棉包自動(dòng)拆袋機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

裴澤光 劉 琰 張金中 李 智 朱江陽 陳俊鵬

（東華大學(xué)，上海，201620）

直行往復(fù)式自動(dòng)抓棉機(jī)是紡紗流程中的第一臺(tái)加工設(shè)備，用于從棉包中抓取棉塊，并將其輸送至前方機(jī)臺(tái)進(jìn)行進(jìn)一步加工［1］。在加工前，棉包外部包有包裝袋，并由若干條打包帶垂直于棉包長度方向在外部進(jìn)行捆扎。在抓包前，棉包的輸送、剪帶、除帶、割袋、除袋、排放等工序均由人工完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大、用時(shí)長，在當(dāng)前勞動(dòng)力成本上升、紡織企業(yè)用工短缺的背景下，亟需采用自動(dòng)化的機(jī)械裝置來完成棉包外包裝袋的拆除等工序［2］。目前，針對(duì)其他領(lǐng)域的自動(dòng)化剪帶［3-5］與割袋［6-7］等工序和裝置已有一些報(bào)道，但對(duì)于紡紗工序中所涉及的棉包自動(dòng)拆袋裝置還并不多見。針對(duì)這一需求，本研究提出了一種面向直行往復(fù)式自動(dòng)抓棉機(jī)的棉包自動(dòng)拆袋機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案。

1 棉包自動(dòng)拆袋機(jī)的總體構(gòu)成

本研究設(shè)計(jì)的棉包自動(dòng)拆袋機(jī)總體構(gòu)成示意圖如圖1所示，由棉包輸送機(jī)、鉤帶裝置、剪帶裝置、廢帶收集裝置、夾袋裝置、割袋裝置（包括側(cè)面割袋裝置、割包臺(tái)和底部割袋裝置）、廢袋收集裝置、第一抱夾車及第二抱夾車構(gòu)成。其中，棉包輸送機(jī)位于割袋裝置上游，鉤帶裝置與剪帶裝置分別位于棉包輸送機(jī)的兩側(cè)，廢帶收集裝置位于鉤帶裝置下方，夾袋裝置和側(cè)面割袋裝置分別位于割包臺(tái)的兩側(cè)，在夾袋裝置的下方設(shè)有廢袋收集裝置。棉包自動(dòng)拆袋機(jī)的主要工位包括除帶工位、鉤帶工位、剪帶工位、廢帶收集工位、除袋工位、底面割袋工位、側(cè)面割袋工位、夾袋工位、廢袋收集工位及待搬運(yùn)工位［8］。

圖1 棉包自動(dòng)拆袋機(jī)的總體構(gòu)成示意圖

1.1 棉包輸送機(jī)

棉包輸送機(jī)為鏈板式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)，用于將打包帶及包裝袋未去除的棉包先后輸送至除帶工位和除袋工位，由輸送機(jī)機(jī)架、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、側(cè)擋板、側(cè)筋板、棉包支撐板等組成。棉包支撐板在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下將其上的棉包輸送至除帶工位和除袋工位。

1.2 鉤帶裝置

鉤帶裝置用于依次鉤取棉包上的各根打包帶，由鉤帶機(jī)構(gòu)、鉤帶機(jī)構(gòu)運(yùn)載機(jī)構(gòu)、鉤帶箱體、鉤帶箱體運(yùn)載機(jī)構(gòu)等組成，如圖2所示。其中，鉤帶機(jī)構(gòu)用于在剪帶前對(duì)打包帶進(jìn)行鉤取，由鉤帶壓板、鉤帶連接軸、滑臺(tái)氣缸、氣缸連接件、勾玉狀扳機(jī)開關(guān)、卷簧、撥叉等組成；鉤帶機(jī)構(gòu)運(yùn)載機(jī)構(gòu)由鉤帶機(jī)構(gòu)運(yùn)載電機(jī)、鉤帶機(jī)構(gòu)運(yùn)載齒輪、鉤帶機(jī)構(gòu)運(yùn)載齒條、鉤帶機(jī)構(gòu)運(yùn)載電機(jī)座、導(dǎo)軌等組成，鉤帶機(jī)構(gòu)運(yùn)載電機(jī)的輸出軸上穿設(shè)有與鉤帶機(jī)構(gòu)運(yùn)載齒條相嚙合的鉤帶機(jī)構(gòu)運(yùn)載齒輪，由鉤帶機(jī)構(gòu)運(yùn)載電機(jī)驅(qū)動(dòng)鉤帶機(jī)構(gòu)運(yùn)載電機(jī)座及與其連接的鉤帶機(jī)構(gòu)上下移動(dòng)。鉤帶箱體運(yùn)載機(jī)構(gòu)由箱體運(yùn)載電機(jī)、箱體運(yùn)載齒輪、箱體運(yùn)載齒條、箱體運(yùn)載電機(jī)座、導(dǎo)軌等組成，由箱體運(yùn)載電機(jī)驅(qū)動(dòng)鉤帶箱體在導(dǎo)軌上沿左右方向移動(dòng)。

