CN104071387B - 面向于多种材料质地的摩擦式开袋机 - Google Patents

面向于多种材料质地的摩擦式开袋机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种面向于多种材料质地的摩擦式开袋机，属于封、拆包装机械领域，尤其涉及成品包装的准备过程。该开袋机包括机械部分、电气部分；所述机械部分包括传送带、动摩擦轮、运动架、定摩擦轮、支撑架；电气部分包括电源、PLC控制器、步进电机驱动器、步进电机；其中，编织袋为需要进行开袋处理。由于摩擦部分橡胶与塑料袋的摩擦系数大于塑料袋与塑料袋的摩擦系数，因而产生滑动，最后实现开袋效果。此机构的出现可以实现开袋的自动化作业，代替手工劳动。本发明可有效提高编织袋的开袋效率，显著提升其自动化水平。

Description

面向于多种材料质地的摩擦式开袋机
技术领域
本发明涉及一种以摩擦方式开启包装袋的机械结构，属于封、拆包装机械领域，尤其涉及成品包装的准备过程。
背景技术
在实际生产过程中，以往的开袋环节上用到大多是人力，这样会大大降低面粉加工的效率，然而又因现有的开袋设备成本又过高，为此我们提出了利用摩擦式开袋机的概念方法。
摩擦式开袋机较以往的单纯的人力操作有所不同，利用机械体操作，机械传动装置，并结合控制，电气等技术的机电一体化产品，追求的是省力、高效、精确、自动化、集成化。此类商品在该领域还不是较为发达，有广阔的发展前景。相较以往的负压式开袋机相比，此项发明有着成本低、应用领域广、操作简便等特点，拥有较好的经济性、实用性、可靠性和创新性等特点。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种面向于多种材料质地的摩擦式开袋机，摩擦轮与袋子之间的摩擦系数，袋子和袋子材料之间摩擦系数的不同，进行相对运动的产生，最后达到使袋子之间分离的效果，从而达到开启袋子的目的。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种面向于多种材料质地的摩擦式开袋机，该开袋机包括机械部分、电气部分；所述机械部分包括传送带2、动摩擦轮3、运动架4、定摩擦轮5、支撑架6；电气部分包括电源、PLC控制器、步进电机驱动器、步进电机；其中，编织袋1为需要进行开袋处理。
所述动摩擦轮3、运动架4、定摩擦轮5、支撑架6共同构成开袋机构；结合图2、图4.1和图4.2，在以运动架4作为安装三个动摩擦轮3的基架，围绕运动架4的中心呈120°沿圆周均匀分布有三个轴，三个动摩擦轮3分别通过轴与运动架4固定；定摩擦轮5与支撑架6固定，所述安装有动摩擦轮3的运动架4也固定在支撑架6上；运动架4的中心通过联轴器、键与步进电机固定；步进电机由步进电机驱动器驱动，并由PLC控制器控制。
所述动摩擦轮3、定摩擦轮5均由橡胶材料制成。
其控制过程如下，机构初始位置如图4.1所示，即三个动摩擦轮3的中心点组成的等边三角形，有一个边呈水平状态，PLC控制步进电机每次旋转120°，运动架4也同样旋转120°，在运动架4旋转运动60°时，动摩擦轮3与定摩擦轮5产生接触、变形；编织袋1置于传送带2上，随着传送带2的平行移动；当运动至开袋机构处时，编织袋1的上、下两层分别与动摩擦轮3、定摩擦轮5接触，且接触变形会产生相对运动的摩擦力，由于橡胶挤压变形，动摩擦轮3与定摩擦轮5产生弹力；橡胶与编织袋的摩擦系数大于编织袋与编织袋的摩擦系数，由于摩擦力因而产生相对滑动，最后实现开袋效果。
在步进电机旋转120°后，PLC控制器控制电机停止并等待下一个编织袋到达开袋机构的位置，完成开袋过程并依次循环。
所述的动摩擦轮3是由帽螺钉、橡胶、垫片和紧固螺栓组成，结合图4.1和图4.2所示，帽螺钉、垫片作为定位限制橡胶在轴上的蹿动；在帽螺钉拧紧状态下，紧固螺栓顶住垫片，向橡胶增加预紧力，限制橡胶在轴上的转动，完成动摩擦轮3的安装，这样的结构便于在橡胶长时间使用下，调节动摩擦轮3的紧固程度或更换。
