CN105752363B - 物流包装内填充装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种物流包装内填充装置及方法，该装置包括底座、高度调节机构、储料仓、压力机构、气吹机构、搅拌机构、挡板和控制器；高度调节机构包括固定架、升降电机、丝杠导轨，所述丝杠导轨的上端垂直设置有横臂；储料仓上端固定安装在横臂上，储料仓顶部设有进料口，底部设有出料口；压力机构包括压力电机、传动组件、压力杆和压力头，压力电机固定安装在横臂上，压力头设置在储料仓的出料口处，压力头的底部设置有压力传感器；搅拌机构包括搅拌杆以及搅拌电机；气吹机构包括多个空气管道以及与每个空气管道连接的空气喷头，所有空气喷头均匀布置在储料仓底部外壁上。本发明可以实现物料包装的全自动填充，具有一定的填充精度，填充效率高。
Description
技术领域
本发明属于物流包装技术领域，具体涉及一种物流包装内填充装置及方法。
背景技术
目前商家对于易碎商品包装一般采用手工填充，填充材料主要为气泡膜、废旧报纸或泡沫纸等，具体的包装过程是先裁剪出一定大小的气泡纸将货物裹住后放到纸箱内，再利用泡沫片塞满货物与纸箱之间的空余空间，最后进行封箱。这种包装方式存在以下缺点：一是效率较低；二是气泡膜、泡沫纸等在丢弃之后不易溶解成为白色垃圾，造成环境污染；三是没有经过精密包装的商品在快递运输时容易损坏。造成商品损坏的原因有以下两种：一是包装时填充密度不够，运输途中的振动使商品在箱内发生碰撞，使多件商品受损；二是填充材料本身抗振效果一般，表现在吸震能力不足，把振动传递到商品上，使易碎的商品振动受损。
发明内容
本发明的目的在于提供一种物流包装内填充装置及方法，它可以实现物料包装的全自动填充，提高了填充精度和填充效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种物流包装内填充装置，该装置包括底座、高度调节机构、储料仓、压力机构、气吹机构、搅拌机构、挡板和控制器。其中，
所述底座的中心位置处设置有用于使包装箱产生振动的振动电机；
所述高度调节机构包括升降电机、固定架和丝杠导轨，所述固定架安装在底座上，所述丝杠导轨沿竖直方向安装在固定架上，所述升降电机安装在固定架上用于驱动丝杠导轨运动，所述丝杠导轨的上端垂直设置有横臂；
所述储料仓的上端固定安装在所述横臂上，所述储料仓为上大下小的倒锥形结构，所述储料仓的顶部设有进料口，所述进料口上设置有掀起式上盖，所述储料仓的底部设有出料口；
所述压力机构设置在所述储料仓内，所述压力机构包括依次连接的压力电机、传动组件、压力杆和压力头，所述压力电机固定安装在所述横臂上，所述压力头设置在储料仓的出料口处，所述压力头的底部设置有压力传感器，所述压力电机的旋转运动通过传动组件转化为压力杆的直线往复运行，进而带动压力头运动使填充材料压紧，同时开启或闭合所述出料口；
所述气吹机构设置在所述储料仓的底部，所述气吹机构包括压缩空气气源、与所述压缩空气气源连接的多个空气管道以及与每个空气管道连接的空气喷头，所有空气喷头均匀布置在储料仓底部外壁上，每个空气喷头的出口均向斜下方设置；
所述搅拌机构包括搅拌杆以及驱动所述搅拌杆转动的搅拌电机，所述搅拌电机固定安装在所述横臂上，所述搅拌杆设置在所述储料仓内，所述搅拌杆倾斜于所述储料仓的中心线设置；
所述挡板可拆卸地安装在所述储料仓的底部，用于覆盖待充填包装箱箱口,所述挡板上设有与所述储料仓底部出料口尺寸一致的通孔；
所述控制器固定在所述固定架上，所述控制器分别与升降电机、压力电机、压力传感器、搅拌电机、振动电机连接。
按上述技术方案，所述传动组件为曲柄滑块机构，所述曲柄滑块机构包括安装在压力电机上的凸轮、铰接安装在所述凸轮上的连杆以及与所述连杆铰接的压力杆。
相应的本发明提供一种基于上述装置的物流包装内填充方法，包括以下步骤：
S1、将待填充的包装箱放置到底座上，使储料仓的出料口位于包装箱箱口的正上方，控制器启动升降电机带动横臂以及储料仓整体下移到包装箱顶部；
S2、设定填充压力值，控制器启动压力电机，带动压力头做上下往复移动，控制器启动搅拌电机，带动搅拌杆转动加快填充材料下移到出料口处，控制器启动振动电机，加速填充物料在包装箱内散落，同时，控制器控制向所有空气管道内通压缩空气，压缩空气经空气喷头向下倾斜喷射，在出料口处形成气体环流，将出料口处的填充材料向四周甩出并落入包装箱内；
