旋蓋機的主要工作機構分析

郭志杰 顧青青 孫 波

（1.上海展合包裝機械有限公司，上海200124；2.上海理工大學醫療器械與食品學院，上海200093）

0 引言

在各類藥瓶包裝形式中，由于螺紋蓋具有封口快捷、密封安全性好、開啟方便以及開啟后瓶可重新封好等優點，使其在醫藥等領域的應用非常廣泛[1]。對于有些藥物，鑒于多次使用的需要，常采用旋蓋封口形式，即使用帶有螺紋的瓶蓋，以旋擰的方式旋緊在帶螺紋的瓶口上，達到密封封口要求。在藥瓶包裝自動生產過程中，旋蓋封口是由旋蓋機完成的，該設備通常設有理蓋、上蓋、旋蓋等主要工位[2]，通過各工作機構的協調配合，從而完成旋蓋封口的相應工作。

本文現按完成功能對旋蓋機的主要工作機構進行分析。

1 理蓋機構

理蓋是通過相應機構將“雜亂無章”的瓶蓋整理成按一定方向或順序排列，再由送料機構送至加工位置。常用的理蓋方式主要有電磁振蕩理蓋和豎直鏈板理蓋等。

1.1 電磁振蕩理蓋機構

圖1為電磁振蕩理蓋機構示意圖，其主要由料斗、螺旋形供蓋滑道、出蓋口、振動體等構成。

其工作原理：通過振動體底部電磁鐵的振蕩，使料斗內的瓶蓋沿螺旋形供蓋滑道逐個呈螺旋式爬升，而在螺旋滑道的中間設置若干個V型（或圓弧）缺口，當蓋口朝下的瓶蓋經過時便會掉落到桶底，而蓋口朝上的瓶蓋則順利通過，從而使瓶蓋呈現同一狀態至出蓋口，達到定向理蓋的目的。

圖1 電磁振蕩理蓋機構

1.2 豎直鏈板理蓋機構

圖2為豎直鏈板理蓋機構示意圖。

其工作原理：在豎直鏈板輸送帶上安裝若干個擋片，用于將料斗內的蓋子自下而上提升起來，而在提升蓋子的時候，由于蓋口部位的重量小于蓋底部位的重量，所以，只有蓋底貼住側面鏈板的瓶蓋會被連續提升起來，而蓋口貼住鏈板的瓶蓋則會因蓋底部位較重而掉進料斗內，從而使瓶蓋呈統一狀態提升至吹氣嘴處，被高壓氣體吹入落蓋軌道，實現理蓋目的。

圖2 豎直鏈板理蓋機構

2 上蓋機構

2.1 掛蓋上蓋機構

掛蓋上蓋機構如圖3所示。

圖3 掛蓋上蓋機構

當瓶蓋從理蓋機構的落蓋軌道滑下時，由于夾蓋彈簧的作用，瓶蓋不會自動掉出來。當瓶子被夾瓶輸送帶夾持前行至夾蓋彈簧下方時，落蓋軌道中最下方的瓶蓋會側掛在瓶口上，此時瓶蓋受到瓶口前行的拉力，使其突破夾蓋彈簧的阻力而套放在瓶口上，從而完成一次上蓋動作。

2.2 定位模上蓋機構

定位模上蓋機構如圖4所示。

瓶蓋通過皮帶輸送至瓶蓋定位模的正下方，由取蓋氣缸推動取蓋頂桿，將瓶蓋送至瓶蓋定位模內。此時，轉軸旋轉180°，將瓶蓋轉至瓶子的上方，瓶蓋頂出氣缸推動放蓋頂桿，從而將瓶蓋放置在瓶口上，完成一次上蓋動作。

圖4 定位模上蓋機構

2.3 轉臂—吸盤上蓋機構

轉臂—吸盤上蓋機構如圖5所示。

圖5 轉臂-吸盤上蓋機構

瓶蓋通過皮帶輸送至真空吸盤的正下方，真空吸盤在氣缸的帶動下，下行貼緊瓶蓋上方。此時，真空吸口開始抽真空，吸緊瓶蓋，同時氣缸帶動真空吸盤上行至最高點。然后，往復旋轉氣缸使轉臂旋轉180°，將瓶蓋轉至定位轉盤中的瓶子正上方，再由氣缸帶動真空吸盤下行。同時，真空吸口切斷真空并與大氣接通，從而使瓶蓋套放在瓶口上，完成一次上蓋動作。

2.4 擺臂—吸盤上蓋機構

擺臂—吸盤上蓋機構如圖6所示。

圖6 擺臂-吸盤上蓋機構

連接桿固定在垂直直線導軌滑動座上，此滑動座可以在垂直直線導軌上做上下移動；垂直直線導軌固定在水平直線導軌滑動上，水平直線導軌滑動座可以在水平直線導軌上做左右移動。當氣缸回拉時，拉臂、擺臂主軸以及擺臂同時做逆時針旋轉，由于旋轉軸固定在擺臂上，從而會帶動連接桿移動。當擺臂做逆時針圓弧運動時，連接桿會在垂直和水平導軌的作用下，往上的同時往左運動。因為取蓋臂固定在連接桿上，所以取蓋臂也會往上的同時往左運動。同理，當氣缸外推時，取蓋臂會往下同時往右運動。

