一種基於異形螺杆的層接式物料旋轉的連續輸送裝置的製作方法

2023-09-20 00:34:45 1

本發明涉及物料包裝傳輸設備技術領域，特別是涉及一種基於異形螺杆的層接式物料旋轉的連續輸送裝置。

背景技術：

現代社會商品在貿易流通中競爭日趨激烈，在保證產品質量前提下，產品包裝形式也是日新月異，消費者對商品外包裝的要求越來越高，產品外觀和功能協調結合滿足了消費者的要求。包裝機械是自動化程度較高的機械設備，它可以大幅度提高生產效率，改善生產環境，降低生產成本，提高商品檔次，增加產品附加值，從而增強商品的市場競爭力、帶來更大的社會效益和經濟效益。

現代生產過程中經常需要對一列連續物料沿著其自身豎直軸線旋轉90度後輸出以便下個工序的高效實施，現有生產線上一般採用氣動裝置或間歇機械機構裝置等實現連續物料的自轉供送，生產過程中速度衝擊大，工作節拍慢，不能做到高速、穩定的供送，致使生產效率降低，並且這些裝置安裝在生產線上機構複雜，佔用空間大，生產過程中噪聲大，成本高，不能滿足當今產品包裝的生產要求。目前在生產過程中尚無採用異形螺杆將物料進行旋轉的連續輸送裝置。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種基於異形螺杆的層接式物料旋轉的連續輸送裝置，可以很好地克服現有技術的缺陷，實現結構簡單、噪聲小、連續高速且穩定無衝擊的自轉連續物料的目的。

為了實現上述目的，本發明的方案是：一種基於異形螺杆的層接式物料旋 轉的連續輸送裝置，包括輸送帶、物料導入裝置、供送螺杆、驅動裝置和支撐裝置，驅動裝置用於驅動供送螺杆，物料導入裝置、供送螺杆和驅動裝置可拆卸的安裝在支撐裝置上；所述輸送帶用於連續輸送形狀相同的被供送物料，所述物料導入裝置位於輸送帶上端且出口與供送螺杆銜接，所述供送螺杆是位於輸送帶上端兩側且與輸送帶平行的兩根異形螺杆，兩根異形螺杆方向相反同步旋轉；所述形狀相同的被供送物料經過物料導入裝置後旋轉第一角度後進入供送螺杆，隨著異形螺杆的螺距和槽深變化被供送物料繼續沿著其自身豎直軸線旋轉第二角度，所述第一角度與第二角度之和為90度，且第一角度小於第二角度，兩次旋轉後的被供送物料從供送螺杆的另一端輸出到輸送帶上。

優選地，所述物料導入裝置包括物料軌道和軌道支架，物料軌道通過軌道支架可拆卸的安裝到輸送帶上端兩側，所述物料軌道用於限制並改變被供送物料的方向，被供送物料在物料軌道的作用下旋轉第一角度，經過旋轉後的被供送物料繼續向前進入供送螺杆；所述第一角度小於40度。

優選地，所述異形螺杆包括初段、中段和後段三部分，所述初段為等螺距等槽深的螺旋槽，用於引入物料；所述中段為既變螺距又變槽深的螺旋槽，用於將被供送物料進行第二角度的旋轉；所述後段為等螺距等槽深的螺旋槽，用於將旋轉後的物料排成一列無間隔的輸出。

優選地，所述被供送物料在供送螺杆中一方面隨著螺旋槽的旋轉向前平動，一方面隨螺旋槽截面形狀變化而沿自身豎直軸線進行旋轉，供送螺杆輸出被供送物料的線速度與輸送帶速度相等，整個自轉過程高速且穩定，無運動的剛性衝擊。

優選地，所述被供送物料是大小相等、外形相同的固體物料；所述兩根異形螺杆的截面空隙形成可容被供送物料通過的通道，被供送物料的外表面與異 形螺杆的螺旋槽面空間嚙合且時刻處於線接觸狀態，被供送物料在螺旋槽帶動下沿著異形螺杆軸向和徑向做複合運動，保證物料供送的穩定性。

