自动开箱机的分析与优化

2016-03-14陈徽明

工程技术研究 2016年4期

关键词：开箱纸箱胶带

陈徽明

（艾默生网络能源有限公司，广东深圳 518103）

自动开箱机的分析与优化

陈徽明

（艾默生网络能源有限公司，广东深圳 518103）

全自动开箱机又称纸箱成型机，是一种代替人工实现自动纸箱成型封底的包装机械。自动开箱机通过PLC控制，使吸取纸箱、纸箱成型、纸箱折侧盖、推送纸箱、纸箱胶带封底等工作过程完全实现自动化。文章对自动开箱机机构原理进行分析，并探讨了如何增加其开箱能力，进行机构优化。

自动开箱机；纸箱成型；优化

在传统的包装材料中，瓦楞纸箱一直占据重要的地位。瓦楞纸箱是高功能、低成本的良好运输容器，是当今世界各国所采用的最重要的包装形式之一。

在现代市场经济的发展中，商品包装承担着保护商品、便利储运和宣传美化商品的作用，它的重要性日益为生产厂家、商家和消费者所重视。随着我国经济的快速发展，中国向世界制造工厂角色的转化，人们物质文化需求的不断增加，电子商务的快速蓬勃发展，加上国家近年来一系列利好政策出台，一个个的自贸区、跨境电商区域、物流园的规划与成立，我国的包装产业的增长速度得到井喷式的发展。一些批量较大、品种相对单一的企业逐步引入了自动化包装流水线。然而，在一些多品种小批量的企业中，却被开箱机的开箱能力范围局限性而困扰着。

1 目前市场包装设备发展及现状

近10年来，中国瓦楞纸箱机械工业发展迅速，国内纸箱机械企业从引进、模仿到形成目前自主的比较先进纸箱包装机械。但是，根据目前纸箱生产的发展，对纸箱包装机械的要求越来越高，为纸箱包装机械企业进一步开拓高速、高档、高效、高科技的纸箱机械设备指明了方向和发展趋势。目前在包装流水线上，大多由自动纸箱开箱成型机、装箱机、折盖封箱机、角边封箱机以及码垛系统组成的全过程包装生产流水线，也可增加贴标、扫码、称重检测等配套使用。在后段包装流水线上，其中开箱机的机构最为复杂，性能及稳定性要求最高，开箱的能力和效率直接关系整条流水线效率。因此，提升开箱机的开箱能力，提高其稳定性至关重要。

2 开箱机的主要组成

纸箱成型原理是指自动完成将叠成纸板的箱板打开，箱子底部按一定的程序折合，并完成下部分胶带粘贴后输送给装箱机的专用设备。

开箱机的主要部件包括：主机架、送箱机构、摇臂取箱机构、主传动机构、箱板抬升机构、开箱机构、调高机构、纸箱短边长边折盖机构、推箱机构、输送机构、气动控制系统及电气控制系统等。

3 各组成机构的功能原理

（1）送箱机构：送箱机构即纸箱放置进料机构。送箱机构的主框架上装有纸箱左右挡板，纸箱左右挡板可以固定纸箱板，防止纸箱翻倒，其中纸箱一侧挡板通过丝杠螺帽与丝杠连接，从而可以通过旋转手轮调节纸箱挡板的位置，以适应不同宽度的纸箱板。送箱机构的底板倾斜与水平面夹角为30°，送箱机构底板上装有滑轨，滑轨上有储料推板装置，依靠储料推板和纸箱自身的重力完成纸箱的进给，该机械结构简单、性能稳定可靠。

（2）取箱机构：取箱机构设计为曲柄滑块机构，整个滑块在光杠上滑动，一个滑块上固定有支架，支架上装有吸盘，完成对纸箱的吸紧。另一个滑块通过曲柄连接气缸，整个机构由气缸驱动曲柄使滑块在滑轨上做直线往复式运动。

（3）成型折盖装置：成型装置为一个固定在主机架上的杆。当真空吸箱机构吸取纸箱板向纸箱折边机构移动时，纸箱板碰到纸箱成型装置以后，在压痕处弯折逐渐将纸箱板撑开。折盖装置包括纸箱短边折边机构和长边折边机构，纸箱短边前折边机构和后盖折边机构，分别完成纸箱的前盖折边和后盖折边。纸箱前后盖折边机构，由气缸驱动齿条做直线往复式运动，齿条与齿轮相互啮合，齿条带动齿轮轴转动，齿轮轴上固定有拍击板，拍击板转动，从而完成纸箱的前后盖折边。纸箱长边折边机构固定在支架上，整个装置由气缸驱动，气缸底端与固定轴连接。气缸输出轴带动纸箱长边打击杆转动，完成纸箱的长边折边以及纸箱的抬高。

