自動裝箱氣動控制系統(tǒng)設計

1.引言

目前，實現自動化生產是各個工業(yè)部門提高效率、增加產能的重要手段之一。在自動化生產流水線上，包裝環(huán)節(jié)是不可或缺的一個部分。實現自動裝箱的方法有多種，而其中氣動控制系統(tǒng)的應用十分廣泛。氣動控制系統(tǒng)具有裝置結構簡單、輕便，安裝維護方便，壓力等級低，使用安全，環(huán)保無污染，響應速度快，防火、防爆、防潮，且氣源制造簡單，成本低等優(yōu)點，適合工業(yè)中復雜的工作環(huán)境。此外，針對自動裝箱系統(tǒng)需要產品在箱內整齊劃一的特點，氣動控制系統(tǒng)通過多個行程開關及氣缸的組合設計，使得在自動裝箱過程中，不但能夠提高裝箱效率，而且還能夠高品質地完成產品的整齊裝箱。

2.自動裝箱氣動控制系統(tǒng)的組成

自動裝箱氣動控制系統(tǒng)的工作原理如圖所示：

裝箱系統(tǒng)的全部動作由托箱氣缸A、托產品氣缸B、裝箱氣缸C和推箱氣缸D完成。A、B、C、D四個氣缸都是普通雙作用氣缸，驅動氣缸動作的是四個二位五通的雙電控換向閥，氣缸動作的位置和距離由多個行程開關來決定。

2.1.產品托放過程

在自動裝箱系統(tǒng)工作時，首先運送紙箱的傳送帶啟動，當第一個紙箱到位后，觸動行程開關1，紙箱傳送帶停止運行，同時產品傳送帶開始運行。當產品排列在托物板上，每排滿規(guī)定的個數，就碰到行程開關2，此時產品傳送帶停止運行，電磁鐵3YA通電，托產品氣缸B將托物板托起，使產品通過擱物板后擱在擱物板上（擱物板采用的是只能上翻，不能下翻的設計）。這時行程開關2松開，產品傳送帶繼續(xù)運送產品，如此反復動作，便可實現多層一定個數的產品的整齊堆放。

2.2.產品裝箱過程

當產品堆放到一定高度時，便可觸動行程開關4，由此發(fā)出的信號使電磁鐵1YA通電，托箱氣缸A的活塞桿伸出，使托板托住箱底，當托板升起觸動行程開關7時，電磁鐵5YA通電，裝箱氣缸C推動裝箱板，將疊放整齊的多層產品推入紙箱內，推動的距離由行程開關6決定，當裝箱氣缸C活塞桿上的擋板碰到行程開關6時，氣缸便退回。

2.3.推箱、封箱過程

紙箱放置在一個平板上，平板由一個氣動支撐桿支撐著，當紙箱的重量增加時，支撐桿便被往下壓，當紙箱的重量增加到規(guī)定的大小時，支撐桿下降到行程開關8的位置，觸動行程開關8。此時，說明裝箱已經完成。當行程開關8被觸動，并且裝箱氣缸已經退回，觸動行程開關5時，電磁鐵7YA通電，推箱氣缸D的活塞桿伸出，在沒有觸及行程開關9之前，推動推箱板，將裝好產品的紙箱推到第三個傳送帶上，再送到封裝機處貼上封箱條。

至此，完成一次循環(huán)操作。

2.4.行程開關的設置

整個系統(tǒng)涉及9個行程開關，不同的行程開關有不同的作用。其中，行程開關2決定每一層的產品個數，行程開關4決定產品堆放高度，根據不同的產品規(guī)格，調節(jié)行程開關2、4的位置，由此可以適應各種產品的批量裝箱處理。氣動支撐桿的承壓力可調，通過調節(jié)氣動支撐桿的承壓力，來適應不同重量產品的裝箱需求。也可通過改變行程開關8的位置來達到同樣的目的。其他的行程開關也都是用于判定是否到達指定位置，從而觸發(fā)下一個環(huán)節(jié)的操作的。

3.自動裝箱氣動控制系統(tǒng)的特點

3.1.不用增速機構即能獲得較高的運動速度，使系統(tǒng)能快速自動地完成各個動作，動作迅速、平穩(wěn)、可靠。

3.2.動作氣缸均采用二位五通電磁閥作為主控閥，各行程信號由行程開關取得，以實現氣缸的順序動作，可任意調整氣缸的行程，由此適應不同產品的規(guī)格要求。系統(tǒng)結構簡單，調整方便。

3.3.重量輕、剛性好、成本低，空氣泄漏對環(huán)境無污染，對管路要求低。

3.4.拓展性好，若需要實現多個氣動系統(tǒng)的控制，還可結合PLC控制技術，接線簡單，用程序控制，修改方便，具有很大的柔性和通用性，可靠性高。

4.自動裝箱氣動系統(tǒng)的設計原則

4.1.根據生產線的規(guī)模確定空氣壓縮機的容量，一般有多個裝箱點的工廠，選擇單個大風量的空壓機比選擇多個小風量的空壓機在總體能源效率方面更好；根據生產場所、產品對壓縮空氣品質的要求及經濟性來確定氣源凈化輔助設備，一般食品行業(yè)比其他行業(yè)對空氣品質的要求更高，因此需要凈化性能更優(yōu)的輔助設備。

4.2.供氣系統(tǒng)的吸氣管路管徑應大一些，以降低壓力損失，排出管路應能耐高溫高壓與振動。根據工作環(huán)境選擇管道的材料，一般的工作場所壓力和溫度不高，選擇軟管不僅拆裝方便，密封性能也好，適合于氣動元件之間的連接。

5.結束語

在能源緊缺的時代，沒有比使用空氣更加經濟實惠的了。利用氣動控制系統(tǒng)實現自動裝箱，既能夠節(jié)約成本，免除污染環(huán)境的后患，而且能夠提高效率，降低人工消耗，還能夠結合PLC控制技術實現更大規(guī)模的整體控制。因此，自動裝箱氣動控制系統(tǒng)一方面將人們從機械化的生產過程中解放了出來，另一方面通過精確的控制，使產品的包裝更加整齊美觀。

參考文獻：

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[2] 張繼忠.包裝機傳動系統(tǒng)方案設計.《現代制造工程》2005年S1期

[3] 冀宏.液壓氣壓傳動與控制.武漢：華中科技大學出版社，2009

作者簡介：

賴麗莉（1983-）女，四川自貢人，四川化工職業(yè)技術學院，助教

研究方向：電氣自動化、機電一體化