1.3 剪帶裝置

剪帶裝置用于將被鉤帶裝置鉤取的打包帶剪斷，由剪帶機(jī)構(gòu)、剪帶機(jī)構(gòu)運(yùn)載機(jī)構(gòu)、剪帶箱體、剪帶箱體運(yùn)載機(jī)構(gòu)等組成，如圖2所示。剪帶機(jī)構(gòu)由剪帶壓板、剪帶連接軸、回轉(zhuǎn)氣缸、固定刀片和旋轉(zhuǎn)刀片組成。剪帶機(jī)構(gòu)運(yùn)載機(jī)構(gòu)與鉤帶機(jī)構(gòu)運(yùn)載機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和組成相類似，其帶動(dòng)剪帶機(jī)構(gòu)在剪帶箱體上沿上下方向移動(dòng)。剪帶箱體運(yùn)載機(jī)構(gòu)可帶動(dòng)剪帶箱體在剪帶機(jī)架上沿左右方向移動(dòng)。

圖2 鉤帶裝置與剪帶裝置工作示意圖

1.4 廢帶收集裝置

廢帶收集裝置為一種皮帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)，用于收集所有被剪斷的打包帶，由廢帶收集機(jī)架、廢帶收集皮帶、廢帶收集電機(jī)、廢帶收集傳動(dòng)組件、廢帶收集箱和側(cè)擋板組成。廢帶收集電機(jī)通過廢帶收集傳動(dòng)組件驅(qū)動(dòng)廢帶收集皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)，廢帶收集皮帶帶動(dòng)其上被剪斷的打包帶，使所有被剪斷的打包帶落入廢帶收集箱內(nèi)。

1.5 割袋裝置

割袋裝置由底部割袋裝置、側(cè)面割袋裝置和割包臺(tái)組成，如圖3所示。

圖3 割袋裝置示意圖

其中，底部割袋裝置位于割包臺(tái)的正下方，由轉(zhuǎn)動(dòng)盤、頂包架、液壓缸體、割袋刀具、電機(jī)及傳動(dòng)組件組成，用于將已除去打包帶的棉包外部包裝袋沿底部對(duì)角線割開。電機(jī)可通過齒輪傳動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)；頂包架由4個(gè)相同的異形葉片按照一定角度相交叉構(gòu)成；頂包架下部安裝在一作為推桿的軸狀部上，其與液壓缸體形成液壓驅(qū)動(dòng)連接；割袋刀具由支撐桿、電機(jī)、同步帶、傳動(dòng)組件、帶輪組成；同步帶整周上設(shè)有割袋刀片；傳動(dòng)組件由兩個(gè)帶輪與傳動(dòng)帶組成。

割包臺(tái)包括傳送帶、輥筒以及置包平臺(tái)。傳送帶分為前后兩段，兩段傳送帶之間留有間隙，兩個(gè)輥筒則布置于間隙處的左右兩側(cè)。在間隙區(qū)域設(shè)有由兩個(gè)寬度略大于割袋刀片寬度、長度略大于割袋刀片長度的長方形孔按照一定角度相交叉形成的“X”狀異形孔，其中交叉角度等于棉包矩形底面兩條對(duì)角線的夾角。當(dāng)棉包位于底面割袋工位時(shí)，異形孔的中心線位置與棉包矩形底面兩條對(duì)角線的位置相對(duì)應(yīng)［9］。當(dāng)輥筒不動(dòng)作時(shí)，位于間隙處的棉包靜止不動(dòng)，此時(shí)，由底部割袋裝置、側(cè)面割袋裝置及夾袋裝置配合完成對(duì)棉包的包裝袋的切割以及夾取。輥筒動(dòng)作時(shí)，將未除去包裝袋的棉包從前段的傳送帶上送至間隙處，或者將已除去包裝袋的棉包送至位于后段的傳送帶上，進(jìn)而由該傳送帶將棉包向待搬運(yùn)工位輸送。

