УСТРОЙСТВО ДЛЯ УКЛАДКИ ПРЕДМЕТОВ В ТАРУ Российский патент 1999 года по МПК B65B5/10 

Предлагаемое изобретение относится к упаковочному оборудованию и может быть использовано в консервном и рыбоконсервном производстве для укладки консервных банок в транспортную тару.

Известно устройство для 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, смонтированные на кривошипах с возможностью вращения параллельно валу ротора с закрепленными на них кулисами, концы которых снабжены захватами, дополнительные оси, каждая из которых установлена с возможностью вращения и снабжена направляющей, сопряженной со свободным концом кулисы, расположенной перпендикулярно дополнительной оси [1].

К основным недостаткам данного устройства следует отнести ненадежность его в работе. Объясняется это тем, что в интервалах прямых и обратных ходов захватов возникают инерционные нагрузки, снижающие силовую работоспособность элементов кинематической цепи устройства.

Из известных устройств для укладки предметов в тару наиболее близким по технической сущности является устройство, содержащее ротор, закрепленный на горизонтальном валу, оси, ползуны, направляющие, шатуны, шарнирно связанные в средней части с кривошипами, закрепленные на концах шатунов захваты, соединенные с направляющими, и привод, при этом направляющие жестко закреплены на валу ротора, оси закреплены с возможностью перемещения в направлявших перпендикулярно продольной оси вала ротора, а захваты соединены с направляющими посредством осей и ползунов [2].

Основным недостатком данного устройства является недостаточно высокое качество укладки предметов в тару (недостаточно эффективная реализация некоторых операций, составляющих процесс укладки). Объясняется это тем, что в интервалах прямого и обратного ходов каждого захвата средние скорости последнего либо равны (при центральном расположении ползуна), либо отличаются незначительно (при расположении ползуна с эксцентриситетом). Такое распределение скоростей не способствует свободному выходу захвата из ящика и последующему свободному проходу захвата мимо опорного приспособления для тары. Угловое перемещение захвата с замедлением в первой половине интервала прямого хода не исключает возможности повреждения тары из-за контакта захвата с ящиком, а резкое увеличение скорости захвата в первой половине интервала обратного хода не исключает взаимодействия (контакта) захвата с опорой для тары. Таким образом, данное устройство не обеспечивает в полной мере условий для свободного выхода захвата из ящика и свободного прохода захвата мимо опорного приспособления для тары. Кроме того, устранение поврежденной тары (или исправление повреждений) в процессе укладки предметов приводит к внецикловым простоям устройства, что снижает его фактическую производительность.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение качественной укладки предметов и повышение производительности устройства.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройстве для 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, ползуны, смонтированные с возможностью перемещения перпендикулярно продольной оси вала ротора, шатуны, шарнирно связанные с кривошипами и ползунами, и захваты, кинематически связанные с дополнительными валами посредством шатунов, кинематическая связь каждого захвата с соответствующим дополнительным валом содержит кулису, шарнирно соединенную с ползуном и сопряженную с направляющей, установленной на роторе с возможностью вращения и снабженной осью, расположенной параллельно дополнительному валу, при этом захват жестко закреплен на свободном конце кулисы.

При этом расстояние по линии хода ползуна между перпендикулярами, проходящими через центры вращений дополнительного вала и соответствующей направляющей для кулисы, удовлетворяет условию
(l-r)•cosδ < R < [(l-r)•cosδ+1,5r],
где R - расстояние, измеряемое по линии хода ползуна, между перпендикулярами, опущенными из центров вращении дополнительного вала и направляющей на линию хода ползуна;
l - длина шатуна;
r - длина кривошипа;
δ - угол между линией хода ползуна и шатуном при положении последнего на границе интервалов, ;
e - эксцентриситет (длина перпендикуляра от оси вращения дополнительного вала до линии хода ползуна).

Заявляемое устройство отличается от прототипа иной формой кинематической связи захватов с дополнительными валами, которая в компоновке каждого захвата содержит кулису, шарнирно соединенную с ползуном и сопряженную с направляющей, установленной на роторе с возможностью вращения в плоскости, перпендикулярной продольной оси вала ротора.

