全自動包裝盒預折機的設計及應用

王中元， 張建兵， 王 超， 楊 甫

（1.昆明學院機電工程學院， 云南 昆明 600214； 2.云南省機械研究設計院， 云南 昆明 650031；3.云南省機電一體化應用技術重點實驗室， 云南 昆明 650031）

0 引言

伴隨著人民生活水平的不斷提升和工業(yè)技術的進步，幾乎所有產品都需要包裝，而在所有包裝方式中，用紙盒進行產品的包裝是應用最廣泛的一種。

本文所介紹的全自動包裝盒預折機適用于紙質包裝盒的預折。包裝盒在印刷、成型、折疊生產過程中，有一條縫需用粘接劑粘合。過量的粘接劑會使包裝盒粘住，在高速自動化包裝線生產過程中包裝盒打不開， 產品不能裝入包裝盒內， 造成故障， 從而影響整條生產線的工作效率。為避免此類事情的發(fā)生，需要在打包前對各包裝盒進行預折處理，一般采用人工預壓，從而增加人工成本，而且人工預壓處理的包裝盒， 不能保證包裝盒預壓力及預壓開口角度的一致性，同時也增加了客戶的生產成本。

為保證產品的一致性，提高下游包裝線的效率，減輕人工勞動強度，節(jié)約人工成本。 根據包裝盒的結構特點及工藝要求，設計開發(fā)出本機器，使包裝盒自動分頁，預先啟盒，并再一次壓合后才進入自動化生產包裝線。

1 總體方案的確定

1.1 整機要求

（1）機器要能滿足通過快速調整實現不同規(guī)格包裝盒的預折（包裝盒外形一樣、大小規(guī)格不同）。

（2）每分鐘需要生產節(jié)拍為220 片。

（3）包裝盒在分頁、預折、壓平等生產加工后，其表面不得有任何肉眼可見的擠壓、劃傷等痕跡。

1.2 整機方案

（1）長度方向通過調節(jié)螺釘調整料倉擋板的位置進行調整，寬度方向由寬度調整機構進行調整。

（2）整機運行最大運行速度為250 片/min。 主傳動轉速為125r/min，這樣，通過左右兩套機構的運行，從而實現用戶生產節(jié)拍的需求。

（3）通過對整機的結構設計及特殊的材料和工藝處理，實現用戶對無痕跡的要求。

（4）壓平傳動轉速設計成166r/min（左、右合計332r/min），從而有效避免包裝盒在機內的堆積。

如圖1 所示，本機器由機身、料倉、主傳動機構、凸輪機構、分頁機構、擠壓啟盒機構、壓平機構、電氣箱組成。

圖1 全自動包裝盒預折機結構圖

機器主傳動通過變頻器調速， 驅動位于床身底部的減速電機， 通過兩級同步帶驅動兩個料倉兩邊的凸輪機構。凸輪機構旋轉帶動分頁機構把包裝盒分成單片，單片包裝盒在重力作用落入擠壓啟盒機構。 凸輪機構的凸輪驅動擠壓啟盒機構，實現包裝盒擠壓啟盒，擠壓完成后的包裝盒落入壓盒機構的輸送皮帶上， 經過壓平機構的處理，包裝盒被壓平復位，輸送至裝箱處進行裝箱及打包處理，并在輸送過程中實現計數，防止裝箱過程中錯漏現象的發(fā)生。 包裝盒預折工藝流程如圖2 所示。

圖2 包裝盒預折工藝流程圖

機器的床身與電氣箱結合在一起， 設計成整體一體機，方便運輸與現場安裝，增加機器的可靠性，同時，減小了整機占地面積。

工作區(qū)域與傳動系統隔開，使機器工作區(qū)域簡潔、干凈，安全。

2 各部件設計

2.1 機身

機身部件主要由矩形管焊接成。 機身采用框架式結構，主要考慮其具有相應承載能力，具有較高剛性。

設計機身時，在簡單實用的基礎上，主要根據安裝在機身上的各功能部件及待加工料的布局和承重實際情況，合理設計機身的結構，使其具有足夠的剛性支撐和整機的外形美觀。

主電機及電器箱均置于床身下部， 減小了機器占地面積。工作區(qū)域與傳動系統隔開，使機器工作區(qū)域簡潔、干凈。

2.2 料倉

根據用戶要求，由于要預折的包裝盒外形一樣、大小規(guī)格不同， 用戶要求在本機上通過快速調整能實現不同規(guī)格包裝盒的預折動作； 這就要求本機傳動機構調整位置范圍較大。料倉由左右料倉組成。每個料倉能容納包裝盒約290 片，料倉可根據不同的包裝盒進行快速調整，長度方向通過調節(jié)螺釘進行調整 （寬度方向由寬度調整機構進行調整）。

