УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБОРКИ КОНВАЛЮТЫ В КОРОБКУ

Полезная модель относится к области упаковки. Более конкретно, она относится к устройствам для сборки конвалюты в коробку, предназначенную для вторичной упаковки различных жидких и твердых продуктов, заключенных в первичную упаковку, с возможностью автоматизации процесса упаковки. Устройство может найти применение для упаковки любых продуктов, таких как косметические кремы и лосьоны, концентрированные средства бытовой и автомобильной химии, пищевые продукты и т.д.
Предпочтительно первичная упаковка содержит средства медицинского или ветеринарного назначения, например блистеры с твердыми лекарственными формами, флаконы с жидкими лекарственными формами, медицинские и ветеринарные наборы, например, тубы с пастами и прилагаемыми к ним наконечниками или аппликаторами, флаконы с жидкостями и суспензиями и прилагаемыми к ним шприцами-дозаторами, шприц-тюбики с иглами, а также устройства, такие как спринцовки, молокоотсосы и др., в состав которых также входит листок с инструкцией по применению.
Уровень техники
Вторичная упаковка изделий имеет большое значение. При транспортировке и складировании такая упаковка предохраняет изделия от механических нагрузок различных видов и воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды. Также вторичная упаковка позволяет идентифицировать заключенное в нее изделие без непосредственного доступа к нему. На стадии предложения изделия к продаже упаковка выполняет визуальную информационную функцию, позволяя выделить данный товар среди сходных продуктов. На стадии применения изделия внешняя поверхность упаковки может содержать краткую инструкцию к применению и/или предупреждения о возможных нежелательных эффектах и/или опасностях. Таким образом, надежность и потребительские качества упаковки, а также низкая себестоимость ее производства и утилизации важны при выпуске изделий массового спроса, таких как гигиенические, косметические и медицинские (ветеринарные) средства, парфюмерия, бытовая химия и т.д.
Широко распространенным типом упаковки является картонная коробка. Для снижения затрат на складирование и транспортировку такой упаковки используют конвалюту коробки. Для сборки конвалюты в коробку и вторичной упаковки продукта традиционно применяют поточные (конвейерные) машины и/или линии. Известны горизонтальные картонажные машины балконного типа, например Hana-120 (производства фирмы Honda, Южная Корея). Такая машина совершает до 120 рабочих циклов в минуту, потребляя при этом до 100 л/мин воздуха с давлением 6 бар и приблизительно 3 кВт мощности при трехфазном электропитании. Машина имеет значительные размеры (1,5×1,5×3 м) и массу около 2,2 т (информация с сайта ИнтерФармТехнология: http://inf.ru). Закрытие упаковки осуществляется в 5 этапов при движении коробки по транспортерной ленте.
Недостатками существующей установки являются сложность конструкции, существенные размеры и материалоемкость, высокие требования к уровню автоматизации, регулировки и обслуживания, большие энергозатраты при эксплуатации. Кроме того, отсутствует возможность незатруднительного перемещения установки к любому участку производственной линии без реорганизации последней, что снижает технологическую гибкость производства. В результате совокупного проявления указанных недостатков увеличивается себестоимость производства и цена готовой продукции.
Таким образом, существует потребность в создании установки для сборки картонной коробки, лишенной перечисленных недостатков известного уровня техники. Указанная потребность представляется наиболее насущной в случае малых предприятий с невысокой интенсивностью производства, для которых перечисленные ограничения производственного пространства, энергопотребления и расходов имеют принципиальное значение.
Краткое описание чертежей
На фигуре 1 представлена лицевая сторона развертки конвалюты коробки.
На фигуре 2 представлен принцип работы узла раскрытия конвалюты.
На фигуре 3 представлен принцип работы узла подгибания боковых клапанов.
На фигуре 4 представлен принцип работы главного и дополнительного толкателей.
На фигуре 5 представлен общий вид рабочей (верхней) панели устройства.
Раскрытие полезной модели
В результате выполненных разработок авторы предложили устройство для сборки конвалюты в коробку, расширяющее арсенал средств такого назначения и позволяющее преодолеть перечисленные недостатки известного уровня техники.
