装箱机双向调节抓头机构的设计

（西安工业大学，西安 710016）

0 引言

随着社会的高速发展，产品生产过程的高速化、自动化越来越受到生产企业的重视。高速自动化装箱设备也在生产中得到广泛应用。市场需求的多元化，产品装箱形式的多样化，就要求装箱机械要适应各种产品需求，在装箱的过程中对产品位置进行合理适当调整以满足企业不同产品的装箱要求[1-5]。

1 现有基本装箱形式及成箱样式

现代化生产产量大幅度提升，装箱机械的装箱速度也越来越快，早期的单箱装箱机械早已跟不上现代化企业的发展步伐，2～4箱的装箱形式也已经在装箱机械中得到了普遍推广。生产企业根据产品种类及特性选择装箱结构和形式，常用的箱型包括：4×6塑料周转箱、3×4塑料周转箱、4×5 塑料周转箱、3×4纸箱、4×6 纸箱、3×5 纸箱、4×5 纸箱等[6]。

现有的装箱机械，抓头部件只能进行单独一个方向上的抓头间距调节，即与输箱链道相平行的同步方向的间距调节，使物料间形成一定的间隙量以方便进行物料装箱。这种结构要求物料传送方向与纸箱输送方向相互垂直，物料终端传送带宽度要与总装箱数量的箱体总长度相匹配，因此整机尺寸大，空间利用率低，对包装容器柔性较大的小袋包装及柔性块状物料的多层装箱效果差，包装箱内物料摆放凌乱，有时甚至无法完成物料装箱作业[7-10]。

2 双向调节抓头机构的机械部分设计

为顺利完成物料装箱作业，达到更好的装箱效果，本文讨论设计一种双向调节抓头机构，弥补物料在输送链道上的输送间距，形成包装箱体的壁厚间距量，使得物料在放入包装箱之前就进入了良好整齐的排列状态。

2.1 结构组成

双向调节抓头机构由装箱机抓头部件安装支架、抓头部件连接支架、抓头安装框架、抓头纵向活动安装板、抓头横向活动安装板等部件构成，结构如图1所示。各部件的作用如下：

（1）装箱机抓头部件安装支架：直接装箱机的装箱动力机构，方便安装抓头部件，是整机实现完整装（卸）箱工艺的保证。

（2）抓头部件连接支架：采用挂扣机构实现抓头整体部件与安装支架的连接。

（3）抓头安装框架：是抓头机构的安装支撑，提供了抓头活动板的安装空间和位置，以保证抓头机构正常工作。

（4）抓头纵向活动安装板：为纵向调节抓头提供定位安装位置，同时作为横向活动安装板的安装、导向支撑，是横向安装板工作、运行的保证。

（5）抓头横向活动安装板：为横向调节抓头提供定位安装位置，是整体纵向活动板的组成部分。

（6）抓头（支架）：是物料抓取的最小单元，安装在活动安装板上，直接对物料进行抓取，以实现物料的装（卸）箱。

（7）横向活动安装板上（下）导向板：安装在抓头纵向活动安装板上，与横向活动安装板间含有聚四氟乙烯板条，上下夹持住横向活动安装板，为横向活动板的横向偏移提供良好的导向及定位。

（8）纵向活动安装板动力机构：由两个相同的双作用气缸组成，通过活塞连接杆连接到纵向活动安装板上，为纵向活动安装板提供纵向往复的偏移动力。

（9）横向活动安装板动力机构：每块横向活动安装板分别匹配一个双杆气缸，加大活动动力，同时增强移动稳定性，为横向活动安装板提供横向往复的偏移动力。

（10）纵向活动安装板上（下）导向板：安装在装箱机抓头部件安装支架上，与纵向活动安装板间含有聚四氟乙烯板条，上下夹持住纵向活动安装板，为纵向活动板的纵向偏移提供良好的导向及定位。