S3、当压力传感器检测出料口处填充材料的压力值达到设定填充压力值时，压力头移动至最下端闭合出料口，压力电机、搅拌电机、振动电机停止工作，同时停止向空气管道内通压缩空气，完成包装箱的填充；
S4、控制器启动升降电机，带动横臂以及储料仓上移到固定架的最上端。
按上述技术方案，所述填充材料为生物基材料。
本发明产生的有益效果是：该装置可以根据商品的形状、大小来自动生成所需填充的形状，即无模具成型，使用时将装好商品的包装箱放置到底座的中心位置上，该装置开始工作，填充材料由内部搅拌杆推动从出料口出来，并在压缩空气的作用下落入包装箱内，下料速度快且不会堵塞出料口，当填充材料填充满包装箱以后，再利用压力头向包装箱内填入更多的填充材料，挡板将包装箱箱口全部盖住，以防止填充材料溢出，并确保紧实程度，保证包装箱内的商品在快递运输时不易损坏，当压力传感器检测达到预定压力值时填充结束，实现物料包装的全自动填充，提高了填充精度和填充效率。本发明适应性强，适用于瓷器、化妆品、小家电、电子产品等需要精密填充的商品。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例中高度调节机构的结构示意图；
图3是本发明实施例中气吹机构的结构示意图；
图4是本发明实施例中压力机构的结构简图；
图5是本发明实施例中物流包装内填充方法流程图；
图6是本发明实施例的工作流程图。
图中：1-底座、101-振动电机、2-高度调节机构、201-升降电机、202-固定架、203-丝杠导轨、204-横臂、3-储料仓、301-进料口、302-出料口、303-掀起式上盖、4-压力机构、401-压力电机、402-传动组件、4021-凸轮、4022-连杆、403-压力杆、404-压力头、405-压力传感器、5-气吹机构、501-空气喷头、6-搅拌机构、601-搅拌杆、602-搅拌电机、7-挡板、8-控制器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种物流包装内填充装置，如图1所示，该装置包括底座1、高度调节机构2、储料仓3、压力机构4、气吹机构5、搅拌机构6、挡板7和控制器8；其中，
如图1所示，底座1的中心位置处设置有用于使包装箱产生振动的振动电机101，振动电机用于在下料过程中产生一定强度的低频振动，以使填充材料在包装箱内分布均匀；
如图1、图2所示，高度调节机构2包括升降电机201、固定架202和丝杠导轨203，固定架202安装在底座1上，丝杠导轨203沿竖直方向安装在固定架202上，升降电机201安装在固定架202上用于驱动丝杠导轨203运动，丝杠导轨203的上端垂直设置有横臂204，其中，升降电机采用步进电机，步进电机的正转和反转带动滚珠丝杠旋转进而带动丝杠导轨做升降运动，以实现下料的高度调整；
如图1所示，储料仓3的上端固定安装在横臂204上，储料仓3为上大下小的倒锥形结构，用于储存填充材料，储料仓3的顶部设有进料口301，进料口301上设置有掀起式上盖303，储料仓3的底部设有出料口302，填充材料从进料口放入储料仓中从出料口排出，其中，储料仓采用塑料、玻璃等透明材料制成，；
如图1所示，压力机构4设置在储料仓3内，压力机构4包括依次连接的压力电机401、传动组件402、压力杆403和压力头404，压力电机401固定安装在横臂204上，压力头404设置在储料仓3的出料口302处，压力头404的底部设置有压力传感器405，压力电机401的旋转运动通过传动组件402转化为压力杆403的直线往复运行，进而带动压力头404运动使填充材料压紧，同时开启或闭合出料口302，其中，压力机构的数量可为一个或多个，本实施例中采用一个，且传动组件采用曲柄滑块机构，曲柄滑块机构分别与压力电机和压力杆连接，通过曲柄滑块机构的运动将压力电机的旋转运动转变成压力杆的往复直线运动，进而使得压力头上下运动，以将更多的填充材料压到包装箱中，增加填充的紧实度。压力头下方的压力传感器能检测到箱内已经填入的材料的压力值，当达到预定压力值时停止工作，压力头到最下方，堵住储料仓的出料口；
