一體化自動快速包裝技術研究

蕭志鈺

一體化自動快速包裝技術研究

蕭志鈺

(荊州職業技術學院，湖北 荊州 434020)

針對紙箱包裝存在的工序分散、效率低下、人工輔助工作量大等問題，利用現代工業控制理論及計算機最新集成技術，創新研發了一款紙箱自動包裝機。使用該機，能夠通過機電液一體化執行系統，自動完成開箱、折蓋、裝貨、封裝，實現全過程自動包裝。

紙箱包裝；自動化；一體化；控制系統

隨著商品經濟的發展和市場的繁榮，人們的生活水平迅速提高，我國對商品包裝愈發重視，使包裝之首的紙箱包裝行業得到了飛速發展，從而帶動了紙箱包裝機械的發展[1]。盡管近年來我國的紙箱包裝機械技術水平有了明顯提高，但從整體來看，與發達國家相比，在產品的技術、性能、質量、可靠性等方面仍處于明顯的劣勢。目前，我國紙箱包裝仍存在工序分散、自動化和一體化程度低、人工輔助工作量大等問題。現有包裝機械設備的柔性和靈活性差，無法滿足當前紙箱包裝行業發展的需要。研發紙箱一體化自動快速包裝的新技術和新產品，圍繞新一代信息技術與制造業的深度融合、“互聯網+”發展戰略，促進移動互聯網、物聯網等信息新技術在包裝設備中的綜合集成應用，推動包裝機械工業集成化、自動化、智能化、服務化、綠色化發展[2]，對于解決行業面臨的突出矛盾、突破制約行業發展的瓶頸、提高包裝效率和質量、降低人工成本、促進國民經濟發展，具有十分重要的意義。

1　總體設計

設計的紙箱自動包裝機主要包括底座、門架、可調四桿機構、折蓋移位機構和膠帶封箱機構，總體尺寸為1 615mm×1 600mm×960mm。底座尺寸為1 220mm×560mm×400mm，在底座的前半部分安裝有折紙箱下蓋和推動紙箱移位的氣缸，再后半部分安裝有滾筒和邊架。門架尺寸為900mm×680mm×715mm，門架被套在底座外部，通過組合移位推桿可使門架沿著導桿移動。在門架上，還安裝有用于開箱的可調四桿機構和折紙箱蓋子的氣缸。可調四桿機構在氣缸的帶動下可自動伸縮擺動。可調四桿機構的連桿端裝有一個活動吸盤擋板。活動吸盤擋板由紙箱擋板和真空吸盤組成。門架側面裝有一個固定吸盤擋板。紙箱自動包裝機的主要工作原理為：開箱時，由固定吸盤擋板固定紙箱的一面，由活動吸盤擋板的真空吸盤吸住紙箱的另一面，通過可調四桿機構的伸縮擺動使紙箱張開；紙箱張開后，通過氣缸驅動活塞桿伸出與紙箱短邊接觸，并推動短邊沿著折痕折疊短邊蓋；在短邊蓋折好后，通過氣缸驅動活塞桿伸出折疊外側的長邊蓋；由于底座的滾筒平面與紙箱的折痕平齊，在氣缸的繼續推動下，通過紙箱的運動折疊內側的長邊蓋完成紙箱下蓋的折疊后，用同樣的方法折疊紙箱上蓋；通過氣缸推動紙箱進入膠帶封箱機，完成最后的上、下蓋膠帶封裝[3]。

設計的紙箱自動包裝機由多個氣缸驅動，成品如圖1所示。氣缸驅動系統由于具有構成簡單、易于獲得穩定速度、元器件價格低廉、維護容易、只需調節安裝在氣缸兩側的單向節流閥就可簡單地實現穩定的速度控制[4]等特點，因此在工業自動化領域中得到了廣泛應用。

圖1　紙箱自動包裝機成品

2　紙箱包裝機構設計

使用紙箱自動包裝機，可以實現紙箱從開箱、折蓋、封裝等全過程的包裝自動化，主要工作過程為：人工放入紙箱→通過吸盤吸住紙箱→通過可調四桿機構伸縮擺動開箱(一工位)→通過氣缸活塞桿推動折下蓋(二工位)→通過氣缸活塞桿推動使紙箱移位→裝入商品→通過氣缸推動折上蓋(三工位)→通過氣缸活塞桿推動使紙箱移位→通過膠帶封箱機封裝膠帶(四工位)。