（4）推箱装置：已经成型的纸箱在折盖机构完成折盖后，由推箱装置推入纸箱输送装置。推箱机构与滑块与导杆连接，由气缸驱动滑块做直线往复式运动。推杆的限位装置通过螺帽与丝杠连接，从而可以通过旋转手轮调节推杆的初始位置，进而与纸箱长面边位置相一致。此机构的设计为了适应不同长度的纸箱，只需要通过手轮调节气缸位置，简单容易操作，提高了换线效率。

（5）输送装置：纸箱输送装置由两个部分组成，夹紧输送皮带装置和宽度调节装置，夹紧输送皮带装置通过丝杆螺帽连接到丝杠上。丝杠以中间分开旋向相反的两部分，从而旋转手轮后纸箱导轨的左右两部分同时向两边运动或同时向中间运动，保证了输送装置中心不变，从而适应不同宽度尺寸的纸箱。同时，保证纸箱的中心在胶带封底装置的正上方，可以顺利地完成胶带封底。输送皮带装置由两个电机通过主动轮与从动轮带动皮带运动，依靠纸箱的摩擦力完成纸箱的输送与夹紧。

（6）封底装置：封底装置由胶带封底机构和压板机构组成。压板机构通过手摇丝杠可以调节纸箱压板的高度，适应不同高度的纸箱，纸箱压板的主要作用是压紧纸箱，与纸箱输送装置共同完成纸箱的定位夹紧，避免纸箱在外力作用下抬高。胶带封底装置由单向滚筒、弹簧、锯齿形件，曲柄等连接而成，完成纸箱的胶带封底过程。

4 开箱机的工作流程

纸箱存储在送箱机构上，通过转动手轮使纸箱右边固定板左右移动，与纸箱左边固定板共同夹紧纸箱板，松开推板，调节好取箱机构、推箱成型装置、压板机构等的位置。启动机器将按取箱、吸箱、取箱返回、折前盖、折后盖、折两侧长边盖、推箱、输送、封底胶带的过程循环工作。

5 纸箱长边折盖机构优化设计

目前市场上的很多开箱机的开箱能力一般的范围在：L∶250～450mm；W∶100～400mm；H∶100～400mm。然而在很多小批量多品种产品的生产企业，如一些工业电源行业产品，他们有的一种产品可能一天就生产几百台，然后换线生产几百台另外几种产品。有的要根据不同客户的订单要求，发不同的物料，从而造成后段包装也要跟着频繁换线，包装的纸箱也跨度比较大。如果定制非标的开箱机来满足小规格的纸箱，那大规格的纸箱就没法满足。如果为了适应大纸箱，定制满足大规格的纸箱，小规格的纸箱则不能兼容。此种情况，大大阻碍了这些小批量多品种的生产企业的后段包装自动化引进。为了提升开箱能力，使其兼容纸箱尺寸的范围更广，对整机进行机构的改进，开箱机机架的整体尺寸适当加大，各机构的有效工作行程进行增加，但是纸箱长边折盖闭合及整型机构的设计极为关键，关系到整机的稳定性。

（1）纸箱长边折盖整型机构结构组成：纸箱侧盖折边机构由气缸、支架，底座，轴、固定座等零件组成。纸箱侧盖折边机构结构，纸箱折前后盖机构同时将纸箱的前后盖折好后，通过PLC将信息传给纸箱折长边侧盖机构。纸箱侧盖折边机构的气缸同时动作，带动曲拐向上回转完成折侧盖动作，同时将折盖折好的纸箱抬高。

（2）纸箱长边折盖整型机构优化。对于折侧盖机构，如果打击杆设计的比较短去满长度较短的纸箱，如L小于250mm时，就不能满足纸箱长度较长的如L大于450mm大纸箱，打击的力度不均匀，造成不良率高。如果打击杆设计的比较长时，当开小纸箱是打击杆将会与成型推杆干涉。为了扩大其开箱能力，同时不降低稳定性，将折侧盖机构设计成双折侧盖机构。同时优化其它各相关机构，通过传感器判断成型推杆的位置，通过PLC控制是单折盖机构动作，还是双折盖机构同时动作。当纸箱较小时采用只工作左侧的折盖机构，当纸箱较大时采用两个折盖机构同时工作。通过该设计优化，开箱机的开箱能力等到大大提升，纸箱长度达到L∶200～680mm。比目前市场上的开箱机的开箱能力大大提升，且稳定性也得到保证。