一種包裝箱密封搭扣自動扣合裝置

[摘 要]為解決火炸藥行業包裝箱密封搭扣扣合工藝勞動強度大、效率低、扣合質量不穩定等問題，文章結合目標密封搭扣扣合工藝，采用PLC控制器實現執行機構控制，利用氣動系統完成執行機構動作，配合傳感器檢測感知技術，設計和制作了一種包裝箱密封搭扣自動扣合裝置。研究結果表明，該裝置可自動化、無人化實現包裝箱密封搭扣的自動扣合功能，具有較高的工程應用價值。

[關鍵詞]密封搭扣；自動扣合；氣動系統；人機隔離

[中圖分類號]TM73 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2024）12–0064–03

The Utility Model Relates to a Device for Automatic Fastening of Sealing Fasteners on Packing Boxes

LONG Yi，PENG Lei，XU Xiaobo，LI Guangfei，ZHANG Xinyi

[Abstract]In order to solve the problems of high labor intensity， low efficiency and unstable quality of packing box sealing in explosive industry， combines the target sealing process， the author adopts PLC controller to realize the actuator control， uses pneumatic system to complete the actuator action， designs and makes a set of device with sensor sensing technology. The application shows that the device can automatically and unmanned realize the function of sealing buckle of packing box， which has high engineering application value.

[Keywords]sealing buckle； automatic buckle； pneumatic system； man-machine isolation

包裝箱密封搭扣自動扣合裝置實施對象為某火炸藥廠改安酮系列藥柱包裝箱，包裝箱的密封性對于藥柱儲存質量保證具有重要作用[1]。長期以來，包裝箱密封搭扣工序依賴于人工手擰搭扣壓實密封槽內的三元乙丙橡膠密封條，勞動強度大、效率低，長時間工作容易因疲勞導致擰扣不到位，影響包裝箱密封質量。因此，開發一套能夠自動化、無人化實現包裝箱密封搭扣自動扣合功能的裝置意義重大。

1 概述

為了滿足密封性要求，目標包裝箱設置有8組密封搭扣，均布在4個面上，具體如圖1所示。密封搭扣分為上下兩個部分，上半部分固定在包裝箱蓋上，下半部分固定在箱體上，兩部分均設置有掛鉤特征，相扣后通過擰扣的180°旋鈕帶動內部凸輪機構完成下掛鉤的下拉動作，實現箱蓋密封功能，最后將擰扣90°向下折疊，實現擰扣機構的鎖死。密封搭扣結構如圖2所示。

包裝箱密封搭扣的自動扣合功能裝置在設計上完全參照了原有工藝順序，模仿人工操作流程，采用光桿模仿人工手指，使用氣缸作為動力，傳動裝置作為手臂，控制系統作為“大腦”，共同協作完成密封搭扣掛鉤、擰緊、折疊等功能。

2 結構設計

使用UG_NX 10.0開展包裝箱密封搭扣自動扣合裝置結構及零部件的設計和建模，軟件提供了數字化造型和驗證手段，具有高性能的機械設計和制圖功能，為制造設計提供了高性能和靈活性，在模型基礎上直接生成機械圖紙和加工程序。同時軟件提供了廣泛的標準件庫和外購件庫，強化了設計規范，提高了設計效率。

密封搭扣自動扣合裝置機械部件結構如圖3所示。

經過三維模型仿真設計和驗證，利用CAD導出加工圖紙進行制作，同時對外購件、標準件等進行選型和采購，完成所有零部件和元器件的安裝與集成。通過對運動部件的性能測試，包裝箱密封搭扣自動扣合裝置達到了工程化應用技術指標。

