УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРУППОВОЙ УКЛАДКИ ПРЕДМЕТОВ В ТАРУ Российский патент 1997 года по МПК B65B5/10 

Изобретение относится к оборудованию для групповой укладки изделий в тару, используемому, например, в линиях приведения консервов (пресервов) в товарное состояние, для укладки консервных банок в ящики.

Известны устройства для укладки предметов в тару, выполненные в виде ротора с радиальными поворотными захватами, совершающими относительно ротора возвратно-поворотные движения [1]
Недостатками таких устройств являются мягкие удары, возникающие на границах интервалов отвода захватов и возвращения их в исходное относительно ротора положение, и наличие контакта между стенками ящика и захватом при выходе последнего из ящика, в который укладываются предметы (банки).

Из известных устройств для укладки предметов в тару наиболее близким по технической сущности является устройство, содержащее установленный на горизонтальном валу ротор, дополнительные валы с кривошипами, закрепленные на роторе параллельно его валу и снабженные приводом периодического вращения, оси, смонтированные с возможностью вращения параллельно валу ротора, причем каждая ось закреплена на кривошипе соответствующего дополнительного вала, закрепленные на валу ротора параллельно ему дополнительные оси, каждая из которых установлена с возможностью вращения и снабжена направляющей, расположенной перпендикулярно дополнительной оси, закрепленные на осях двухплечие кулисы, один конец каждой из которых снабжен захватом, а другой сопряжен с направляющей соответствующей дополнительной оси [2] При работе устройства [2] каждый захват в процессе выхода его из ящика и последующего возвращения в исходное относительно ротора положение совершает сложное движение, состоящее из возвратно-поворотного и возвратно-поступательного движений, в результате чего захват движется относительно ротора по замкнутой траектории, вытянутой в радиальном направлении. Вытянутость траектории, формируемая поступательным движением, обеспечивает благоприятные условия для прохода вышедшего из ящика захвата мимо опорного приспособления для тары. Поворотное движение кулисы с захватом обеспечивает выход последнего из ящика. Однако, поскольку при работе прототипа каждая кулиса совершает возвратно-поворотное движение, работа захватов сопровождается мягкими ударами, которые имеют место в четырех граничных точках, т. е. в моменты начала как прямого, так и обратного ходов кулисы. Мягкие удары приводят к необходимости уменьшения угловой скорости ротора, что снижает производительность устройства. Кроме того, при откидывании захвата посредством механизма со сложным движением кулисы не исключается возможность взаимодействия захвата со стенкой ящика, в который укладываются предметы. Такое взаимодействие имеет место при малых скоростях поворотного движения захвата относительно ротора и особенно проявляется при медленном нарастании скорости в начале интервала откидывания захвата. Наличию контакта между захватом, совершающим поворот в направлении, противоположном вращению ротора, и ящиком, занимающим фиксированное положение, способствует непрерывное поворотное движение захвата вместе с ротором, замедляющее выход захвата из ящика. Результатом взаимодействия захватов с ящиком являются внецикловые потери рабочего времени, связанные с заменой деформированной тары, снижающие производительность устройства. Для исключения контакта между захватом и ящиком увеличивают длину кривошипа, при этом увеличивается угол размаха кулисы, или длину плеча кулисы, несущего захват, либо увеличивают угловую скорость откидывания захвата. Иначе говоря, вынужденно идут по пути ухудшения габаритных и динамических характеристик устройства.

Задачей изобретения является улучшение динамических характеристик устройства и повышение его производительности.