側(cè)面割袋裝置位于割包臺(tái)的側(cè)方，用于將已除去打包帶的棉包外部包裝袋的左側(cè)面或右側(cè)面割開，其包括側(cè)面割袋機(jī)架、側(cè)面割袋滑動(dòng)機(jī)構(gòu)、側(cè)面割袋機(jī)架、絲杠模組、刀具。側(cè)面割袋機(jī)架位于側(cè)面割袋滑動(dòng)機(jī)構(gòu)上，側(cè)面割袋滑動(dòng)機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動(dòng)側(cè)面割袋機(jī)架在平面內(nèi)的前后左右運(yùn)動(dòng)。絲杠模組位于側(cè)面割袋機(jī)架上，用于驅(qū)動(dòng)刀具上下移動(dòng)，從而將包裝袋左側(cè)或右側(cè)豎直方向上的邊線割開。

1.6 夾袋裝置

夾袋裝置用于取下已被割開的包裝袋。夾袋裝置對(duì)包裝袋產(chǎn)生夾持力，由夾袋裝置機(jī)架、滑臺(tái)氣缸、滑動(dòng)板、手指氣缸、夾板組成。

1.7 廢袋收集裝置

廢袋收集裝置與廢帶收集裝置結(jié)構(gòu)相似，用于輸送并收集廢棄的包裝袋，包括廢袋收集機(jī)架、廢袋收集皮帶、廢袋收集電機(jī)、廢袋收集傳動(dòng)組件、廢袋收集側(cè)擋板、廢袋收集箱。廢袋收集電機(jī)經(jīng)由廢袋收集傳動(dòng)組件驅(qū)動(dòng)廢袋收集皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)，從而將廢棄的包裝袋送入廢袋收集箱。

1.8 抱夾車

第一抱夾車與第二抱夾車結(jié)構(gòu)相同。第一抱夾車用于將未去除打包帶及包裝袋的棉包放入棉包輸送機(jī)，第二抱夾車用于將位于待搬運(yùn)工位的已去除包裝袋的棉包取出并搬運(yùn)至棉包排放位置。

2 棉包自動(dòng)拆袋機(jī)的工作步驟

（1）第一抱夾車將未去除打包帶及包裝袋的棉包放置在棉包輸送機(jī)的棉包支撐板上。棉包支撐板運(yùn)動(dòng)，將棉包輸送至除帶工位處，隨后棉包支撐板停止運(yùn)動(dòng)。

（2）箱體運(yùn)載機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)鉤帶裝置的鉤帶箱體運(yùn)動(dòng)到鉤帶工位，鉤帶機(jī)構(gòu)位于行程的最高處；箱體運(yùn)載機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)剪帶裝置的剪帶箱體運(yùn)動(dòng)到剪帶工位，剪帶機(jī)構(gòu)位于行程的最高處，完成剪帶前的準(zhǔn)備工作。

（3）滑臺(tái)氣缸位于最大行程處，此時(shí)鉤帶機(jī)構(gòu)的勾玉狀扳機(jī)開關(guān)最靠近鉤帶壓板。鉤帶機(jī)構(gòu)在鉤帶機(jī)構(gòu)運(yùn)載機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下向下運(yùn)動(dòng)，在勾玉狀扳機(jī)開關(guān)接觸到棉包對(duì)應(yīng)位置的打包帶后，鉤帶機(jī)構(gòu)再繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)一定距離停止。由于卷簧的作用，勾玉狀扳機(jī)開關(guān)只能在一定角度內(nèi)旋轉(zhuǎn)。鉤帶機(jī)構(gòu)利用撥叉及鉤帶壓板將棉包該位置處的打包帶握住，隨后鉤帶機(jī)構(gòu)運(yùn)載機(jī)構(gòu)停止運(yùn)作，如圖4所示。

圖4 鉤帶機(jī)構(gòu)工作原理示意圖

（4）剪帶機(jī)構(gòu)在剪帶機(jī)構(gòu)運(yùn)載機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下向下運(yùn)動(dòng)，直至棉包對(duì)應(yīng)位置的打包帶在固定刀片和旋轉(zhuǎn)刀片之間，剪帶機(jī)構(gòu)停止運(yùn)動(dòng)；回轉(zhuǎn)氣缸驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)刀片轉(zhuǎn)動(dòng)，與固定刀片閉合而將棉包該位置的打包帶剪斷，如圖5所示。

