防出桶加速的拨桶输送链设计

文/屠凤莲，朱佳琪，段文军，杨红亮

摘要：目前在直线型包装桶生产及灌装生产线中，由于现有技术的缺陷，拨桶输送链末端包装桶会突然加速，造成包装桶磕碰和物料撒出。为解决此问题，设计了防出桶加速的拨桶输送链，包括输送链条、拨桶板和防出桶加速机构。防出桶加速机构为三角形挠性件连杆机构，竖连杆和斜连杆在输送链上方铰接在一起，两连杆另一端分别铰接在链条的销轴上，两销轴间的链条相当于挠性软杆。这种输送链能够有效防止输送线末端桶的突然加速，解决了装满液体物料的包装桶由于突然加速而撒出物料的难题。

关键词：包装桶生产；包装桶灌装；输送链；连杆机构；挠性软杆

0 引言

在液体包装领域，包装桶要经过灌装、封盖等一系列包装流程，尤其是全自动直线式灌装生产线，每道流程包装桶都要等间距的运输、停留、再运输，因此拨桶输送链是包装领域最常用的输送设备。目前市场上拨桶输送链都是拨桶板直接或间接安装在链条两侧的相邻销轴上，在输送线末端，链条从直线运动到围绕链轮做圆周运动时，拨桶板会加速向前倾斜，造成出桶突然加速现象。当运输的包装桶装满液体物料且没有封盖时，突然加速会造成桶内液体向外喷溅，不但影响灌装精度还会污染环境。为解决此问题，有些企业设计了非常复杂的机械结构，但效果不是很好；有些结构虽然解决了喷溅物料现象，但无形中增加了设备成本。

本文介绍了一种防出桶加速的拨桶输送链，包括输送链条、拨桶板和防出桶加速机构，这种新型的输送链能够有效防止现有技术中输送链末端出桶加速现象，解决了装满液体物料的包装桶由于突然加速而喷溅物料的难题。

1 现有技术的拨桶输送链

1.1 结构组成及存在问题

在液体灌装领域，链条式输送机由于结构简单、运输能力强、维修方便、成本低廉等优点越来越受到青睐，如图1 所示，它是全自动直线式灌装生产线中常用的链条式输送机的拨桶输送链。现有技术的拨桶输送链主要包括链条、拨桶板及连接板。其结构如图2 所示，以三排链的链条为例，拨桶板做成焊接件，由三角形筋板、水平厚板和竖直板焊接成整体，水平厚板有螺孔，便于安装，竖直板用来拨桶。连接板是链条的附件，安装在三排链的两侧，通过链条的两个相邻销轴铆接固定。拨桶板由螺钉固定在链条两侧的连接板上，由于是刚性连接，因此拨桶板的竖直板面始终与链条前进方向垂直。

图1 拨桶输送链示意图

图2 拨桶板安装示意图

1-链条；2-销轴；3-螺钉；4-连接板；5-拨桶板

这种拨桶输送链经常被应用在液体灌装工位，如图1 所示，空桶进入拨桶输送链，被运输到等间距的灌装头下面，输送链停留进行液体灌装，继而灌满液体物料的重桶再被运输到下一旋盖工位。在输送链末端，携带拨桶板的链条从直线运动到围绕链轮做圆周运动时，拨桶板会加速向前倾斜，造成出桶突然加速现象，如图3 所示。

图3 出桶加速示意图

电机带动主动链轮匀速转动，而链轮带动链条匀速往复运动，链条在直线段速度的大小和方向不变，因此拨桶板推动包装桶匀速前进；而在输送线末端，链条随着链轮做匀速圆周运动（角速度恒定不变），线速度大小不变，但方向时刻在改变，即拨桶板与链条连接处销轴的线速度大小不变、方向时刻改变。而线速度是角速度与半径的乘积，因而拨桶板上端O 点的线速度比链条销轴的线速度大，在同样时间内拨桶板上端O 点走过的弧长比链条销轴走过的弧长大，即在直线段，拨桶板上端O 点与链条销轴速度一致，匀速前进，而在输送线末端，链条围绕链轮做圆周运动时，链条销轴的线速度不变只是方向改变，而拨桶板上端O 点的线速度不但方向改变，还突然比链条销轴的线速度增大，即有很大的加速度。而包装桶前进的速度主要取决于推动它的拨桶板上端O 点的速度，在此处相当于包装桶被突然加速。当运输的包装桶装满液体物料且没有封盖时，桶内液体向外喷溅，不但影响灌装精度还会污染环境。

