枕型袋自动装箱机的特点和电气控制

         图1主要包装工艺过程图
枕型袋自动装箱机的主要包装工艺过程如图1所示，拾取箱板→→箱子成型及底部折边→箱体传送→袋子收集及填充装箱→封箱和捆扎。机器的实际控制过程中，拾取箱板、箱子成型及底部折边是完成箱子成型，按一定的顺序进行。袋子收集及填充装箱是完成物料收集和填充，按一定的顺序进行。箱子成型和成物料收集及填充可同时进行，这样提高了装箱速度。封箱和捆扎是自动装箱机的辅助设备，是将装好的箱子进行封箱和捆扎，完成包装的最后工序。
2.控制系统的主要组成

     
主控制器采用B＆R的PP41，PP41是人机界面和控制器集成一体机。控制系统组成如图2所示，包括对填充下料、取纸板、箱体成型、箱体传送的控制。控制器通过CANbus对伺服电机进行跟踪控制，IN口通过光电开关或接近开关限位和状态跟踪检测，OUT口驱动电磁阀控制汽缸的动作，驱动接触器控制电机运行。
3.取箱板及箱子成型控制
3.1取箱板系统控制过程简述
取箱板系统的控制主要包括箱板送料槽的控制和取箱板过程的控制。箱板送料槽中存放足够多的箱板，供取箱板器进行取箱板，取箱器每取出一个箱板，箱板送料槽就要步移，保证下一次取箱板正常抽取。
取箱板过程控制主要由取箱器（长位移汽缸）和真空发生器组成。取箱板时，要检测取箱器的位置，若取箱器在箱子成型位置、或箱子正在传送，取箱板器必须等待取箱器到达填充台位置时，取箱板器动作拾取箱板。拾取箱板成功的标志是取箱板器在初始位并且开箱器处光电开关检测到箱体。
3.2箱子成型过程控制
当箱板取到位后，通过机械机构，箱子打开，光电开关B1检测到信号，驱动汽缸C1动作，使箱子完全竖起。取箱器移动到开箱位置，打开真空，拾取箱子，控制汽缸C2动作，折箱子底部短边，接近开关SQ1检测C2动作到位后，驱动C3汽缸动作折底部长短边，接近开关SQ2检测C3动作，驱动汽缸C4动作，折底部长边，等待取箱器取走箱子，恢复C4状态。时序控制图如图3所示。

   
4.箱子的传送控制
4.1箱子传送工艺过程
箱子的传送是利用电机M1驱动连杆机构，驱动滑杆，带动箱子传送器前后移动，机构简图如图4所示。箱子传送器的作用是将打开的箱子从箱子打开处传送到填充台上，同时将装好包的箱传送到打包传送带上进行封箱打包。箱子传送器的位置状态有两种，第一种情况是将空箱传送在填充台，实箱传送到打包输送带上，等待开箱处的信号。第二种情况是开箱处有空箱子打开，空箱传送器移动到开箱处，拾取空箱，完成底部折边，等待填充台装满箱子后，将空箱移到填充台处，实箱移到打包输送带上。机器停机后，箱子传送器复位在填充台处。
         

4.2箱子传送过程控制
箱子传送器在填充台位置和开箱处时，分别由接近开关SQ5和SQ6检测，控制传送电机M1的运行停止，控制时序如图5所示。当
         

        
光电开关B1检测到空箱打开时，电机M1运行，带动箱子传送器移动，接近开关SQ6检测到信号后，电机M1停止运行，驱动汽缸C5动作，打开真空发生器，拾取空箱，完成折底边，等待填充系统装满箱子后，驱动电机M1运行，接近开关SQ5检测到信号后，电机M1停止运行，空箱送到填充台，实箱送到打包输送带，汽缸C5复位，完成一个装箱周期。
    5.填充下料装箱的控制
    5.1填充下料装箱机构组成
    填充装箱机构主要由主输送带，伸缩带，填充台，下料控制系统组成，如图6所示。主输送带由电机M3、减速机和输送带组成，在机器的设计中，主传送带的的线速度不可调。伸缩带由伺服驱动电机
     

         
M2、减速机和滑行轨道组成。输送带的伸缩位移由伺服电机M2控制。填充台主要由下料槽和下料驱动汽缸组成，主要作用是通过伸缩带的变速运动，将枕型袋整齐的放到下料槽上，通过下料汽缸，打开下料槽将袋子装入纸箱内。
    5.2填充下料几个重要参数计算
⑴输送带收缩最大线速度
V1 =17/40×3000×171.44/60=3643.1(mm/s)
式中17/40为减速比，171.44为主动论周长，3000为伺服电机最大转速。
⑵输送带从零位到第一个袋子下落位的传递时间
T1=500/ V1=500/3643.1=0.1372s  其中箱体长度为500mm。
⑶主传送带（袋子的移动）速度及袋子间的相对距离
V2=1400/7.5×100π=58643.1(mm/h)=977.38(mm/s)
S125=60/125×V2=469(mm)＞＞袋长
其中1400为电机M3的转速，7.5为减速比，100π主动轮周长，包装机每分钟125包/分钟。
⑷伸缩带向前走500mm时袋子传送距离
S1=T1•V2=0.137*997.38=134(mm)（n=3000转/分）
⑸袋子下落时间及下落时在输送带上的袋子位移量
H=205mm=0.205m，H=1/2gt2，t=0.205s=205(ms),在下落板上的停留时间t2=50ms,下落时在输送带上的袋子位移量
S=(0.205+0.05)×V2=209(mm)
从以上计算可知，包装机的速度为125袋/分钟，包装袋在从传送带上的相对距离为469mm，下落板下落过程最小时间为0.210ms，此时包装袋在传送带上的位移是209mm，袋子到下落点距离469-209=260mm，下落时还剩260/V2=0.266s。
以上参数是某中特定速度下理论数据，为了保护所有者的利益，以上参数作了技术处理，仅作为学术探讨。
    5.3填充下料装箱的电气控制
    枕型袋的装箱有一定的规格，包括每箱的层数K1和每层的个数K2，在进行品种规格更换之前，均要进行参数设定，参数设定完成后按照该参数进行装箱。
    空箱放入填充台上，光电开关B3检测到信号，伺服电机快进到起始位，或者某层分捡出K2包后，伺服电机快进到起始位，汽缸C6动作，分捡好的袋子放入纸箱中，完成一层的装箱，K1记数一次，直到K1达到设定值，完成一箱的填充。
    伺服电机快进到起始位，等待输送带上的袋子，当光电开关B2检测到信号，伺服电机快退，利用袋子在输送带上的惯性，把袋子放入下料槽中，K2记数一次直到K2达到设定值，完成一层的分捡。图6中接近开关SQ8、SQ9、SQ10对伺服电机进行初始化和位移限位作用。
     6.结束语
    枕型袋的装箱技术在国内还是空白，应用前景比较看好，它的控制过程是一个闭环系统。文中对主要过程做了论述，对包括报警监测、打包封箱、人机界面等没有论述，实际控制过程远比这些叙述复杂，也有一定的技巧。本文仅作为一般学术论文进行原理性探讨，不能作为生产实际中的范例，请读者谅解。