圖5 剪帶機(jī)構(gòu)工作原理示意圖

（5）步驟3至步驟4重復(fù)執(zhí)行，以將棉包上的打包帶全部剪斷。鉤帶機(jī)構(gòu)抓握住所有已被剪斷的包裝帶并運(yùn)動(dòng)至行程的最低處；鉤帶裝置在鉤帶箱體運(yùn)載機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下向遠(yuǎn)離棉包的方向運(yùn)動(dòng)到廢帶收集工位，從而將被剪斷的所有打包帶拖出；滑臺(tái)氣缸動(dòng)作，帶動(dòng)勾玉狀扳機(jī)開關(guān)遠(yuǎn)離鉤帶壓板，隨后撥叉將所有打包帶撥落到廢帶收集皮帶上，廢帶收集皮帶將廢棄的打包帶輸送到廢帶收集箱中。

（6）鉤帶裝置及剪帶裝置完成復(fù)位動(dòng)作。

（7）棉包輸送機(jī)的棉包支撐板與割袋裝置的傳送帶和輥筒共同作用，將已被除去打包帶的棉包輸送到除袋工位。

（8）底部割袋機(jī)構(gòu)將已除去打包帶的棉包外部包裝袋沿底部對(duì)角線割開，隨后將棉包頂起一定的高度，使棉包位于側(cè)面割袋工位。

（9）側(cè)面割袋滑動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)側(cè)面割袋機(jī)架移動(dòng)到刀具正好位于棉包頂面兩個(gè)角正上方的位置，如圖3（c）所示，隨后絲杠模組驅(qū)動(dòng)刀具將包裝袋靠近側(cè)面割袋裝置一側(cè)豎直方向上的兩條邊線割開。

（10）滑臺(tái)氣缸驅(qū)動(dòng)夾袋裝置運(yùn)動(dòng)到夾袋工位，隨即兩個(gè)手指氣缸驅(qū)動(dòng)夾板閉合而夾住包裝袋。

（11）滑臺(tái)氣缸驅(qū)動(dòng)夾袋裝置及廢棄包裝袋運(yùn)動(dòng)到廢袋收集工位，將廢棄包裝袋丟棄到廢袋收集裝置；廢袋收集裝置將廢棄包裝袋輸送到廢袋收集箱中；隨后側(cè)面割袋機(jī)架、刀具及頂包架復(fù)位。

（12）割袋裝置的傳送帶與輥筒將棉包輸送到待搬運(yùn)工位。

（13）第二抱夾車將棉包搬運(yùn)至排放位置。

以上步驟1～步驟13重復(fù)執(zhí)行，直至棉包排放位置自動(dòng)排滿。

3 棉包自動(dòng)拆袋機(jī)的優(yōu)勢(shì)和創(chuàng)新點(diǎn)

（1）采用兩側(cè)設(shè)有擋板的板鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)對(duì)棉包進(jìn)行輸送，不僅可提高棉包輸送的自動(dòng)化水平及工作效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省人工，而且可限制棉包在傳輸過程中的側(cè)向移動(dòng)，有利于棉包的穩(wěn)定輸送。

（2）鉤帶機(jī)構(gòu)方便鉤取打包帶，并在剪帶完成后可對(duì)打包帶施加穩(wěn)定有效的握持，在丟落打包帶的過程中不易造成打包帶散亂，有利于打包帶的集中收集。

（3）采用雙刃剪切的方式對(duì)打包帶進(jìn)行切割，切割打包帶的效率高。

（4）可實(shí)現(xiàn)廢棄打包帶的高效、快速和可靠收集，節(jié)約了人工，提高了操作的安全性。

（5）采用對(duì)棉包包裝袋底面對(duì)角線及側(cè)面進(jìn)行切割的方法，確保了棉包包裝袋去除過程的可靠性和工作效率。

（6）采用側(cè)面取下棉包包裝袋的方法，可有效降低裝置整體工作空間的高度要求。

（7）采用AGV［10］抱夾車實(shí)現(xiàn)棉包的搬運(yùn)與排放，勞動(dòng)強(qiáng)度低且無需軌道，占地小，成本低。

4 結(jié)束語

本研究創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種面向直行往復(fù)式自動(dòng)抓棉機(jī)的棉包拆袋機(jī)，該機(jī)主要包括棉包輸送機(jī)、鉤帶裝置、剪帶裝置、廢帶收集裝置、割袋裝置、夾袋裝置和棉包抱夾車，其設(shè)有除帶工位、鉤帶工位、剪帶工位、廢帶收集工位、除袋工位、底面割袋工位、側(cè)面割袋工位、夾袋工位、待搬運(yùn)工位和廢袋收集工位。該設(shè)計(jì)采用自動(dòng)化的機(jī)械裝置完成棉包的輸送、除帶、拆袋、搬運(yùn)及廢帶和廢袋的收集工作，為有效替代傳統(tǒng)的人工除帶和拆袋工作提供了解決方案。