Задача достигается тем, что в устройстве для групповой укладки предметов в тару, содержащем установленный на горизонтальном валу ротор, дополнительные валы с кривошипами, закрепленные на роторе параллельно его валу и снабженные приводом периодического вращения, оси с укрепленными на них кулисами и захватами, смонтированные на роторе параллельно дополнительным валам, на концах дополнительных валов жестко укреплены направляющие, каждый кривошип одним концом сопряжен с направляющей соответствующего дополнительного вала, а другим шарнирно соединен с соответствующей кулисой. Максимальная длина кривошипа удовлетворяет равенству r_max l + d, при этом l>d, где r_max максимальная геометрическая длина кривошипа; l длина кулисы; d расстояние между осью, на которой укреплена кулиса, и соответствующим дополнительным валом. Размещение (установка) дополнительных валов и осей относительно вала ротора удовлетворяет условию L_b<L^o, где L_b расстояние между геометрическими осями вала ротора и дополнительного вала; L_o расстояние между валом ротора и каждой из осей, несущей кулису и захват. При этом каждый кривошип в положении захвата, соответствующем началу его вращения относительно ротора, сопрягается с соответствующей направляющей при максимальной его длине.

Сопоставительный анализ показывает, что предлагаемое устройство отличается иной компоновкой механизмов вращения захватов относительно ротора, каждый из которых представляет собой кулисный механизм с переменной длиной кривошипа, при этом выходное звено (кулиса) механизма совершает вращательное движение. Таким образом, предлагаемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сопряжение ведущих звеньев с жестко укрепленными на концах дополнительных валов направляющими и их шарнирная связь с укрепленными на осях кулисами позволяет иметь механизмы с переменной длиной кривошипа, выходные звенья (кулисы) которых совершают вращательное движение (поворот на 360^o) при меньшем числе мягких ударов. В отличие от аналога и прототипа [1, 2] у которых в интервале откидывания захвата возникают четыре мягких удара, в предлагаемом устройстве имеют место лишь два мягких удара, которые приходятся на моменты начала и конца откидывания захвата. При компоновке механизма с переменной длиной кривошипа, удовлетворяющего условию r_max L + d и L>d, имеем кулисный механизм с изменяющимся безразмерным параметром λ r/d, где r текущее значение длины кривошипа. У аналога и прототипа безразмерный параметр не изменяется (l const), в предлагаемом же устройстве он изменяется в пределах от l_max r_max/d до λ_min r_min/d, где r_min минимальная длина кривошипа, r_min L d. Заметим, что при L d будем иметь кулисный механизм, у которого r_min 0 и λ_min 0. Иначе говоря, при L d имеем механизм с бесконечно малым кривошипом. Изменение λ благоприятно влияет на кинематическую и динамическую характеристики механизма откидывания захвата, поскольку l является аргументом, определяющим значения первой (аналога скорости) и второй (аналога ускорения) передаточных функций механизма. Выполнение условия L_b<L_o и соответствие максимальной длины кривошипа исходному (начальному) положению захвата позволяет реализовать следующие преимущества. В предлагаемом устройстве откидывания захвата, т. е. выход его из ящика, начинается при максимальной длине кривошипа, при этом скорость захвата в начале интервала его движения относительно ротора будет больше, чем в любой последующий момент движения. В середине интервала движения (при минимальной длине кривошипа) скорость захвата будет минимальной. Это видно из сравнения значений первых передаточных функций в моменты начала и середины интервала движения захвата. Так, при r_max L + d 2,5 получим l_max 2,5; при r_min L d 0,5 будем иметь λ_min 0,5. Скорость захвата, определяемая выражением ω_з= ω•П′(Φ), в указанные моменты времени составит ω_з(н)= ω•λ_max/(λ_max-1) = ω•2,5/1,5 = ω•1,66 и ω_з(c)= ω•λ_min/(λ_min+1) = ω•0,5/1,5 = ω•0,33, где ω_з узловая скорость захвата, рад/с; ω угловая скорость кривошипа, w const, рад/с; П′(Φ) первая передаточная функция; ω_з(н) угловая скорость захвата в момент начала его откидывания, рад/с; ω_з(c) угловая скорость захвата в момент, соответствующий середине интервала движения, рад/с. Поскольку кривошип вращается с постоянной скоростью, судить об изменении скорости захвата можно по значениям первых передаточных функций. Как видим, в предлагаемом устройстве скорость захвата в момент начала его откидывания (выхода из ящика) в 5 раз больше скорости, которую он имеет в середине интервала движения. Большая скорость в начале откидывания захвата исключает возможность контакта между захватом и ящиком, а его малая скорость в середине интервала движения обеспечивает бесконтактный проход захвата мимо опорного приспособления (стола) для тары. При работе устройства-прототипа, где применен механизм со сложным движением кулисы, первая передаточная функция в момент начала откидывания захвата (при значении безразмерного параметра λ r/d 1/2,5 0,4) равна П′(Φ) = λ/(1-λ) 0,4/0,6 0,66. Следовательно, в предлагаемом устройстве скорость захвата в момент начала его откидывания в 2,5 раза больше (1,66/0,66 2,5), чем у прототипа. Это дает преимущества, поскольку увеличение скорости откидывания обеспечивается при равных значениях угловых скоростей как роторов, так и кривошипов в прототипе и предлагаемом устройстве. Кроме того, при выполнении условия L_b<L_o и компоновке механизма при максимальной длине кривошипа в начальном положении захвата последний входит в ящик по траектории (дуге) большего радиуса, что обеспечивает бесконтактный вход захвата с изделиями в ящик. Очевидно, что при обратном неравенстве, когда L_b>L_o, траектория движения захвата (дуга меньшего радиуса) будет менее предпочтительной для входа его в ящик.