Таким образом, предлагается устройство для сборки конвалюты в коробку, характеризующееся тем, что оно состоит из плоской рабочей панели с закрепленными на ней узлом накопления и раскрытия конвалюты, узлом подгибания и складывания боковых клапанов и узлом закрытия и выбрасывания готовой коробки, а также из узлов энергопитания и управления, при этом:
- узел накопления и раскрытия конвалюты включает вертикальный накопительный бункер прямоугольного сечения, имеющий направляющую стенку, которая в своей верхней части наклонена под острым углом к вертикали, а в нижней части продолжается вертикально и отстоит от противоположной стенки бункера на расстояние, незначительно превосходящее ширину центрального клапана коробки, и сборочное место, которое расположено снизу бункера и снабжено вакуумной присоской для захвата, вертикального перемещения конвалюты вниз для ее раскрытия и удержания конвалюты на сборочном месте,
- узел подгибания и складывания боковых клапанов, включающий два боковых толкателя, расположенные под острыми углами к оси симметрии расправленной конвалюты, проходящей через центральный клапан,
- узел закрытия и выбрасывания готовой коробки, включающий главный толкатель с несимметричным параболическим вырезом, направленным в сторону центрального клапана конвалюты и имеющим отверстие для подачи струи сжатого воздуха, установленный подвижно внутри дополнительного толкателя с плоской вертикальной рабочей поверхностью; указанные толкатели выполнены с возможностью горизонтального перемещения в направлении раскрытой конвалюты для подъема центрального клапана, его складывания при перемещении по параболической поверхности выреза главного толкателя, установки передней части центрального клапана в ее посадочное место и окончательного защелкивания дна коробки,
- узел энергопитания, обеспечивающий подачу электрической и пневматической энергии к исполнительным устройствам, приводящим в движение подвижные части перечисленных узлов, и к узлу управления, и
- узел управления, обеспечивающий задание, хранение и циклическое выполнение программы управления исполнительными устройствами.
В предпочтительном варианте осуществления полезной модели узел энергопитания включает вакуумный насос или эжектор, а исполнительными устройствами являются вакуумная присоска и пневмоцилиндры с диаметрами 16 и 25 мм и длиной хода поршня 10, 15, 50 и 70 мм.
Пневматическая энергия предпочтительно является энергией сжатого воздуха в интервале от 2,5 до 3,5 ати, а остаточное давление в вакуумной присоске составляет 0,0 9 ата.
Узел управления предпочтительно представлен электронным программируемым контроллером, приспособленным для управления пневматическими устройствами.
Техническим результатом использования полезной модели является существенная экономия полезной площади производственного помещения и электроэнергии.
Другим техническим результатом является значительное упрощение конструкции, что ведет к уменьшению числа, сложности и периодичности регулировок, снижению требований к квалификации и количеству задействованного обслуживающего персонала, что, как следствие, уменьшает эксплуатационные расходы.
Еще одним техническим результатом является возможность быстрой установки предлагаемого устройства в требуемом месте технологической линии без ее реорганизации и достаточно легкая и быстрая перенастройка при 2-5-кратном изменении одного или нескольких размеров конвалют.
Указанные результаты достигаются за счет применения «статичного» принципа сборки конвалюты в коробку, не требующего вовлечения в работу большого числа движущихся частей, таких как транспортерные ленты, валы, ролики и др., снижения массы и моментов инерции движущихся частей и использования пневматических исполнительных устройств.
В контексте данного описания термин «статичный» определяет то, что сборка конвалюты в коробку происходит на сборочном месте без каких-либо перемещений по устройству до момента выброса собранной пустой коробки в накопитель коробок.
В контексте данного описания термин «пневматическое исполнительное устройство» относится к вакуумной присоске и пневмоцилиндру. Предпочтительны пневмоцилиндры с диаметрами 16 и 2 5 мм и длиной хода поршня 10, 15, 50 и 70 мм, выпускаемые, например, фирмой Camozzi. Управление ими предпочтительно осуществлять электропневмоклапанами с рабочим напряжением 220 В, собранными в пневмоостров.
Термин «узел управления» обозначает любое программируемое цифровое, цифро-аналоговое или аналоговое оборудование, предназначенное принимать, хранить и выполнять программу управления исполнительными устройствами при реализации назначения данной полезной модели. В предпочтительном варианте узлом управления является электронный программируемый контроллер «Logo» (Siemens), приспособленный для управления пневматическими устройствами.
