啤酒瓶自動理瓶系統的設計

張信禹 樊軍慶 張志強 毛 舟

ZH ANG Xin－yu 1 FAN Jun－qing 1 ZHANG Zhi－qiang 2 MAO Zhou 2

（1.宜賓職業技術學院，四川 宜賓 644003；2.海南大學機電學院，海南 ?？?570228）

（1.Yibin Vocational and Technical College，Yibin，Sichuan 644003，China；2.Hainan University Electrical and Mechanical College，Haikou，Hainan 570228，China）

目前大多數啤酒廠家的灌裝設備都是自動化程度相對高的設備，需要將啤酒瓶裝到塑料箱中才能上自動生產線。而從市場返回的包裝物中，瓶子在塑料箱中能夠直接上生產線的不到50%，絕大多數補充的新瓶和一部分返回的舊瓶都以麻袋包裝的形式進入工廠，然后由工人把麻袋中的瓶子掏出來放入塑料箱中，以便自動卸箱機將啤酒瓶放入生產線。這不僅費時、費力，還需要很大的作業場地，且勞動強度大，時有工傷發生［1－3］。

隨著理瓶機在現代包裝機械中發揮的作用越來越重要，需要根據不同應用設計不同原理的理瓶機［4］。國內外公司專門對不同應用和針對不同容器進行設計理瓶器，班琦［5］設計了一種塑料瓶高速自動理瓶機，該理瓶機將貯瓶筒的塑料瓶沿著螺旋導桿上至旋轉理瓶機構的各個工位，經整理后的塑料瓶均開口向上被送到灌裝機的輸送帶上等待灌裝；李錫均［6］設計了一種瓶裝礦泉水理瓶機，該理瓶機對雜亂無章堆放塑料箱內或編織袋內的待處理瓶子進行整理，使其有次序有方向地排列在輸送帶上，平穩地傳送沖瓶機；李穎等［7］設計了一種乳品飲料塑膠瓶高速理瓶機，該理瓶機將散瓶送入錐形罩，使之均勻散落，在內筒旋轉作用下，瓶子進入瓶盒，在積極定向落瓶翻轉機構作用下，瓶口向上，最后瓶子落入接瓶槽的接瓶空擋上的肩部，經傳動機構的差動傳動及上下接瓶導板的相配合，將瓶子有序整理，經出瓶星輪輸出。

本研究的目的是使啤酒廠用麻袋裝的啤酒瓶直接進入生產線，省卻了以往的人工掏瓶，既可提高生產效率，節省大量的人工費用，減少工廠的使用場地，同時還可降低工傷事故的發生率，提高經濟效益。本設計不僅適合于啤酒行業，同時適合于飲料行業及其他類似包裝瓶的理瓶。

1 啤酒瓶自動理瓶系統工作原理

啤酒瓶自動理瓶系統的簡易系統圖見圖1。

具體工作原理：首先麻袋裝的瓶子由人工倒入理瓶盤15中，經理瓶工序后使瓶子由輸瓶鏈道16水平輸出，這時輸出的瓶子只有兩種狀態，瓶口朝前或者瓶底朝前。當瓶子運動到測瓶感應器18、19時，由測瓶感應器18、19聯合測定判斷瓶口方向，若瓶口朝前，由推瓶氣缸21將瓶子推入輸瓶鏈道22；否則瓶子繼續前進。到達輸瓶鏈道16的最右端，當測瓶感應器2測到有瓶子時，控制推瓶氣缸1動作，將瓶子推入輸瓶鏈道23，隨著輸瓶鏈道23上瓶子的堆積，瓶子逐漸被推入翻瓶器7，當翻瓶器7上的瓶子堆滿時，由測瓶感應器8控制翻瓶機構7動作，使瓶子立起，立起的瓶子由推瓶電機3帶動絲杠螺母機構4，經螺母帶動推瓶器6推出翻瓶器進入輸瓶鏈道9，經輸瓶鏈道9送入生產線。