Введение кулисы с закрепленным на ее конце захватом, шарнирно соединенной с ползуном и сопряженной с установленной на роторе с возможностью вращения направляющей, позволяет обеспечить более благоприятный характер движения захвата при выходе его из ящика (после укладки слоя изделий) и последующего перемещения мимо опорного приспособления для тары. Кулиса обеспечивает ускоренное движение захвата в начале прямого хода (быстрый выход захвата из ящика), замедление движения захвата в конце прямого хода и медленное нарастание скорости в начале обратного хода, что способствует свободному проходу захвата мимо опоры для ящика. Например, для прототипа с параметрами центрального кривошипно-ползунного механизма e = 0 и λ = r/l = 0,5 при повороте-кривошипа на угол ϕ = 70^o угол поворота захвата составит γ = arcsin(λ•sinϕ) = arcsin(0,5•sin70) = 28,02. Для предлагаемого же устройства при тех же значениях параметров базового механизма (e = 0 и λ = 0,5) угол поворота кулисы с захватом (при повороте кривошипа на угол ϕ = 70^o) составит

где h - расстояние по нормали от оси вращения направляющей, сопряженной с кулисой, до линии хода ползуна, h = 8 мм;
U - расстояние, измеряемое по линии хода ползуна при ϕ = 0^o, от оси шарнира, связывающего кулису с ползуном, до нормали, проходящей через центр вращения направляющей для кулисы, U = R - (I - r) = 70 - 80 + 40 = 30 мм;
μ - угол между линией хода ползуна и кулисой при ϕ = 0^o, т.е. в начальном (исходном) положении захвата, зависящий от компоновки захвата с кулисой, конструктивно μ - arctg (h/u) = 15^o.

Таким образом, при равенстве частот вращения кривошипов прототипа и предлагаемого устройства в последнем средняя скорость выхода захвата из ящика будет в 3,94 раза больше, что исключает возможность взаимодействия захвата с ящиком. Благоприятно, что в отличие от прототипа в предлагаемом устройстве скорость захвата при выходе его из ящика можно увеличить (либо уменьшить), не изменяя частоты вращения кривошипа. Например, для уменьшения скорости захвата в начале прямого хода достаточно увеличить размер U (и соответственно h), не изменяя при этом угла μ наклона кулисы, и наоборот, для увеличения скорости достаточно уменьшить размер U.

Свободный выход захватов из ящика исключает деформацию тары и простои, связанные с ее заменой, что повышает качество укладки изделия и фактическую производительность устройства.

Неравенство, лимитирующее расстояние R между центрами вращение дополнительного вала и направлявшей для кулисы с захватом, определяет взаимное расположение центра вращения направляющей и полного пути хода ползуна. В соответствии с предложенным неравенством интервал изменения параметра R не выходит за пределы хода ползуна, при этом каждое значение R в пределах интервала определяет положение центра вращения направляющей, при котором захват свободно выходит из ящика.

Предлагаемое устройство для укладки предметов в тару поясняется чертежами, где на:
- фиг. 1 изображено устройство, вид спереди;
- фиг. 2 - то же, вид сверху,
- фиг. 3 - то же, вид слева;
- фиг. 4 - то же, вид справа;
- фиг. 5 - то же, вид сзади;
- фиг. 6 - механизм захвата;
- фиг. 7 - схема выхода захвата из ящика.