工作時，瓶蓋由皮帶輸送至定位擋塊處，當取蓋臂運動到左邊時，由真空吸口和真空吸盤完成取蓋動作。當取蓋臂運動到右邊時，真空吸口切斷真空并與大氣相通，瓶蓋吸盤放開瓶蓋，使瓶蓋套放在瓶口上，從而完成一次上蓋動作。

3 旋蓋機構

外蓋的旋入、旋緊是螺旋封口不可缺少的工序。旋擰瓶蓋是由旋蓋機構完成的，旋蓋機構作為旋蓋機的關鍵部件，直接影響作業效率和封口質量。為滿足旋緊要求，有多種扭矩控制機構可選用。

3.1 搓滾式旋蓋機構

搓滾式旋蓋機構如圖7所示。

圖7 搓滾式旋蓋機構

其工作原理：通過橡膠旋蓋輪與瓶蓋外表面產生摩擦力，從而擰緊瓶蓋。

夾持皮帶在夾持皮帶馬達驅動下將上完瓶蓋的瓶子夾持往前輸送，當瓶蓋通過高速旋轉的一對橡膠旋蓋輪時，旋蓋輪在旋蓋馬達驅動下會在瓶蓋外表面產生一定的搓滾摩擦力矩，此摩擦力矩使瓶蓋轉動起來，從而將瓶蓋擰緊在有螺紋的瓶口上。

3.2 夾持式旋蓋機構

夾持式旋蓋機構如圖8所示。

圖8 夾持式旋蓋機構

當上好瓶蓋的瓶子隨工作轉盤轉至旋蓋工位時，旋蓋頭在機箱內氣缸的作用下向下運行。同時，旋蓋頭在旋蓋電機的帶動下做高速旋轉，當旋蓋頭下行到某一位置時，其內壁會摩擦到瓶蓋的外表面，瓶蓋在此摩擦力的作用下旋轉起來，從而將瓶蓋擰緊在瓶口上。然后，瓶子隨轉盤轉至出瓶工位，即完成一次旋蓋動作。

在旋蓋時，既要保證旋緊，又要保證不損壞瓶口或瓶蓋，所以，對旋蓋頭內部結構有特殊要求。旋蓋頭機構的組成主要有2種結構[3]。

3.2.1 杠桿式夾持旋蓋頭

圖9為杠桿式夾持旋蓋頭結構。旋蓋頭下降抓住瓶蓋并將瓶蓋帶到瓶口上，當瓶蓋與瓶口接觸時碰到旋蓋頭內的橡皮膠墊，通過擋板推動杠桿式爪子，以便將瓶蓋抓得更緊。旋蓋頭在沿下行軌運行和轉動時將瓶蓋旋緊。瓶蓋旋緊后超過一定力量時，內摩擦片打滑，旋蓋頭停止轉動以防損壞瓶蓋和瓶子。摩擦力的大小可以通過調節螺母、緊定螺絲、彈簧座從而改變彈簧的壓力來實現。

圖9 杠桿式夾持旋蓋頭結構

3.2.2 夾頭式夾持旋蓋頭

圖10為夾頭式夾持旋蓋頭結構。旋蓋夾頭由取蓋夾頭和抓蓋夾頭2片組成。取蓋夾頭、升降軸與定位凸輪及摩擦離合器固連，抓蓋夾頭、升降套與升降塊固連。定位凸輪與升降塊分別在固定凸輪（圖中未表示）的控制下均可做上下運動。旋蓋開始前，2片夾頭上下錯開，這時并不旋轉，在旋蓋頭接近進蓋工位時，定位凸輪控制取蓋夾頭略微下降，完成取蓋動作。緊接著，升降塊控制抓蓋夾頭迅速下降，與取蓋夾頭一起完成抓蓋動作，與此同時，定位凸輪擺脫擋塊的作用，摩擦離合器重新轉動，經升降軸使2片夾頭一起旋轉。2片夾頭抓緊蓋子旋轉過程中，在定位凸輪和升降塊的控制下，又逐步下降，完成旋蓋動作。待螺旋到底時，若夾頭仍向下旋轉，則摩擦離合器因阻力過大而打滑，避免擰壞瓶蓋和瓶子。隨后，擋塊下降重新頂住定位凸輪，使2片夾頭停止轉動。最后，抓蓋夾頭和取蓋夾頭分別在升降塊和定位凸輪的控制下先后上升，脫離瓶蓋恢復至原始位置。

圖10 夾頭式夾持旋蓋頭結構

4 結語

旋蓋機是自動包裝生產線的主要設備之一，常用于玻璃瓶或PET瓶的螺紋蓋封口。本文介紹了旋蓋機的主要典型工作機構，包括理蓋機構、上蓋機構、旋蓋機構。通過不同的理蓋、上蓋、旋蓋機構組合，可以構成不同結構的旋蓋機。當然，隨著未來包裝市場的發展，我們應隨著科學技術的進步，繼續瞄準世界先進水平，以高智能、高效率、高質量為發展方向，加快國產設備的創新步伐，開發出更多的高效、節能、環保的旋蓋設備。

［1］鄭濤，康利梅，梁萍.旋蓋機旋蓋失效分析［J］.包裝工程，2011，32（19）

［2］張有良，徐強，常曉煜，等.沖瓶稱重灌裝旋蓋一體機的設計［J］.包裝與食品機械，201129（2）

［3］孫懷遠.藥劑設備原理與設計［M］.上海：華東理工大學出版社，2012