Термин «узел энергопитания» относится к совокупности частей устройства, обеспечивающих пневматические исполнительные устройства энергией сжатого воздуха низкого давления или создающие разрежение, а узел управления, управляющие, сигнальные и индикаторные устройства - электроэнергией требуемых характеристик.
В контексте данного описания термин «сжатый воздух низкого давления» определяет диапазон входного давления воздуха от 2,0 до 6,0 ати, предпочтительно - от 2,5 до 3,5 ати.
Специалисту в данной области техники очевиден выбор частей, обеспечивающих пневматические исполнительные устройства таким сжатым воздухом, зависящий, в первую очередь, от возможности подключения устройства для сборки конвалюты к внешнему источнику сжатого воздуха.
Для осуществления полезной модели предпочтительно наличие возможности подключения к цеховой (заводской) пневматической сети. При отсутствии такой возможности потребуется локальный источник сжатого воздуха, который может быть внешней компрессорной установкой с ресивером и предохранительными устройствами (клапан, мембрана), питающей несколько различных устройств. В любом из этих случаев узел энергопитания будет включать фильтры очистки воздуха, регулятор входного давления (редуктор), управляемые пневматические клапаны, запорную и соединительную арматуру.
Альтернативно, компрессорная установка низкого давления и малой производительности может быть включена в состав предлагаемого устройства в качестве части узла энергопитания. Выбор такого устройства также находится в компетенции среднего специалиста в данной области. Например, можно использовать компрессоры, рассчитанные на продолжительную работу: мембранные, такие как Sparmax TC-63 (производительность: 50 л/мин, давление: 0,2-7,0 ати, ресивер: 5,5 л, потребляемая мощность: 190 Вт) или масляные поршневые, такие как Hansa HTC 30 А (производительность: 30 л/мин, давление: 1,5-8,0 ати, ресивер: 9,0 л, потребляемая мощность: 200 Вт).
В контексте данного описания термин «разрежение» определяет диапазон остаточного давления от 0,1 до 0,01 ата.
Для осуществления полезной модели наиболее предпочтительно наличие возможности подключения к цеховой (заводской) вакуумной линии. В этом случае узел энергопитания будет включать измеритель и регулятор разрежения. Также предпочтительно наличие возможности подключения к цеховой (заводской) пневматической сети с давлением 8,0 ати. В этом случае узел энергопитания будет включать эжектор, создающий разрежение при прохождении через него потока сжатого воздуха, измерители и регуляторы входного давления и разрежения.
3
Альтернативно, установка, создающая разрежение, может быть включена в состав предлагаемого устройства в качестве части узла энергопитания. Выбор такого устройства также находится в компетенции среднего специалиста в данной области. Например, можно использовать поршневые вакуум-насосы, например ILMVAC VOB-L 2534 (производительность: 1,7 м/час, остаточное давление 0,09 ата, потребляемая мощность: 100 Вт).
Состав части узла энергопитания, отвечающей за снабжение электроэнергией, зависит от выбора состава пневматической части, раскрытой выше. В предпочтительном варианте осуществления полезной модели требуется обеспечить питание управляемых пневматических клапанов (электропневмоклапанов), узла управления, представленного электронным программируемым контроллером, и сигнальных/индикаторных устройств (светодиоды, электронные табло и измерители.). При отсутствии внешнего источника сжатого воздуха и устройства, создающего разрежение, потребуется дополнительная мощность для питания компрессора и вакуумного насоса. Специалисту в данной области техники очевиден состав узла энергопитания (защитные устройства, электротрансформатор, выпрямитель, стабилизатор напряжения и др.), его компоновка и метод расчета, позволяющий оценить потребляемую мощность интервалом 250-600 Вт.
Конструкция устройства в соответствии с полезной моделью и его действие будут далее проиллюстрированы со ссылками на позиции фигур чертежей.