Устройство содержит ротор 1, укрепленный на горизонтальном валу 2, с радиальными захватами 3, питатель 4 предметов, опору 5 для тары и привод 6 (фиг. 1). Каждый захват 3 укреплен на конце кулисы 7 (фиг. 6), другой конец которой шарнирно соединен с ползуном 8, при этом кулиса сопряжена с направляющей 9, снабженной осью 10, причем последняя расположена параллельно валу 2 ротора 1, ползун 8 соединен с направляющей 11, укрепленной на валу 2 ротора и шарнирно связан с концом шатуна 12, другой конец которого шарнирно связан с кривошипом 13, укрепленным на дополнительном валу 14, который смонтирован в подшипниковых опорах, расположенных внутри ротора 1, на конце вала 14 размещены шестерня 15 для взаимодействия с зубчатым сектором 16 и фиксатор 17 для взаимодействия с тормозным диском 18, при этом зубчатый сектор 16 смонтирован на тормозном диске, который закреплен на опоре 19 (фиг. 3) вала 2 ротора 1. Захват 3 выполнен вилкообразным и закреплен на стержне 20 (фиг. 6), который жестко связан с концом кулисы 7, выходящим за пределы ротора 1. Пальцы захвата 3 расположены относительно стержня 20 под прямым углом, взаимное расположение кулисы 7 и стержня 20 в пространстве таково, что пальцы в рабочем положении захвата направлены нормально поверхности ротора, при этом кулиса 7 расположена под углом μ к плоскости хода ползуна (фиг. 7). Кривошип 13 выполнен П-образным, состоящим из двух щек и шейки, при этом щеки укреплены на дополнительном валу 14, а шейка шарнирно соединена с шатуном 12. Рабочее положение захвата 3 определяется положением кривошипа 13 на продолжении линии, лежащей в плоскости хода ползуна 8 и проходящей через центр дополнительного зала 14. Фиксатор 17 выполнен в виде тормозной колодки со сквозным отверстием для посадки на вал 14, причем колодка имеет фасонный вырез, радиус кривизны которого равен радиусу тормозного диска, а в теле колодки по периметру сквозного отверстия имеются сквозные пазы для шлицевых зубьев вала 14. На фиксаторе 17 со стороны его фасонного выреза смонтирован приводной ролик для взаимодействия с пазом 21 диска 18 (фиг. 6). Рабочая поверхность тормозного диска 18 имеет форму круглого цилиндра, паз 21 для роликов фиксаторов выполнен в теле диска по его рабочей поверхности, профиль паза выполнен криволинейным, при этом один участок паза соответствует интервалу поворота вала 14 на угол, равный 360^o (т.е. интервалу движения захвата относительно ротора), а другой участок - интервалу движения захвата в рабочем положении. Первый участок паза 21 совмещен с зубчатым сектором, при этом зубчатый сектор крепится к тормозному диску 18 со стороны, противоположной ротору 1. Тормозной диск 16 имеет центральное отверстие, служащее для свободного прохода вала 2 ротора 1, и сквозные вырезы в виде дуг для крепления диска к опоре 19 с возможностью поворота его относительно оси вала 2 ротора при монтаже и наладке.

Ось 10 направляющей 9, сопряженной с кулисой 7, смонтирована внутри ротора 1 со смешением h по нормали относительно плоскости хода ползуна 8, при этом ось 10 расположена в пределах хода ползуна на некотором удалении от его крайних положений (фиг. 7). Пальцы захватов 3 снабжены вакуум-присосами 22, выполненными из эластичного материала. Полости пальцев через пустотелые стержень 20 и кулису 7 посредством герметичной трубки, вала 2 ротора 1 и коллектора 23 связаны с источником вакуума, при этом трубка выполнена из вакуумной резины, закреплена скобами на концевой части направляющей 11 и образует петли (две) между кулисой 7 и ползуном 8, между ползуном и направляющей 11. Подшипниковые опоры дополнительных валов 14 смонтированы на радиально расположенных спицах 24, жестко связанных с валом 2 ротора, при этом опоры имеют в основаниях продольные вырезы для болтов и крепятся к спицам с возможностью перемещения их в радиальном направлении. Этим обеспечивается регулировка расстояния между осями вала 2 ротора 1 и дополнительных валов 14 при наладке устройства. На свободных концах радиальных спиц 24 жестко закреплены направляющие 11 для ползунов 8. В цилиндрической стенке ротора 1 имеются сквозные вырезы 25, через которые проходят элементы захватов 3 при движении последних относительно ротора. Фиксаторы 17 и шестерни 15 закрыты защитным кожухом 26 цилиндрической формы, который днищем крепится к опоре 19.

