鋼筋連接套自動包裝機設計

朱金達 ?；⒗?劉兆奐 張嘉鈺

摘要：針對當前鋼筋連接套采用手工裝袋、包裝效率低、勞動強度大等問題，設計開發(fā)了一種具有自動包裝功能的鋼筋連接套包裝設備。依據(jù)設計需求制定了包裝工藝技術路線，分析了鋼筋連接套自動上料及理料、包裝袋自動上料、自動裝袋及封口等自動包裝功能，進而提出了鋼筋連接套自動包裝機的總體設計方案，設計了整機結構，并對送料機構、切斷結構等關鍵執(zhí)行機構進行了綜合設計與分析，計算了上料、輸送、推送、橫縱向縫袋與剪切等構成的工作循環(huán)和整體包裝效率。結果表明，所研發(fā)的設備可完成每小時122袋的包裝任務，包裝效率相比人工大幅提高，同時降低了工人的勞動強度。設備適用于鋼筋連接套內螺紋M18-M32等多種規(guī)格的包裝，研究結果可為其他相似非標包裝設備的開發(fā)提供參考。

關鍵詞：機械制造工藝與設備;鋼筋連接套;自動包裝機;結構設計;設計方案

中圖分類號：TH16文獻標志碼：A

文章編號：1008-1534（2019）02-0103-04

隨著住宅產(chǎn)業(yè)、能源交通等基礎設施建設的不斷發(fā)展，鋼筋混凝土結構的跨度和規(guī)模也越來越大，傳統(tǒng)的搭接、焊接等鋼筋連接方式無論從連接質量、效率還是可操作性均不能滿足行業(yè)迅速發(fā)展的需求。鋼筋機械連接技術應運而生，已成為當前鋼筋的主要連接方式，尤其適用于高鐵、核電站、高層建筑等重要應用場合[1-2]。

目前，鋼筋連接套的包裝方式大多采用人工進行包裝，具有費時費力、效率低下、勞動強度大等缺點，無法滿足目前市場需求，急需技術改進。因此，設計研發(fā)具有自動包裝功能的鋼筋連接套包裝設備代替人工勞動是當前生產(chǎn)和加工企業(yè)的迫切要求。

1鋼筋連接套自動包裝機總體方案設計

設計要求：要求所設計的包裝機能夠實現(xiàn)M18-M32連接套自動裝袋，與檢驗、打標工序銜接，包裝材料為編織袋。

設計思路：包裝機自動整理連接套，并且自動制袋、封口、輸送，完成包裝。

工藝路線：根據(jù)連接套的外形結構特點，初步設定采用豎直包裝，連接套在傳送帶上首先經(jīng)過整理機構進行整理計數(shù)，到達指定位置，經(jīng)由氣缸推送到包裝執(zhí)行機構，縫紉機進行封口，切斷機構切斷，完成制袋包裝的過程。包裝工藝路線為連接套上料—連接套輸送—連接套整理—連接套推送—包裝袋底部與頂部封口—包裝袋雙側邊封口—卸袋等。

現(xiàn)代包裝技術日益向著高度機械化和自動化的方向發(fā)展，各類物品的包裝作業(yè)大多采用自動包裝機械或自動包裝生產(chǎn)線完成[3-8]。參考文獻[9—15]等包裝設備的設計方案，結合鋼筋連接套自動包裝的技術要求，確定鋼筋連接套自動包裝機的總體方案。結構如圖1所示，主要由機架、輸送機構、整理機構、推送機構、縫紉機構、切斷機構、卸袋機構等組成。

1）整理機構該機構的作用是將連接套整理、排列、計量，并輸送到預定工位。

2）推送機構該機構將包裝材料和連接套由一個包裝工位順序傳送到下一個包裝工位。

3）縫紉機構當推送機構把連接套推送到指定位置時，縫紉機構開始封口，這里采用四邊縫紉，其中袋子頂部要雙排縫紉，包裝袋兩側的縫紉機同時對袋子兩側縫紉。

4）切斷機構采用冷切即利用金屬刀刃將包裝材料剪斷。

5）卸袋機構將包裝好的產(chǎn)品從包裝機上卸下、定向排列并輸出，可以利用斜坡裝置借助工件的自重滑到下一工位。

自動包裝機使用電機和液壓驅動，包含傳送鏈板電機、傳送帶電機2個驅動電機和推送液壓缸、縫紉液壓缸、剪切液壓缸3個驅動液壓缸。電機驅動將工件送到傳送鏈上，隨后通過液壓馬達驅動液壓推桿將工件擺放整齊，推送液壓缸將工件送至頂部、底部縫紉工位，縫紉液壓缸推動縫紉機進行頂部與底部封口，工件向前輸送，側邊縫紉機對輸送過程中的工件進行側邊縫紉，包裝好的工件通過卸袋機構自動卸袋。自動包裝機能夠實現(xiàn)鋼筋連接套自動上料、理料和包裝袋自動上料、自動裝袋及封口、自動卸袋等功能，與手工包裝相比，大大減輕了勞動強度。

