УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОСЛОЙНОЙ УКЛАДКИ ШТУЧНЫХ ПРЕДМЕТОВ Российский патент 2000 года по МПК B65B5/10 B65B35/38 

Предлагаемое изобретение относится к упаковочному оборудованию и может быть использовано в консервной промышленности для укладки консервных банок в ящики и на поддоны.

Известно устройство для укладки штучных предметов, содержащее питатель предметов, укрепленных на горизонтальном валу ротор с радиальными захватами, кинематически связанными с валом ротора, и привод [1]. Основным недостатком данного устройства является невысокая его производительность из-за ударов, возникающих в моменты начала и конца движения захватов относительно ротора. Объясняется это тем, что, поскольку откидывание захвата и последующее возвращение его в рабочее положение (прямой и обратный ходы) выполняются при постоянной скорости, в моменты начала движения (т.е. дважды) скорость захвата мгновенно вырастает от нуля до постоянного значения, а в моменты конца движения (то же, дважды) мгновенно падает от постоянного значения до нуля. Следовательно, в четырех точках интервала движения захвата относительно ротора имеет место мгновенное изменение скорости, результатом которого являются жесткие удары. Удары снижают надежность функционирования устройства, что уменьшает его производительность.

Из известных устройств для укладки штучных предметов наиболее близким к заявленному по технической сущности является устройство, содержащее ротор, укрепленный на горизонтальном валу, и дополнительные валы с кривошипами, укрепленные на роторе и снабженные приводом периодического вращения. Устройство содержит также шатуны, шарнирно связанные в средней части с кривошипами, при этом один конец каждого шатуна посредством направляющей связан с валом ротора, а на другом его конце жестко закреплен захват [2]. В данном устройстве связь каждого шатуна с валом ротора представляет собой совокупность конструктивных элементов, состоящую из направляющей, оси и ползуна. Основным недостатком такой связи является то, что при работе устройства каждая поступательная пара трения (ползун - направляющая) генерирует силу вредного сопротивления, т.е. увеличивает равнодействующую всех сил сопротивления, что приводит к необходимости увеличения движущего момента на валу ротора. В результате увеличивается расход мощности на реализацию процесса укладки, и уменьшается КПД устройства.

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции и повышение КПД устройства.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройстве для послойной укладки штучных предметов, содержащем укрепленный на горизонтальном валу ротор, дополнительные валы с кривошипами, укрепленные на роторе параллельно его валу и снабженные приводом периодического вращения, шатуны, шарнирно связанные в средней части с кривошипами, выходные звенья для связи шатунов с валом ротора и жестко закрепленные на концах шатунов захваты, каждое выходное звено выполнено в виде коромысла, один конец которого шарнирно связан с соответствующим шатуном, а другой - с валом ротора.

При этом длины кривошипа, шатуна и коромысла удовлетворяют условию
(λ₂-λ₁)²+λ23

= 1, (1)
где λ₁, λ₂ и λ₃ - относительная длина соответственно кривошипа, шатуна, коромысла (λ₁= r/d, λ₂= l/d, λ₃= b/d);
r, b - абсолютная длина соответственно кривошипа, коромысла;
l - абсолютная длина шатуна (расстояние между центрами шарниров, связывающих шатун с кривошипом и коромыслом);
d - расстояние между продольной осью вала ротора и продольной осью из дополнительных валов.

Кроме того, в предлагаемом устройстве каждый захват в рабочем положении соответствует такому положению шатуна, при котором угол между шатуном и соответствующим кривошипом равен нулю.

Заявляемое устройство отличается от прототипа иной формой выполнения выходных звеньев, определившей иную форму связи шатунов (захватов) с валом ротора. В предлагаемом устройстве каждое выходное звено представляет собой коромысло, которое шарнирно связано с шатуном и валом ротора.

В отличие от прототипа, в котором выходными звеньями являются ползуны, а связь каждого шатуна (захвата) с валом ротора включает направляющую, ось и ползун, в предлагаемом устройстве каждое выходное звено представляет собой коромысло, т.е. рычаг, один конец которого шарнирно связан с соответствующим шатуном, а другой - с валом ротора. Такое выполнение выходных звеньев упрощает связь захватов с валом ротора и исключает из нее поступательные пары трения, характеризующиеся низким КПД.