優選地，在所述複合運動的過程中，被供送物料的加速度變化分為等速段、變加速段、等加速段和變減加速度段，且各段間加速度變化採用三角函數曲線平滑過渡，以避免加速度突變帶來的剛性衝擊。

優選地，所述兩根異形螺杆分別由兩套相同的驅動裝置驅動；所述驅動裝置包括伺服電機、減速器、同步帶輪和同步帶，所述伺服電機和異形螺杆的端部均設有同步帶輪，所述同步帶輪上配置同步帶，所述同步帶用於連接伺服電機和對應的異形螺杆之間的傳動；所述驅動裝置還包括運動控制器和伺服電機驅動器，運動控制器根據物料數量和輸送帶速度計算供送螺杆所需的轉速，並將該速度輸出給伺服電機驅動器，伺服電機驅動器控制伺服電機旋轉，完成兩根異形螺杆的同步反向旋轉。

優選地，兩根異形螺杆分別由兩套相同的支撐裝置支撐，所述支撐裝置包括平行於輸送帶的支座，支座的一端設有螺杆支架，另一端還設置有帶有鎖緊結構件的導軌支座；所述伺服電機、減速器可拆卸的固定在螺杆支架的一端，導軌支座用於支撐與輸送帶平行的導軌，導軌的一端設有導軌基座，導軌基座用於固定頂尖支座；鎖緊結構件鬆開時，頂尖支座和導軌可以一起沿著輸送帶的方向水平移動；所述異形螺杆一端固定在頂尖支座上，另一端固定在螺杆支架上。

優選地，頂尖支座上還開有U形螺栓槽，物料軌道出口通過緊固螺栓固定在U形螺栓槽，與供送螺杆銜接。

本發明結構簡單，性能可靠，採用模塊化設計，結構緊湊，成本低，生產過程中噪聲小且無剛性衝擊，速度調整便捷，而且該裝置在生產線上的裝配和 調整非常方便。該自轉裝置可廣泛應用於日化、醫藥、衛生、食品、包裝等行業，以配合完成貼標、清洗、打碼、充填、灌裝等工序的高速工作。

本發明的附加優點、目的，以及特徵將在下面的描述中部分地加以闡述，且將對於本領域普通技術人員在研究下文後部分地變得明顯，或者可以根據本發明的實踐而獲知。本發明的目的和其它優點可以通過在書面說明及其權利要求書以及附圖中具體指出的結構實現到並獲得。

本領域技術人員將會理解的是，能夠用本發明實現的目的和優點不限於以上具體所述，並且根據以下詳細說明將更清楚地理解本發明能夠實現的上述和其他目的。

附圖說明

圖1為本發明裝置的一種結構示意圖；

圖2為本發明裝置物料在0度相位時與供送螺杆的結構示意圖；

圖3為本發明裝置物料在90度相位時與供送螺杆的結構示意圖；

圖4為本發明裝置物料在180度相位時與供送螺杆的結構示意圖；

圖5為本發明裝置物料在270度相位時與供送螺杆的結構示意圖；

圖6為被供送物料在複合運動過程中的加速度變化曲線；

圖7為被供送物料與異形螺杆的螺旋槽面的交截面片產生示意圖；

圖中：1-輸送帶；2-軌道支架；3-物料軌道；4-頂尖支座；5-導軌基座；6-鎖緊結構件；7-導軌支座；8-導軌；9-支座；10-伺服電機；11-減速器；12-螺杆支架；13-同步帶；14-供送螺杆。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。以 下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。