3 氣動系統的設計和仿真

密封搭扣自動扣合裝置氣動原理如圖4所示。

為了驗證包裝箱密封搭扣自動扣合裝置的動作及節拍合理性，使用FluidSIM 5.0仿真軟件開展了密封搭扣自動扣合裝置的氣動系統模擬設計和動作過程驗證[3]。將該系統各氣動元器件，從圖庫中拖曳至工作區，按照氣動原理圖的邏輯關系連接，設置各元器件的壓力、流量、開度、行程等必要參數。為驅動電磁閥仿真動作，按照PLC控制邏輯在FluidSIM中搭建繼電連鎖控制電路。在完成模型搭建后，對該氣動系統的運行步驟、運動速度、輸出推力、行程時間和動作時序等進行了調整驗證。在包裝箱密封搭扣自動扣合裝置完成加工、采購、裝配、調試并接入PLC系統控制后，通過對比發現，包裝箱密封搭扣自動扣合裝置運動過程與仿真動作過程完全一致。包裝箱密封搭扣自動扣合裝置節拍時序如圖5所示。

4 工作流程

檢測工作的具體流程如下。

（1）包裝箱被輸送到專機工位并定位好。

（2）掛鉤氣缸伸出，掛鉤桿被斜向上頂升，搭扣下半部分被推起與上半部分掛鉤搭上。

（3）平移氣缸收回，帶動擰扣氣缸、擰扣直線滑軌、齒輪齒條、聯軸器、擰扣手指等靠近包裝箱搭扣，擰扣手指將蝶型片夾在中間。

（4）擰扣氣缸伸出，帶動擰扣直線滑軌導軌、齒條平移，帶動齒輪、聯軸器、擰扣手指、蝶型片旋轉，實現搭扣的擰緊動作。

（5）平移氣缸伸出，帶動擰扣氣缸、擰扣直線滑軌、齒輪齒條、聯軸器、擰扣手指等遠離包裝箱搭扣。

（6）掛鉤氣缸收回，掛鉤桿被斜向下拉升，搭扣下半部分在掛鉤桿作用下折疊到下方垂直位置。

5 存在的問題

（1）該裝置在完成擰扣折疊功能時，擰扣存在回旋一定角度的風險，當密封搭扣采用帶鉛封凸起的特殊結構時，存在折疊扣合不到位的風險。

（2）該裝置在設計時采用了1拖2的雙工位聯動模式，兩組扣合裝置間距固定，不利于對不同包裝箱不同搭扣間距產品的兼容。

6 改進措施

（1）本裝置中擰扣折疊功能采用掛鉤氣缸收回時帶動掛鉤桿拉回完成，該機構對擰扣旋轉方向沒有限位，故需要新增導向片，在折疊時插入擰扣上的鉛封槽內，實現折疊過程的左右限位。

（2）該裝置可簡化為單工位結構，可有效應對不同包裝箱不同搭扣數量的問題；對于密封搭扣間距調整問題，該裝置在扣合裝置安裝座上可以優化設計為可調結構，調整齒輪尺寸不同的嚙合位置，實現擰扣動力機構的整合，降低生產制造成本。

7 效果

包裝箱密封搭扣自動扣合裝置已成功應用于某火炸藥廠改安酮系列藥柱自動包裝項目中。在安全性設計上，充分避免了可能的安全隱患[4]，防爆電磁閥均采用雙電控電磁閥，異常斷電時，避免電磁閥自動切換工作狀態出現碰撞及擠壓；所有碰撞零部件的材質采用有色金屬與黑色金屬配合使用，避免撞擊產生火花；所有到位檢測傳感器均采用本安型防爆開關，滿足了現場A21危險等級區域的防爆安全要求。

8 結束語

包裝箱密封搭扣自動扣合裝置自動化地實現了包裝箱密封搭扣的扣合功能，滿足了人機隔離需求，對提高生產效率、提升產品質量、加強安全防護和減少勞動強度等方面都起到了得到實質性的改善作用，具有極高的借鑒價值和推廣意義。

參考文獻

[1] 吳建軍.扣合式包裝箱密封性研究[J].四川兵工學報，2007，28（4）：70-72.

[2] 歐育湘.炸藥學[M].北京：北京理工大學出版社，2006.

[3] 舒遠杰，霍冀川.炸藥學理論[M].北京：化學工業出版社，2011.

[4] 王雪晶，朱全松，嚴尚賢.基于點火藥的火工品高精度安全自動裝藥技術[J].兵工自動化，2017，36（7）：55-57.