如图1、图3所示，气吹机构5设置在储料仓3的底部，气吹机构5包括压缩空气气源、与压缩空气气源连接的多个空气管道以及与每个空气管道连接的空气喷头501，所有空气喷头501均匀布置在储料仓3底部外壁上，每个空气喷头的出口均向斜下方设置，具体的，在本实施例中，气吹机构采用三个空气喷头，每个空气喷头分别通过空气管道与压缩空气连接，空气喷头输出高速气流，三个空气喷头的摆放方式为阵列120度分布，每个喷头的出口方向是斜下方，斜向是为了在出料口形成气体环流，当填充材料下落到出料口时会被环流向四周甩出，从而不会在出料口处发生堵塞，向下的气流有向下的力，从而加快下料速度，提高填充效率；
如图1所示，搅拌机构6包括搅拌杆601以及驱动搅拌杆601转动的搅拌电机602，搅拌电机602固定安装在横臂204上，搅拌杆601设置在储料仓3内，搅拌杆601倾斜于储料仓3的中心线设置，其中，搅拌杆沿储料仓内壁面旋转，搅拌杆与搅拌电机电连接，工作开始后搅拌电机转动带动搅拌杆旋转，加快填充材料移动到下料口处，增加填充效率，搅拌杆的转动可以加快下料速度；
如图1所示，挡板7可拆卸地安装在储料仓3的底部，用于覆盖待充填包装箱箱口,挡板7上设有与储料仓3底部出料口302尺寸一致的通孔；如图1所示，控制器8固定在固定架202上，控制器8分别与升降电机201、压力电机401、压力传感器405、搅拌电机602、振动电机101连接。
在本发明的优选实施例中，如图4所示，传动组件402为曲柄滑块机构，曲柄滑块机构包括安装在压力电机401上的凸轮4021、铰接安装在凸轮4021上的连杆4022以及与连杆4022铰接的压力杆403。
在本发明的优选实施例中，用于填充所述包装箱的填充材料优先选择生物基材料，同时可适应其他填充材料例如珍珠棉、EPA等。生物基材料是一种近年来发现可以作为填充物质的材料，其全称是玉米淀粉生物基发泡材料，该材料的制备原料是玉米淀粉，是可再生资源，经过一系列化学过程后形成发泡材料，该材料具有吸震效果好、密度小、易降解等优点，是一种环境友好型材料，遇水后可以快速融化。
如图5所示，本发明提供一种基于上述装置的物流包装内填充方法，包括以下步骤：
S1、将待填充的包装箱放置到底座1上，使储料仓3的出料口302位于包装箱箱口的正上方，控制器8启动升降电机201带动横臂204以及储料仓整体下移到包装箱顶部；
S2、设定填充压力值，通过储料仓3的进料口301向储料仓内注入填充材料，控制器8启动压力电机401，带动压力头404做上下往复移动，控制器8启动搅拌电机602，带动搅拌杆601转动加快填充材料下移到出料口处，控制器8启动振动电机101，加速填充物料在包装箱内散落，同时，控制器8控制向所有空气管道内通压缩空气，压缩空气经空气喷头501向下倾斜喷射，在出料口处形成气体环流，将出料口处的填充材料向四周甩出并落入包装箱内；
S3、当压力传感器405检测出料口处填充材料的压力值达到设定填充压力值时，压力头404移动至最下端闭合出料口，压力电机、搅拌电机、振动电机停止工作，同时停止向空气管道内通压缩空气，完成包装箱的填充；
S4、控制器8启动升降电机，带动横臂以及储料仓上移到固定架的最上端。
在本发明的优选实施例中，填充材料为生物基材料。生物基材料是一种近年来发现可以作为填充物质的材料，其全称是玉米淀粉生物基发泡材料，该材料的制备原料是玉米淀粉，是可再生资源，经过一系列化学过程后形成发泡材料，该材料具有吸震效果好、密度小、易降解等优点，是一种环境友好型材料，遇水后可以快速融化。
如图1所示，控制器安装在高度调节机构的外侧，包括有控制箱及控制面板，控制部分由单片机实现，实现各电机控制、传感器信号处理，实现对整机的控制，控制面板包括按钮和显示器，按钮有机体下移、机体上移、开始工作、紧急停止、填充压力设定，显示器用于显示填充压力值、故障信息。
本发明的工作过程是：如图6所示，将待填充的纸箱放置到底座中心位置，然后控制高度调节机构将整个装置下移到纸箱顶部，输入预设填充压力参数，压力头开始上下运动，搅拌电机带动搅拌杆开始工作，气吹机构和底座振动模块同时开始工作，压力传感器实时检测填充压力值，达到设定的填充压力值时压力头停止工作，各机构复位，压力头停在最底端。
本发明可以与不同大小的包装箱实现自动配合，对于箱内容易破损的商品有很好的保护效果，可以减少物流过程中的剧烈振动给商品带来的损坏。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种物流包装内填充装置，其特征在于，该装置包括底座(1)、高度调节机构(2)、储料仓(3)、压力机构(4)、气吹机构(5)、搅拌机构(6)、挡板(7)和控制器(8)；