На фиг. 1 изображено устройство, вид спереди; на фиг. 2 то же, вид сверху; на фиг. 3 то же, вид слева; на фиг. 4 то же, вид справа; на фиг. 5 то же, вид сзади; на фиг. 6 механизм захвата.

Устройство содержит ротор 1, укрепленный на горизонтальном валу 2, с радиальными захватами 3, питатель 4 предметов, опору 5 для тары и привод 6. Каждый захват 3 укреплен на оси 7, параллельной валу 2 ротора 1, на конце оси 7 укреплена кулиса 8, шарнирно связанная с кривошипом 9, который сопряжен с направляющей 10, жестко укрепленной на одном конце дополнительного вала 11, шарнирно соединенного с расположенной внутри ротора подшипниковой опорой, при этом на другом конце вала 11 смонтированы фиксатор 12 для взаимодействия с тормозным диском 13 и шестерня 14 для взаимодействия с зубчатым сектором 15, причем тормозной диск 13 укреплен на опоре 16 вала 2 ротора 1, а зубчатый сектор 15 смонтирован на диске. Захват 3 выполнен вилкообразным и укреплен на V-образном стержне 17, который жестко связан с осью 7. Пальцы захвата 3 расположены относительно несущего плеча стержня 17 под прямым углом, расположение стержня 17 в пространстве таково, что пальцы в рабочем положении захвата направлены нормально поверхности ротора 1. Ось 7 установлена в двух опорных подшипниках, расположенных внутри ротора 1 (фиг. 6). Кривошип 9, ось 7 и кулиса 8 в рабочем положении захвата 3 лежат в одной плоскости, проходящей через геометрическую ось вала 2 ротора 1. Для обеспечения поворота захвата 3 на угол 360^o длина кулисы 8 должна быть больше, чем расстояние между дополнительным валом 11 и соответствующей осью 7. Фиксатор 12 выполнен в виде тормозной колодки со сквозным отверстием для посадки на вал 11, причем колодка имеет фасонный вырез, радиус кривизны которого равен радиусу тормозного диска 13, а в теле колодки по периметру сквозного отверстия имеются сквозные пазы для шлицевых зубьев вала 11. На фиксаторе 12 со стороны его фасонного выреза смонтирован приводной ролик для взаимодействия с пазом 18 диска 13 (фиг. 6).

