啤酒瓶全自动装箱机说明书.docx

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啤酒瓶全自动装箱机说明书

摘要

当今社会，人们的生活水平越来越高，于是，越来越多的人喜欢喝瓶装饮料，啤酒、橙汁、矿泉水„„，于是，对于饮料包装机械的要求越来越高了。

如今的关于这方面的新闻真是越来越多了。

比如说法国Aries Packaging公司在2005年国际包装展（interpack）

上推出新一代装箱机；多功能全自动装箱机在中德合作江西德赛特包装机械设备有限公司诞生„„由此可见，瓶装装箱所用的装箱机已经成为了罐装饮料生产线上的一道必要工序。

现在，我们最常见的装箱机一般是由抓头充、排气来实现抓、放瓶子的。

通过机械的运转、气动和电控把瓶子准确、可靠地放进箱子里。

并且通过独特的四连杆机构，使瓶子的提升和降落运动准确平稳。

随着社会的不断进步，科技的快速发展，全自动装箱机也在不停的发展。

本文介绍了其工作原理，气动原理，总体方案设计和进瓶抓瓶部件的设计过程。

关键词：

全自动装箱机；双四连杆机构；抓瓶头；导瓶装置；

The paper of automatic packing machine of beer bottle

Abstract

Today,more and more people prefer to drink bottled drinks,like beer,orange juice,mineral

water and so on…So,the demand of packaging machineries is increasing very fast.There are a

lot of news of the packing machine.For example,Aries Packaging,France Corporation was on

the launch of a new generation of packing machine in the international packaging exhibition

（interpack） in2005.Multifunction automatic packing machine was produced in which,Jiangxi

Dorset Packaging Machinery Equipment Co.Ltd,with Sino-German cooperation.

Bottled packing crates used by the machine have become a necessary process of a canned

beverage production line.The most common packing machine is the first fully grasp the exhaust

to grasp and put the bottles.The machine controls by mechanical operation,pneumatic and

electric control to put bottles into boxes accurate and reliable.Through a unique four-bar linkage,

the machine put bottles with a accurate and smooth movement.As society progresses,the rapid

development of science and technology,automatic packing machines have been undergoing

development.

And this paper introduces its working principle,aerodynamic principle,the overall

program design and the design of components of bottle grasping.

Key Words:

 Automatic packing machine，twin four linkage mechanism，,claw，the device of

transportation bottles

目录

引言····························································1第一章装箱机工作原理

1.1装箱工作原理············································2

1.2装箱过程的运动分解······································2

1.2.1瓶的运动········································2

1.2.2箱的运动········································3

1.2.3抓头部分的运动·····································4

1.3工作原理流程图········································5

第二章机械结构总体设计

2.1输瓶装置和导瓶装置·····································6

2.1.1输瓶装置·····································6

2.1.2导瓶理瓶原理······································6

2.2输箱装置········································7

2.2.1输箱带II ········································9

2.2.2输箱带I ·········································9

2.2.3输箱带上的光电管··································10

2.3主传动机构·········································10

2.3.1主传动机构的四种状态·····························11

2.3.2收缩盘·········································11

2.4连杆机构·········································12

2.4.1机构的分解·········································12

2.4.2轴衬套·········································14

2.5抓瓶装置·········································15

第三章气动控制原理·········································16第四章进瓶及抓瓶装置设计

4.1进瓶装置·········································17

4.1.1导瓶板的设计········································17

4.1.2输瓶带·········································18

4.1.3电动机的选配········································18

4.2抓瓶装置············································19

4.2.1抓头定位···········································19

4.2.2气缸选配···········································20

4.2.3安全装置···········································20

第五章进瓶抓瓶常见故障及处理·······························21

第六章安全······················································22结论··························································23致谢··························································24参考文献··························································25

引言

如今，越来越多的人喜欢喝瓶装饮料，啤酒、橙汁、矿泉水„„，于是，对于饮料包装机械的要求越来越高了。

因此，瓶装装箱所用的装箱机成了罐装饮料生产线上的一道必要工序。

全自动装箱机是为生产瓶装饮料（含酒类及其它各种饮料）时，实现装箱自动化的专用设备，其装箱速度大约为每小时300箱以上,并且能和各种灌装机配套。

最常见的装箱机是由抓头充、排气来实现抓、放瓶子的。

通过机械运转、气动和电控把瓶子准确、可靠地将瓶子放进箱子里。

通过独特的四连杆机构，使瓶子提升和降落运动准确平稳。

如今，一般的装箱机的整个装箱过程的动作基本可分解为三部分运动：

 ⑴瓶的运动；⑵箱的运动；⑶连接瓶箱的连杆机构带动的抓头运动。

根据“全自动装箱”这一目标要求,作如下的设计安排:

第一,设计一个自动走瓶台,使

从灌装线涌来的饮料瓶能自动进入并按规定的排列格式到达指定位置;第二,设计一个自动走箱槽,使空箱能自动进入,并到达指定位置;装满饮料的箱子能自动退出;第三,按前两项设计所确定的抓瓶点（起点）和装箱点（终点）设计一个机械臂,带动其手爪沿所定的轨

迹运行。

带动曲柄转动的主传动机构，减速电机直接套在转动轴上，然后用无键联

接装置──收缩盘把减速器与轴联结起来。

采用带制动的电机，并采用变频器

调速，主传动速度为双速，保证本机生产能力与整个生产线相匹配。

在机器的前

方，左、右两侧及机器上方均有安全光电开关，当这些光电开关被进入机器的人

或物挡光时，机器就立刻停止，从而达到安全的目的。

要设计一套完整实用的装箱机，还要注意以下几点：

工作可靠，运行平稳，生产效率高，操作容易，结构合理，安全可靠，符合卫生要求，全自动控制。

因此，对其的设计是要多方面的。

全自动装箱机是适用于饮料行业（含白酒、啤酒和各种瓶装饮料）的自动灌装线上的

设备,属机电一体化产品。

它与自动灌装线中的洗瓶、灌装等其它设备构成一个自动化系统。

本说明书介绍了其工作原理，气动原理，总体方案设计和进瓶抓瓶部件的设计过程。

第一章装箱机工作原理

1.1装箱工作原理：

1.1.1抓头从输瓶台上

抓住瓶子（横梁

在后位置）

1.1.2瓶子前移到输箱

带上方（横梁在

前位置）

1.1.3瓶子被放在箱子

里（横梁在最低

位置）

1.2装箱过程的动作分解：

整个装箱过程的动作可分解为三部分运动：

 ⑴瓶的运动；⑵箱的运动；⑶连接瓶箱的连杆机构带动的抓头运动。

1.2.1瓶的运动：

在整线中，从灌瓶机来的灌好的瓶子被输送到待装箱工位。

在输运过程中，首先经

过理瓶装置，分隔出的几条槽,每槽只能走一列瓶子，理瓶板前后移动，使得瓶子有序地经过理瓶板，分成一排一排地进入前面的导瓶板，到达导瓶板最前面的瓶子被挡瓶定位杆挡住，在抓头抓瓶的时候，挡瓶定位杆松开，于是抓头抓住瓶子向上运动。

在这个过程中，输瓶带输瓶，瓶到位后输瓶带停止，等候抓头抓瓶。

瓶的运动的现实按上下位置分为三层：

上层：

瓶与上方抓头的联系：

 ⑴瓶未到位；

⑵瓶到位被抓头抓起。

中层：

瓶的有序准备：

 ⑴理瓶板将瓶子一排一排分开；

⑵导瓶板导瓶，瓶子沿着导瓶板向前；

⑶瓶子到位后被前面的挡瓶定位杆挡住。

下层：

瓶被输送：

 ⑴输瓶带输瓶；

⑵输瓶带停止。

1.2.2箱的运动：

箱子从整线的输箱带进入本机输箱带，首先进入输箱带Ⅱ，通过这部分的挡箱装置，将箱分为四箱一组，进入输箱带Ⅰ，第五个箱子被挡在后面，而进入输箱带Ⅰ的四个箱子又被前面的挡箱臂挡住，同时分箱装置将这四个箱子分开定位，定位后的一组箱子停在输箱带上，抓着瓶子的抓头将瓶子准确地放在这一组箱子里。

箱的运动的现实按上下位置分为三层：

上层：

箱与上方抓头的联系：

 ⑴箱未到位；

⑵箱到位抓头放瓶。

中层：

箱的有序准备：

 ⑴输箱带Ⅱ上的挡箱装置挡住后面的箱子；

⑵输箱带Ⅰ上的挡箱臂挡住前面的箱子；

⑶分箱拨杆分箱。

下层：

箱被输送：

 ⑴输箱带输箱；

⑵输箱带停止。

1.2.3抓头部分的运动：

由装箱机的主传动带动双四连杆机构，实现抓瓶装箱所需要的曲线运动，抓头部件装在头架部分，在主传动处于曲线的两个特征点上时，在输瓶带上抓头充气抓瓶，在输箱带上抓头放气放瓶。

