CN110775545B - 基于异形螺杆的连续定比合流输送螺杆装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种基于异形螺杆的连续定比合流输送螺杆装置，该装置包括支撑装置、进瓶输送通道、合流装置、驱动装置和链板机。合流装置中的第一合流螺杆、第二合流螺杆的螺旋槽与隔板一起作用对被供送容器进行限位，在隔板协同作用下，容器在螺旋槽带动下沿着异形合流螺杆轴向和径向做复合运动，随着两根异形合流螺杆螺距和槽深的变化将两列容器按照m：n的定比组合形式交替合成一列，从异形合流螺杆末端输出，实现对容器的交替合流。该装置结构简单，性能可靠，采用模块化设计，结构紧凑，成本低，生产过程中噪声小且无刚性冲击，速度调整便捷，而且该装置在生产线上的装配和调整非常方便。

Description

基于异形螺杆的连续定比合流输送螺杆装置
技术领域
本发明涉及容器包装传输设备技术领域，特别是涉及连续输送的杯、瓶、罐等容器在包装前按照一定比例组合的基于异形螺杆的连续定比合流输送螺杆装置。
背景技术
现代社会商品在贸易流通中竞争日趋激烈，在保证产品质量前提下，产品包装形式也是日新月异，为吸引消费者、促进商品销售，往往需要对两种外观不同或编码不同的容器按一定配比进行组合包装，如1:1、1:2、2:3等比例组合。
现有生产线上一般采用气动装置或间歇机械机构装置等实现连续输送容器的合流供送，生产过程中速度冲击大，工作节拍慢，不能做到高速、稳定的供送，致使生产效率降低，并且这些装置安装在生产线上机构复杂，占用空间大，成本高，不能满足当今产品高速包装的生产要求。
包装机械是自动化程度较高的机械设备，应用各种形式的螺杆机构，可按照工艺要求将容器以确定的速度、方向和间距供送到给定的工位，保证被供送容器实现高速稳定的运动。这种螺杆机构提高了劳动效率，减少了人力消耗，同时，也使容器以有序而稳定的状态运动，保证了传递的精准度。但是，目前在生产过程中尚无采用异形螺杆机构对连续输送过程中的两种容器按照一定比例合流供送的装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于异形螺杆的连续输送容器实现m：n定比组合的合流输送装置，适应生产线高产量高速度的发展趋势，实现外观不同或编码不同的两列容器，按一定比例交替合并成一列的目的，且整个过程连续高速稳定无冲击。
为了实现上述目的，本发明提出一种基于异形螺杆的连续定比合流输送螺杆装置，该装置包括支撑装置、进瓶输送通道、合流装置、驱动装置和链板机。
所述支撑装置包括驱动端支架组件、带锁紧结构的快换支架组件、导杆和隔板支架组件；所述驱动端支架组件和所述快换支架组件平行放置于地面；所述导杆的第一端固定在所述快换支架组件上，第二端连接所述驱动端支架组件；所述锁紧结构件松开时，所述导杆和所述快换支架组件可以一起沿着所述导杆轴线方向水平移动；所述隔板支架组件安装在所述导杆上，用于固定安装在所述第一合流螺杆和第二合流螺杆之间的隔板。
所述进瓶输送通道包括隔块和进瓶导板；所述隔块位于两块所述进瓶导板之间，固定安装在所述隔板支架组件上，所述隔块有两条相交的边，所述两条相交的边与两块所述进瓶导板之间分别形成第一输送通道和第二输送通道，供外观或编码不同的刚性/半刚性(金属壳体/非金属壳体)的第一容器和第二容器通过；所述两条相交的边相交后形成一个末端，所述末端与所述隔板连接，所述第一容器和第二容器在链板机的驱动下沿所述第一输送通道和第二输送通道向所述隔块的末端移动，进入所述合流装置。
