旋蓋機(jī)適用多螺距瓶蓋的傳動(dòng)設(shè)計(jì)

鄭長(zhǎng)發(fā) 汪 軍 黃文金

引言

酒、飲料等包裝企業(yè)，以往傳統(tǒng)的方式是在一條生產(chǎn)線上采用固定的包裝材料，批量規(guī)模化生產(chǎn)，以期達(dá)到生產(chǎn)線效率最大化。隨著消費(fèi)市場(chǎng)需求趨于飽和，以及消費(fèi)者的消費(fèi)觀念升級(jí)，在酒、飲料的包裝形式也出現(xiàn)了多樣化設(shè)計(jì)。例如一條PET 瓶包裝生產(chǎn)線上，往往需要兼容生產(chǎn)多種不同的飲料品種。例如，可能有碳酸飲料、果汁飲料、水等。基于物料特性不同，往往包裝樣式也隨之變化，其中旋蓋機(jī)需要滿足不同的塑料蓋進(jìn)行封蓋[2]，這些蓋的螺紋牙距[3]不盡相同，以往要通過(guò)更換旋蓋機(jī)的相關(guān)零部件才能實(shí)現(xiàn)，費(fèi)工費(fèi)力，成本高。多螺距適用傳動(dòng)設(shè)計(jì)能夠很好平衡成本和效率問(wèn)題，既能滿足柔性生產(chǎn)需求，又無(wú)需對(duì)設(shè)備硬件進(jìn)行更換改造。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中辰輕機(jī)經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)積累和沉淀，在國(guó)內(nèi)率先開發(fā)出一款能夠適應(yīng)多種瓶蓋的旋蓋機(jī)，最早用于娃哈哈公司的水汽生產(chǎn)線，尤其在PET 瓶高速吹灌旋一體化無(wú)菌灌裝項(xiàng)目[4]得到深入的應(yīng)用和推廣。其原理是在傳統(tǒng)旋蓋機(jī)上，增加差速電機(jī)[5]帶動(dòng)的行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)[6]，從而在不更換旋蓋機(jī)機(jī)械零件的前提下，實(shí)現(xiàn)一臺(tái)旋蓋機(jī)既適合水瓶旋蓋[7]，也適合含氣瓶旋蓋，在其它場(chǎng)合也有水與果汁瓶蓋通用的機(jī)型或者含氣和果汁瓶蓋的組合機(jī)型。

圖1 為一臺(tái)帶差速電機(jī)的旋蓋機(jī)，新設(shè)計(jì)主要在傳統(tǒng)旋蓋機(jī)上增加差速電機(jī)（1）的行星傳動(dòng)組件，其作用是使旋蓋頭（3）的轉(zhuǎn)速可通過(guò)差速電機(jī)（1）的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)頻控制。

圖1 差速傳動(dòng)的旋蓋機(jī)

2 理論模型

旋蓋的要求是，旋蓋頭既有自轉(zhuǎn)也有公轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)一周，沿凸輪（2）下降的距離（旋蓋頭公轉(zhuǎn)）要大于瓶蓋的螺距，并且保持在一個(gè)合適的范圍。如何實(shí)現(xiàn)在同一公轉(zhuǎn)速度（旋蓋機(jī)轉(zhuǎn)速）下，通過(guò)改變旋蓋頭自轉(zhuǎn)的速度（加快或者減慢），來(lái)使旋蓋頭符合不同螺距的瓶蓋，這是本設(shè)計(jì)所解決的問(wèn)題。現(xiàn)將其中的行星齒輪機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化出來(lái)進(jìn)行分析，簡(jiǎn)化模型如圖5 所示。

根據(jù)電機(jī)的正轉(zhuǎn)（圖2）和反轉(zhuǎn)（圖3）或者制動(dòng)（圖4）三種狀態(tài)，來(lái)分析旋蓋頭自轉(zhuǎn)的速度變化情況。

3 理論計(jì)算

根據(jù)理論力學(xué)公式[8]：絕對(duì)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速=牽連運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速+相對(duì)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速，有如下三種狀態(tài)計(jì)算。

以下所用到的符號(hào)說(shuō)明：

n1------中心齒輪絕對(duì)轉(zhuǎn)速

Z1------中心齒輪齒數(shù)

nr1-----中心齒輪相對(duì)轉(zhuǎn)速

圖2 電機(jī)正轉(zhuǎn)

圖3 電機(jī)反轉(zhuǎn)

圖4 電機(jī)制動(dòng)

圖5 差速電機(jī)行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖

nH-----牽連運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速（旋蓋機(jī)公轉(zhuǎn)速度）

n2------旋蓋頭絕對(duì)轉(zhuǎn)速

nr2------旋蓋頭相對(duì)轉(zhuǎn)速（旋蓋起作用的轉(zhuǎn)速）

Z2------旋蓋頭驅(qū)動(dòng)齒輪齒數(shù)

3.1 如圖2 所示，電機(jī)正轉(zhuǎn)：

4 結(jié)論

項(xiàng)目組在塑料蓋旋蓋機(jī)的傳動(dòng)設(shè)計(jì)中引入差速電機(jī)，采用行星齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)理論 計(jì)算，找到適用不同塑料蓋瓶蓋的下降螺距值，旋蓋頭需要的轉(zhuǎn)速，從而可以通過(guò)PLC 程序[9]控制。經(jīng)過(guò)上述研究得出如下結(jié)論：

當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，旋蓋頭的自轉(zhuǎn)速度減慢，意即在同樣的凸輪下，旋蓋機(jī)適合于較大的蓋螺距；

當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，旋蓋頭的自轉(zhuǎn)速度加快，意即在同樣的凸輪下，旋蓋機(jī)適合于較小的蓋螺距；

當(dāng)電機(jī)制動(dòng)時(shí)，旋蓋頭的自轉(zhuǎn)速度就是傳統(tǒng)旋蓋機(jī)的轉(zhuǎn)速。

本文通過(guò)對(duì)行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在旋蓋機(jī)上應(yīng)用的分析，希望對(duì)相關(guān)人員在設(shè)計(jì)、使用類似的產(chǎn)品有所裨益。

3.2 如圖3 所示，電機(jī)反轉(zhuǎn)：

3.3 如圖4所示，電機(jī)制動(dòng)，也即n1=0，從上面的分析，不難得出：