旋蓋機適用多螺距瓶蓋的傳動設計

鄭長發 汪 軍 黃文金

引言

酒、飲料等包裝企業，以往傳統的方式是在一條生產線上采用固定的包裝材料，批量規模化生產，以期達到生產線效率最大化。隨著消費市場需求趨于飽和，以及消費者的消費觀念升級，在酒、飲料的包裝形式也出現了多樣化設計。例如一條PET 瓶包裝生產線上，往往需要兼容生產多種不同的飲料品種。例如，可能有碳酸飲料、果汁飲料、水等。基于物料特性不同，往往包裝樣式也隨之變化，其中旋蓋機需要滿足不同的塑料蓋進行封蓋[2]，這些蓋的螺紋牙距[3]不盡相同，以往要通過更換旋蓋機的相關零部件才能實現，費工費力，成本高。多螺距適用傳動設計能夠很好平衡成本和效率問題，既能滿足柔性生產需求，又無需對設備硬件進行更換改造。

1 結構設計

中辰輕機經過多年的技術積累和沉淀，在國內率先開發出一款能夠適應多種瓶蓋的旋蓋機，最早用于娃哈哈公司的水汽生產線，尤其在PET 瓶高速吹灌旋一體化無菌灌裝項目[4]得到深入的應用和推廣。其原理是在傳統旋蓋機上，增加差速電機[5]帶動的行星齒輪傳動機構[6]，從而在不更換旋蓋機機械零件的前提下，實現一臺旋蓋機既適合水瓶旋蓋[7]，也適合含氣瓶旋蓋，在其它場合也有水與果汁瓶蓋通用的機型或者含氣和果汁瓶蓋的組合機型。

圖1 為一臺帶差速電機的旋蓋機，新設計主要在傳統旋蓋機上增加差速電機（1）的行星傳動組件，其作用是使旋蓋頭（3）的轉速可通過差速電機（1）的轉速進行調頻控制。

圖1 差速傳動的旋蓋機

2 理論模型

旋蓋的要求是，旋蓋頭既有自轉也有公轉，旋轉自轉一周，沿凸輪（2）下降的距離（旋蓋頭公轉）要大于瓶蓋的螺距，并且保持在一個合適的范圍。如何實現在同一公轉速度（旋蓋機轉速）下，通過改變旋蓋頭自轉的速度（加快或者減慢），來使旋蓋頭符合不同螺距的瓶蓋，這是本設計所解決的問題。現將其中的行星齒輪機構簡化出來進行分析，簡化模型如圖5 所示。

根據電機的正轉（圖2）和反轉（圖3）或者制動（圖4）三種狀態，來分析旋蓋頭自轉的速度變化情況。

3 理論計算

根據理論力學公式[8]：絕對運動轉速=牽連運動轉速+相對運動轉速，有如下三種狀態計算。

以下所用到的符號說明：

n1------中心齒輪絕對轉速

Z1------中心齒輪齒數

nr1-----中心齒輪相對轉速

圖2 電機正轉

圖3 電機反轉

圖4 電機制動

圖5 差速電機行星傳動機構示意圖

nH-----牽連運動轉速（旋蓋機公轉速度）

n2------旋蓋頭絕對轉速

nr2------旋蓋頭相對轉速（旋蓋起作用的轉速）

Z2------旋蓋頭驅動齒輪齒數

3.1 如圖2 所示，電機正轉：

4 結論

項目組在塑料蓋旋蓋機的傳動設計中引入差速電機，采用行星齒輪傳動結構，經過理論 計算，找到適用不同塑料蓋瓶蓋的下降螺距值，旋蓋頭需要的轉速，從而可以通過PLC 程序[9]控制。經過上述研究得出如下結論：

當電機正轉時，旋蓋頭的自轉速度減慢，意即在同樣的凸輪下，旋蓋機適合于較大的蓋螺距；

當電機反轉時，旋蓋頭的自轉速度加快，意即在同樣的凸輪下，旋蓋機適合于較小的蓋螺距；

當電機制動時，旋蓋頭的自轉速度就是傳統旋蓋機的轉速。

本文通過對行星齒輪傳動機構在旋蓋機上應用的分析，希望對相關人員在設計、使用類似的產品有所裨益。

3.2 如圖3 所示，電機反轉：

3.3 如圖4所示，電機制動，也即n1=0，從上面的分析，不難得出：