所述合流装置包括隔板、合流导板和两根旋向相反同步转动的第一合流螺杆和第二合流螺杆；所述隔板在所述第一合流螺杆和第二合流螺杆之间，由安装在导杆上的隔板支架组件固定；所述第一合流螺杆和第二合流螺杆与所述导杆平行，安装在驱动端支架组件和快换支架组件之间，所述第一合流螺杆和第二合流螺杆的第一端安装在驱动端支架组件上，所述第一合流螺杆和异形合流螺杆的第二端安装在快换支架组件上；所述第一合流螺杆和第二合流螺杆的螺旋槽与所述隔板一起作用对被供送容器进行限位，在隔板协同作用下，所述第一容器和第二容器在螺旋槽带动下沿着所述异形合流螺杆轴向和径向做复合运动，随着两根异形合流螺杆螺距和槽深的变化将两列容器按照m：n的定比组合形式交替合成一列，从所述异形合流螺杆末端输出；两块所述合流导板与所述异形合流螺杆平行，形成供所述第一容器和第二容器通过的通道，所述通道与所述异形合流螺杆末端连接；所述异形合流螺杆由前段、中段和后段三部分组成。
所述驱动装置包括伺服电机、减速器、同步带轮和同步带；所述伺服电机和减速器可拆卸地固定在所述驱动端支架组件上；所述伺服电机和所述异形合流螺杆的端部设有所述同步带轮，所述同步带轮和所述同步带用于连接所述伺服电机和所述异形合流螺杆之间的传动；所述驱动装置还包括运动控制器和伺服电机驱动器，所述运动控制器根据容器数量和输送带速度计算所述异形合流螺杆所需的转速，并将所述转速输出给所述伺服电机驱动器，所述伺服电机驱动器控制所述伺服电机旋转，完成所述异形合流螺杆的同步旋转。当所述容器数量变化时，所述运动控制器会跟随所述容器数量的变化来调节所述异形合流螺杆的转速。
所述链板机位于所述输送通道、所述合流装置的下方，与所述合流导板平行，用于驱动所述第一容器和第二容器从所述输送通道进入所述合流装置，并驱动从所述异形合流螺杆输出后的所述第一容器和第二容器沿着所述合流导板方向移动。
优选地，所述第一合流螺杆和第二合流螺杆分别由两套相同的驱动装置驱动。
优选地，所述异形合流螺杆由前段、中段和后段三部分组成。
优选地，所述异形合流螺杆的前段为变螺距等槽深的螺旋槽，用于将被隔板间隔开的第一容器与第二容器分别分成m个和n个的包装组并间隔设定的螺距；中段为等螺距变槽深的螺旋槽，用于将两组容器沿螺杆径向移动逐渐交替合成一列；后段为等螺距等槽深的螺旋槽，用于将交替合流后的第一容器与第二容器排成一列匀速输出。
优选地，所述异形合流螺杆的前段为等螺距等槽深的螺旋槽，用于将被隔板间隔开的第一容器与第二容器分成m个和n个的包装组；中段为变螺距等槽深的螺旋槽，用于将分成m个和n个的包装组逐渐拉开间距；后段为等螺距等槽深的螺旋槽，用于将分成m个和n个的包装组按照设定的间距匀速平行输出。
优选地，所述合流导板与所述异形合流螺杆接触一端的合流导板呈漏斗状，将从所述异形合流螺杆平行输出的容器逐渐合成一列，然后合流导板相互平行，引导合流成一列的容器匀速直线输出。
优选地，所述异形合流螺杆的稳态供送变加速度运动模型为：
Figure GDA0002889021780000041
式中，T为周期(s)，其值由各段的总时间确定；t为时间(s)；ci为积分常量，i＝1,2,3,4。
优选地，所述异形合流螺杆的稳态供送变加速度运动模型为：
Figure GDA0002889021780000042
式中，T为周期(s)，其值由各段的总时间确定；t为时间(s)；ci为积分常量，i＝1,2,3,4。
