 1 FAN Jun－qing 1 ZHANG Zhi－qiang 2 MAO Zhou 2

（1.宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 宜賓 644003；2.海南大學(xué)機(jī)電學(xué)院，海南 ?？?570228）

（1.Yibin Vocational and Technical College，Yibin，Sichuan 644003，China；2.Hainan University Electrical and Mechanical College，Haikou，Hainan 570228，China）

目前大多數(shù)啤酒廠家的灌裝設(shè)備都是自動(dòng)化程度相對(duì)高的設(shè)備，需要將啤酒瓶裝到塑料箱中才能上自動(dòng)生產(chǎn)線。而從市場(chǎng)返回的包裝物中，瓶子在塑料箱中能夠直接上生產(chǎn)線的不到50%，絕大多數(shù)補(bǔ)充的新瓶和一部分返回的舊瓶都以麻袋包裝的形式進(jìn)入工廠，然后由工人把麻袋中的瓶子掏出來(lái)放入塑料箱中，以便自動(dòng)卸箱機(jī)將啤酒瓶放入生產(chǎn)線。這不僅費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，還需要很大的作業(yè)場(chǎng)地，且勞動(dòng)強(qiáng)度大，時(shí)有工傷發(fā)生［1－3］。

隨著理瓶機(jī)在現(xiàn)代包裝機(jī)械中發(fā)揮的作用越來(lái)越重要，需要根據(jù)不同應(yīng)用設(shè)計(jì)不同原理的理瓶機(jī)［4］。國(guó)內(nèi)外公司專門(mén)對(duì)不同應(yīng)用和針對(duì)不同容器進(jìn)行設(shè)計(jì)理瓶器，班琦［5］設(shè)計(jì)了一種塑料瓶高速自動(dòng)理瓶機(jī)，該理瓶機(jī)將貯瓶筒的塑料瓶沿著螺旋導(dǎo)桿上至旋轉(zhuǎn)理瓶機(jī)構(gòu)的各個(gè)工位，經(jīng)整理后的塑料瓶均開(kāi)口向上被送到灌裝機(jī)的輸送帶上等待灌裝；李錫均［6］設(shè)計(jì)了一種瓶裝礦泉水理瓶機(jī)，該理瓶機(jī)對(duì)雜亂無(wú)章堆放塑料箱內(nèi)或編織袋內(nèi)的待處理瓶子進(jìn)行整理，使其有次序有方向地排列在輸送帶上，平穩(wěn)地傳送沖瓶機(jī)；李穎等［7］設(shè)計(jì)了一種乳品飲料塑膠瓶高速理瓶機(jī)，該理瓶機(jī)將散瓶送入錐形罩，使之均勻散落，在內(nèi)筒旋轉(zhuǎn)作用下，瓶子進(jìn)入瓶盒，在積極定向落瓶翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)作用下，瓶口向上，最后瓶子落入接瓶槽的接瓶空擋上的肩部，經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的差動(dòng)傳動(dòng)及上下接瓶導(dǎo)板的相配合，將瓶子有序整理，經(jīng)出瓶星輪輸出。

本研究的目的是使啤酒廠用麻袋裝的啤酒瓶直接進(jìn)入生產(chǎn)線，省卻了以往的人工掏瓶，既可提高生產(chǎn)效率，節(jié)省大量的人工費(fèi)用，減少工廠的使用場(chǎng)地，同時(shí)還可降低工傷事故的發(fā)生率，提高經(jīng)濟(jì)效益。本設(shè)計(jì)不僅適合于啤酒行業(yè)，同時(shí)適合于飲料行業(yè)及其他類似包裝瓶的理瓶。

