关 键 词：异形瓶 装箱机 伺服电机
1 引言
快速消费品行业里的酒类、日化、调味品等液态商品越来越注重产品的个性化包装，各式各样的异形瓶（非规则的圆形瓶）让人眼花缭乱，丰富繁荣了市场。在工业化生产的今天，异形瓶的装箱给包装机械行业提出了新的课题。通过市场调研，在标准形装箱机的基础上，研究开发出适应于异形瓶的装箱机，投入市场后效果良好，得到了用户的好评。
2 异形瓶装箱机的系统组成
2.1装箱机组成与技术规格
（1）组成。异形瓶装箱机主要由瓶输送机构、箱输送机构、抓瓶装箱机构组成，如图1所示。瓶输送机构，对单列送的异形瓶通过变道输送，将单列瓶输送变成多列的瓶输送，满足抓瓶装箱的需要。箱输送机构是对装瓶前箱子和装瓶后箱子的输送。抓瓶装箱机构按照一定的运行轨迹，将排列规律的瓶子装箱，每次可以装一箱或多箱。
（2）主要技术指标。纸箱尺寸：根据用户要求设计调整范围；瓶型规格：根据用户要求设计调整范围；生产速度：12箱/分钟（可调）；电源：380V、50HZ；总功率：4kw；耗 气 量：0.6m3/min、 用气压力：0.6Mpa。
图中：1 抓瓶装箱机构 2 瓶输送机构 3 箱输送机构
图1异形瓶装箱机的组成示意图
2.2装箱机的控制方案
异形瓶装箱机的控制系统主要由可编程控制器G1、人机界面G2、伺服控制驱动器A1、伺服控制驱动器A2、变频器A3、变频器A4、检测/执行元件组成，如图2所示。G1、G2构成控制系统的核心和操作界面，所有的控制参数均可在人机界面上完成。伺服控制驱动器A1、A2驱动控制伺服电机M1和M2，完成瓶子变道和装箱过程的控制，PLC通过高速输出口对A1、A2发送脉冲，改变脉冲的发送频率和数量控制伺服电机的运行。A3、A4变频器控制电机M3和M4，完成瓶子和箱子的输送，通过RS485总线控制电机M3和M4的速度和启停。
图2异形瓶装箱机的控制系统示意图
3 装箱机理瓶方案分析与设计
产品灌装和贴标后通过输送链，瓶子单排或双排（通过特定机构改变）输送到装箱设备。对于圆形瓶子通过相互推碰、避让可以从单列变成多列，瓶子在多列链道内形成规律的排列。对于异形瓶子，从单列变成多列就无法通过相互推碰、避让达到目的。对于异形瓶的装箱，瓶子的输送整理是一个关键问题，我们采用了两种解决方案。
3.1一列变多列的输送整理方法
一列变多列的输送整理方法（以下称为方法1）如图3所示，通过M2控制移动的装置将单列输送的瓶子，依次送到多列输送链的各个道口，使一列瓶子的输送变成多输送，优点在于瓶子的输送几乎不间断。
控制伺服电机M2的位移过程中，对于伺服电机M2有一个初始位设置，为了使每一道上的瓶子数量均匀，必须对进入每道的瓶子进行记数，边道进入的数量是中间道的2倍，以便减少移道的次数，止瓶装置为了防止移道过程中卡瓶，瓶子随着移道机构同步移动。
图3异形瓶一列变多列的瓶整理示意图
1. 单列输送带 2. 瓶变道机构 3.瓶子输送机构
3.2列变行步移输送整理方法
列变行步移输送整理方法（以下称为方法2）如图4所示，主要由单双排输送链、单排变双排机构、多排输送步移链组成。电机M3驱动单双排输送链，伺服电机M2驱动多排输送步移链，每次步移两行瓶子。单排变双排的目的是减少伺服电机M2步移的等待时间，提高瓶子的输送速度。该方法机构简单，控制相对容易。
3.3两种输送整理方法的比较