优选地，所述装置还包括光栅传感器，用于监测并反馈螺杆转动情况，确保两根异形合流螺杆速度同步且旋向相反，保持相对相位不变。
优选地，所述容器的外表面与所述异形合流螺杆的螺旋槽面空间啮合时为线接触状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果为:
本发明提出的装置包括支撑装置、进瓶输送通道、合流装置、驱动装置和链板机。合流装置中的第一合流螺杆、第二合流螺杆的螺旋槽与隔板一起作用对被供送容器进行限位，在隔板协同作用下，容器在螺旋槽带动下沿着异形合流螺杆轴向和径向做复合运动，随着两根异形合流螺杆螺距和槽深的变化将两列容器按照m：n的定比组合形式交替合成一列，从异形合流螺杆末端输出，实现对容器的交替合流。该装置结构简单，性能可靠，采用模块化设计，结构紧凑，成本低，生产过程中噪声小且无刚性冲击，速度调整便捷，而且该装置在生产线上的装配和调整非常方便。该合流装置可广泛应用于日化、医药、卫生、食品、包装等行业，以配合完成打码、充填、灌装、裹包等工序的高速工作。
附图说明
图1为本发明实施例1中的连续定比合流输送螺杆装置的结构示意图；
图2为图1中连续定比合流输送螺杆装置的A-A剖面视图；
图3为图1中连续定比合流输送螺杆装置的B-B剖面视图
图4为图1中连续定比合流输送螺杆装置的C-C剖面视图
图5为本发明实施例1中被供送容器X向的加速度变化曲线；
图6为本发明实施例1中被供送容器X向的速度变化曲线；
图7为本发明实施例1中被供送容器Y向的速度变化曲线；
图8为本发明实施例2中的连续定比合流输送螺杆装置的结构示意图；
图9为图8中连续定比合流输送螺杆装置的A-A剖面视图；
图10为图8中连续定比合流输送螺杆装置的B-B剖面视图；
图11为图8中连续定比合流输送螺杆装置的C-C剖面视图；
图12为本发明实施例2中被供送物料X向的加速度变化曲线；以及
图13为本发明实施例2中被供送物料X向的速度变化曲线。
图中：1-第一输送通道；2-隔块；3-第二输送通道；4-第一容器；5-第二容器；6-进瓶导板；7-快换支架组件；8-第一合流螺杆；9-第二合流螺杆；10-隔板；11-隔板支架组件；12-导杆；13-驱动装置；14-驱动端支架组件；15-同步带轮；16-同步带；17-合流导板；18-链板机。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
实施例1
图1为本发明实施例1中的连续定比合流输送螺杆装置的结构示意图，该装置为实现m：n定比组合的合流输送装置，包括支撑装置、进瓶输送通道、合流装置、驱动装置13和链板机18。
支撑装置包括驱动端支架组件14、带锁紧结构的快换支架组件7、导杆12和隔板支架组件11；驱动端支架组件14和快换支架组件7平行放置于地面；导杆12的第一端固定在快换支架组件7上，导杆12的第二端连接驱动端支架组件14；锁紧结构件松开时，导杆12和快换支架组件7可以一起沿着异形合流螺杆轴线方向水平移动。
进瓶输送通道包括隔块2和进瓶导板6；隔块2位于两块进瓶导板6之间，隔块2有两条相交的边，两条相交的边与两块进瓶导板6之间分别形成第一输送通道1和第二输送通道3，供外观或编码不同的刚性/半刚性(金属壳体/非金属壳体)的第一容器4和第二容器5通过；两条相交的边相交后形成一个末端，末端与隔板10连接，第一容器4和第二容器5在链板机18的驱动下沿第一输送通道1和第二输送通道3向隔块2的末端移动，进入合流装置。
