МАШИНА ДЛЯ УКЛАДКИ В ТАРУ ШТУЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1997 года по МПК B65B5/10 

Изобретение относится к технике укладки в тару штучных изделий и может быть использовано преимущественно в линиях приведения рыбных консервов (пресервов) в товарное состояние на операциях укладки банок в ящики.

Известно устройство для укладки штучных предметов в тару, содержащее транспортер для подачи предметов, поворотную в вертикальной плоскости рамку с упором для предметов и каретку для тары, установленную на наклонной плоскости [1]
Недостатком этого устройства является невысокая его производительность из-за большой длительности рабочего цикла.

Известно также устройство для укладки в тару штучных предметов, содержащее питатель в виде транспортного средства для подачи предметов, механизм формирования слоя, приемник предметов, механизм для подачи предметов в тару, выполненный в виде поворотной платформ, состоящей из несущей створки с упором, с которой кинематически связана дополнительная створка, и каретку для тары [2]
Основным недостатком прототипа также является невысокая его производительность из-за ряда таких факторов, как длительность рабочего цикла, сложность процесса передачи слоя предметов, а также, малая силовая работоспособность устройства.

Прототипом является машина-полуавтомат, поскольку ее функционирование, т. е. непрерывное последовательное выполнение рабочих циклов, не может быть обеспечено без непосредственного вмешательства оператора в каждый рабочий цикл (нажатием педали отсекателя слоя банок и рабочего хода поворотной платформы).

В прототипе каждый ход поворотной платформы с укладываемыми предметами обеспечивается посредством ручного (ножного) управления. Это удлиняет рабочий цикл и снижает производительность устройства. Удлинению рабочего цикла и уменьшению производительности устройства способствует также реализация холостого хода поворотной платформы под действием только силы тяжести.

В прототипе механизм для подачи предметов в тару усложнен кинематической связью несущей и дополнительной створок, наличие которых в сочетании с гибким элементом, кроме того, снижает точность выполнения операции подачи предметов в тару.

В прототипе силовая работоспособность механизма для подачи предметов в тару лимитируется технологической нагрузкой (силой веса укладываемых в тару предметов), причем последняя должна быть меньше, чем сила, вызывающая упругую деформацию гибкого элемента, выполненного в виде гибких ремней. Порог упругой деформации гибкого элемента ограничивает возможность использования прототипа для укладки предметов с более высокой массовой плотностью.

Задачей изобретения, является повышение производительности и силовой работоспособности устройства.

Это достигается тем, что в машине для укладки в тару штучных изделий, содержащей питатель изделий, формирователь слоя изделий, имеющий плоскую рабочую поверхность, привод возвратно-поворотного перемещения формирователя и каретку для тары, привод формирователя дополнительно снабжен рычажно-зубчатым механизмом, выходное звено которого выполнено в виде шестерни, жестко соединенной с формирователем, причем, ось на которой укреплена шестерня, расположена перпендикулярно плоскости вращения формирователя.

Рычажно-зубчатый механизм привода формирователя выполнен в виде кривошипно-шатунного механизма с коромыслом, на котором укреплен зубчатый сектор для взаимодействия с шестерней.

Соотношение длин звеньев кривошипно-шатунного механизма с коромыслом, на котором укреплен зубчатый сектор для взаимодействия с шестерней.

Соотношение длин звеньев кривошипно-шатунного механизма удовлетворяет выражение
(λ₂-λ₁)²+λ23

= 1
при этом крайнее положение механизма, при котором кривошип и шатун лежат в плоскости, перпендикулярной плоскости движения звеньев механизма, соответствует начальному положению формирователя,
где λ₁ r/d относительная длина кривошипа;
λ₂ l/d относительная длина шатуна;
λ₃ в/d относительная длина коромысла;
r, l и b соответственно длина кривошипа, шатуна, коромысла;
d межцентровое расстояние (расстояние между центрами вращения кривошипа и качания коромысла).

Кроме того, соединение формирователя с шестерней выполнено посредством V-образного стержня, при этом на свободном конце одного плеча стержня укреплена шестерня, а формирователь укреплен на конце другого плеча, причем последнее расположено по нормали к рабочей поверхности формирователя.

В отличие от прототипа в предлагаемой машине возвратно-поворотное движение формирователя при выполнении рабочих и холостых ходов обеспечивается рычажно-зубчатым механизмом, при этом исключается необходимость участия оператора в повторении рабочих циклов. Pеализация процесса укладки штучных изделий в тару посредством рычажно-зубчатого механизма позволяет полностью механизировать процесс (исключить ручной труд), значительно уменьшить период рабочего цикла и повысить производительность машины.