Рабочая поверхность тормозного диска 13 имеет форму круглого цилиндра, паз 18 для роликов фиксаторов выполнен в теле диска по его рабочей поверхности, профиль паза выполнен криволинейным, при этом один участок паза соответствует интервалу поворота кривошипа 9, кулисы 8 и захвата 3 на угол, равный 360^o, а другой участок интервалу движения захвата в рабочем положении. Первый участок паза 18 совмещен с зубчатым сектором 15, при этом зубчатый сектор крепится к тормозному диску 13 со стороны, противоположной ротору 1. Тормозной диск 13 имеет центральное отверстие, служащее для свободного прохода вала 2 ротора 1, и сквозные вырезы в виде дуг для крепления диска к опоре 16 с возможностью поворота его относительно вала 2 ротора при наладке. Опора 16 имеет Г-образную форму, в горизонтальной части опоры имеется центральное сквозное отверстие, при этом торец горизонтальной части опоры служит местом крепления диска 13, а в центральном отверстии смонтирован подшипник для посадки вала 2 ротора. Пальцы захватов 3 и стержни 17 выполнены трубчатыми из материала с малой массовой плотностью, при этом их полости сообщаются между собой. Пустотелые пальцы каждого захвата 3 снабжены вакуум-присосами 19, выполненными из эластичного материала, полости пальцев через пустотелый стержень 17, связанный с укрепленным на оси 7 золотниковым вводом, посредством герметичной трубки связаны с источником вакуума. Подшипниковые опоры дополнительных валов 11 и осей 7 смонтированы на радиально расположенных спицах, жестко связанных с валом 2 ротора 1, при этом опоры имеют в основании продольные вырезы для болтов и крепятся к спицам с возможностью перемещения их в радиальном направлении. Этим обеспечивается регулировка расстояния между геометрическими осями валов ротора 1 и дополнительных валов 11, а также между валом 11 и осью 7 каждого кривошипно-кулисного механизма при наладке устройства. В цилиндрической стенке ротора 1 имеются сквозные вырезы 20, через которые проходят элементы захватов 3 при совершении последними вращательного движения. Фиксаторы 12 и шестерни 14 закрыты защитным кожухом 21 цилиндрической формы (фиг. 5), который крепится днищем к опоре 16. Питатель 4 состоит из накопителя 22, формирователя 23 и ворошителя 24 банок (фиг. 2). Накопитель 22 банок выполнен в виде прямоугольного стола с полированной плоской рабочей поверхностью, укрепленного с наклоном в сторону формирователя 23 банок, при этом стол закреплен с возможностью регулировки его высоты при помощи винтовых пар. Формирователь 23 ряда банок выполнен в виде вилки, основание которой состыковано с накопителем 22 и укреплено на его раме. Каждый палец формирователя состоит из двух перпендикулярно расположенных одна относительно другой направляющих, горизонтальной и вертикальной, при этом рабочие поверхности горизонтальных направляющих всех пальцев формирователя расположены в одной плоскости, нормальной поверхности ротора 1, а в теле горизонтальных направляющих имеются сквозные фигурные пазы для прохода вакуум-присосов 19, смонтированных на пальцах захватов 3. Формирователь 23 закреплен с возможностью установки его в различных плоскостях, расположенных по нормали относительно поверхности ротора 1, для чего вилка выполнена поворотной относительно оси крепления ее на раме накопителя 22, а стыковка пальцев формирователя с накопителем банок выполнена подвижной в направлении от накопителя к ротору, и наоборот (т. е. в направлении пальцев). Каждая пара соседних пальцев формирователя образует "ручей" для банок. На концах пальцев формирователя укреплены фигурные упоры для банок (по два упора на каждый "ручей"). Один из упоров в каждом "ручье" снабжен датчиком наличия банок, при этом все датчики соединены последовательно и сблокированы системой автоматического управления с приводом 6 ротора 1 для подвода захватов 3 к формирователю 23 только при наличии в "ручьях" формирователя полного комплекта банок. Над входной частью формирователя 23 перпендикулярно его пальцам установлена подпружиненная планка 25, служащая для предотвращения опрокидывания банок, находящихся на накопителе, но контактирующих с крайними банками в "ручьях" формирователя, при подъеме комплекта банок вакуум-присосами. Ворошитель 24 банок состоит из двух параллельных реек прямоугольного сечения, расположенных вдоль боковых кромок накопителя 22. Возвратно-поворотное движение реек ворошителя, воздействующих на банки, облегчает вход последних в "ручьи" формирователя. Для исключения остановки ротора 1 в период после захвата банок вакуум=присосами и снятия их с формирователя до окончания формирования нового ряда банок предусмотрен конечный выключатель 26 (фиг. 4), вмонтированный в боковину паза 18 тормозного диска 13, нормально замкнутые контакты которого соединены параллельно с контактами датчиков наличия банок. Для обеспечения остановки ротора 1 при работающем электродвигателе привода 6 последний снабжен электромагнитной муфтой 27.