合流装置包括隔板10、合流导板17和两根旋向相反同步转动的第一合流螺杆8和第二合流螺杆9；隔板10在第一合流螺杆8和第二合流螺杆9之间，由安装在导杆12上的隔板支架组件11固定；第一合流螺杆8和第二合流螺杆9分别由两套相同的支撑装置支撑，第一合流螺杆8和第二合流螺杆9在驱动端支架组件14和快换支架组件7之间，其第一端安装在驱动端支架组件14上，其第二端安装在快换支架组件7上；第一合流螺杆8和第二合流螺杆9的螺旋槽与和隔板10一起作用对被供送容器进行限位，在隔板10协同作用下，被供送容器在螺旋槽带动下沿着异形合流螺杆轴向和径向做复合运动，随着两根异形合流螺杆螺距和槽深的变化将两列容器按照m：n的定比组合形式交替合成一列，从异形合流螺杆末端输出；两块合流导板17与与异形合流螺杆平行，形成供第一容器4和第二容器5通过的通道，通道与异形合流螺杆末端连接。
本实施例中，根据不同的容器组合比例，螺杆的螺旋槽可更换为为单线、双线或多线形式。
异形合流螺杆由前段、中段和后段三部分组成；异形合流螺杆前段为变螺距等槽深的螺旋槽，用于将被隔板10间隔开的第一容器4与第二容器5分别分成m或n个的包装组并间隔一定螺距，如图2所示；中段为等螺距变槽深的螺旋槽，用于将两组容器沿螺杆径向移动逐渐交替合成一列，如图3所示；后段为等螺距等槽深的螺旋槽，用于将交替合流后的第一容器4与第二容器5排成一列匀速输出，如图4所示。
异形合流螺杆输出容器的线速度与链板机18速度相等，合流导板17相互平行引导合流成一列的容器匀速直线输出，整个合流过程高速且稳定，无运动的刚性冲击。
驱动装置13包括伺服电机、减速器、同步带轮15和同步带16，伺服电机和减速器可拆卸地固定在驱动端支架组件14上；第一合流螺杆8和第二合流螺杆9分别由两套相同的驱动装置13驱动；伺服电机和异形合流螺杆的端部设有同步带轮15，同步带轮15和同步带16用于连接伺服电机和异形合流螺杆之间的传动；驱动装置还包括运动控制器和伺服电机驱动器，运动控制器根据容器数量和输送带速度计算异形合流螺杆所需的转速，并将该转速输出给伺服电机驱动器，伺服电机驱动器控制伺服电机旋转，完成两根异形合流螺杆的同步旋转。当容器数量变化时，运动控制器会跟随容器数量的变化来调节异形合流螺杆的转速。
链板机18位于输送通道、合流装置的下方，与合流导板17平行，用于驱动第一容器4和第二容器5从输送通道进入合流装置，并驱动从异形合流螺杆输出后的第一容器4和第二容器5沿着合流导板17方向移动。
装置还包括光栅传感器用于监测并反馈螺杆转动情况，确保两根异形合流螺杆速度同步且旋向相反，保持相对相位不变。
被供送容器每一列都是大小相等、外形相同的瓶状、杯状、罐状等固体容器，容器的横截面是圆形、椭圆形或异形。第一容器4与第二容器5可以是完全相同的容器，也可以是外观或编码不同的容器。
被供送容器的外表面与异形合流螺杆的螺旋槽面空间啮合且时刻处于线接触状态，保证容器供送的稳定性。在供送过程中，只有同时保证异形合流螺杆螺旋槽面与被供送容器曲面的紧密啮合，即螺旋槽面的形状严格的随二者交截面形状的变化规律而变化，供送的稳定性才能得到保证。
本实施例中第一容器4与第二容器5在的异形合流螺杆的螺旋槽面空间进行复合运动，第一容器4与第二容器5复合运动的过程中的速度变化分为等速段Ⅰ、变加速段Ⅱ、等速段Ⅲ、变减速段Ⅳ和等速段Ⅴ，且各段间加速度变化采用三角函数曲线平滑过渡，以避免加速度突变带来的刚性冲击。为实现供送过程中被供送容器运动速度变化的连续性和平缓性，避免惯性冲击，保证供送运动高速性和稳定性，本发明提出了稳态供送变加速度运动模型的加速度变化曲线如图5所示，其计算方式如下：