Питатель 4 состоит из накопителя 27, формирователя 28 и ворошителя 29 предметов (фиг. 2). Накопитель 27 предметов выполнен в виде прямоугольного стола с полированной плоской рабочей поверхностью, укрепленного с наклоном в сторону формирователя 28 для предметов, при этом стол закреплен с возможностью регулирования его высоты при помощи винтовых муфт. Формирователь 28 ряда предметов выполнен в виде вилки, основание которой состыковано с накопителем 27 и закреплено 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 вырезы для прохода вакуум-присосов 22, смонтированных на пальцах захватов 3. Формирователь 28 закреплен с возможностью установки его в различных плоскостях, расположенных по нормали относительно ротора 1, для чего вилка выполнена поворотной относительно оси крепления ее на раме накопителя 27, а стыковка пальцев формирователя с накопителем предметов выполнена подвижной в направлении от накопителя к ротору, и наоборот. Каждая пара соседних пальцев формирователя 28 образует "ручей" для предметов. На концах пальцев формирователя укреплены фигурные упоры для предметов (по два на каждый "ручей"). Один из упоров в каждом "ручье" снабжен датчиком наличия предметов, при этом все датчики соединены последовательно и сблокированы системой автоматического управления с приводом 6 ротора 1 для подвода захватов 3 к формирователю 28 только при наличии в "ручьях" формирователя полного комплекта предметов. Для исключения остановки ротора 1 в период после захвата предметов вакуум-присосами 22 и снятия их с формирователя до окончания формирования нового ряда предметов предусмотрен конечный выключатель, вмонтированный в боковину паза 21 тормозного диска 18, нормально замкнутые контакты которого соединены параллельно с контактами датчиков наличия предметов. Над входной частью формирователя 28 перпендикулярно его пальцам установлена подпружиненная планка 30 (фиг. 2), служащая для предотвращения опрокидывания предметов, находящихся на накопителе, но контактирующих с крайними предметами в "ручьях" формирователя, при подъеме комплекта предметов вакуум-присосами. Ворошитель 29 предметов состоит из двух параллельных реек, расположенных вдоль боковых кромок накопителя 27. Возвратно-поворотное движение реек ворошителя, воздействующих на предметы, облегчает вход последних в "ручьи" формирователя. Для обеспечения остановки ротора 1 при работающем электродвигателе привода 6 последний снабжен электромагнитной муфтой 31.

Устройство работает следующим образом.

Включаются в работу ворошитель 29 и транспортер подачи предметов на накопитель 27, в позицию загрузки (на опору 5 для тары) подается пустой ящик. После образования полного комплекта предметов на формирователе 28 включается в работу привод 6, обеспечивающий вращение ротора 1 с захватами 3. Пальцы захватов 3, проходя между пальцами формирователя 28, захватывают присосами 22 предметы, находящиеся в "ручьях" формирователя, и переносят их в позицию загрузки. При вращении ротора 1 приводные ролики фиксаторов 17, перемещаясь в пазу 21 тормозного диска 18, перемешают фиксаторы, на которых они смонтированы, вдоль осей дополнительных валов 14. В позиции загрузки зубья шлицев дополнительного вала 14 выходят из зацепления со шлицами фиксатора 17, в результате чего последний перестает запирать захват 3 в рабочем положении. По окончании выхода шлицев из зацепления шестерня 15 входит в зацепление с зубчатым сектором 16, в вакуум-присосах 22 разрежение сменяется атмосферным давлением и предметы устанавливаются на дно ящика или на расположенный ниже ряд предметов, уже находящихся в ящике.

Вал 14 продолжает поворачиваться вместе с ротором 1, при этом, поскольку шестерня 15 взаимодействует с зубчатым сектором 16, обеспечивается поворот на 360^o укрепленного на валу 14 кривошипа 13, который посредством шатуна 12 и ползуна 8 сообщает кулисе 7, сопряженной с направляющей 9, сложное плоское движение относительно оси 10. В результате этого захват 3, совершая прямой ход, выходит из ящика, перемещается от ящика к ротору 1, проходит мимо опоры 5, не имея контакта с последней и совершая обратный ход, возвращается в рабочее положение до подхода к формирователю 28. После поворота кривошипа 13 на 360^o, что соответствует приходу захвата 3 в рабочее положение, шестерня 15 перестает взаимодействовать (выходит из зацепления) с зубчатым сектором 16, а шлицы фиксатора 17 входят в зацепление с зубьями шлицев вала 14, в результате чего захват 3 запирается в рабочем положении. При повороте кривошипа 13 кулиса 7 совершает поворотное движение относительно оси 10 и поступательное относительно направляющей 11 для ползуна 8, в результате чего захвату 3 сообщается движение по плоской кривой с нулевой скоростью на границах интервалов прямого и обратного ходов.

