一种通用瓶盖理盖器与旋盖机构的设计

机电技术 2007 年第 4 期 机械设计制造 30一种通用瓶盖理盖器与旋盖机构的设计 （福建省建筑轻纺设计院，福建 福州 350001） 摘 要： 瓶盖理盖器与旋盖机构是各种酒类自动灌装生产线上的重要组成部分，文章介绍一种通用的瓶盖理盖器，其主要由料斗、螺旋形供盖滑道、支承板弹簧、电磁铁等零部件构成，具有结构简单、筛选瓶盖准确、效率高、通用性广等特点；以及对瓶盖在螺旋形供盖滑道上的受力、运动状况进行了分析，介绍一种旋合瓶盖的旋盖机构。 关键词： 理盖器 瓶盖 螺旋形滑道 旋盖机构 中图分类号： TS04 文献标识码： A 文章编号： 1672-4801(2007)04-30-03 1 前言 在酒类自动灌装生产线上，需要采用理盖器和供送机构将料斗中杂乱堆置的酒瓶盖整理成定向正确的瓶盖流，供送到封口机的机头处；因此，理盖器和供送机构就成为整条灌装生产线的“咽喉” ，其理盖的准确性和供送速度直接影响到灌装生产线的产量。鉴于理盖器的重要性，有不少工程技术人员对此进行了认真研究，提出了多种不同的设计方案。虽然这些设计方案各有特色，但也存在一些不足之处：如“斜斗式理盖器” 1不能用于瓶盖高度大于直径的场合（而现在许多白酒、葡萄酒和果酒等的酒瓶盖的高度都大于瓶口直径） ，定向正确的瓶盖在通过“瓶盖定向通道”时，可能会出现卡盖现象，瓶盖尺寸改变后，瓶盖定向通道的间隙调整不太方便等；参考文献2介绍的“理盖器”对不能被磁铁吸附的瓶盖（如铝盖、塑料盖等）不能进行有效的理盖，也不适宜对非“王冠型”瓶盖的整理；采用压缩空气吹动瓶盖的方法3，挑选出定向正确的瓶盖（即盖口向上的瓶盖） ，而盖口向下的瓶盖与曲面的摩擦力较小，有可能被压缩空气吹到盖口向上的瓶盖的那一边，造成供盖混乱；此外，这三种设计方案还存在机构（或结构）较复杂，装配、维修较困难等不足之处。为了克服上述几种方案的不足，下文介绍一种具有理盖准确、效率高、结构简单、制造成本低、可适用于多种类型的瓶盖等特点通用瓶盖理盖器，一种旋盖机构。 2 通用瓶盖理盖器设计 2.1 通用瓶盖理盖器的结构 瓶盖理盖器主要由料斗、螺旋形供盖滑道、出盖口、支承板弹簧、减振橡胶弹簧、衔铁、电磁铁、气隙调节结构和基座等部件构成，如图 1所示。理盖器的工作原理是：在电磁铁与支承板弹簧的交替作用下，料斗作“往复扭转上下微幅振动”的运动4；在这种复合式运动过程中，瓶盖将沿螺旋形供盖滑道从料斗底部向上移动，同时进行自动排队、定向（具体内容见下文） ，所以，只有盖口向上的瓶盖才能到达料斗上部的出盖口，然后进入输盖槽，再沿输盖槽翻转 180，变成盖口向下的状态，最后由送盖机构将瓶盖按生产要求的节拍依次送入封口机的机头中，完成酒瓶的封口工作。 123456789 1料斗 2螺旋形滑道 3支承板弹簧 4气隙调节结构 5减振橡胶弹簧 6出盖口 7衔铁 8电磁铁 9基座 图1 瓶盖理盖器的结构示意图 2.2 螺旋形供盖滑道设计 圆筒状料斗的底面呈扁圆锥形5，内壁设有螺旋形供盖滑道。当料斗作复合式运动时，瓶盖会沿扁圆锥形底面滑移到料斗底面与侧壁的交接处；在摩擦力、惯性力和离心力等作用下，瓶盖又沿螺旋形供盖滑道由底部向上运动。在料斗中机械设计制造 机电技术 2007 年第 4 期 31杂乱堆集的瓶盖运动到螺旋形供盖滑道上之后，只有盖口向上和盖口向下两种状态，而其它状态（如“侧立”状态）的盖瓶会在料斗作上下微振时滚落回料斗底部，即瓶盖完成了第一次定向。 在螺旋形供盖滑道上开有“E”形缺口（如图2 所示） 。盖口向上的瓶盖可以顺利地通过该缺口（如图 3a） ；而盖口向下的瓶盖运动到该缺口处时，会翻落下去（如图 3b） ，然后再重新沿螺旋形供盖滑道向上运动。因此，只有盖口向上的瓶盖才能通过“E”形缺口，继续沿螺旋形供盖滑道向上运动，直至出盖口，即完成了瓶盖的第二次定向。 