如圖1至圖7所示，為本發明的一種實施例的結構，一種基於異形螺杆的層接式物料旋轉的連續輸送裝置，包括輸送帶1、物料導入裝置、供送螺杆14、驅動裝置和支撐裝置，驅動裝置用於驅動供送螺杆14，物料導入裝置、供送螺杆14和驅動裝置可拆卸的安裝在支撐裝置上；所述輸送帶1用於連續輸送形狀相同的被供送物料，所述物料導入裝置位於輸送帶1上端且出口與供送螺杆14銜接，所述供送螺杆14是位於輸送帶1上端兩側且與輸送帶1平行的兩根異形螺杆，兩根異形螺杆方向相反同步旋轉，如圖2所示，給出了異形螺杆的旋轉方向與被供送物料的前進方向。所述形狀相同的被供送物料經過物料導入裝置後旋轉第一角度後進入供送螺杆14，隨著異形螺杆14的螺距和槽深變化被供送物料繼續沿著其自身豎直軸線旋轉第二角度，所述第一角度與第二角度之和為90度，且第一角度小於第二角度，兩次旋轉後的被供送物料從供送螺杆14的另一端輸出到輸送帶1上。

物料導入裝置包括物料軌道3和軌道支架2，物料軌道3通過軌道支架2可拆卸的安裝到輸送帶1上端兩側，所述物料軌道3用於限制並改變被供送物料的方向，被供送物料在物料軌道3的作用下旋轉第一角度；經過旋轉後的被供送物料繼續向前進入供送螺杆14；所述第一角度小於40度，其中第一角度為25度時，供送螺杆14引入被供送物料的效果最好。通過採用物料導入裝置使被供送物料偏離初始軌道一定角度進入供送螺杆14，可以解決被供送物料頭尾端面縫隙較小而難以從供送螺杆14入口端咬入的問題。

兩根異形螺杆的螺旋方向相反。異形螺杆包括初段、中段和後段三部分，所述初段為等螺距等槽深的螺旋槽，用於引入物料；所述中段為既變螺距又變槽深的螺旋槽，用於將被供送物料進行第二角度的旋轉；所述後段為等螺距等 槽深的螺旋槽，用於將旋轉後的物料排成一列無間隔的輸出。

被供送物料在供送螺杆14中一方面隨著螺旋槽的旋轉向前平動，一方面隨螺旋槽截面形狀變化而沿自身豎直軸線進行旋轉，供送螺杆14輸出被供送物料的線速度與輸送帶1速度相等，整個自轉過程高速且穩定，無運動的剛性衝擊。

被供送物料是大小相等、外形相同的球狀、瓶狀或罐狀的固體物料，瓶狀或罐狀物料的橫截面是圓形、方形、橢圓形或多邊形，本實施例中，被供送物料的橫截面是橢圓形。兩根異形螺杆的截面空隙形成可容被供送物料通過的通道，被供送物料的外表面與異形螺杆的螺旋槽面空間嚙合且時刻處於線接觸狀態，被供送物料在螺旋槽帶動下沿著異形螺杆軸向和徑向做複合運動，保證物料供送的穩定性。在供送過程中，只有同時保證螺杆螺旋槽面與被供送物料曲面的緊密嚙合，即螺旋槽面的形狀嚴格的隨二者交截面形狀的變化規律而變化，供送的穩定性才能得到保證。二者相對運動反映到幾何學中，如圖7所示，以∑作為假想被供送物料的母面，與螺杆的螺旋槽面∑1做工藝嚙合，二者交截面∑c沿螺杆軸線做簡單或複合運動，同時螺杆繞自身的軸線以角速度ω轉動，螺杆的螺旋槽面∑1作為交截面∑c在相對運動中的包絡被展成。

在複合運動的過程中，被供送物料的加速度變化分為等速段Ⅰ、變加速段Ⅱ、等加速段Ⅲ和變減加速度段Ⅳ，且各段間加速度變化採用三角函數曲線平滑過渡，以避免加速度突變帶來的剛性衝擊。為實現供送過程中被供送物料運動速度變化的連續性和平緩性，避免慣性衝擊，保證供送運動高速性和穩定性，本發明提出了穩態供送變加速度運動，即在被供送物料行進過程中加速度變化各段採用三角函數過渡，如圖6所示。這也是異形螺杆的螺旋線變化形式。異形螺杆的螺旋線形式是關乎螺旋槽形以及物料供送穩定性的關鍵因素。其計算方式如下：