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно включаются в работу ворошитель 24 и транспортер подачи банок на накопитель 22, а в позицию загрузки подается пустой ящик. После образования полного комплекта банок на формирователе 23 включается в работу привод 6, обеспечивающий вращение ротора 1 с захватами 3. Пальцы захватов 3, проходя между пальцами формирователя 23, захватывают вакуум-присосами 19 банки, находящиеся в "ручьях" формирователя, и переносят их в позицию загрузки. При вращении ротора 1 приводные ролики фиксаторов 12, перемещаясь в пазу 18 тормозного диска 13, перемещают фиксаторы, на которых они смонтированы, вдоль осей дополнительных валов 11. В позиции загрузки зубья шлицев дополнительного вала 11 выходят из зацепления со шлицами фиксатора 12, в результате чего последний перестает запирать захват 3 в рабочем положении. По окончании выхода шлицев из зацепления шестерня 14 входит в зацепление с зубчатым сектором 15, в вакуум-присосах 19 разрежение сменяется атмосферным давлением и банки устанавливаются на дно ящика или на расположенный ниже ряд банок, уже находящихся в ящике. Вал 11 продолжает поворачиваться вместе с ротором 1, при этом, поскольку шестерня 14 взаимодействует с зубчатым сектором 15, обеспечивается поворот на 360^o укрепленной на валу 11 направляющей 10 и сопряженного с ней кривошипа 9, который сообщает жестко связанной системе "кулиса 8-ось 7-захват 3" вращательное движение относительно ротора 1. В интервале полного оборота направляющей 10 длина кривошипа 9 изменяется от максимального r_max L + d до минимального r_min L d значения в первой половине интервала и от r_min до r_max во второй половине интервала. В соответствии с изменением длины кривошипа 9 скорость захвата 3 будет максимальной в моменты начала и конца его вращения относительно ротора 1, а в середине интервала (после поворота кривошипа на 180^o) скорость захвата будет минимальной. При таком изменении скорости захват 3 выходит из ящика, проходит мимо опоры 5, не контактируя с ней, и до подхода к формирователю 23 возвращается в рабочее положение. После поворота кривошипа 9 на 360^o, что соответствует возвращению захвата 3 в рабочее положение, шестерня 14 перестает взаимодействовать с зубчатым сектором 15, а шлицы фиксатора 12 входят в зацепление с зубьями шлицев вала 11, в результате чего захват 3 запирается в рабочем положении. Рабочее (фиксированное относительно ротора) положение захвата 3 соответствует положению кривошипа 9 и кулисы 8, при котором они лежат в плоскости нормальной поверхности ротора 1. При повороте дополнительного вала 11 и укрепленной на нем направляющей 10 кривошипу 9 сообщается вращательное движение с постоянной скоростью относительно оси дополнительного вала 11, при этом кривошип 9 совершает поступательное движение вдоль направляющей 10. Поскольку при вращении кривошипа его длина изменяется, системе "кулиса 8-ось 7-захват 3" посредством кулисы 8, шарнирно связанной с кривошипом, сообщается вращательное движение с изменяющейся скоростью. При подходе захвата к формирователю 23 приводной ролик фиксатора 12 нажимает на конечный выключатель 26 и размыкает его контакты, при этом, если формирователь заполнен банками, ротор 1 продолжает вращение, если же ряд банок не сформирован, ротор 1 посредством электромагнитной муфты 27 останавливается при работающем электродвигателе привода 6, по окончании формирования ряда банок на формирователе контакты датчиков наличия банок замыкаются и ротор 1 автоматически включается в работу. После загрузки ряда банок в ящик опора 5 опускает ящик на расстояние, равное высоте банки, сигнализируя о подаче под загрузку пустого ящика. Ведение кулисных механизмов с переменной длиной кривошипа в кинематическую связь захватов с валом ротора обеспечит увеличение скорости захвата в начальный момент выхода последнего из ящика, позволит реализовать более благоприятный закон движения захватов, характеризующийся меньшим числом мягких ударов, которые будут иметь место лишь в начале и конце откидывания захватов. В результате быстрого нарастания скорости захвата при выходе его из ящика в предлагаемом устройстве не происходит контакта ящика с захватом, что исключает деформацию тары и простои в работе устройства, связанные с заменой брака. Исключению взаимодействия между откидывающимся захватом и опорой для тары способствует малая угловая скорость захвата интервала его откидывания. Уменьшение числа мягких ударов при откидывании захватов повышает надежность кинематических связей предлагаемого устройства, чем обеспечивается возможность повышения производительности последнего за счет уменьшения внецикловых потерь рабочего времени. Уменьшение числа мягких ударов и плавное изменение скорости захвата в процессе его движения относительно ротора улучшает динамические характеристики устройства.