В предлагаемой машине, в отличие от прототипа, операции переноса изделий от питателя к ящику и укладки изделий в ящик выполняются одним рабочим (исполнительным) органом формирователем, что упрощает процесс и способствует повышению качества укладки изделий.

Рычажно-зубчатый механизм поворота формирователя, построенный на базе кривошипно-шатунного механизма с коромыслом, обеспечивает функционирование машины при любой заданной продолжительности рабочего цикла, при этом, не изменяя длин звеньев рычажного механизма, можно обеспечить поворот формирователя на любой необходимый угол простым изменением передаточного числа между зубчатым сектором и соединенной с формирователем шестерней. Такая возможность изменения угла поворота формирователя значительно упрощает процесс наладки машины на предпочтительное взаимное размещение в пространстве питателя изделий и каретки для тары.

Применение кривошипно-шатунного механизма, соотношение длин звеньев которого удовлетворяет выражению
(λ₂-λ₁)²+λ23

= 1
в качестве базового для механизма поворота формирователя позволяет повысить силовую работоспособность машины.

В механизме с таким соотношением длин звеньев максимальный угол передачи (равный 90^o), определяющий силовую работоспособность механизма, обеспечивается в крайнем положении звеньев, причем это положение принято за начало рабочего хода формирователя. Другими словами, большей нагруженности формирователя соответствует большая силовая работоспособность механизма.

Как известно [3] такое соответствие позволяет вести перенос изделий от питателя к ящику при меньшей величине движущего момента на валу кривошипа, т. е. при меньшем расходе энергии на процесс. Целесообразность применения такого механизма и преимущественно предложенного размещения его относительно формирователя видны из выражения
S = M_п.с./(B•sinμ) = Q_п.с./sinμ,
где S усилие, развиваемое в шатуне механизма, которое необходимо при моменте полезного (технологического) сопротивления M_m.c.;
Q_n.c. сила полезного сопротивления;
B длина коромысла;
μ угол передачи.

Как видим, при максимальном значении угла
μ(μ_max= 90^°,sinμ_max= 1)
передача технологической нагрузки, определяемой массой изделий на формирователе, обеспечивается при соответствующем минимальном нагружении шатуна, а следовательно, и при соответствующем минимальном значении движущего момента на валу кривошипа.

Соединение формирователя с шестерней посредством V образного стержня, плечо которого, несущее формирователь, перпендикулярно рабочей поверхности последнего, позволяет при укладке избежать контакта между формирователем и ящиком, что исключает деформацию тары и повышает качество укладки изделий.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема машины; на фиг. 2 машина, вид спереди; на фиг. 3 то же, вид сверху; на фиг. 4 то же, вид справа.

Машина для укладки в тару штучных изделий содержит питатель 1 изделий, формирователь 2 слоя изделий, привод 3 возвратно-поворотного перемещения формирователя и каретку 4 для тары.

Питатель 1 включает транспортер 5 подачи изделий, накопитель 6 и ворошитель 7. Накопитель изделий выполнен в виде стола с полированной плоской рабочей поверхностью, выходная часть которого разделена вертикальными продольными перегородками 8, образующими "ручьи" для изделий. В конце накопителя перпендикулярно его перегородкам смонтирована планка 9, служащая для запирания очередного слоя изделий на накопителе, который установлен с наклоном в сторону формирователя 2. Планка смонтирована с возможностью подъемно-опускного перемещения под действием кулачков и пружин, при этом на нижней ее поверхности укреплены диски из материала с большим коэффициентом трения, причем число дисков соответствует числу "ручьев" накопителя. Ворошитель 7 выполнен в виде двух связанных между собой реек, являющихся выходным звеном центрального кривошипно-шатунного механизма. Рейки расположены по боковым кромкам входной части накопителя, возвратно-поворотное движение реек способствует перемещению изделий по накопителю и образованию в его "ручьях" слоя изделий.

Формирователь 2 включает носитель 10 с плоской рабочей поверхностью и вилку, основание 11 и пальцы которой выполнены из пластин прямоугольного сечения, укрепленных на носителе 10. Пальцы и основание вилки образуют тупиковые проходы для изделий, при этом число проходов на формирователе 2 равно числу "ручьев" на накопителе 6. Функцию тупика-упора в конце каждого прохода формирователя выполняют основание 11 вилки, средние линии любого из проходов формирователя 2 и соответствующего ему "ручья" накопителя 6 лежат в одной вертикальной плоскости.