Предложенное соотношение длин кривошипа, шатуна и коромысла, представленное равенством (1), позволит иметь кривошипно-коромысловый механизм, в котором максимальный угол передачи (μ_max= 90^°) будет иметь место на одной из границ интервалов прямого и обратного ходов механизма. Заметим, что μ_max= 90^° - максимально возможное значение угла передачи для кривошипно-коромысловых механизмов. Поскольку с увеличением углов передачи силовая работоспособность кривошипно-коромысловых механизмов повышается, а величина угла в интервале одного оборота кривошипа при предложенном соотношении длин звеньев является функцией монотонно убывающей, такие механизмы обеспечат при движении захватов относительно ротора наиболее благоприятную передачу сил. Иначе говоря, применением таких механизмов открывается возможность для функционирования устройства при меньшем движущем моменте на валу ротора. Это позволит повысить КПД устройства.

В кривошипно-коромысловых механизмах, удовлетворяющих равенству (1), при нулевой величине угла между кривошипом и шатуном угол передачи будет максимальным, т.е. угол между шатуном и коромыслом будет прямым. Характерно, что указанные значения углов не изменяются при движении захватов (находящихся в рабочем положении) вместе с ротором, кроме того, такие значения углов соответствуют моментам начала и конца движения захватов относительно ротора. Следовательно, в моменты наибольшего динамического нагружения устройства (моменты начала и конца движения захватов относительно ротора) движение захватов будет проходить при максимальных углах передачи, т.е. условия для передачи сил в механизмах перемещения захватов будут благоприятными (максимально предпочтительными).

Предлагаемое устройство для послойной укладки штучных предметов поясняется чертежами.

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 жестко закреплен на конце шатуна 7. который в средней части шарнирно соединен с кривошипом 8, закрепленным на дополнительном валу 9, другой конец шатуна шарнирно соединен с выходным звеном 10, которое выполнено в виде коромысла и шарнирно соединено с валом 2 ротора 1, при этом дополнительный вал расположен параллельно валу 2 ротора и смонтирован в подшипниковых опорах, расположенных внутри ротора 1, на конце вала 9 размещены фиксатор 11 для взаимодействия с тормозным диском 12 и шестерня 13 для взаимодействия с зубчатым сектором 14, при этом тормозной диск закреплен на опоре 15 (фиг. 1 и 5) вала ротора 1, а зубчатый сектор 14 смонтирован на диске.

Захват 3 выполнен вилкообразным и закреплен на стержне 16 (фиг. 5 и 6), который жестко связан с концом шатуна 7, выходящим за пределы ротора 1. Пальцы захвата 3 расположены относительно стержня 16 под прямым углом, взаимное расположение шатуна 7 и стержня 16 в пространстве таково, что пальцы в рабочем положении захвата направлены нормально поверхности ротора 1. Кривошип 8 выполнен П-образным, состоящим из двух щек и шейки, при этом щеки укреплены на дополнительном валу 9, а шейка шарнирно соединена с шатуном 7. Рабочее положение захвата 3 определяется положением кривошипа 8 и шатуна 7, при котором угол между ними равен нулю. Фиксатор 11 выполнен в виде тормозной колодки со сквозным отверстием для посадки на вал 9, причем колодка имеет фасонный вырез, радиус кривизны которого равен радиусу тормозного диска 12, а в теле колодки по периметру сквозного отверстия имеются сквозные пазы для шлицевых зубьев вала 9. На фиксаторе 11 со стороны его фасонного выреза смонтирован приводной ролик для взаимодействия с пазом 17 тормозного диска 12. Рабочая поверхность тормозного диска 12 имеет форму круглого цилиндра, паз 17 (фиг. 4 и 6) для роликов фиксаторов выполнен в теле диска по его рабочей поверхности, профиль паза выполнен криволинейным, при этом один участок паза соответствует интервалу поворота дополнительных валов 9 с кривошипами 8 на угол, равным 360^o, а другой участок - интервалу движения захватов в рабочем положении. Первый участок паза 17 совмещен с зубчатым сектором 14, при этом зубчатый сектор крепится к тормозному диску 12 со стороны, противоположной ротору. Тормозной диск 12 имеет центральное отверстие, служащее для свободного прохода вала 2 ротора 1, и сквозные вырезы в виде дуг для крепления диска к опоре 15 с возможностью поворота его при монтаже и наладке.