Источники информации
1. Авт. свид. СССР N1138346, МКИ B 65 B 5/10, 1985.

2. Авт. свид. СССР N1359200, МКИ B 65 B 5/10, 1987.

Использование: устройство для групповой укладки предметов в тару относится к оборудованию для укладки искусственных объектов обработки, имеющих одинаковую форму и одинаковые номинальные размеры, например консервных (пресервных) банок, в ящики. Сущность изобретения: устройство содержит ротор, укрепленный на горизонтальном валу, с радиальными захватами, питатель предметов, опору для тары и привод. Каждый захват укреплен на оси, параллельной валу ротора, на конце оси укреплена кулиса, шарнирно связанная с кривошипом, который сопряжен с направляющей, жестко укрепленной на одном конце дополнительного вала, шарнирно соединенного с расположенной внутри ротора подшипниковой опорой, при этом на другом конце вала смонтированы фиксатор для взаимодействия с тормозным диском и шестерня для взаимодействия с зубчатым сектором, причем тормозной диск укреплен на опоре вала ротора, а зубчатый сектор смонтирован на диске. Кривошип, ось и кулиса в рабочем положении захвата лежат в одной плоскости, проходящей через геометрическую ось вала ротора. Для обеспечения поворота захвата на угол 360^o длина кулисы должна быть больше, чем расстояние между дополнительным валом и соответствующей осью. Питатель состоит из накопителя, формирователя и ворошителя банок (фиг. 2). Накопитель банок выполнен в виде стола с полированной плоской рабочей поверхностью, укрепленного с наклоном в сторону формирователя банок. Формирователь выполнен в виде вилки, основание которой состыковано с накопителем. Каждая пара соседних пальцев формирователя образует "ручей" для банок. Ворошитель банок состоит из двух параллельных реек прямоугольного сечения, расположенных вдоль боковых кромок накопителя. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для групповой укладки предметов в тару, содержащее установленный на горизонтальном валу ротор, дополнительные валы с кривошипами, закрепленные на роторе параллельно его валу и снабженные приводом периодического вращения, оси с укрепленными на них кулисами и захватами, смонтированные на роторе параллельно дополнительным валам, отличающееся тем, что на концах дополнительных валов жестко укреплены направляющие, каждый кривошип одним концом сопряжен с направляющей соответствующего дополнительного вала, а другим шарнирно соединен с соответствующей кулисой. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что максимальная длина кривошипа удовлетворяет равенству r_m a x L + d, при этом L > d, где r_m a x максимальная геометрическая длина кривошипа; L длина кулисы; d расстояние между осью, на которой укреплена кулиса, и соответствующим дополнительным валом. 3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что установка дополнительных валов и осей относительно вала ротора удовлетворяет условию L_в < L_о, где L_в расстояние между геометрическими осями вала ротора и дополнительного вала, L_о расстояние между валом ротора и каждой из осей, несущей кулису и захват, при этом каждый кривошип в положении захвата, соответствующем началу его вращения относительно ротора, сопрягается с соответствующей направляющей при максимальной его длине.