2.3 主傳動機構

如圖3 所示， 本機為左右兩端均可調整的同步帶傳動機構。 變頻器驅動主電機，帶動主傳動軸2 旋轉，在主傳動軸2 與從傳動軸8 之間通過兩套懸臂連接的方式來實現動力傳遞，每套懸臂由固定桿7、調整桿6、調整螺釘3、傳動帶1 及主從傳動軸組成。 調整桿6 上開鍵槽，保證了調整和使用過程中固定桿7 和調整桿6 之間的導向；兩套懸臂之間的調整螺桿5 是用于張緊傳動帶及張緊之后的定位。 傳動帶張緊后，可通過移動安裝板11 的位置來使執(zhí)行機構10 達到相對應的位置， 執(zhí)行機構10 到位后，固定調整螺釘9 及調整螺桿5，機器就可以進行工作。以后如需調整執(zhí)行機構10 的位置， 只需通過調整螺釘9和螺桿5 即可完成，調整非常方便。

圖3 傳動機構示意圖

中間的凸輪軸組位置固定， 兩端凸輪軸組根據包裝盒的寬度進行相應的調整。

本設備以其成本低， 運行穩(wěn)定， 調整靈活方便等特點， 深受用戶喜愛， 產品質量穩(wěn)定， 單邊調整范圍可達45mm，完全達到用戶需求。

2.4 預折機構

預折機構如圖4 所示： 其主要由凸輪機構、 分頁機構、擠壓機構等組成，是本機的核心部件。

每個料倉配置兩組凸輪軸，位置相對。 每組凸輪軸有分頁凸輪和擠壓凸輪，兩個分頁凸輪位置相反。 當凸輪軸旋轉時，定位軸和分頁軸做方向相反的往復運動，帶動分頁軸和定位軸進行分頁和定位。 擠壓凸輪和分頁凸輪有相位關系，當包裝盒自由落體運動到擠壓凸輪的位置時，擠壓軸在擠壓凸輪作用下擠壓包裝盒，使包裝盒開啟。

圖4 預折機構示意圖

分頁機構由滾動軸承，彈簧，直線軸承，定位軸，分頁鍥塊組成。當分頁軸在分頁凸輪的帶動下驅動分頁鍥塊向前運動插入兩片包裝盒之間的間隙，此時定位軸往后運動，一片包裝盒落入擠壓倉中。 往復運動一次，分頁一片包裝盒。

擠壓啟盒機構由滾動軸承，彈簧，直線軸承，定位塊，壓塊組成。 當擠壓軸在擠壓凸輪的帶動下驅動V 型壓塊向前運動，包裝盒在兩邊V 型壓塊的擠壓下被開啟。當兩邊V 型同時壓塊往后運動時， 被擠壓變形的包裝盒由于寬度變小，落入壓平機構中。

壓平機構由輸送滾筒，輸送皮帶，壓平滾筒，計數器等組成。

被擠壓變形的包裝盒落下至輸送皮帶， 輸送皮帶往機器左右兩外側把包裝盒輸出。 到壓平滾筒時包裝盒被壓平恢復平整的形狀。

被擠壓啟盒的包裝盒之后落入壓盒機構的輸送皮帶上，經過置于輸送皮帶上的滾筒時被壓平復位，輸出本機器，并實現計數。

整機動作：按下啟動按鈕后，主電機開始旋轉并帶動主傳動皮帶及下料分頁、預折等機構的運動，設備開始對包裝盒進行分頁及預折工作，與此同時，輸送電機開始旋轉并帶動輸送帶運動， 把已預折并壓平復位過的包裝盒輸送至集料箱， 待裝滿集料箱后更換空箱進行下一箱的收集整理工作。

本機在預折的過程中， 通過安裝在位于輸送帶出口的計數器進行計數，可以把每天的工作量進行細化，方便用戶的生產管理。

3 結束語

本機已通過用戶驗收，生產操作方便，生產線運行平穩(wěn)可靠，機器主傳動軸每轉動一圈就可生產兩片包裝盒，其生產節(jié)拍完全能滿足生產線的產能要求。同時，節(jié)約了生產成本，降低了工人勞動強度，提高了產品質量，為用戶解決了實際的生產問題。 具有較廣的市場應用價值。