式中T-周期(s)，其值由各段的總時間確定；t2-時間(s)；am-等加速度段加速度(mm/s2)；ci——積分常量，i＝1,2,3,4。上述Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ螺旋線的構造方式可以根據實際情況，選取部分或全部。

所述的異形螺杆的結構可以根據被供送物料的形狀通過構建螺旋線數學模型、構建螺旋槽數學模型的方式實現。其中：所述構建螺旋線數學模型如圖6所示和以上論述。

所述構建螺旋槽數學模型：螺杆供送的整個運動由兩個簡單運動合成，即螺杆的旋轉運動和被供送物料的移動或者其他類型的運動。構建螺杆的螺旋槽面本質就是考察被供送物料與螺杆的相對位置關係，本發明中被供送物料的運動形式已確定，通過兩個或者多個坐標系之間的坐標變換就可以求解出與被供送物料曲面相嚙合的螺旋槽的曲面方程。

在構建螺旋槽數學模型中需要確定：螺旋槽面成形幾何原理、單參數曲面族的包絡面方程求解、基於單參數包絡理論的螺旋槽面數學建模、交截面片族方程求解、嚙合方程求解、螺旋槽曲面方程等方面的工作；這些都可以從構建螺旋槽數學模型中建立獲得。

兩根異形螺杆分別由兩套相同的驅動裝置驅動；所述驅動裝置包括伺服電機10、減速器11、同步帶輪和同步帶13，所述伺服電機10和異形螺杆的端部均設有同步帶輪，所述同步帶輪上配置同步帶13，所述同步帶13用於連接伺服電機10和對應的異形螺杆之間的傳動；所述驅動裝置還包括運動控制器和伺服 電機驅動器，運動控制器根據物料數量和輸送帶1速度計算供送螺杆14所需的轉速，並將該速度輸出給伺服電機10驅動器，伺服電機驅動器控制伺服電機10旋轉，完成兩根異形螺杆的同步反向旋轉。當物料數量變化時，運動控制器會跟隨物料數量的變化來調節供送螺杆的轉速。裝置還包括光柵傳感器用於監測並反饋螺杆轉動情況，確保兩根異形螺杆速度同步且旋向相反，保持相對相位不變。

兩根異形螺杆也可分為主動異形螺杆和從動異形螺杆，主動異形螺杆通過同步齒輪帶動從動異形螺杆同步轉動，主動異形螺杆由驅動裝置驅動，但本實施例中為了減少傳動元件，便於螺杆初始相位調整以及減小設備空間，採用兩根異形螺杆分別由兩套相同的驅動裝置驅動的方案。

優選地，兩根異形螺杆分別由兩套相同的支撐裝置支撐，所述支撐裝置包括平行於輸送帶1的支座9，支座9的一端設有螺杆支架12，另一端還設置有帶有鎖緊結構件6的導軌支座7；所述伺服電機10、減速器11可拆卸的固定在螺杆支架12的一端，導軌支座7用於支撐與輸送帶1平行的導軌8，導軌8的一端設有導軌基座5，導軌基座5用於固定頂尖支座4；鎖緊結構件6鬆開時，頂尖支座4和導軌8可以一起沿著輸送帶1的方向水平移動；所述異形螺杆一端固定在頂尖支座4上，另一端固定在螺杆支架12上。所述鎖緊結構件6可以是肘夾。

頂尖支座4上還開有U形螺栓槽，物料軌道3出口通過緊固螺栓固定在U形螺栓槽，與供送螺杆14銜接。該物料導入裝置便於供送螺杆14引入物料，且有效的防止了供送螺杆14對物料產生擠壓而造成物料損壞。

上述各實施例可在不脫離本發明的保護範圍下加以若干變化，故以上的說明所包含及附圖中所示的結構應視為例示性，而非用以限制本發明申請專利的 保護範圍。