Figure GDA0002889021780000081
式中，T为周期(s)，其值由各段的总时间确定；t为时间(s)；ci为积分常量，i＝1,2,3,4。上述Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ螺旋线的构造方式可以根据实际情况，选取部分或全部。图1所示合流装置被供送容器的加速度变化分为等速段Ⅰ、变加速段Ⅱ和等速段Ⅲ三个阶段，为减小输出容器组之间的间距，可增加变减速段Ⅳ和等速段Ⅴ。
图6和图7分别是被供送容器沿链板机18运动方向x和垂直链板机18运动方向y的速度变化曲线，速度变化连续且平缓，瓶体无刚性冲击。
实施例2
如图8所示，为本发明实施例2中的连续定比合流输送螺杆装置的结构示意图，本实施例与实施例1的不同之处在于：
(1)实施例2中，异形合流螺杆前段为等螺距等槽深的螺旋槽，用于将两种物料分成m或n个的包装组，如图9所示；中段为变螺距等槽深的螺旋槽，用于将分成m或n个的包装组逐渐拉开间距，如图10所示；后段为等螺距等槽深的螺旋槽，用于将分成m或n个的包装组按照一定间距匀速平行输出，如图11所示。
(2)实施例2中，与异形合流螺杆接触一端的合流导板17呈一定角度，将从异形合流螺杆平行输出的容器逐渐合成一列，然后合流导板17相互平行，引导合流成一列的容器匀速直线输出。
(3)实施例2中提出的稳态供送变加速度运动模型的加速度变化曲线如图12所示，计算方式如下：
Figure GDA0002889021780000091
式中，T为周期(s)，其值由各段的总时间确定；t为时间(s)；ci为积分常量，i＝1,2。上述Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ螺旋线的构造方式可以根据实际情况，选取部分或全部。
图13是被供送物料沿链板机运动方向x向的速度变化曲线，速度变化连续且平缓，瓶体无刚性冲击。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于异形螺杆的连续定比合流输送螺杆装置，其特征在于，该装置包括支撑装置、进瓶输送通道、合流装置、驱动装置和链板机；
所述支撑装置包括驱动端支架组件、带锁紧结构的快换支架组件、导杆和隔板支架组件；所述驱动端支架组件和所述快换支架组件平行放置于地面；所述导杆的第一端固定在所述快换支架组件上，第二端连接所述驱动端支架组件；所述快换支架组件的锁紧结构松开时，所述导杆和所述快换支架组件能够一起沿着所述导杆轴线方向水平移动，所述隔板支架组件安装在所述导杆上；
所述进瓶输送通道包括隔块和进瓶导板；所述隔块位于两块所述进瓶导板之间，固定安装在所述隔板支架组件上，所述隔块有两条相交的边，所述两条相交的边与两块所述进瓶导板之间分别形成第一输送通道和第二输送通道，供第一容器和第二容器通过；所述隔块的两条相交的边相交后形成一个末端，所述第一容器和第二容器在链板机的驱动下沿所述第一输送通道和第二输送通道向所述隔块的末端移动，进入所述合流装置；
