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      基于仿生技術的真空吸盤取袋開袋機構設計

      放大字體  縮小字體 發布日期:2020-02-27 11:40:47    瀏覽次數:102    評論:0
      導讀

      摘要:為解決透氣編織袋(蛇皮袋)、無紡布袋難以自動取袋、開袋的技術難題,實現覆膜編織袋、透氣編織袋等各種包裝袋的自動化包裝生產,基于仿生技術,針對包裝袋材質以及開袋動作軌跡,研究并設計了一套在連續供袋情形下的透氣性包裝袋的自動取袋、開袋機構,實現連續式自動取袋、開袋,解決了透氣性袋自動化包裝難的問題,

       為解決透氣編織袋(蛇皮袋)、無紡布袋難以自動取袋、開袋的技術難題,實現覆膜編織袋、透氣編織袋等各種包裝袋的自動化包裝生產,基于仿生技術,針對包裝袋材質以及開袋動作軌跡,研究并設計了一套在連續供袋情形下的透氣性包裝袋的自動取袋、開袋機構,實現連續式自動取袋、開袋,解決了透氣性袋自動化包裝難的問題,實現了糧食、飼料等行業各種包材的自動化包裝,提高了生產效率。

      關鍵詞包裝機;透氣性袋;仿生技術;機構設計

      全自動包裝機是自動完成供袋開袋、計量灌裝、封口輸送的自動化包裝設備,具有自動化程度高、節省人工、產量效率高等特點,在糧食、飼料、食品等行業有廣泛的應用[1]。目前,市場上成熟應用的全自動包裝機大多數都是適用于雙面/單面覆膜編織袋、塑料袋等非透氣性袋的自動化包裝,它是根據包裝袋不透氣特點、利用真空吸盤吸附技術[2]吸住袋壁進行取袋和開袋操作的,但透氣編織袋(俗稱“蛇皮袋”)、無紡布袋都具有材質軟、全透氣性的特點,真空吸盤一吸就會出現袋壁變形漏氣真空被破壞而脫落,無法自動開袋。因此,根據透氣編織袋、無紡布袋等透氣性袋材質的特性,研究設計適合透氣性袋的、基于仿生技術[3]的連續取袋、開袋機構(以下簡稱“取袋、開袋機構”)在生產實踐方面具有重要的實用價值和意義。

      1 取袋、開袋機構工藝路線

      鑒于現有包裝袋平行式供袋送袋方式,包裝袋的取袋、開袋動作過程為:(1)將包裝袋疊放整齊,平放在袋庫托盤上;(2)取袋機構將包裝袋逐個從袋庫中取出并轉移,實現取袋;(3)開袋機構將包裝袋從取袋機構中接過,由上下開袋抓手完成開袋動作。

      基于仿生技術的取袋、開袋機構的工藝方法,要完成透氣性袋的連續自動取袋、開袋動作,需要重點考慮以下幾個要素。

      1.1 取袋、開袋形式

      取袋、開袋形式是包裝袋自動包裝過程中,用一種機構裝置類似于人手抓、拿的形式完成包裝袋的抓取、拉開動作,實現包裝袋的取袋、開袋作業。進行抓袋形式機械設計時,需要根據包裝袋的透氣性、壁厚等特性來確定抓袋結構及動作設計。不合適的抓袋形式會影響到透氣性袋自動抓、拿動作的成功率及穩定性,也會影響到機器開袋取袋等自動化包裝作業;不合適結構的抓袋機構會造成機器結構復雜,或者整體機器尺寸過大而不便于使用。

      取袋、開袋兩個動作需要解決從靜態到動態的矛盾,實現抓袋和開袋操作,兩個機構自身的結構設計及配合顯得非常重要。若采用的取袋形式不能配合開袋形式,透氣性袋就不能進入到充填工位。因此,確定合適且相互配合的取袋、開袋形式是機械設計的非常重要環節。

      1.2 取袋、開袋作業的連續式形式

      取袋、開袋作業的連續式形式指包裝機工作過程中包裝袋從袋庫轉送到填充工位所經過取袋、開袋等動作的連續式工作形式,是實現取袋、供袋等作業的連續性的重要支撐。這種連續式供袋輸送涉及到包裝袋的取袋、開袋兩個動作。不合適的連續式供袋輸送形式會影響到透氣性袋的取袋、開袋等動作的連續性,造成自動作業的中斷或速度不穩定。因此,根據透氣性袋的特性和交接配合的形式確定合適的連續式輸送結構。