1料斗筒壁 2“E”形缺口 3螺旋形滑道 图2 螺旋形供盖滑道上的“E”形缺口 1料斗筒壁 2螺旋形滑道 3瓶盖（正向） 4瓶盖（反向） 图3 两种状态的瓶盖通过“E”形缺口时的状况 3 瓶盖在滑道上的运动分析 在离心力的作用下，运动到螺旋形供盖滑道上的瓶盖会一边靠到料斗的内壁上，一边向上移动；因瓶盖与料斗的内壁是“线接触” ，摩擦力很小，所以，在下面的运动分析中就没有考虑该摩擦力对瓶盖运动的影响。 另外， “受力和运动分析”是只截取出一小段滑道进行。 3.1 电磁铁断电时瓶盖的受力分析 料斗受电磁铁和支承板弹簧的交替作用；当电磁铁断电时，在弹簧力的作用下，料斗内壁上的滑道以加速度 a 1向右上方运动，这时的瓶盖受力情况如图 4 所示，由此可得瓶盖的受力平衡方程组为： NFmgma =+ sincos1 （1） Nmgma =+ cossin1 （2） 式中：m瓶盖的质量； a1滑道的加速度； 滑道的振动升角或瓶盖的抛射角； 滑道的升角； F瓶盖与滑道之间的摩擦力； 摩擦系数； N滑道对瓶盖的反作用力。 xy 图4 电磁铁断电时瓶盖的受力情况 3.2 电磁铁得电时瓶盖的受力分析 当电磁铁得电时，滑道在电磁力的作用下，以加速度 a 2向左下方运动，此时（即电磁铁得电瞬时） ，瓶盖的受力情况如图 5 所示；由此得到瓶盖的受力平衡方程组为： Fmgma += sincos2 （3） cossin2mgNma =+ （4） xy 图5 电磁铁得电时瓶盖的受力情况 3.3 瓶盖在滑道上的运动分析 在弹簧力的作用下，滑道以加速度 a 1向右上方运动时，也带动瓶盖向上运，而在电磁力的吸引下，滑道以加速度 a 2向左下方加速运动时，瓶盖在惯性力的作用下脱离滑道， 继续向上运动 （即做瞬时微小的向前跳跃） 。 机电技术 2007 年第 4 期 机械设计制造 32 当瓶盖脱离滑道时，N=0，由（4）式可得 cossin2mgma = （5） 所以，瓶盖产生向前跳跃的条件为： sincos2ga （6） 4 瓶盖旋盖机构设计 酒瓶盖经理盖器、输盖槽和送盖机构完成瓶盖的定向，并被送入封口机的机头中，进行酒瓶的封口（密封）工作。酒瓶的封口有旋合式封口、滚压式封口及压盖式封口等多种形式，本文介绍旋合式封口。 旋合式封口主要由瓶盖旋盖机构来完成。其主要的旋盖工艺过程为：取盖、对中、旋盖、脱瓶和复位等6。目前常用的三爪式旋盖机构，主要由旋盖爪、旋盖弹簧、传动轴、摩擦离合器和调节螺钉等零部件构成，如图 6 所示。旋盖机构工作时，先用三爪夹紧瓶盖，然后传动轴旋转并同时向下移动，此时，传动轴下端的橡胶皮头压住瓶盖，并带动瓶盖旋转，使瓶盖相对酒瓶口旋合，从而完成旋合封口工作。 通过调节压力弹簧的压力和摩擦离合器的摩擦片数，可以根据实际需要调整旋盖机构的旋盖紧密度。通过调整传动轴上的调节螺钉，可以改变传动轴下端面到待封酒瓶瓶口的距离，以适应不同高度酒瓶的封口需要。 12345678 1旋爪弹簧 2旋盖爪 3压力弹簧 4调节螺钉 5传动轴 6球绞 7摩擦离合器 8橡胶皮头 图6 三爪式旋盖机构示意图 5 结束语 瓶盖理盖器和旋盖机构作为各种酒类自动灌装生产线上必备的、重要的组成部分，其生产率的高低、工作性能的优劣直接影响整条灌装线的生产，也对提高酿酒企业的经济效益起着至关重要的作用。本文介绍的一种通用的瓶盖理盖器和旋盖机构具有结构简单、紧凑，筛选瓶盖准确、效率高，制造、维修简单、方便，瓶盖供送平稳、无损伤，通用性广（可以适合多种类型的酒瓶瓶盖）等特点。此外，通过合理选择振动频率、合理设计吸合间隙和减振机构，可以减少理盖器的振动和噪声；从而进一步体现出这种理盖器的优越性。 参考文献： 1 李诗龙.新型斜斗式理盖器的设计J,轻工机械,2003（2） ：22-24. 2 赵宗课.磁力回转式王冠盖理盖器的设计原理及要点J,包装与食品机械,2002,20（4） ：7-10. 3 焦昊昊,朱文坚.瓶盖同向排列设备的创新设计J,现代制造工程2006（1） ：111-112. 4 汤瑞,轻工机械设计M,上海：同济大学出版社,1994：55-