1 啤酒瓶自動(dòng)理瓶系統(tǒng)工作原理

啤酒瓶自動(dòng)理瓶系統(tǒng)的簡(jiǎn)易系統(tǒng)圖見(jiàn)圖1。

具體工作原理：首先麻袋裝的瓶子由人工倒入理瓶盤(pán)15中，經(jīng)理瓶工序后使瓶子由輸瓶鏈道16水平輸出，這時(shí)輸出的瓶子只有兩種狀態(tài)，瓶口朝前或者瓶底朝前。當(dāng)瓶子運(yùn)動(dòng)到測(cè)瓶感應(yīng)器18、19時(shí)，由測(cè)瓶感應(yīng)器18、19聯(lián)合測(cè)定判斷瓶口方向，若瓶口朝前，由推瓶氣缸21將瓶子推入輸瓶鏈道22；否則瓶子繼續(xù)前進(jìn)。到達(dá)輸瓶鏈道16的最右端，當(dāng)測(cè)瓶感應(yīng)器2測(cè)到有瓶子時(shí)，控制推瓶氣缸1動(dòng)作，將瓶子推入輸瓶鏈道23，隨著輸瓶鏈道23上瓶子的堆積，瓶子逐漸被推入翻瓶器7，當(dāng)翻瓶器7上的瓶子堆滿時(shí)，由測(cè)瓶感應(yīng)器8控制翻瓶機(jī)構(gòu)7動(dòng)作，使瓶子立起，立起的瓶子由推瓶電機(jī)3帶動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)4，經(jīng)螺母帶動(dòng)推瓶器6推出翻瓶器進(jìn)入輸瓶鏈道9，經(jīng)輸瓶鏈道9送入生產(chǎn)線。

圖1 啤酒瓶自動(dòng)理瓶系統(tǒng)圖Figure 1 Automatic bottle beer bottle drawing system

為了保證在翻瓶器7進(jìn)行翻瓶作業(yè)時(shí)推瓶氣缸1正常工作，當(dāng)翻瓶器7工作時(shí)，擋瓶氣缸5工作，以防止瓶子掉下去。同理，由推瓶氣缸21將瓶子推入輸瓶鏈道22后，隨著輸瓶鏈道22上瓶子的堆積，瓶子逐漸被推入翻瓶器12，當(dāng)翻瓶器12上的瓶子堆滿時(shí)，由測(cè)瓶感應(yīng)器11控制翻瓶機(jī)構(gòu)12動(dòng)作，使瓶子立起，立起的瓶子由推瓶電機(jī)20帶動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)17，經(jīng)螺母帶動(dòng)推瓶器14推出翻瓶器進(jìn)入輸瓶鏈道10，經(jīng)輸瓶鏈道10送入生產(chǎn)線。

同樣，為了保證在翻瓶器12進(jìn)行翻瓶作業(yè)時(shí)推瓶氣缸21正常工作，當(dāng)翻瓶器12工作時(shí)，擋瓶氣缸13工作，以防止瓶子掉下去。

本設(shè)計(jì)僅對(duì)啤酒瓶自動(dòng)理瓶系統(tǒng)的理瓶盤(pán)部分做出分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2 理瓶盤(pán)的工作原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 理瓶盤(pán)的工作原理

首先由人工或提升機(jī)將麻袋裝的瓶子倒入理瓶盤(pán)上部的錐形料斗中，由于錐形盤(pán)有一定的錐度，可以保證瓶子滑到錐形盤(pán)底部的轉(zhuǎn)盤(pán)上面。轉(zhuǎn)盤(pán)所在的槽保證瓶子只能平躺在轉(zhuǎn)盤(pán)上。電動(dòng)機(jī)通過(guò)蝸桿減速器帶動(dòng)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)齒輪傳動(dòng)將動(dòng)力傳動(dòng)大齒輪上。轉(zhuǎn)盤(pán)固定在大齒輪上面，隨齒輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)瓶子旋轉(zhuǎn)到一切線部位時(shí)，瓶子被導(dǎo)出理瓶盤(pán)，進(jìn)入輸瓶鏈道而被輸?shù)较旅娴墓ば颉?/p>

圖2 整體結(jié)構(gòu)示意圖Figure 2 Schematic diagram of the whole structure

2.2 理瓶盤(pán)的結(jié)構(gòu)