2.2 工作原理

整体物料抓头部件通过抓头部件连接支架2与装箱机抓头部件安装支架进行稳定的定位连接。可以实现不同规格的抓头部件整体快速更换。整体的抓头活动机构均安装在抓头安装框架3中，在纵向活动安装板动力机构9（包括纵向气缸1，2）的动力下，使抓头纵向活动安装板4按照纵向活动安装板上导向板11和纵向活动安装板下导向板12的导向方向进行合理的定距往复滑动。活动间距在图2中显示“b”，一般是指物料箱体的箱体间隔与箱体内腔净尺寸的差值，影响整箱物料的入箱效果。根据装箱产品尺寸以及装箱规格和箱体长度的不同，可以选择不同的纵向活动安装板动力机构9和相对应的抓头纵向活动安装板4，从而达到更好的纵向间距调节。

抓头横向活动安装板5以抓头纵向活动安装板4为安装框架，在横向活动安装板动力机构10（包括横向气缸 1，2，3，4）的动力作用下，使抓头横向活动安装板5按照横向活动安装板上导向板7和横向活动安装板下导向板8的导向方向进行合理的定距往复滑动，活动间距在图2中显示“a”，一般为框架箱体的内框格板厚度值，影响单箱体内各物料的装箱效果。根据装箱产品尺寸以及装箱规格、箱体宽度及框架箱框格板厚的不同，可以选择不同的横向活动安装板动力机构10和相对应的抓头横向活动安装板5，从而达到更好的横向间距调节，实现良好装箱效果。

2.3 装箱工艺

双向调节的抓头机构装箱机械不仅可以用在物料传送方向与箱体输送传送方向相垂直的装箱工艺中，也可以用在物料传送方向和箱体传送方向相平行的装箱工艺中，不仅可以实现产品的紧密装箱，也可以实现对产品的定位框架箱装箱，其实现装箱的工艺过程如图2、图3所示。

图2中，抓头机构将产品抓取后，在提起产品进入箱体的工艺过程中对产品进行横向调节，使产品横向间隔由零间隙分开为框架箱的框架横向间隙（以a值为代表），同时对产品按照箱体的位置，以一箱产品为一个组合实现对产品的纵向间距调节，使成箱产品间隔由原来的隔板间隙分开为两个框架箱体的箱体间隙（以b值为代表），很好的完成产品的定距框架装箱；图3中，抓头机构将产品抓取后在提起产品进入箱体的工艺过程中对产品进行横向调节，使产品横向间隔由原来的隔板间隙缩小为零间隙甚至负间隙（以产品性能来确定a值的调节），同时对产品按照箱体的位置，以一箱产品为一个组合实现对产品的纵向间距调节，使成箱产品间隔由原来的零间隙分开为两个箱体的箱体间隙（以b值为代表），很好的完成产品的紧密装箱。

3 双向调节抓头机构的气动部分设计

双向调节抓头机构的气动原理是由外接高压气源经过二次压力控制回路后供给整体工作机构。二次压力控制回路是由空气过滤器、调压阀、油雾器及气压表组成，共同完成高压空气的过滤、减压和油雾化工作。气控系统由六个气缸、三个两位五通电磁阀及十二个节流阀组成，一个电磁阀同时控制相互平行的动作气缸，保证了抓取产品后运动的平稳性，纵向、横向气缸有序动作完成纸箱的合理定位，节流阀调节气缸杆的动作速度，使抓取产品定位更准确平稳。

整体双向间距调节机构采用机电气一体化控制，动力机构采用空气气缸带动，对PLC进行编程通过控制纵向和横向气缸气路电磁阀的开闭来控制纵向机构和横向机构的同步活动或间隔性运动，调节气路中的单向节流阀来控制各个活动机构的活动速度快慢。

4 结语

该双向调节抓头机构涉及现在生产企业包装生产线上装箱机抓头部件的抓头间距调节，尤其是针对圆瓶、异型瓶、块状物料或小袋包装物料等整齐规则的包装容器进行更合理的间距调节以方便进行装箱。可以使物料在包装箱内的间距排列更合理、更紧密，在后期的分送运输途中更安全、更可靠，使装箱效果更理想，装箱机的装箱性能更优越，此结构在装卸机械设备中具有很高的工程应用价值。