В позиции образования слоя изделий на формирователе последней занимает положение, при котором основание вилки расположено со стороны противоположной накопителю 6. Носитель 10 формирователя 2 жестко связан с V-образным стержнем 12, плечо 13 которого, связывающее стержень с носителем, расположено перпендикулярно рабочей поверхности формирователя.

Привод 3 возвратно-поворотного перемещения формирователя 2 содержит рычажно-зубчатый механизм 14 с отбором мощности от мотор-редуктора через систему зубчатых колес. Рычажно-зубчатый механизм 14 представлен кривошипно-шатунным механизмом 15, на коромысле 16 которого укреплен зубчатый сектор 17, взаимодействующий с шестерней 18, являющейся выходным звеном рычажно-зубчатого механизма. Шестерня 18 смонтирована на оси 19, установленной в подшипниках перпендикулярно плоскости вращения формирователя 2, и жестко соединена с V-образным стержнем 12 посредством его плеча 20.

В позиции образования слоя изделий на формирователе 2 механизм 15 занимает начальное положение, при котором его входное звено кривошип 21 и шатун 22 расположены в плоскости, перпендикулярной плоскости движения звенев механизма (иначе говоря, в указанном положении шатун наложен на кривошип, фиг. 1). В таком положении механизма 15, в соответствии с предложенным соотношением длин его звеньев, угол между шатуном 22 и коромыслом 16 (угол передачи) будет прямым, т. е. равным 90^o. Такое положение звеньев является предпочтительным, поскольку при максимальном моменте полезного сопротивления (максимальной нагрузки по массе и максимальной длине плеча) в начале рабочего хода формирователя силовая работоспособность привода 3 возвратно-поворотного перемещения формирователя будет наибольшей.

Каретка 4 для тары представляет собой шаговый наклонный транспортер с размещенным на нем приспособлением для фиксирования ящика. Угол наклона транспортера устанавливается с учетом угла поворота формирователя, при этом в позиции укладки изделий в ящик плечо 13 стержня 12 расположено перпендикулярно по отношению к дну ящика.

Каждый проход на формирователе 2 снабжен конечным выключателем (датчиком наличия изделий), вмонтированным в основании 11 вилки. Все конечные выключатели соединены последовательно и сблокированы системой автоматического управления с приводом 3 для начала рабочего хода формирователя только при наличии в проходах полного комплекта изделий. Для исключения остановки формирователя 2 в период после укладки изделий в тару и до окончания его холостого хода предусмотрен конечный выключатель 23 (фиг. 3), вмонтированный в концевую (выходную) часть накопителя 6, нормально замкнутые контакты которого соединены параллельно с контактами датчиков наличия изделий.

Для обеспечения остановки формирователя 2 при работающем электродвигателе привода 3 последний снабжен электромагнитной муфтой 24.

Машина работает следующим образом.

Предварительно включаются в работу ворошитель 7 и транспортер 5 подачи изделий на накопитель 6, в каретку 4 для тары подается пустой ящик. После образования полного комплекта изделий на формирователе 2 включается в работу привод 3, обеспечивающий функционирование рычажно-зубчатого механизма 14 и формирователя. В интервале рабочего хода формирователь 2, заполненный изделиями, поворачивается на угол несколько больший прямого угла (110-115^o).

По окончании рабочего хода формирователь оказывается в ящике и изделия укладываются на дно ящика или на расположенный ниже ряд изделий, уже находящихся в ящике. В начале рабочего хода формирователя 2 пленка 9 опускается и, воздействия посредством укрепленных на ее нижней поверхности дисков на первые изделия в "ручьях" накопителя 6, запирает на накопителе очередной слой изделий. Нижнее положение планка занимает под действием пружин при минимальных радиус-векторах ведущих кулачков.

При холостом ходу, в момент, когда рабочие поверхности накопителя 6 и формирователя 2 оказываются в одной плоскости, планка 9 посредством ведущих кулачков поднимается и изделия в результате подпора поступают из "ручьев" накопителя 6 в проходы формирователя 2. По завершении холостого хода формирователя 2 его рабочая поверхность оказывается наклонной относительно рабочей поверхности накопителя 6 на угол, равный 10^o (или близкий к нему угол), что позволяет начать процесс образования слоя изделий на формирователе еще до завершения холостого хода. В интервале образования слоя изделий на формирователе планка 9 находится в крайнем верхнем положении при максимальных радиус-векторах ведущих кулачков и не препятствует перемещению изделий с накопителя в формирователь.