為實(shí)現(xiàn)上述功能設(shè)計(jì)的理瓶盤(pán)見(jiàn)圖2。

整體結(jié)構(gòu)主要由5部分構(gòu)成：蓋體部分、固定在齒輪軸承的轉(zhuǎn)盤(pán)部分、錐形盤(pán)部分、支架部分，以及動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。

3 翻轉(zhuǎn)立瓶機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及工作原理

3.1 翻轉(zhuǎn)立瓶機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)

為實(shí)現(xiàn)上述功能，設(shè)計(jì)的翻轉(zhuǎn)立瓶機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)包括四角轉(zhuǎn)架結(jié)構(gòu)、電磁離合器、電機(jī)減速器。該部分整體示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 翻轉(zhuǎn)立瓶機(jī)構(gòu)總體示意圖Figure 3 Flip vertical bottle body diagram of the overall

3.2 翻轉(zhuǎn)立瓶機(jī)構(gòu)的工作原理

翻轉(zhuǎn)立瓶機(jī)構(gòu)的工作原理是由電動(dòng)減速器3與電磁離合器2帶動(dòng)四角轉(zhuǎn)架轉(zhuǎn)動(dòng)1。通過(guò)PLC程序控制電磁離合的通斷，從而帶動(dòng)四角轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)90°，使平躺的瓶子立起。再由推瓶機(jī)構(gòu)將立起的瓶推上鏈道，進(jìn)入生產(chǎn)線。該部分要求減速器傳動(dòng)比較高、傳動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)部分結(jié)構(gòu)緊湊，以保證立瓶機(jī)構(gòu)起動(dòng)時(shí)能夠平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)，停轉(zhuǎn)時(shí)能準(zhǔn)確的停在要求的位置。四角轉(zhuǎn)架的轉(zhuǎn)動(dòng)速度不能過(guò)高，根據(jù)鏈道的傳送速度選取四角轉(zhuǎn)架的轉(zhuǎn)速為7.5 r／min。

4 PLC自動(dòng)控制部分設(shè)計(jì)

PLC控制系統(tǒng)總體控制原理如圖4所示。PLC控制系統(tǒng)總體控制原理包括分瓶機(jī)構(gòu)PLC控制原理，推瓶氣缸1的PLC控制原理，翻瓶機(jī)構(gòu)PLC控制原理，擋瓶氣缸PLC控制原理，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的推瓶器PLC控制原理。

圖4 PLC自動(dòng)控制部分系統(tǒng)原理Figure 4 Part of the system of automatic control theory

5 結(jié)論

本研究設(shè)計(jì)的理瓶機(jī)處理能力可達(dá)7 000瓶／h以上，而破損率在0.6%左右，有效地提高了理瓶效率。該機(jī)同時(shí)適合于飲料行業(yè)及其他類似包裝瓶行業(yè)。與傳統(tǒng)同類設(shè)備比，本設(shè)計(jì)的理瓶機(jī)能有效減少工作流程，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減輕工廠負(fù)擔(dān)。

1 樊軍慶.一種啤酒瓶自動(dòng)理瓶機(jī)：中國(guó)，CN102275729A［P］.2011－12－14.

2 樊軍慶.啤酒次品回收：中國(guó)，CN101020568［P］.2007－08－12.3 張寶珍，樊軍慶.啤酒瓶自動(dòng)啟蓋機(jī)設(shè)計(jì)［J］.食品與機(jī)械，2008，24（3）：84～85.

4 倫杰爾，劉鴻英.理瓶機(jī)的工作原理和應(yīng)用［J］.包裝與食品機(jī)械，1997（5）：31～32.

5 班琦.塑料瓶高速自動(dòng)理瓶機(jī)的研究［J］.包裝與食品機(jī)械，1997（3）：13～15.

6 李錫均.理瓶機(jī)的設(shè)計(jì)［J］.輕工機(jī)械，2000（4）：27～28.

7 李穎.乳品飲料塑膠瓶高速理瓶機(jī)［J］.中國(guó)乳品工業(yè)，2012，40（12）：52～53.