所述合流装置包括隔板、合流导板和异形合流螺杆；所述异形合流螺杆包括两根旋向相反同步转动的第一合流螺杆和第二合流螺杆，与所述导杆平行地安装在驱动端支架组件和快换支架组件之间，所述第一合流螺杆和第二合流螺杆的第一端安装在驱动端支架组件上，所述第一合流螺杆和第二合流螺杆的第二端安装在快换支架组件上；所述隔板在所述第一合流螺杆和第二合流螺杆之间，由安装在所述导杆上的隔板支架组件固定，所述隔板的第一端与所述隔块的末端连接；所述第一合流螺杆和第二合流螺杆的螺旋槽与所述隔板一起作用对被供送容器进行限位，在所述隔板的协同作用下，所述第一容器和第二容器在所述螺旋槽带动下沿着所述异形合流螺杆轴向和径向做复合运动，随着所述异形合流螺杆螺距和槽深的变化将两列容器按照m：n的定比组合形式交替合成一列，并从所述异形合流螺杆末端输出；两块所述合流导板形成供所述第一容器和第二容器通过的通道，所述通道的一端与所述异形合流螺杆末端连接；
所述驱动装置包括伺服电机、减速器、同步带轮和同步带；所述伺服电机和减速器可拆卸地固定在所述驱动端支架组件上；所述伺服电机和所述异形合流螺杆的端部设有所述同步带轮，所述同步带轮和所述同步带用于连接所述伺服电机和所述异形合流螺杆之间的传动；所述驱动装置还包括运动控制器和伺服电机驱动器，所述运动控制器根据容器数量和输送带速度计算所述异形合流螺杆所需的转速，并将所述转速输出给所述伺服电机驱动器，所述伺服电机驱动器控制所述伺服电机旋转，完成所述异形合流螺杆的同步旋转，当所述容器数量变化时，所述运动控制器会跟随所述容器数量的变化来调节所述异形合流螺杆的转速；
所述链板机位于所述输送通道、所述合流装置的下方，与所述合流导板平行，用于驱动所述第一容器和第二容器从所述输送通道进入所述合流装置，并驱动从所述异形合流螺杆输出后的所述第一容器和第二容器沿着所述合流导板方向移动；
所述异形合流螺杆由前段、中段和后段三部分组成；
所述异形合流螺杆的前段为等螺距等槽深的螺旋槽，用于将被隔板间隔开的第一容器与第二容器分成m个和n个的包装组；中段为变螺距等槽深的螺旋槽，用于将分成m个和n个的包装组逐渐拉开间距；后段为等螺距等槽深的螺旋槽，用于将分成m个和n个的包装组按照设定的间距匀速平行输出。
2.根据权利要求1所述的基于异形螺杆的连续定比合流输送螺杆装置，其特征在于，所述第一合流螺杆和第二合流螺杆分别由两套相同的驱动装置驱动。
3.根据权利要求2所述的基于异形螺杆的连续定比合流输送螺杆装置，其特征在于，所述合流导板与所述异形合流螺杆接触的一端呈漏斗状，将从所述异形合流螺杆平行输出的容器逐渐合成一列，然后所述合流导板相互平行，引导合流成一列的所述容器匀速直线输出。
4.根据权利要求1所述的基于异形螺杆的连续定比合流输送螺杆装置，其特征在于，所述异形合流螺杆的稳态供送变加速度运动模型为：
Figure FDA0002889021770000031
式中，T为周期，其值由各段的总时间确定；t为时间；ci为积分常量，i＝1,2,3,4。
5.根据权利要求1所述的基于异形螺杆的连续定比合流输送螺杆装置，其特征在于，所述异形合流螺杆的稳态供送变加速度运动模型为：
Figure FDA0002889021770000032
式中，T为周期，其值由各段的总时间确定；t为时间；ci为积分常量，i＝1,2,3,4。
6.根据权利要求1所述的基于异形螺杆的连续定比合流输送螺杆装置，其特征在于，该装置还包括光栅传感器，用于监测并反馈螺杆转动情况，确保所述异形合流螺杆速度同步且旋向相反，保持相对相位不变。
7.根据权利要求1所述的基于异形螺杆的连续定比合流输送螺杆装置，其特征在于，所述容器的外表面与所述异形合流螺杆的螺旋槽面空间啮合时为线接触状态。
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