Фигура 1 представляет лицевую сторону развертки конвалюты. Для изготовления конвалюты развертку сгибают по пунктирным линиям, предварительно нанеся с лицевой стороны полосу клея на клапан, срезанный под углом φ1, после чего складывают и склеивают развертку таким образом, чтобы получить плоскую замкнутую конвалюту. Размеры развертки A, B и C определяются измерениями упаковываемого изделия по длине ширине и высоте. Размеры D-L и углы срезов φ1-φ4 выбирают в зависимости от размеров A, B и C, исходя из соображений удобства сборки конвалюты в коробку и обеспечения ее надежного закрытия. Для сборки в коробки с применением предлагаемой полезной модели предпочтительны конвалюты, имеющие размеры развертки N и M в интервалах 90-260 мм и 100-410 мм соответственно, что, например, позволяет собирать коробки (Д×Ш×В) от 50×20×18 до 200×70×50 мм. Наиболее предпочтительны развертки конвалют с размерами N и M в интервалах 100-260 мм и 110-410 мм, что соответствует, например, коробкам (Д×Ш×В) от 55×30×20 до 110×50×50 мм.
Фигура 2 поясняет устройство и действие узла накопления и раскрытия конвалюты. Конвалюту 1 (или партию конвалют 1) помещают в накопительный бункер узла накопления и раскрытия конвалюты. Поршень 2, снабженный вакуумной присоской, подхватывает нижнюю конвалюту (фиг.2а), при движении вниз раскрывает ее за счет перемещения вдоль направляющей стенки 3 к сборочному месту (фиг.2б), где удерживает ее для выполнения всех стадий сборки конвалюты в коробку (фиг.2в). Раскрытие конвалюты без ее разрыва или замятия обеспечивается геометрией стенки 3, которая в своей верхней части наклонена под острым углом к вертикали, а в нижней части продолжается вертикально и отстоит от противоположной стенки бункера на расстояние, незначительно превосходящее ширину центрального клапана коробки. Для осуществления предлагаемой полезной модели острый угол, отсчитываемый по часовой стрелке от вертикали к наклонной части направляющей стенки, составляет 30-60°, предпочтительно он близок к 45°. Направляющая стенка может быть выполнена с возможностью изменения этого угла для ускорения и облегчения перехода от одного типоразмера конвалюты к другому.
Фигура 3 представляет устройство и действие узла подгибания и складывания боковых клапанов. Два толкателя 1, расположенные под острыми углами к продольной оси симметрии расправленной конвалюты, проходящей через центральный клапан (фиг.3а), подгибают боковые клапаны 2 конвалюты, удерживаемой вакуумной присоской 3 в статичном положении на сборочном месте (фиг.3б). Острые углы, отсчитываемые от осей симметрии толкателей в сторону оси симметрии конвалюты, могут быть одинаковыми или различными. Их значения зависят от взаимного расположения центра симметрии присоски 3 и каждого из толкателей 1. Крепления толкателей 1 могут предусматривать возможность изменения их положений для ускорения и облегчения перехода от одного типоразмера конвалюты к другому. Однако, предпочтительно, эти углы одинаковы и составляют 40-50°.
Фигура 4 иллюстрирует устройство и действие узла закрытия и выбрасывания готовой коробки. Главный толкатель 2 при поступательном движении в сторону раскрытой конвалюты с подогнутыми и сложенными боковыми клапанами (для упрощения не показаны на фигуре), удерживаемой вакуумной присоской на сборочном месте, за счет особой формы его рабочих поверхностей приподнимает центральный клапан нижним краем 2, складывает его, направляя по своей параболической поверхности 3 (фиг.4а) и приподнимает конвалюту верхним краем 1, обеспечивая точное попадание центрального клапана в свое посадочное место (фиг.4б). Дополнительный толкатель 4 главного толкателя обеспечивает окончательное защелкивание собранной конвалюты (фиг.4в).
Для сборки конвалюты в коробку необходимо, чтобы параболический вырез 3 был несимметричным, т.е. чтобы оси симметрии выреза и главного толкателя пересекались под острым углом от 20 до 40°. Такое взаиморасположение осей обеспечивает «срезанную» верхнюю грань главного толкателя, позволяющую приподнимать конвалюту и точно устанавливать центральный клапан в его посадочное место. Необязательно верхняя грань может иметь небольшую фаску. Кривизна вырезаемой параболы, глубина ее вхождения в профиль главного толкателя и угол между осями симметрии определяются размерами F, D и J конвалюты (фиг.1) и могут быть без затруднений установлены специалистом в данной области техники путем рутинного подбора.