所述底座(1)的中心位置处设置有用于使包装箱产生振动的振动电机(101)；
所述高度调节机构(2)包括升降电机(201)、固定架(202)和丝杠导轨(203)，所述固定架(202)安装在底座(1)上，所述丝杠导轨(203)沿竖直方向安装在固定架(202)上，所述升降电机(201)安装在固定架(202)上用于驱动所述丝杠导轨(203)运动，所述丝杠导轨(203)的上端垂直设置有横臂(204)；
所述储料仓(3)的上端固定安装在所述横臂(204)上，所述储料仓(3)为上大下小的倒锥形结构，所述储料仓(3)的顶部设有进料口(301)，所述进料口(301)上设置有掀起式上盖(303)，所述储料仓(3)的底部设有出料口(302)；
所述压力机构(4)设置在所述储料仓(3)内，所述压力机构(4)包括依次连接的压力电机(401)、传动组件(402)、压力杆(403)和压力头(404)，所述压力电机(401)固定安装在所述横臂(204)上，所述压力头(404)设置在储料仓(3)的出料口(302)处，所述压力头(404)的底部设置有压力传感器(405)，所述压力电机(401)的旋转运动通过传动组件(402)转化为压力杆(403)的直线往复运行，进而带动压力头(404)运动使填充材料压紧，同时开启或闭合所述出料口(302)；
所述气吹机构(5)设置在所述储料仓(3)的底部，所述气吹机构(5)包括压缩空气气源、与所述压缩空气气源连接的多个空气管道以及与每个空气管道连接的空气喷头(501)，所有空气喷头(501)均匀布置在储料仓(3)底部外壁上，每个空气喷头(501)的出口均向斜下方设置；
所述搅拌机构(6)包括搅拌杆(601)以及驱动所述搅拌杆(601)转动的搅拌电机(602)，所述搅拌电机(602)固定安装在所述横臂(204)上，所述搅拌杆(601)设置在所述储料仓(3)内，所述搅拌杆(601)倾斜于所述储料仓(3)的中心线设置；
所述挡板(7)可拆卸地安装在所述储料仓(3)的底部，用于覆盖待充填包装箱箱口,所述挡板(7)上设有与所述储料仓(3)底部出料口(302)尺寸一致的通孔；
所述控制器(8)固定在所述固定架(202)上，所述控制器(8)分别与升降电机(201)、压力电机(401)、压力传感器(405)、搅拌电机(602)、振动电机(101)连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传动组件(402)为曲柄滑块机构，所述曲柄滑块机构包括安装在压力电机(401)上的凸轮(4021)、铰接安装在所述凸轮(4021)上的连杆(4022)以及与所述连杆(4022)铰接的压力杆(403)。
3.一种基于以上任一项权利要求所述装置的物流包装内填充方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将待填充的包装箱放置到底座(1)上，使储料仓(3)的出料口(302)位于包装箱箱口的正上方，控制器(8)启动升降电机(201)带动横臂(204)以及储料仓整体下移到包装箱顶部；
S2、设定填充压力值，控制器(8)启动压力电机(401)，带动压力头(404)做上下往复移动，控制器(8)启动搅拌电机(602)，带动搅拌杆(601)转动加快填充材料下移到出料口处，控制器(8)启动振动电机(101)，加速填充物料在包装箱内散落，同时，控制器(8)控制向所有空气管道内通压缩空气，压缩空气经空气喷头(501)向下倾斜喷射，在出料口处形成气体环流，将出料口处的填充材料向四周甩出并落入包装箱内；
S3、当压力传感器(405)检测出料口处填充材料的压力值达到设定填充压力值时，压力头(404)移动至最下端闭合出料口，压力电机、搅拌电机、振动电机停止工作，同时停止向空气管道内通压缩空气，完成包装箱的填充；
S4、控制器(8)启动升降电机，带动横臂以及储料仓上移到固定架的最上端。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述填充材料为生物基材料。
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