圖1 啤酒瓶自動理瓶系統圖Figure 1 Automatic bottle beer bottle drawing system

為了保證在翻瓶器7進行翻瓶作業時推瓶氣缸1正常工作，當翻瓶器7工作時，擋瓶氣缸5工作，以防止瓶子掉下去。同理，由推瓶氣缸21將瓶子推入輸瓶鏈道22后，隨著輸瓶鏈道22上瓶子的堆積，瓶子逐漸被推入翻瓶器12，當翻瓶器12上的瓶子堆滿時，由測瓶感應器11控制翻瓶機構12動作，使瓶子立起，立起的瓶子由推瓶電機20帶動絲杠螺母機構17，經螺母帶動推瓶器14推出翻瓶器進入輸瓶鏈道10，經輸瓶鏈道10送入生產線。

同樣，為了保證在翻瓶器12進行翻瓶作業時推瓶氣缸21正常工作，當翻瓶器12工作時，擋瓶氣缸13工作，以防止瓶子掉下去。

本設計僅對啤酒瓶自動理瓶系統的理瓶盤部分做出分析及結構設計。

2 理瓶盤的工作原理及結構設計

2.1 理瓶盤的工作原理

首先由人工或提升機將麻袋裝的瓶子倒入理瓶盤上部的錐形料斗中，由于錐形盤有一定的錐度，可以保證瓶子滑到錐形盤底部的轉盤上面。轉盤所在的槽保證瓶子只能平躺在轉盤上。電動機通過蝸桿減速器帶動小齒輪轉動，通過齒輪傳動將動力傳動大齒輪上。轉盤固定在大齒輪上面，隨齒輪一起轉動。當瓶子旋轉到一切線部位時，瓶子被導出理瓶盤，進入輸瓶鏈道而被輸到下面的工序。

圖2 整體結構示意圖Figure 2 Schematic diagram of the whole structure

2.2 理瓶盤的結構

為實現上述功能設計的理瓶盤見圖2。

整體結構主要由5部分構成：蓋體部分、固定在齒輪軸承的轉盤部分、錐形盤部分、支架部分，以及動力傳動系統。

3 翻轉立瓶機構的結構及工作原理

3.1 翻轉立瓶機構的結構

為實現上述功能，設計的翻轉立瓶機構結構包括四角轉架結構、電磁離合器、電機減速器。該部分整體示意圖見圖3。

圖3 翻轉立瓶機構總體示意圖Figure 3 Flip vertical bottle body diagram of the overall

3.2 翻轉立瓶機構的工作原理

翻轉立瓶機構的工作原理是由電動減速器3與電磁離合器2帶動四角轉架轉動1。通過PLC程序控制電磁離合的通斷，從而帶動四角轉架旋轉90°，使平躺的瓶子立起。再由推瓶機構將立起的瓶推上鏈道，進入生產線。該部分要求減速器傳動比較高、傳動平穩，傳動部分結構緊湊，以保證立瓶機構起動時能夠平穩轉動，停轉時能準確的停在要求的位置。四角轉架的轉動速度不能過高，根據鏈道的傳送速度選取四角轉架的轉速為7.5 r／min。

4 PLC自動控制部分設計

PLC控制系統總體控制原理如圖4所示。PLC控制系統總體控制原理包括分瓶機構PLC控制原理，推瓶氣缸1的PLC控制原理，翻瓶機構PLC控制原理，擋瓶氣缸PLC控制原理，翻轉機構中的推瓶器PLC控制原理。

圖4 PLC自動控制部分系統原理Figure 4 Part of the system of automatic control theory

5 結論

本研究設計的理瓶機處理能力可達7 000瓶／h以上，而破損率在0.6%左右，有效地提高了理瓶效率。該機同時適合于飲料行業及其他類似包裝瓶行業。與傳統同類設備比，本設計的理瓶機能有效減少工作流程，降低工人勞動強度，減輕工廠負擔。

1 樊軍慶.一種啤酒瓶自動理瓶機：中國，CN102275729A［P］.2011－12－14.

2 樊軍慶.啤酒次品回收：中國，CN101020568［P］.2007－08－12.3 張寶珍，樊軍慶.啤酒瓶自動啟蓋機設計［J］.食品與機械，2008，24（3）：84～85.

4 倫杰爾，劉鴻英.理瓶機的工作原理和應用［J］.包裝與食品機械，1997（5）：31～32.

5 班琦.塑料瓶高速自動理瓶機的研究［J］.包裝與食品機械，1997（3）：13～15.

6 李錫均.理瓶機的設計［J］.輕工機械，2000（4）：27～28.

7 李穎.乳品飲料塑膠瓶高速理瓶機［J］.中國乳品工業，2012，40（12）：52～53.