2.1　開箱機構

開箱機構主要由固定吸盤擋板、活動吸盤擋板和可調四桿機構組成，如圖2所示。可調四桿機構的結構如圖3所示。開箱機構的主要工作原理為：把壓扁的紙箱放入固定吸盤擋板和活動吸盤擋板之間；在真空泵的作用下，固定吸盤擋板和活動吸盤擋板的吸盤從兩側吸住紙箱；通過可調四桿機構的伸縮擺動使紙箱張開，實現開箱功能。

圖2　開箱機構

圖3　可調四桿機構

2.2　折下蓋機構

折下蓋機構由多個氣缸驅動，主要工作原理為：紙箱打開后，固定在門架下方兩個氣缸的活塞桿同時伸出，使紙箱兩側的短邊蓋子同時折疊，并在完成動作后回位；固定在底座上的氣缸驅動組合移位推桿沿著門架上的軌道運動到終點處，使紙箱的外長邊蓋子折疊；固定在底座上的氣缸繼續推動組合移位推桿，使門架沿著導桿移動，并通過可調四桿機構和吸盤帶動紙箱移動到下一個工位；由于底座的上平面高于紙箱的下蓋，因此紙箱在運動的過程中可實現自動折疊內側長邊蓋。

2.3　折上蓋機構

折上蓋機構的主要工作原理為：紙箱下蓋折好后，安裝在門架上方兩個氣缸的活塞桿伸出，同時折疊上短邊蓋，并在完成折疊后回位；固定在門架上方的氣缸活塞桿伸出，活塞桿頭部由相互垂直的兩個短板組成；通過橫向短板折疊上長邊蓋；當上長邊蓋折好后，吸盤松開紙箱，縱向短板靠近紙箱并在氣缸的推動之下前進；由于邊架上的滾筒位置低于紙箱上蓋，在紙箱運動的過程中，使內側的長邊蓋折疊完畢。當紙箱被推入到邊架內側時，上蓋折疊完畢。

2.4　膠帶封裝機構

紙箱自動包裝機的機體結構如圖4所示。完成紙箱折疊后，門架、上下兩個移位氣缸以及帶有吸盤的四桿機構都回到原位；安裝在邊架一側的氣缸推動折疊好的紙箱進入到下一個工位；通過膠帶封裝機構完成上下封膠。

圖4　紙箱自動包裝機的機體結構

3　控制方案

采用計算機控制系統，具有以下優點：控制規律靈活多樣，改動方便 ；控制精度高，抑制擾動能力強，控制效率高[5]；控制與管理一體化，可進一步提高自動化程度。設計紙箱自動包裝機的控制方案時，采用工業控制計算機及CVI軟件，通過智能I/O接口采集光電開關、位置開關的輸入信號，控制電磁閥以驅動氣缸使裝置工作。

4　結語

通過應用一體化自動快速包裝技術并對機械結構和控制系統進行設計，研發了一款紙箱自動包裝機，實現了紙箱包裝過程的開箱、折蓋、封裝自動化。設計的紙箱自動包裝機可適用于多種尺寸規格的紙箱包裝，結構緊湊，自適應性強，能大大降低人工勞動量，提高包裝效率和包裝質量。

[1] 蘇鳳琴.淺析瓦楞紙板和瓦楞紙箱的質量檢驗[J].中國新技術新產品,2017(10):24-25.

[2] 葛榮雨,吳義民,王海濤.瓦楞紙箱生產線模切部的結構設計[C]//2015第四屆中國印刷與包裝學術會議論文摘要集.

[3] 李曉敏,張惠忠.瓦楞紙箱搖蓋的不同壓痕線對抗壓強度影響的研究[J].中國包裝,2017(10):70-76.

[4] 康啟來.紙箱行業電子商務營銷現狀的分析[J].中國包裝,2013(11):34-39.

[5] 康啟來.紙箱行業電子商務營銷現狀的分析[J].印刷世界,2012(9):51-55.

Research on integrated automatic fast packaging technology

XIAO Zhiyu

(Jingzhou Institute of Technology, Jingzhou, Hubei 434020, China)

This article focuses on the current situation of scattered processes, low efficiency, and large manual auxiliary workload in the carton packaging process. This paper uses modern industrial control theory and the latest computer integration technology to innovate and develop an automatic carton packaging machine. It can automatically complete unpacking, folding lid, loading, and packaging through the electromechanical-hydraulic integrated execution system, and realize automatic packaging in the whole process.

carton packaging; automation; integration; control system

TQ325.3

A

2096–8736(2021)05–0046–03

湖北省教育廳科學技術研究計劃指導性項目——“紙箱智能自動一體化快速包裝技術研究”(B2017545)。

蕭志鈺(1983—)，女，福建建甌人，碩士研究生，講師，主要研究方向為機械設計及理論。

責任編輯：陽湘暉

英文編輯：吳志立