1.2 现有技术的解决方案及弊端

为解决此问题，有些企业设计了非常复杂的机械结构，例如在拨桶输送链两侧设置高速输送链，或者在包装桶两侧设置夹持包装桶的高速皮带，它们会在拨桶板随链条围绕链轮做圆周运动之前就给包装桶加速，使包装桶脱离拨桶板。即加速度很小，小到不致使包装桶喷溅液体，但加速时间要足够长，也就是加速运输段的输送线足够长才能使拨桶板围绕链轮运动前就使包装桶脱离拨桶板，这样做也会解决液体喷溅问题。但由于避免不了包装桶加速，一方面还是存在喷溅物料的隐患；另一方面，这样无形增加了设备成本；也增加了输送线的长度，占据了更大的空间场地。

2 防出桶加速的拨桶输送链

2.1 结构组成

防出桶加速的拨桶输送链主要包括链条、拨桶板和防出桶加速机构。其结构如图4 所示，以三排链的链条为例，防出桶加速机构由两个相同的三角形挠性件连杆机构组成，并对称布置在三排链两侧，拨桶板用螺钉固定在两根竖连杆上。图中竖连杆设置有凹槽，斜连杆嵌入凹槽中，通过销轴连接，即竖连杆和斜连杆在输送链上方铰接在一起，两连杆另一端分别铰接在输送链条的销轴上，两销轴间的链条相当于挠性软杆（一般大于2 节距）。当链条围绕链轮做圆周运动时，防出桶加速机构中的挠性软杆就从直线状态变成圆弧状态，两销轴间的直线距离微量变短，竖连杆和斜连杆能够通过铰点的转动自由度调整彼此的位置。

图4 防出桶加还机构示意图

1-链条；2-销轴；3-竖连杆；4-斜连杆；5-拨桶板

2.2 工作原理及实际应用

如图3 所示，在输送线末端，携带挠性件连杆机构的输送链条围绕链轮做圆周运动。假设输送链条沿直线方向匀速运动3 个链节距后，桶从O点到A 点，行走距离a。而挠性件连杆机构带着拨桶板围绕链轮做圆周运动3 个链节距后，两个铰接点间的直线距离微量变短，竖连杆和斜连杆通过三个铰点处的转动自由度调整位置，桶从O点到B 点，行走距离b。理论上距离b 比a 稍大一点，而实际情况更加复杂。连接拨桶板的竖连杆受到包装桶的向后作用力，作用力通过连杆机构传递到挠性软杆的两个铰点处，铰点处的转动自由度会使竖连杆上的拨桶板向后倾斜，正好弥补了距离b 与a 的差距，最终包装桶基本处于匀速运动状态。此处挠性件连杆机构的受力分析比较复杂，用普通的计算方法难以计算出结果，需要借助Ansys 等受力分析软件才能得到近似结果。

我单位已经将这种防出桶加速的拨桶输送链成功应用到全自动液体灌装生产线中。在该生产线上，空包装桶被输送线等间距运送到灌装工位，正好停留在等间距的灌装头下进行液体灌装，待灌装结束，输送线将重桶送出灌装主机，进入到下一封盖环节的输送线。防出桶加速机构使灌满液体的包装桶实现了平稳输送，平稳过渡到封盖环节的输送线。目前该设备运行状态良好，得到了客户好评。多年的实践经验证明，这种输送链防止出桶加速的效果很好，不用增加成本就解决了输送线末端液体物料的喷溅问题。

3 结语

防出桶加速的拨桶输送链能够有效防止现有技术中输送线末端出桶突然加速现象，解决了装满液体物料的包装桶由于突然加速而喷溅物料的难题。并且该输送链结构简单，与现有技术的解决方法相比，不用增加任何成本，不用占据多余的空间场地，就能圆满解决困扰液体灌装领域多年的难题，因此防出桶加速的拨桶输送链必定具有广阔的市场前景。