      2 取袋、開袋機構技術方案

      通過分析透氣性袋連續取袋、開袋所需要的動作和順序,確定透氣性袋連續性取袋供袋動作。為了方便分析和設計,現在以透氣性袋的放袋位置為起點,對其整體取袋、開袋機構做出預想性設計。選用連續式輸送供袋機構來實現連續式取袋供袋作業。

      3 取袋、開袋機構設計

      3.1 仿生抓手開袋裝置機構

      我們對氣密性差的物料包裝袋進行了深入的研究,發現編織袋這類物料包裝袋都是采用定量寬度的PP撕裂帶經緯編織而成,在經緯線重疊部位產生間隙造成氣密性差、透氣性好的特點。我們人在取袋時用手指將袋子捏住,開袋時用手指搓開再用指甲鉗住袋壁的撕裂帶將袋子打開,這些動作如何在機器上實現呢?

      仿生技術是融合了各類學科和生物科學的交叉學科。仿生抓手屬于仿生機器人技術的一種體現。根據人類在抓取和開袋時手指所做出的運動軌跡和緊固原理并結合貓科動物在捕捉獵物時爪尖的運動軌跡研發而成的摒棄了真空原理的取袋、開袋機構。

      仿生抓手打開狀態見圖1,關閉狀態見圖2。

      圖1 仿生抓手打開狀態

      圖2 仿生抓手關閉狀態

      其工作原理如下:開始工作時,驅動氣缸導桿伸出使抓夾圍繞旋轉軸分別向下和向上轉動,直至爪尖收縮到面板里(參考圖1 仿生抓手打開狀態圖)。當需要取袋(或開袋)時,仿生抓手貼近物料袋,此時驅動氣缸導桿收縮帶動上下爪尖圍繞旋轉軸向上和向下轉動,使其爪尖伸出面板外同時鉗住物料袋的袋壁并將物料袋抓取(或打開)送到下一道工序。為了保證抓手棄袋時對物料袋不造成損壞,在棄袋時氣缸導桿伸出使抓夾圍繞旋轉軸分別向下和向上轉動直至爪尖收縮到面板里,在爪尖收縮移動時面板將物料袋壁平穩擋住使爪尖脫離編織袋壁。

      仿生抓手的設計基本參數:研究中發現編織袋的編織經緯線寬度基本在3~5 mm,厚度在0.02~0.10 mm,那么兩抓手齒尖打開的寬度應該等于或略大于經緯線的寬度,因為此時至少有兩根經緯線被夾住,保證了其牢固性。并且在兩爪尖夾緊時保證經緯線不脫離上下兩爪尖,夾緊后兩爪尖之間寬度h<0,取負值最為適宜。爪尖伸出面板尺寸控制在0.75 mm最為適宜。

      爪尖材質的選用:材質的選用主要是根據使用場合的不同進行選擇,如果灌裝食品類的物料時選用食品級不銹鋼,其它物料可以選用普通不銹鋼或碳鋼。

      3.2 連續式輸送供袋機構

      連續式輸送供袋機構見圖3。

      圖3 連續式輸送供袋機構

      包裝袋通過輸送鏈進入到上下仿生開袋器之間,并平躺在下仿生開袋器的上端,此時上仿生開袋器向下運動直至與物料帶接觸,然后兩開袋器開始工作,分別將物料袋的上下兩袋壁夾住,上仿生開袋器向上移動將袋子拉開完成開袋動作。

      4 結束語

      (1)根據不覆膜編織袋、無紡布袋等包裝袋的透氣性特點,利用仿昆蟲觸角(人手指甲)鉗住包裝袋的原理,研發一種抓手開袋裝置完成透氣性袋的抓、拿動作,解決了透氣性袋的自動化供袋開袋的技術難題。

      (2)分析透氣性袋連續式取袋、開袋的動作要求及技術方案,確定了實現透氣性袋自動化取袋、開袋作業方式,設計了實現透氣性袋連續式取袋、開袋動作的機構,保證了透氣性袋按照預設要求完成自動化取袋、開袋動作。

      (3)在本方案技術基礎上,配合自動灌裝、自動封口、自動輸送等包裝技術,實現全自動包裝設備技術在透氣性袋包裝上的應用,為此類糧食、飼料等加工企業節省了生產成本,提高了生產效率。


       
      (文/小編)
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