共同点是均能完成异形瓶子从一列输送变成多列输送，采用了伺服电机的精确运行功能。不同点方法1比方法2的机械机构和控制方法复杂，方法1的输入整理速度比方法2快，方法1没有改变瓶子的输送方向，方法2改变了瓶子的输送方向，方法1比方法2的设备布局简单。
图中：1单列变双列机构 2双列输瓶链 3多排瓶子输送链
图4异形瓶由列变行的瓶整理示意图
4 抓瓶装箱的设计和控制
4.1抓瓶装箱的组成
抓瓶装箱主要由驱动和传动系统、抓瓶机构、开箱机构（针对纸箱）、导向机构（水平和垂直方向）等组成。驱动由伺服电机M1驱动，根据装箱过程的运动轨迹，精确的控制运行情况。抓箱机构根据不同的瓶型和箱型设计不同的机构，根据设计的不同，每次可以抓一箱或多箱。开箱机构主要针对纸箱，将纸箱的上封箱沿分开，便于瓶子的装入。导向机构的作用是装箱过程中进行导向，包括水平和垂直两个方向，垂直导向机构安装在水平导向机构上，可以整体水平移动。
4.2抓瓶装箱运动轨迹的设计
（1）大链轮传输方案。大链轮传输方案的传动关系示意图如图5所示，由驱动大链轮、传送链条、抓瓶机构等组成。伺服电机M1驱动大链轮，两个被动轮的小链轮对链条的传动进行定向，提高了传输的平稳性。大减速比的减速机增加了驱动扭矩，抓瓶的载重量集中在链条上。通过导向机构，在链条的带动下，做平面两维运动，平稳的把瓶子从输送链上抓起放到空箱子中。
图中： 1驱动大链轮 2传送链条 3抓瓶机构
图5 抓瓶装箱传动关系示意图（1）
（2）小链轮加滑轨的传输方案。小链轮加滑轨的传输方案的传动关系示意图如图6所示，由驱动小链轮、被动小链轮、传送链条、滑动轨道、抓瓶机构等组成。伺服电机M1驱动小链轮，减小了传动扭矩，减速机的减速比相对减小，增加了驱动电机的扭矩，抓瓶的载重量集中在链条或滑动轮上，同方案1比较各有优缺点。通过导向机构，做平面两维运动，平稳的把瓶子从输送链上抓起放到空箱子中。
图中：1运动滑轨 2滑动连接轴承 3传送链条 4抓瓶机构
图6 抓瓶装箱传动关系示意图（2）
4.3初始位在运动控制过程中的作用
对于任意一个传送方案，伺服电机M1不可能连续运转，必须按照一定的运行轨迹正反转运行，抓完瓶后正转运行装箱，放完瓶后反转，再去抓瓶。为了使伺服电机M1有序运行，伺服电机M1就必须有初始位，初始位一般设在抓瓶的上方。在装箱过程中，瓶子和箱子没有就位，抓瓶机构在初始位等待，就位后开始运行抓瓶、装箱。正常停机停在初始位，紧急停车时，停在任意位置，开机后继续运行。
4.4简易智能型控制方法
机械式抓瓶机构在抓瓶和装箱过程中会出现卡瓶现象，通过光电开关检测卡瓶现象，对于普通装箱机只有通过停机解决，否则就损坏抓瓶头等部件。对于异形瓶装箱机，由于采用伺服电机控制，控制过程中，如果在抓瓶处卡瓶，抓瓶机构漫速退回初始位，再漫速下降到抓瓶处，如果在装箱处卡瓶，抓瓶机构漫速倒退一个瓶高的距离，再漫速下降到装箱处。在这个过程中，操作人员可以及时处理卡瓶现象，没有及时处理，检测到再次卡瓶，设备自动停机，减少了故障和停机次数，同时保护了抓瓶机构不损坏。
5 结束语
异形瓶的装箱机从机械设计中本着简单易调试的思路设计，很好的解决了异形瓶的输送整理难题，在装箱机的设计中首次采用了伺服电机的优越性，简化了机械的机构设计。本文为了保护设计者的技术权益，对解决问题的方法和途径进行了设计探讨，具体的实施过程和控制方法不便叙述，请读者谅解。对运行过程进行反序调整，通过对程序的修改还可以作为卸箱机使用。