2關鍵執(zhí)行機構設計

2.1包裝材料送料機構設計

包裝材料送料機構為鋼筋連接套自動包裝機提供包裝材料，依據(jù)包裝材料的2種形式，對應2種送料方案。第1種方案包裝材料為三面封口的塑料編織袋。工件在傳送帶上排列整齊后，傳感器檢測到位，推送裝置將工件推入撐好的包裝袋，重復排列和推送直至達到包裝數(shù)量。封口機將其封口并卸袋。此方案的缺點是推送裝置推送產(chǎn)品時，為了防止工件使包裝袋變形，必須用其他裝置將包裝袋口壓緊。

第2種方案是有2卷包裝材料一上一下，封口機將其尾處封口，然后推送裝置將排列好的工件推入一上一下的包裝材料中，達到數(shù)量要求后，將頂口與底口封住并切斷包裝材料，傳送帶繼續(xù)向下傳送，兩側的縫紉機將包裝材料的兩側封好，然后卸袋。此方案省去了包裝口處的壓緊裝置，為后面安裝調整裝置提供了足夠的空間。包裝材料送料機構簡圖見圖2。因此選用第2種方案。

2.2切斷機構設計

橫向壓袋和縫紉機構將已包裝好的鋼筋連接套的底側進行封口，再利用切斷機構將2層包裝材料切斷。由于兩側的口還沒有封，因此再在傳送帶的兩側安裝1個或者2個自動縫紉機。隨著傳送帶的移動，包裝材料兩側開口移動到縫紉機口下，伴隨傳動帶的移動由縫紉機將其自動封好，此時封口結束。由于封口、切斷以及縫紉聚集在一塊，因此必須考慮各個機構之間的空間位置，防止發(fā)生空間干涉。布局示意圖如圖3所示。

3自動包裝機的工作循環(huán)

鋼筋連接套的工作循環(huán)包括上料時間、輸送鋼筋連接套的時間、液壓缸推送工件裝袋的時間、縫紉機橫向縫袋的時間、剪切的時間、縱向縫袋的時間、卸袋的時間。以M18工件為例各動作工作時間如下。

1）上料時間

上料裝置與檢驗、打標工序銜接，根據(jù)工藝要求，取物料的上料時間（即為物料由上料槽落入板式輸送機載板的時間）為

2）輸送時間

輸送時間為板式輸送機的間歇運動時間，同時也是將物料理成單排物料的時間，根據(jù)工件排列距離和傳送速度可以計算單排時間為

3）液壓缸推送工件裝袋的時間

單排物料的理料時間和輸送時間為同一時間，液壓缸向前推送單排工件時間為

后退時間為

推送一袋的鋼筋連接套需要的時間為

4）縫紉機橫向縫袋的時間為

5）剪切的時間為

縱向縫袋、剪切時間分別與橫向縫袋及剪切時間相同，工作過程中卸袋與上料同時進行，不會相互影響，因此卸袋時間可以忽略。

6）包裝一袋的總時間為

因此，鋼筋連接套自動包裝機的生產(chǎn)效率為360029.5=122袋/h，相比于目前的人工裝袋包裝每小時20袋，提高了約6倍。

4結語

研發(fā)了一種具有自動包裝功能的鋼筋連接套包裝設備，制定了包裝工藝技術路線，設計了總體方案和整機結構，實現(xiàn)了鋼筋連接套的自動上料、輸送、裝袋、封口、卸袋等自動包裝功能，解決了生產(chǎn)現(xiàn)場存在的手工裝袋、包裝效率低、勞動強度大等實際難題。

研發(fā)的設備具有以下優(yōu)點：1）包裝效率高，可完成每小時122袋的包裝任務;2）適用性強，適用于鋼筋連接套內螺紋M18-M32等多種規(guī)格的包裝;3）自動化程度高，省時省力，能夠大幅降低工人的勞動強度。

設備研發(fā)的不足之處是現(xiàn)有調整機械為手動調節(jié)，當工件規(guī)格、包裝規(guī)格發(fā)生變化時調整時間過長，后續(xù)會對此重點改進。

參考文獻/References：

[1]張新聚，張嘉鈺，牛虎力，等.鋼筋連接套溫擠壓成型機機械手的設計與實現(xiàn)[J].制造技術與機床，2014（1）：86-87.

ZHANGXinju，ZHANGJiayu，NIUHuli，etal.Designandimplementationofwarmextrusionformingprocessmanipulatorforsteelconnectingsleeve[J].ManufacturingTechnology&MachineTool，2014（1）：86-87.

[2]李大寧.我國鋼筋連接技術的應用與發(fā)展[J].建筑技術，2018，49（6）：581-585.