Фигура 5 представляет изображение предпочтительного варианта осуществления полезной модели, в котором на верхней (рабочей) панели 1 смонтированы узел накопления и раскрытия конвалюты 2 с вакуумной присоской 7, узел подгибания и складывания боковых клапанов 4, кожух с главным пневматическим цилиндром 3, на поршнях которого закреплены дополнительный толкатель 5 и главный толкатель 6.
Осуществление полезной модели
Предлагаемая полезная модель состоит из двух панелей, собранных друг над другом. На верхней (рабочей) панели расположены исполнительные механизмы - пневматические цилиндры, на нижней (вспомогательной) панели расположены регуляторы давления, управляемые пневматические клапаны, устройство, создающее вакуум (эжектор или поршневой вакуумный насом), узел энергопитания и узел управления. Процесс сборки конвалюты в коробку происходит в автоматическом режиме и не требует постоянного присутствия оператора. В предпочтительном варианте осуществления полезной модели устройство, предназначенное для сборки 30-60 картонных коробок с измерениями 55×30×20 мм в минуту и подключенное к цеховой пневматической сети, имеет габариты 600×400×1300 мм (Д×Ш×В), потребляет для этого 6 л воздуха с давлением 3 ати и 250 Вт электроэнергии. Масса устройства зависит от используемых для его изготовления материалов и не превышает 25 кг.
Устройство работает следующим образом. Пачку конвалют помещают в пространство, образованное вертикальными направляющими узла накопления и раскрытия конвалюты. В это время поршни узла подгибания и складывания боковых и центрального клапанов и узла закрытия и выбрасывания готовой коробки находятся в крайних удаленных от сборочного места положениях. При этом главный толкатель выдвинут в сторону сборочного места относительно дополнительного толкателя.
Поршень с вакуумной присоской поднимается из своего пневматического цилиндра в верхнее положение, при этом присоска входит в соприкосновение с нижней конвалютой из пачки. В пространстве, ограниченном нижней поверхностью конвалюты и верхней поверхностью вакуумной присоски создают разрежение, достаточное для надежного удержания конвалюты при ее перемещении вниз по узлу накопления и раскрытия конвалюты и во время выполнения всех последующих операций на сборочном месте.
Поршень с вакуумной присоской перемещается в свое нижнее положение, увлекая за собой плоскую конвалюту, которая, проходя через узел раскрытия конвалюты, раскрывается и удерживается присоской в плоскости верхней панели на сборочном месте. Поршни узла подгибания и складывания боковых и центрального клапанов перемещаются в сторону раскрытой конвалюты, входят в соприкосновение с поверхностями боковых клапанов и смещают их, подгибая и складывая боковые клапаны, после чего возвращаются в исходное положение.
Поршни главного пневматического цилиндра совместно перемещаются в сторону конвалюты со сложенными боковыми клапанами, главный толкатель входит в соприкосновение с центральным клапаном, направляя его вдоль своей параболической поверхности. При этом клапан подгибается по линии сгиба, и его передняя часть входит в свое посадочное место между боковыми клапанами и стенкой коробки. В этот момент поршень главного толкателя останавливается во втором крайнем положении, а поршень дополнительного толкателя продолжает движение, вводит дополнительный толкатель в соприкосновение с задней частью центрального клапана и окончательно фиксирует клапан в его посадочном месте, закрывая тем самым коробку с одной стороны.
Разрежение, удерживающее собранную конвалюту на сборочном месте, снимают и струей воздуха, подаваемой в отверстие, расположенное в параболическом вырезе главного толкателя, коробку, закрытую с одной стороны, удаляют со сборочного места и выбрасывают в емкость для готовых (пустых) коробок. Поршни, приводящие главный и дополнительный толкатели, отводят в крайнее положение, в котором главный толкатель выдвинут в сторону сборочного места относительно дополнительного толкателя, и оба толкателя максимально удалены от сборочного места. Таким образом, устройство приведено в исходное состояние и готово к повторению цикла сборки конвалюты.