При подходе захвата 3 к формирователю 28 ролик фиксатора 17 нажимает на конечный выключатель, вмонтированный в паз 21 тормозного диска 18, и размыкает его контакт. Если формирователь 28 заполнен предметами, ротор 1 продолжает вращение, если же ряд предметов не сформирован, ротор 1 посредством электромагнитной муфты 31 останавливается при работающем электродвигателе привода 6, по окончании формирования комплекта предметов на формирователе контакты датчиков наличия предметов замыкаются и ротор 1 автоматически включается в работу. После загрузки ряда предметов в ящик опора 5 опускает ящик на расстояние, равное высоте предмета, а после наполнения ящика выводит его из устройства, сигнализируя о подаче под загрузку пустого ящика. В устройстве каждая ось 10 жестко связана с направляющей 9, сопряженной с кулисой 7, и шарнирно соединена с ротором 1. Возможна иная компоновка оси 10 с направляющей 9, при которой направляющая 9 шарнирно соединена с осью 10, жестко закрепленной на роторе 1.

Выполнение кинематической связи захватов с дополнительными валами посредством кулис, сопряженных с направляющими и шарнирно связанных с ползунами, совершающих сложные плоские движения, позволит исключить взаимодействие захватов с ящиком и столом для тары и таким образом повысить качество укладки предметов. В результате будут уменьшены внецикловые простои устройства, связанные с заменой деформированной тары, что повысит его фактическую производительность.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:
1. Авт. св. СССР N 1359200, МКИ B 65 B 5/10, 1987,
2. Авт. св. СССР N 1724520, МКИ B 65 B 5/10, 35/38, 1990.

Устройство для укладки предметов в тару относится к упаковочному оборудованию, применяемому в линиях приведения консервов в товарный вид. Устройство содержит ротор, укрепленный на горизонтальном валу, с радиальными захватами, питатель предметов, опору для тары и привод. Каждый захват укреплен на конце кулисы. Другой конец шатуна шарнирно связан с кривошипом, укрепленным на дополнительном валу, который смонтирован в подшипниковых опорах, расположенных внутри ротора. На конце вала размещены шестерня для взаимодействия с зубчатым сектором и фиксатор для взаимодействия с тормозным диском. Зубчатый сектор смонтирован на диске, который закреплен на опоре вала ротора. Пальцы захвата в рабочем положении последнего направлены нормально поверхности ротора. Кулиса расположена под углом к плоскости ползуна. Изобретение позволяет обеспечить качественную укладку и повысить производительность 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для 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, ползуны, смонтированные с возможностью перемещения перпендикулярно продольной оси вала ротора, шатуны, шарнирно связанные с кривошипами и ползунами, и захваты, кинематически связанные с дополнительными валами посредством шатунов, отличающееся тем, что кинематическая связь каждого захвата с соответствующим дополнительным валом содержит кулису, шарнирно соединенную с ползуном и сопряженную с направляющей, установленной на роторе с возможностью вращения и снабженной осью, расположенной параллельно дополнительному валу, при этом захват жестко закреплен на свободном конце кулисы. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что расстояние по линии хода ползуна между перпендикулярами, проходящими через центры вращения дополнительного вала и соответствующей направляющей для кулисы, удовлетворяет условию
(l-r)•cosδ < R < [(l-r)•cosδ+1,5r],
где R - расстояние, измеряемое по линии хода ползуна, между перпендикулярами, опущенными из центров вращения дополнительного вала и направляющей на линию хода ползуна;
l - длина шатуна;
r - длина кривошипа;
δ - угол между шатуном и линией хода ползуна при положении шатуна на границе интервалов, δ = arcsin(e/(l-r);
e - величина эксцентриситета.