机械手臂的动力采用电机,臂的升降采用双速电机,由电脑控制转换。

这样既平稳又能快速准确到位。

抓瓶头采用压缩空气鼓胀橡皮套箍紧瓶头来抓瓶,是软接触,不会损伤瓶子,抓得又牢放气即可放瓶,这样既快又可靠。

抓头运动的现实在主传动曲线上依次为：

⑴在输瓶带上方，等待抓瓶；（空行程）

⑵在抓瓶点，抓头充气抓瓶；（工作行程）

⑶在输箱带上方，等待放瓶；（工作行程）

⑷在放瓶点，抓头放气放瓶。

（工作行程）

1．3工作原理流程图：

综上所述，在装箱过程中，瓶和箱均经过有序的准备，分别排成一定的间距，与抓头的间距相同，使得抓头能够准确无误地抓瓶放瓶，完成装箱。

第二章机械结构总体设计

2.1输瓶装置和导瓶装置：

2.1.1输瓶装置：

本装置以平顶链作为输送带输送瓶子，由减速电机通过链传动带动平顶链运行。

输瓶传动是采用变频电机带动的，设有高低两速，其速度与主传动匹配，在PC程

序中已设定。

输瓶装置在整个运动过程中有三种状态：

输瓶带输瓶：

 ⑴高速：

供瓶正常。

⑵低速：

供瓶不足。

输瓶带停止：

抓头抓瓶。

2.1.2理瓶导瓶原理：

导瓶装置的作用是把送入本机的瓶子排列整齐，输送到等待抓瓶的位置。

瓶子不断地由输瓶系统送到装箱机，进入本机的输瓶带，瓶带启动，把瓶子

送向前直至被挡瓶定位杆阻挡，瓶子停在等待抓瓶的位置，在这个过程中，瓶子

穿过输瓶带上方的导瓶装置，瓶子一个挨一个地自然排列成行。

为了使瓶子顺利进入导瓶装置，本机设有理瓶装置，理瓶导板作前后摆动，

使入口处的瓶子排列有序地进入导瓶装置。

瓶子排列整齐后，电机停转，输瓶带停下来以减小瓶子相互挤压力和噪音,

当抓头把瓶子抓牢往上提时,瓶定位杆在气缸的作用下向前移动，消除瓶子间的挤

压力，使瓶顺利提升，也避免擦伤商标纸。

导瓶板的间隔一般设计为瓶径尺寸加3，导瓶板在使用一段时间后，可能发

生变形，需要定期检查和调整。

2.2输箱装置：

本装置以平顶链作为输送带传送箱子，它分为输箱带Ⅰ和输箱带Ⅱ二部分，分别

由二个减速电机通过链传动带动平顶链运行。

本装置的作用是把空箱子输入机器里，装进瓶子后，再把箱子输出机器。

按

照每次装箱数（啤酒四箱、汽水五箱），把空箱子分组送入机器，进入机器的空箱

组到了装瓶子的位置就停下来等待装瓶，装进瓶子的箱子迅速被送出机器。

空箱子源源不断地由输箱系统送到装箱机，进入输箱装置Ⅱ（如图4-2a），

由于挡箱装置降低于输箱装置Ⅰ，箱子被阻止。

当气缸动作，挡箱装置上升与输

箱装置Ⅰ平，箱子又继续向前输送（图4-2b），到了一组箱最后一个箱子的大部分

都进入输箱Ⅰ时，气动复位，挡箱装置下降，后面的箱子又被阻停下来而进入输

箱Ⅰ的一组箱继续向前，直至箱子被挡箱装置阻挡，箱子停留在等待装箱的位置

（图4-2c）。

瓶子装入箱子后，挡箱臂放下，装满瓶子的箱子送出机器，在此同时，挡箱

装置上升，空箱输入。

输箱装置就是这样周而复始地完成箱子分组输入，停止等

待装瓶，装瓶后输出的工作。

为了提高生产效率，输箱装置是由双速电机带动的，输送箱子时，电机高速

运转，接近挡箱装置时，转为慢速，箱子被挡停下后，电机停止转动。

整个工作程序是由PCL控制的，电机的开、停、变速或者出现缺箱、箱不到

位、箱子排列不整齐、机器停转等故障时，都由PCL处理。

2.2.1输箱带Ⅱ：

输箱带Ⅱ由双速电机带动，低速是高速的1/3，在整个运动过程中输箱带Ⅱ

有两种状态：

⑴高速：

正常输箱。

⑵低速：

前面的箱被挡住，后面的箱继续送上来。