В крайнем нижнем положении формирователя 2 упор, смонтированный на входной части последнего (не показан), нажимает на конечный выключатель 23 и размыкает его контакты, при этом, если формирователь заполнен изделиями, он начинает рабочий ход, если же слой изделий не сформирован, рычажно-зубчатый механизм 14 посредством электромагнитной муфты 24 останавливается при работающем электродвигателе привода 3, по окончании образования слоя изделий на формирователе контакты датчиков наличия изделий замыкаются, и рычажно-зубчатый механизм автоматически включается в работу.

После загрузки слоя изделий в ящик, шаговый наклонный транспортер перемещает приспособление с установленным в нем ящиком на расстоянии, равное высоте изделия, а после наполнения ящика выводит его из машины, сигнализируя о подаче под загрузку пустого ящика.

Включение рычажно-зубчатого механизма в привод возвратно-поворотного перемещения формирователя позволяет механизировать и автоматизировать процесс укладки изделий, уменьшить период рабочего цикла и повысить производительность машины. Выполнение рычажно-зубчатого механизма на базе кривошипно-шатунного механизма с коромыслом, предложенное соотношение длин звеньев которого обеспечивает максимальный угол передачи в начале рабочего хода, позволяет повысить силовую работоспособность машины.

Литература.

1. Авт.св. СССР N 537895, МКИ B 65 B 5/10, 1975
2. Авт.св. СССР N 925764, МКИ B 65 B 5/10, 1982
3. Техника и технология тепловой обработки пищевых продуктов. Труды КТИРПХ, Калининград, 1984, вып. 101. С. 96-101.

Использование: изобретение относится к технике укладки искусственных объектов обработки, например консервных банок, в ящики и на поддоны. Сущность изобретения: привод формирователя машины дополнительно снабжен рычажно-зубчатым механизмом, выходное звено которого выполнено в виде шестерни, жестко соединенной с формирователем. При этом ось, на которой укреплена шестерня, расположена перпендикулярно плоскости вращения формирователя. Кроме формирователя машина содержит питатель изделий и каретку для тары. Питатель в свою очередь содержит транспортер подачи изделий, накопитель и ворошитель. Кроме привода формирователь включает носитель с плоской рабочей поверхностью и вилку, основание и пальцы которой выполнены из пластин прямоугольного сечения, укрепленные на носителе. Рычажно-зубчатый механизм, которым дополнительно снабжен формирователь, представляет собой кривошипно-шатунный механизм, на коромысле которого укреплен зубчатый сектор, взаимодействующий с шестерней. Последняя смонтирована на оси и жестко соединена с формирователем посредством V-образного стержня. В начальном положении формирователя угол между шатуном и коромыслом механизма составляет 90^o, что соответствует повышенной силовой работоспособности машины в начале рабочего хода формирователя. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. Машина для укладки в тару штучных изделий, содержащая питатель, формирователь слоя изделий с приводом возвратно-поворотного перемещения и каретку для тары, отличающаяся тем, что привод возвратно-поворотного перемещения формирователя дополнительно снабжен рычажно-зубчатым механизмом, выходное звено которого выполнено в виде шестерни, жестко соединено с формирователем, причем ось, на которой укреплена шестерня, расположена перпендикулярно плоскости вращения формирователя. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что рычажно-зубчатый механизм привода формирователя содержит кривошипно-шатунный механизм с коромыслом и зубчатый сектор, взаимодействующий с шестерней, при этом зубчатый сектор жестко закреплен на коромысле, причем центр делительной окружности зубчатого сектора совпадает с центром качания коромысла. 3. Машина по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что соотношение длин звеньев кривошипно-шатунного механизма соответствует выражению
(λ₂-λ₁)²+λ23

= 1,
при этом крайнее положение механизма, при котором кривошип и шатун расположены в плоскости, перпендикулярной плоскости движения звеньев механизма, соответствует начальному положению формирователя,
где λ₁= r/d - относительная длина кривошипа;
λ₂= l/d - относительная длина шатуна;
λ₃= b/d - относительная длина коромысла;
r, l, b соответственно длина кривошипа, шатуна, коромысла;
d расстояние между центрами вращения кривошипа и качания коромысла. 4. Машина по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что формирователь соединен с шестерней посредством V-образного стержня, на одном конце которого укреплена шестерня, а на другом формирователь.