金属桶端面灌装孔的自动双重边封口机的机构设计

常占利

金属桶作为工业产品的包装已有悠久的历史,其制造技术及设备也比较普及和成熟。但因为有些工业产品对金属包装桶的特殊要求,制桶技术仍然存在着欠缺和技术难题。例如,根据《国际海运出口危险货物包装规程》的要求,固碱等许多化学危险产品,其金属桶包装必须是双重边牢固封口,这是目前制桶技术难以做到的。

典型的双重边牢固封口的例子是罐头的马口铁壳的两个端面封口。而且其中一个端面是在装入罐头食品后封装的,从这种意义上说,它同时也是一个灌装孔的双重边牢固封口。象罐头这样的封装,现有制桶技术和设备只能适用小罐头包装,不适用于固碱等产品的大型金属桶的封装。为满足大型金属桶的封装。需要在金属桶的上端面的中央冲孔,翻边, 形成一个比较小的灌装孔,在灌入被包装物后,盖上小盖进行封装。因为受铁皮延展性能的制约,桶端面灌装孔的翻边高度最大只能做到12mm左右,所以,要在桶端的这样窄小的位置进行双重边封装。

设计“金属桶灌装孔的自动双重边封口机”(以下简称灌装孔封口机)既可以填补我国固碱等化工产品包装的欠缺,而且还能够拓宽金属桶新的应用领域。设计灌装孔封口机必须能够解决以下难点:

(1) 在封装作业时不得使包装桶旋转;

(2) 灌装孔封口机的旋转头必须能同时完成旋转和进给动作;

(3) 卷边,压边,停车必须连续自动完成;

(4) 在进行下一个桶盖封装前必须自动调整好位置;

(5) 每封一个桶盖的时间要小于10s。

经过努力,按上述要求比较顺利地设计和制造了灌装孔封口机,从1992 年底开始,正式在固碱生产线上使用,经过5 年生产实际的考验,证明灌装孔封口机是一种理想的机器,并且被多家大型工厂所采用。

灌装孔封口机在桶端面灌装孔上制成的双重边如图1所示。双重边的形成过程如图2所示:先由同时绕孔轴线旋转和径向进给作复合运动的卷边滚轮把封口加工成卷曲的圆边,再由做同样的复合运动的压边滚轮加工成扁形的成品双重边。

图1

图2

灌装孔封口机的结构如图3所示:电动机1固定在机体上,通过齿轮3和20减速。齿轮19与一对齿数不同的差速齿轮8和9相啮合。齿轮8与旋转滑座18用键联接,齿轮9与凸轮10为一整体。动滑板17与旋转滑座18两者靠径向燕尾槽接合在一起。卷边滚轮12和压边滚轮16分别通过滚动轴承安装在动滑板17的两端,两滚轮的轴端安装着直径相同的圆轮11,两圆轮的外径均与凸轮10相接触。灌装孔小盖14盖在桶端面13的中心翻边孔上,中心定位头15放在小盖的凹窝内,其轴头固定在机体上,并通过滚动轴承支承着旋转滑座18,旋转滑座又支承着凸轮10,两者滑动配合,凸点7固定在齿轮9的内端面上,推杆触头5装在齿轮8的端面孔内,孔内并装有复位弹簧6,行程开关4固定在机体上。图中所表示的灌装孔封口机处于卷边结束,压边将要开始的工作状态。

卷边滚轮是一个上有凸缘下有圆弧窝的盘形滚轮。压边滚轮是上有凸缘下有圆柱体的盘形滚轮。这两个滚轮的凸缘下端面均与中心定位头的上平面保持接触。

图3

凸轮是等径的,即在各角度通过圆心两端的半径之和是一个常数。这个常数与两个圆轮相对外圆面的距离尺寸相符。两个圆轮和凸轮的圆心都安装在同一直线上,并且这条直线与燕尾槽平行。凸轮转动时,可带动两个圆轮(也就等于带动动滑板和两滚轮)作相对旋转滑座的直线运动。

灌装孔封口机靠旋转动作,径向的顺序进给动作,周期的复位控制动作来完成双重边牢固封口作业。为此,灌装孔封口机设有两条传动链来达到上述目的。这两条传动链都囊括在旋转头内。第一条是由齿轮19与旋转滑座上的差速齿轮相啮合的传动链。这条链只产生单一的轴向旋转运动,也就是带动两滚轮公转形成封口的旋压力。公转是相对金属桶的运动。第二条是由齿轮19与凸轮上差速齿轮相啮合的传动链。这条链有两个相对运动:一个同样是相对金属桶的旋转运动, 但因为与齿轮19同时啮合的两个差速齿轮的齿数不同,使得凸轮的转速与旋转滑座的转速出现了差速,由此产生了凸轮相对旋转滑座的转动,这种转动带动旋转滑座燕尾槽上联接的动滑板(也就是带动两个滚轮)按凸轮曲线作顺序直线运动。这种直线运动是旋转滑座与动滑板的相对直线运动,也是旋转头相对金属桶的径向运动,构成两滚轮进行封口作业的进给运动。

综上所述,灌装孔封口机在对金属桶进行双重边牢固封口作业时,主要有以下几个相对运动:第一是以旋转滑座为主体相对金属桶灌装孔轴线的旋转运动;第二是以凸轮为主体相对旋转滑座的旋转运动;第三是动滑板相对旋转滑座的直线运动,且同时相对金属桶灌装孔径向直线运动;第四是旋转头相对行程开关的运动。

灌装孔封口机的自动开关是基于上述第二和第四个相对运动的条件设计的。当两个差速齿轮相对转动一周时,恰好是灌装孔封口机工作的一个周期,这个相对运动是自动开关设计的必要条件。实现这一条件也是比较简单的,只需在其中一个差速齿轮的内端面设置一个端面凸点,在另一个差速齿轮的端面设置一个推杆,使凸点和推杆分布半径相等。当两个差速齿轮相对转动一周时,凸点将推杆朝行程开关方向推出,使推杆触头与行程开关相碰变为可能。

两个差速齿轮的相对运动速度远远小于两者相对行程开关的运动速度,使推杆保持伸出状态的时间相对变长。推杆较长的伸出状态,使行程开关安装在机体上的位置精度变得无关紧要。同理,差速齿轮较慢的相互转动也使两滚轮的准确复位变得容易。运动速度的差距为自动开关的设计提供了充分的条件。实践证明, 这是一种结构简单、切换准确、工作可靠、寿命长和故障率极低的自动控制方案。

灌装孔封口机的成功,在于它巧妙的机构:仅使用一对差速齿轮却实现了整机的全过程顺序动作和控制,即同时实现了旋转动作,卷边和压边动作,复位动作和工作周期的控制动作。

灌装孔封口机有广泛的适用性,它亦可用来封装已盛满物料的大型桶端面而不须桶体旋转。这也是它超出现有制桶技术的特点。
经稍加改动,它还可以进行圆边和多重边封口。

除制桶用途外,它的机构还在金属切削和无切削加工领域有广泛的推广价值,现举两个例子如下:

(1) 可用于钢管端面坡口切削机。用这种机构设计的坡口切削机可用于施工现场,夹固在钢管上,切削坡口,可同时完成旋转和进刀动作,结构简单,体积小,操作方便;

(2) 可用于薄壁不锈钢管的缩径造型机,在直管上自动加工出复杂曲线造型的装饰用不锈钢管,自动沿钢管轴向和径向仿型缩径、加工精度高、十分容易操作。