纯机械自动封箱装置的设计

唐昌松， 王威

（徐州工业职业技术学院 江苏省工程装备智能制造工程技术研究开发中心，江苏徐州221140）

0 引 言

随着我国“互联网+”计划的实施，电子商务成为推动经济增长的新动力[1]，而商品包装形象对人们在产品选择上也产生了一定影响，因此企业及商家对产品包装愈发重视[2]，但同时也面临着产品封箱问题。目前市面上的封箱设备多为包装流水线，价格昂贵，占地空间大[3]，不太适合中小企业及快递物流等行业从业人员使用。对于中小批量包装箱封箱作业，目前很多场合仍采用手工作业，劳动强度大，封装效率低。

文献[4]采用步进电动机驱动、丝杠传动及超声波测距等，设计了一种商品智能化包装系统；文献[5]采用3台电动机为动力，运用PLC、光电感应技术等设计了一种自动全方位纸箱折页封箱机；文献[6]以气缸与电动机为动力，采用单片机控制等设计了一种全自动水果包装封箱装置；文献[7]采用步进电动机驱动、丝杆传动、行程开关限位及单片机控制等设计了一种基于智慧物流的电动自适应封箱机；文献[8]采用6个气缸作为动力，设计了一种框架式气动封箱机构。上述文献都为不同商品包装箱的自动封箱作业提供了解决方案。本文针对中小企业、快递物流等中小批量包装箱的封箱作业，采用纯机械方式设计一种自动封箱装置。

1 整体结构方案

本封箱装置整体结构方案如图1所示，主要由压实部分、封箱部分、输送部分和承重支架部分等组成。其中：压实部分由水平压板及扳压杆等组成，安装在承重支架上，用于压实需要封箱的包装箱箱盖；封箱部分由封箱架、胶带卷、导向轮、限位板、支腿、压实滚轮、黏性滚轮、水平弹簧、竖直弹簧及刀具等组成，位于承载支架中部，用于完成胶带封箱操作；输送部分由带轮、输送带等组成，包装箱放置在输送带上；承重支架部分下方设有行走轮，行走轮可沿下方轨道方向行走，承重支架后方设有握把，可用于推动承重支架行走。

图1 封箱装置整体结构示意图

2 主要部分结构设计

2.1 压实部分设计

压实部分结构如图2所示。压实部分的水平压板两侧对称设有扳压杆，水平压板朝向输送带来料方向的一侧，扳压杆朝向输送带来料方向延伸且端部向斜上方弯曲，并可调节朝向内侧的旋转角度，实现对箱盖的扳压作业。水平压板及扳压杆通过竖直设置的可调节连接杆固定在承重支架上。其中，可调节连接杆可以为电动伸缩杆或多节杆，多节杆上有调节旋钮，将多节杆调到所需的长度后，再从外部旋紧调节旋钮，即可顶住多节杆完成长度的调节，使水平压板及扳压杆满足不同大小包装箱的箱盖压实作业。

图2 压实部分结构示意图

2.2 封箱部分设计

封箱部分结构如图3所示。封箱部分包括设在承重支架上的悬吊架，悬吊架下方设有竖直连接杆，竖直连接杆两侧分别设有限位板，限位板所在平面与输送带的输送方向平行，两块限位板之间沿输送带输送方向依次设有一封箱支腿和一压实支腿，封箱支腿和压实支腿分别设在竖直连接杆两侧，封箱支腿朝向来料方向延伸且斜向下设置，压实支腿朝向输送方向延伸且斜向下设置，封箱支腿和压实支腿的上端分别通过水平弹簧与竖直连接杆连接在一起, 通过竖直弹簧与限位板上部连接在一起，封箱支腿的下端设有黏性滚轮，压实支腿下端设有压实滚轮，黏性滚轮在朝向压实滚轮的一侧设有刀具，刀具通过刀架固定在封箱支腿上；悬吊架上设有一胶带卷轮；胶带卷轮上设有胶带卷，胶带卷延伸出的胶带从黏性滚轮背对压实滚轮的一侧绕过且胶带的非黏性面贴在黏性滚轮的表面。两块限位板从两侧为封箱支腿和压实支腿的动作提供了导向与限位。悬吊架下方设有一对平行的水平连接杆，水平连接杆的延伸方向与输送带输送方向一致，且水平连接杆的一端与悬吊架连接，另一端与竖直连接杆的上端连接在一起。水平连接杆和竖直连接杆均可通过调节旋钮完成其长度调节，以适应不同包装箱大小的封箱需求。悬吊架两侧底部分别设有导向轮，导向轮配合嵌入承重支架上部的导轨中且可沿导轨移动。

图3 封箱部分结构示意图

2.3 承重支架部分设计

承重支架部分结构如图4所示。承重支架的立柱支腿跨设在输送带两侧，两侧的立柱支腿之间通过可调节连杆连接在一起，通过调节旋钮可改变可调节连杆的长度来改变立柱支腿之间的间距，从而改变承重支架的跨度以适应不同的输送带宽度和不同宽度的包装箱。导轨的延伸方向与输送带的输送方向一致，可将封箱部分沿导轨移动到合适的位置。立柱支腿下端设有行走轮，行走轮可沿铺设在地面上的轨道行走。立柱支腿上还设有握把，可通过握把推动承重支架，将本装置移动到需要的位置。

图4 承重支架部分结构示意图

3 工作原理

封箱时，人工把包装箱放置在输送带上，使包装箱的两个大箱盖合起时的接缝与输送带的输送方向一致，在输送带的作用下，包装箱被向前输送，操作者把包装箱左侧的小箱盖压倒至水平位置。当包装箱右侧运输到水平压板处时，水平压板把包装箱的右侧小箱盖压倒，直到使之达到水平位置。此时朝向输送带来料方向延伸且端部向斜上方弯曲的两个扳压杆开始对包装箱的两个大箱盖进行扳压作业，直至把两个大箱盖压平。此时，贴有胶带的黏性滚轮开始把胶带的黏性面封贴在包装箱右侧面，随着包装箱的继续向前输送，包装箱对封箱支腿施加作用力，并使黏性滚轮滚动到包装箱的表面，对两个大箱盖合起的接缝进行封合，当包装箱运动到上表面与黏性滚轮分离，且封箱支腿将要在竖直弹簧与水平弹簧的作用下复位至初始位置时，刀具会把胶带割断，此时压实滚轮开始对包装箱右侧已封贴的胶带进行压实。随着包装箱继续运动，包装箱对压实滚轮施加作用力，使压实滚轮移动至包装箱的上表面继续压实作业。当压实滚轮到达包装箱左侧时，在与压实支腿相连的竖直弹簧与水平弹簧的回弹复位作用下，压实滚轮滚动至包装箱左侧并对包装箱左侧封贴的胶带进行压实。在没有输送带的情况下，还可把需要封箱作业的包装箱放在合适的工作台或地面上，并通过行走轮把本装置安放在配套轨道上，通过人工推动本装置在轨道上作直线运动进行封箱作业。

4 结 语

针对包装箱封箱需求，本文设计了一种纯机械自动封箱装置。该装置具有如下特点：可对包装箱进行自动封箱作业，操作过程简单快捷，减轻了作业负担；纯机械结构，运行过程不需要多余电耗及电控设备，大大节约了能耗支出，减低了产品运行及维护成本，也方便在野外等不便提供电力的场合使用；可调节式设计，可用于不同大小的包装箱封箱作业；封箱装置结构较小，且在有无输送带的情况下均可应用；本装置方便转移，运用灵活，适用于中小型企业及快递物流等行业中小批量产品封箱作业。