输箱带Ⅱ的挡箱装置由气缸与摆杆机构组成，活塞杆伸出，挡箱装置抬起，

活塞杆复位，挡箱装置落下，从而实现挡箱动作。

2.2.2输箱带Ⅰ：

输箱带Ⅰ由双速电机带动，低速是高速的1/3，在整个运动过程中输箱带Ⅰ

有三种状态：

⑴高速：

正常输箱。

⑵低速：

箱将到挡箱臂时，起缓冲作用。

⑶停止：

装箱，抓头放瓶。

输箱带Ⅰ的挡箱臂由气缸与挡箱摆杆机构组成，活塞杆伸出，挡箱装置抬起，

活塞杆复位，挡箱装置落下，从而实现挡箱动作。

2.2.3输箱带上的光电管：

光电管的位置及作用：

光电管1：

距输箱带Ⅰ上的挡箱臂半箱距离,输箱带Ⅰ

的电机高低速切换。

光电管2：

一组箱内侧，检测有无四箱。

光电管3：

一组箱外侧，检测是否只有四箱。

光电管4：

距挡箱臂四箱，在整线输箱带上，堵箱检测。

光电管5：

距挡箱装置最前端八箱，在整线输箱带上，满箱检

测。

2.3主传动机构：

带动曲柄转动的主传动机构，减速电机直接套在转动轴上，然后用无键联

接装置──收缩盘把减速器与轴联结起来。

收缩盘是靠拧紧高强度螺栓使包容面间产生的压力和摩擦力实现扭矩传递

的，由于无键槽，轴的材料有效利用率高，对轴不产生机械损伤，可承受变载

荷和冲击载荷，还具有过载保护等优点。

本机采用带制动的电机，并采用变频器调速，主传动速度为双速，保证本

机生产能力与整个生产线相匹配。

2.3.1主传动的四种状态：

主电机正转：

 ⑴高速：

供箱正常，供瓶正常。

⑵低速：

供箱正常，供瓶不足。

⑶主电机反转：

放瓶遇障碍（在输箱带处）。

⑷停止：

瓶不到位；

箱不到位；

各种障碍（缺瓶、缺箱、安全光电管）。

2.3.2收缩盘：

减速电机收缩盘的装配：

装配前，将减速机内套与主传动轴仔细擦净。

拧紧固紧螺栓的方法：

⑴反复地依次拧紧（不在对角线方向）；

⑵用相同的夹紧力矩；

⑶保持外环平面平行；

⑷每次螺栓转30-60°；

2.4连杆机构：

抓头抓瓶后，带着瓶子提升、前移、下降。

把瓶子放入箱后，抓头返回。

这

一个过程的运动轨迹是由左右两边的双四连杆机构实现的。

2.4.1机构的分解：

这个机构实现运动轨迹的部分可分解为二个四杆机构：

曲柄摇杆机构和双摇

杆机构。

而实现平移运动的部分是平行杆机构。

各杆件名称：

1.曲柄2.连杆3.摇杆4.摇杆

5.摆杆6.摇杆7.平动连杆8.连杆

曲柄1在主传动轴带动下，匀速地转动，而摇杆3周期性往返摆动，同样摇

杆4也作周期性往返摆动，于是在摆杆5的A点处形成符合要求的运动轨迹，抓

头就是悬挂在A点。

瓶子在整个抓瓶运动中，必须保持垂直悬挂，尽量避免摆动，这就

要求抓瓶装置（包括抓头）按A点的轨迹平移。

本机采用平行杆机构实现抓瓶装

置平移运动。

2.4.2轴衬套（自润滑轴承）：

材料：

本机连杆机构所用的轴衬套是采用塑料—-青铜钢背三层复合自润

滑钢材制成的，以钢背为基体，青铜球粉为中间层，聚四氟乙烯为表层。

原理：

在正常使用条件下，自润滑轴承的磨损分为三个阶段：

跑合期、工作

期和寿命结束期。

在跑合期时，初始磨损较快，聚四氟乙烯等一部分转移到配磨

面上，配磨面上的微小凹坑被填平，并形成一层极薄的固体润滑膜，磨损速度明

显变得缓慢；进入工作期，这时铜球粉大约露出10%左右，在正常运转中，聚四氟

乙烯等在温度和压力的作用下，不断从青铜层的间隙中溢出，辅充到对磨表面间，

使磨损速度大大降低,经过较长时间的工作后，铜球粉大约露出70-80%时，铜球粉