LIDaning.Applicationanddevelopmentofdomesticsteelbarconnectiontechnique[J].ArchitectureTechnology，2018，49（6）：581-585.

[3]崇嵐，潘軍輝，熊鵬文.智能包裝技術的應用現(xiàn)狀和發(fā)展前景[J].包裝工程，2017，38（15）：149-154.

CHONGLan，PANJunhui，XIONGPengwen.Developmentandapplicationsofintelligentpackagingtechnology[J].PackagingEngineering，2017，38（15）：149-154.

[4]孫虎兒.小雜糧自動定量包裝自動控制系統(tǒng)的設計[J].包裝工程，2008，29（12）：81-82.

SUNHuer.Designofautomaticcontrolsystemofquantitativepackagingformiscellaneouscrops[J].PackagingEngineering，2008，29（12）：81-82.

[5]時君麗，劉利勛，王帥，等.貨物大小自動分類包裝機的設計[J].包裝工程，2017，38（15）：31-35.

SHIJunli，LIULixun，WANGShuai，etal.Designofanautomaticsortingandpackagingmachinefordifferentsizesofgoods[J].PackagingEngineering，2017，38（15）：31-35.

[6]王居飛，樊軍慶，吳迪，等.基于平面?zhèn)鲃訖C構的橡膠打包機自動上料機的設計[J].機械傳動，2017，41（10）：166-172.

WANGJufei，F(xiàn)ANJunqing，WUDi，etal.Designoftheautomaticfeedingactuatorofrubberpackingmachinebasedontheplanartransmissionmechanism[J].MechanicalDriving，2017，41（10）：166-172.

[7]孟祥飛，楊傳民，樊文濤.給袋式包裝機取袋機構結構參數(shù)的優(yōu)化設計[J].包裝工程，2017，38（19）：168-172.

MENGXiangfei，YANGChuanmin，F(xiàn)ANWentao.Optimizationdesignofstructureparametersofthebag-pickingmechanisminbag-deliveringpackagingmachine[J].PackagingEngineering，2017，38（19）：168-172.

[8]馬超，王宏祥，姚佳.自動硬幣清分打包機的設計[J].包裝工程，2018，39（11）：214-218.

MAChao，WANGHongxiang，YAOJia.Designofautomaticbeltcoindifferentiatingandwrappingmachine[J].PackagingEngineering，2018，39（11）：214-218.

[9]王豐元，李蘭，李震，等.旋轉式多工位自動干果包裝機的設計[J].食品與機械，2017，33（1）：76-80.

WANGFengyuan，LILan，LIZhen，etal.Designofautomaticnutpackingmachinewithrotarymulti-station[J].Food&Machinery，2017，33（1）：76-80.

[10]張勇，鄧援超.包裝機八桿機構式灌裝開袋裝置的優(yōu)化設計[J].機械設計與制造，2018（5）：106-109.

ZHANGYong，DENGYuanchao.Designoptimizationoftheeight-barlinkageinfillingbagopeningdeviceforpackagingmachine[J].MachineryDesign&Manufacture，2018（5）：106-109.

[11]劉一揚，喬書杰.枕式包裝機色標自動定位方法[J].包裝工程，2017，38（11）：159-164.

LIUYiyang，QIAOShujie.Automaticpositioningmethodforpillowpackagingmachinecolorcode[J].PackagingEngineering，2017，38（11）：159-164.

[12]李旺杰，張含葉，張為，等.一種半自動紙箱包裝機機械系統(tǒng)設計[J].包裝工程，2016，37（21）：179-181.

LIWangjie，ZHANGHanye，ZHANGWei，etal.Designofmechanicalsystemforasemi-automaticcartonpackingmachine[J].PackagingEngineering，2016，37（21）：179-181.

[13]陳留記，王志山，李文凱，等.給袋式自動掛面包裝機關鍵裝置設計[J].包裝工程，2018，39（13）：170-175.

CHENLiuji，WANGZhishan，LIWenkai，etal.Keydevicedesignofautomaticbagfillingandsealingmachinefordriednoodles[J].PackagingEngineering，2018，39（13）：170-175.

[14]朱攀勇，付金強，燕怒，等.水泥包裝自動插袋機的應用與示范[J].包裝工程，2018，39（21）：168-172.

ZHUPanyong，F(xiàn)UJinqiang，YANNu，etal.Applicationanddemonstrationofautomaticbag-insertmachineforcementpacking[J].PackagingEngineering，2018，39（21）：168-172.

[15]杜文華，趙慧文，段能全，等.一種顆粒包裝機擺動式充填機構的設計[J].包裝工程，2013，34（3）：77-79.

DUWenhua，ZHAOHuiwen，DUANNengquan，etal.Designofaswing-typefillingdeviceofparticleautomaticpackagingmachine[J].PackagingEngineering，2013，34（3）：77-79.