Пальцы захватов 3 и стержни 16 выполнены трубчатыми из материала с малой массовой плотностью, при этом полости пальцев и стержня 16 каждого захвата сообщаются между собой. Пальцы захватов 3 снабжены вакуум-присосами 18, выполненными из эластичного материала. Полости пальцев через пустотелый стержень 16 посредством герметичной трубки, закрепленной скобами на шатуне 7, вала 2 ротора 1 и коллектора 19 связаны с источником вакуума. Подшипниковые опоры дополнительных валов 9 смонтированы на радиально расположенных спицах, жестко связанных с валом 2 ротора 1, 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 продольной осью вала ротора 1 и продольной осью каждого из дополнительных валов 9 при наладке устройства. В цилиндрической стенке ротора 1 имеются сквозные вырезы 20, через которые проходят элементы захватов 3 при выполнении последними прямых и обратных ходов, фиксаторы 11 и шестерни 13 закрыты защитным кожухом 21 цилиндрической формы, который днищем крепится к опоре 15.

Питатель 4 состоит из накопителя 22 (фиг. 2), формирователя 23 и ворошителя 24 предметов. Накопитель предметов выполнен в виде прямоугольного стола с полированной плоской рабочей поверхностью, укрепленного с наклоном в сторону формирователя 23 предметов, при этом стол закреплен с возможностью регулирования его высоты при помощи винтовых муфт. Формирователь 23 ряда предметов выполнен в виде вилки, основание которой состыковано с накопителем 22 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, а в теле горизонтальных направляющих имеются сквозные фигурные вырезы для прохода вакуум-присосов 18, 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 предметов выполнена подвижной в направлении от накопителя к ротору, и наоборот (т.е. в направлении пальцев). Каждая пара соседних пальцев формирователя 23 образует "ручей" для предметов. На концах пальцев формирователя укреплены фигурные упоры для предметов (по два упора 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 23 только при наличии в "ручьях" формирователя полного комплекса предметов. Для исключения остановки ротора в период после захвата предметов вакуум-присосами и снятия их с формирователя до окончания формирования нового ряда предметов предусмотрен конечный выключатель, вмонтированный в боковину паза 17, нормально замкнутые контакты которого соединены параллельно с контактами датчиков наличия предметов. Над входной частью формирователя 23 перпендикулярно его пальцам установлена подпружиненная планка 25, служащая для предотвращения опрокидывания предметов, находящихся на накопителе, но контактирующих с крайними предметами в "ручьях" формирователя, при подъеме комплекта предметов вакуум-присосами. Ворошитель 24 предметов состоит из двух параллельных реек, расположенных вдоль боковых кромок накопителя 22. Возвратно-поворотное движение реек ворошителя, воздействующих на предметы, обеспечивает вход предметов в "ручьи" формирователя. Для обеспечения остановки ротора 1 при работающем электродвигателе привода 6 последний снабжен электромагнитной муфтой 26.

Устройство работает следующим образом.

Включаются в работу ворошитель 24 и транспортер подачи предметов на накопитель 22, в позицию укладки подается пустой ящик. После образования полного комплекта предметов 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 18 предметы, находящиеся в "ручьях" формирователя, и переносят их в позицию укладки. При вращении ротора 1 приводные ролики фиксаторов 11, перемещаясь в пазу 17 тормозного диска 12, перемещают фиксаторы, на которых они смонтированы, вдоль осей дополнительных валов 9. В позиции укладки зубья шлицев дополнительного вала 9 выходят из зацепления со шлицами фиксатора 11, в результате чего последний перестает запирать захват 3 в рабочем положении.