所述的定摩擦轮5与动摩擦轮3的安装方式类似，以支撑架6作为安装的基架，在支撑架6底部设有连接轴，将橡胶、垫片、挡板和紧固螺栓在此进行安装，挡板与支撑架6用螺钉进行安装；将橡胶一端顶住支撑架6，另一端用垫片挡住，紧固螺栓顶住垫片，以此给橡胶加预紧力，达到限制其在轴上的蹿动及转动目的；同样的，这样的结构也便于在橡胶长时间使用下，调节定摩擦轮5的紧固程度和更换。
支撑架6安装有滚珠轴承，将安装好动摩擦轮3的运动架4插入支撑架6的滚珠轴承之中；驱动步进电机的电气结构，是由步进电机的驱动器和PLC控制器共同完成。
编织袋1由厂家制造标准，呈卷状运送给用户，用户由分袋机构将编织袋分离；将编织袋1放在传送带2上，最后运送到摩擦式开袋机构进行开袋处理；在此过程中动摩擦轮3与编织袋1的上层接触，编织袋1的下层与定摩擦轮5产生接触。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
1.在长期使用情况下，容易对橡胶部分磨损，设计中加入了紧固装置，当橡胶部分发生磨损或是产生由于长期摩擦老化的结果，可以通过紧固装置来进行更换及调整。
2.在选择尺寸上，弹力选择到15％，可以保障其发生弹性变形，产生的弹力最大，同时产生的摩擦力最大，保证口袋可以顺利的进行分离。
3、本发明可有效提高编织袋的开袋效率，显著提升其自动化水平。
附图说明
图1摩擦式开袋机整体示意图；
图2摩擦式开袋机的开袋机构示意图；
图3摩擦式开袋机的开袋机构电气控制原理图；
图4.1开袋机构的主视图；
图4.2开袋机构的左视图。
图中：1、编织袋，2、传送带，3、动摩擦轮，4、运动架，5、定摩擦轮，6、支撑架。
具体实施方式
实施例
机械部分工作原理
口袋在传送带上的运送速度在0.5m/s,电机的转速在达到开袋口的速度在1m/s。传送带长1200mm，每隔3s进行下一个口袋的续送。力矩在：1370N·m,转速在46r/min，每次运转120°；运转时常0.5s,间隙2.5s。在开袋口的位置，摩擦轴发生与向袋子前进的方向运动；因为摩擦轴与袋子产生摩擦力，袋子与袋子之间的摩擦力的不同，口袋产生相对运动。根据文献可知，以编织袋为例，橡胶对于麻绳摩擦系数；而麻绳与麻绳的摩擦系数；硬橡胶的压缩量在15％时，产生的橡皮单位弹力为：10.6kg/cm2。根据橡胶因变形产生的弹力公式(1)：
F弹＝Sq(1)
式中：S——橡皮的横断面积cm2
q——橡皮的单位弹力kg/cm2
因弹力，产生的摩擦力公式(2)：
F摩＝F弹×μ(2)
式中，μ——材料的摩擦系数。
由于摩擦系数不一样，法向力相同情况下，摩擦力会有所不同，橡胶滚轴与袋子摩擦力大于袋子之间的摩擦力，最后口袋产生分离现象，达到开口的效果。变形量达到15％，计算出摩擦力产生的扭矩也就是电机扭矩达到最小扭矩。通过理论计算可以得到F＝Sq，摩擦力＝6523.664N，圆盘到摩擦点的半径为202.5mm，需要的扭矩也就在N＝1369.6944≈1370N·m。圆盘在运动时候的线速度要达到1m/s，因此电机的转速在运作时的转速应在45.86r/min。
开袋机构图如图2、装配图如附图4.1、4.2所示，当袋子到达开袋位置，2号运动架产生运动，实现开袋动作及效果。
电气部分工作原理
1.根据机械结构设计，可以得到该结构需要控制的是传送带的匀速运动和机械滚轮的定向转动，而控制的关键部分就是定向转动。采用步进电机转动固定角度之后停留固定时间来实现机械结构的动作配合。
2.根据上述分析，及相关计算，做出了下面的电机及相关驱动器等的选择：
1).PLC选型为：西门子S7-200CPU224XP；
2).步进电机驱动器选型为：步距角：1.8度，细分数：1；
3).步进电机选型为：额定电流：5A力矩：1500N·m；
4).选择PLC进行控制的优点：可靠性极高，抗干扰性能很强；灵活性、通用性高；体积小，重量轻，安装简单，使用维护方便
3.控制关键技术设计，电路示意图如图3如下：(按下启动按钮，步进电机旋转，转过120度后，停止2.5s，之后往复运转,待按下停止按钮后，电机停止转动)。