间隙中的聚四氟乙烯等不足以维持对磨面之间的润滑膜时，意味着寿命即将结束。

轴承的装配方法：

自制一导向杆，用小型压力机压入，必须保证轴套垂直地

压入座孔。

座孔倒角并涂少量黄油，以利压入，避免敲打轴套端面。

轴衬套工作表面不得再进行加工。

2.5抓瓶装置：

本机抓瓶装置是采用气动抓头，通过压缩空气（0.15～0.25MPa），抓头充气抓

头胶囊变形抓牢瓶子，排气时抓头胶囊复原，放开瓶子，抓头的进、排气是由一

个两位三通电磁阀控制的。

本机抓头组件采取特殊的楔形结构，并且采用压缩弹簧，遇到异常情况时，

抓头会抬高，这样，抓头在抓瓶时对不准瓶子或者抓着瓶子的抓头对不准箱子时

不会损坏瓶、箱和机器。

本抓头的另一特点是采用全塑料结构代替金属结构，因

而重量轻强度高，而且制造容易。

第三章机器气动控制原理

控制系统的具体任务是:

监测有关状态信息;作出相应判断;发出相关控制信号,以控

制上述诸多部分协调工作。

其结构框图见图，状态信息从状态检测电路获取,控制信号经驱动放大,一路接交流接触器,控制相关电机启/停;另一路去驱动气阀,以控制有关气缸

的工作状态。

此装箱机器是由抓头充、排气来实现抓、放瓶子的，通过机械运转、气动和电控把瓶子准确、可靠地将瓶子放进箱子里的，因此它的气动控制就必不可少。

首先，用一个气源联件连接各个部分所用到的气动控制装置，气源由灌装线上现成的空气压缩机供给。

其次，一方面选用一个减压阀和一个二位三通换向阀链接夹持装置上的各个抓头，DT1得电，夹持器夹头的松开和夹紧就通过换向阀的换向来实现。

具体选用可见上面的3.2部分。

另一方面经气源处理装置静化,分别进入5只二位五通电磁气阀,去驱动7只气缸,实施对饮料瓶定位、饮料箱定位、空箱定位、摆动杆和扩箱器等的控制。

作为装箱机器上重要的一部分——输箱装置，分箱气缸Ⅰ、Ⅱ的分箱复位；定位气缸的定位松开；挡箱气缸Ⅰ、Ⅱ的挡箱和复位，我们选用二位五通换向和单向节流阀来控制。

为了提高整个机器工作的环境，提高系统的工作性能、效率，减少噪音，必需要在系统中加入一些气动辅助装置。

通常气源系统中有三大必不可少的元件，即分水滤气器，减压阀，和油雾器。

又因为排气处压力大，引起的噪音很大，于是加一个消音器。

装箱机的工作方式分手动和自动两种,正常装箱工作于自动方式,手动的设置主要便

于人工干予,如维修、排除偶发性故障等。

第4章进瓶及抓瓶装置设计

4.1进瓶装置

作为装箱机上最重要的环节之一，抓瓶的完成是一个比较复杂的动作，因此，在设计过程中我们还是想了很多的办法来完成它。

以标准的640ml瓶装啤酒为例，市场上装载啤酒的箱子分为两大部分：

塑料箱和纸箱，塑料箱又分两种：

4*6和3*4两种装箱方式，而纸箱基本上都为3*4这一种装箱方式，啤酒瓶从输瓶台通过抓头部件被放入箱子中，而箱子中啤酒瓶的排放是规则的，这就要求啤酒瓶在抓头上被放入箱子以前是一定顺序排列的，啤酒瓶从进入输瓶台的无序状态到根据箱子的状况有规则的排列，这里是通过两个步骤来完成的：

其一在输瓶台上完成前后一整列的排序，左右方向则通过抓头来完成。

4.1.1导瓶板

啤酒瓶在输瓶台上排成列状，这个动作的完成主要是通过导瓶部件实现的。

标准的啤酒瓶中间最大直径为75mm，高度为289mm，因此可以把它看成是一组宽度为75mm的条状，

把它放在两块夹板（件1、件2和件23导瓶板）之间。

在导瓶时，根据任务需要，按照24000瓶/小时的机型计算，需要每一次抓放装满6箱

（3*4纸箱