По окончании выхода шлицев из зацепления шестерня 13 входит в зацепление с зубчатым сектором 14, в вакуум-присосах 18 разрежение сменяется атмосферным давлением и предметы устанавливаются на дно ящика или на расположенный ниже ряд предметов, уже находящихся в ящике. Вал 9 продолжает поворачиваться вместе с ротором 1, при этом, поскольку шестерня 13 взаимодействует с зубчатым сектором 14, обеспечивается поворот на 360^o укрепленного на валу 9 кривошипа 8, который посредством коромысла 10 сообщает жестко связанной системе шатун 7 - стержень 16 - захват 3 движение по замкнутой траектории перпендикулярно продольной оси вала 2 ротора 1. В результате этого захват 3 выход из ящика, проходит мимо опоры 5, не имея контакта с последней, и до подхода к формирователю 23 возвращается в рабочее положение. После поворота кривошипа 8 на 360^o, что соответствует приходу захвата 3 в рабочее положение, шестерня 13 перестает взаимодействовать с зубчатым сектором 14, а шлицы фиксатора 11 входят в зацепление с зубьями шлицев вала 9, в результате чего захват 3 запирается в рабочее положение. При подходе захвата 3 к формирователю 23 ролик фиксатора 11 нажимает на конечный выключатель, вмонтированный в паз 17 тормозного диска 12, и размыкает его контакт. Если формирователь 23 заполнен предметами, ротор 1 продолжает вращение, если же ряд предметов не сформирован, ротор 1 посредством электромагнитной муфты 26 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. Аналогичным образом функционируют (с интервалом во времени) и другие захваты устройства, обеспечивая послойную укладку предметов в тару. После укладки ряда предметов в ящик опора 5 опускает ящик на расстояние, равное высоте предметов, а после наполнения ящика выводит его из устройства, сигнализируя о подаче под укладку пустого ящика.

Выполнение каждого из выходных звеньев, связывающих шатуны, несущие захваты, с валом ротора, в виде коромысла, длина которого в совокупности с длинами кривошипа и шатуна удовлетворяет равенству (λ₂-λ₁)²+λ23

= 1, позволит уменьшить число конструктивных эементов и кинематических пар в приводе периодического вращения, снизить сопротивления от сил трения и повысить силовую работоспособность механизмов привода. В результате будет упрощена конструкция привода и уменьшен расход мощности на реализацию процесса укладки, что повысит коэффициент полезного действия устройства.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:
1. Авт. св. СССР N 501015, МКИ B 65 B 5/10, 1976.

2. Авт. св. СССР N 1724520, МКИ B 65 B 5/10, 1992.

Устройство для послойной укладки штучных предметов относится к упаковочному оборудованию, используемому 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 жестко закреплен на конце шатуна. Последний в средней части шарнирно соединен с кривошипом, закрепленным на дополнительном валу. Другой конец шатуна шарнирно соединен с выходным звеном, которое выполнено в виде коромысла и шарнирно соединено с валом ротора. Дополнительный вал расположен параллельно валу ротора и смонтирован в подшипниковых опорах, расположенных внутри ротора. На конце вала размещены фиксатор для взаимодействия с тормозным диском и шестерня для взаимодействия с зубчатым сектором. Тормозной диск закреплен на опоре вала ротора, а зубчатый сектор смонтирован на диске. Рабочее положение захвата определяется положением кривошипа и шатуна, при котором угол между ними равен нулю. Питатель состоит из накопителя, формирователя и ворошителя предметов. Для обеспечения остановки ротора при работающем электродвигателе привода последний снабжен электромагнитной муфтой. Изобретение позволяет упростить конструкцию. 2 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для послойной укладки штучных предметов, содержащее укрепленный на горизонтальном валу ротор, дополнительные валы с кривошипами, укрепленные на роторе параллельно его валу и снабженные приводом периодического вращения, шатуны, шарнирно связанные в средней части с кривошипами, выходные звенья для связи шатунов с валом ротора и жестко закрепленные на концах шатунов захваты, отличающееся тем, что каждое выходное звено представляет собой коромысло, один конец которого шарнирно связан с соответствующим шатуном, а другой - с валом ротора. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что длины кривошипа, шатуна и коромысла удовлетворяют условию
(λ₂-λ₁)²+λ23

= 1,
где λ₁, λ₂, λ₃ - относительная длина соответственно кривошипа, шатуна, коромысла (λ₁= r/d, λ₂= l/d, λ₃= b/d);
r, b - абсолютная длина соответственно кривошипа, коромысла;
l - абсолютная длина шатуна (расстояние между центрами шарниров, связывающих шатун с кривошипом и коромыслом);
d - расстояние между продольной осью вала ротора и продольной осью любого из дополнительных валов. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что каждый захват в рабочем положении соответствует положению шатуна, при котором угол между шатуном и соответствующим кривошипом равен нулю.