Claims (7)

1.一种面向于多种材料质地的摩擦式开袋机，其特征在于：该开袋机包括机械部分、电气部分；所述机械部分包括传送带(2)、动摩擦轮(3)、运动架(4)、定摩擦轮(5)、支撑架(6)；电气部分包括电源、PLC控制器、步进电机驱动器、步进电机；其中，编织袋(1)需要进行开袋处理；
所述动摩擦轮(3)、运动架(4)、定摩擦轮(5)、支撑架(6)共同构成开袋机构；运动架(4)为安装三个动摩擦轮(3)的基架，运动架(4)围绕其中心呈120°沿圆周均匀分布有三个轴，三个动摩擦轮(3)分别通过轴与运动架(4)固定；定摩擦轮(5)与支撑架(6)固定，所述安装有动摩擦轮(3)的运动架(4)也固定在支撑架(6)上；运动架(4)的中心通过联轴器、键与步进电机固定；步进电机由步进电机驱动器驱动，并由PLC控制器控制。
2.根据权利要求1所述的一种面向于多种材料质地的摩擦式开袋机，其特征在于：所述动摩擦轮(3)、定摩擦轮(5)均由橡胶材料制成。
3.根据权利要求1所述的一种面向于多种材料质地的摩擦式开袋机，其特征在于：其控制过程为，三个动摩擦轮(3)的中心点组成的等边三角形，有一个边呈水平状态，PLC控制步进电机每次旋转120°，运动架(4)也同样旋转120°，在运动架(4)旋转运动60°时，动摩擦轮(3)与定摩擦轮(5)产生接触、变形；编织袋(1)置于传送带(2)上，随着传送带(2)平行移动；当运动至开袋机构处时，编织袋(1)的上、下两层分别与动摩擦轮(3)、定摩擦轮(5)接触，且接触变形会产生相对运动的摩擦力，由于橡胶挤压变形，动摩擦轮(3)与定摩擦轮(5)产生弹力；橡胶与编织袋的摩擦系数大于编织袋与编织袋的摩擦系数，由于摩擦力因而产生相对滑动，最后实现开袋效果；
在步进电机旋转120°后，PLC控制器控制电机停止并等待下一个编织袋到达开袋机构的位置，完成开袋过程并依次循环。
4.根据权利要求1所述的一种面向于多种材料质地的摩擦式开袋机，其特征在于：所述的动摩擦轮(3)是由帽螺钉、橡胶、垫片和紧固螺栓组成，帽螺钉、垫片作为定位限制橡胶在轴上的蹿动；在帽螺钉拧紧状态下，紧固螺栓顶住垫片，向橡胶增加预紧力，限制橡胶在轴上的转动，完成动摩擦轮(3)的安装，这样的结构便于在橡胶长时间使用下，调节动摩擦轮(3)的紧固程度或更换。
5.根据权利要求1所述的一种面向于多种材料质地的摩擦式开袋机，其特征在于：所述的定摩擦轮(5)与动摩擦轮(3)的安装方式类似，以支撑架(6)作为安装的基架，在支撑架(6)底部设有连接轴，将橡胶、垫片、挡板和紧固螺栓在此进行安装，挡板与支撑架(6)用螺钉进行安装；将橡胶一端顶住支撑架(6)，另一端用垫片挡住，紧固螺栓顶住垫片，以此给橡胶加预紧力，达到限制其在轴上的蹿动及转动目的；同样的，这样的结构也便于在橡胶长时间使用下，调节定摩擦轮(5)的紧固程度和更换。
6.根据权利要求1所述的一种面向于多种材料质地的摩擦式开袋机，其特征在于：支撑架(6)安装有滚珠轴承，将安装好动摩擦轮(3)的运动架(4)插入支撑架(6)的滚珠轴承之中；驱动步进电机的电气结构，是由步进电机的驱动器和PLC控制器共同完成。
7.根据权利要求1所述的一种面向于多种材料质地的摩擦式开袋机，其特征在于：编织袋(1)由厂家制造标准，呈卷状运送给用户，用户由分袋机构将编织袋分离；将编织袋(1)放在传送带(2)上，最后运送到摩擦式开袋机构进行开袋处理；在此过程中动摩擦轮(3)与编织袋(1)的上层接触，编织袋(1)的下层与定摩擦轮(5)产生接触。
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