鸡蛋彩盒装箱生产线设计与试验

为了满足消费者需求,鸡蛋被包装成规格众多的礼品彩盒,这给彩盒装箱自动化带来了巨大困难,由于彩盒大小多变,每箱装入数量不同,加上鸡蛋的易碎物理特性,目前,国内禽蛋加工企业均采用人工装箱。该研究为实现对鸡蛋机械自动装箱,研发出基于直角坐标机械手的彩盒装箱搬运机构,通过机械臂轨迹规划算法,计算出直角坐标机械手各单元的运动轨迹,设计了鸡蛋彩盒柔性装箱生产线,并实现产业化。为了保证装箱过程中机械手夹持彩盒稳定可靠,同时,避免生产线共振导致盒内鸡蛋的破损,该研究首先对彩盒基本物性及所需包装防护性能进行跌落试验、压力试验、扫频试验和随机振动试验,确定鸡蛋彩盒包装的防护性能参数,包括临界跌落高度、无破损夹持力、共振频率、无破损鸡蛋运输系统激励。由彩盒跌落试验得出盒内鸡蛋破损临界跌落高度为290 mm;压力试验确定彩盒夹持力小于870 N时,盒内鸡蛋无破损;扫频试验确定彩盒包装件共振频率范围为10~15 Hz;随机振动试验确定系统的激励需小于等于0.52 g2/Hz。在彩盒物性参数测定值约束下,采用Siemens PLC S7-200 Smart作为中央控制器,MCGS触摸屏界面,配合可以根据彩盒大小、规格和入箱彩盒数量要求而快速拆装更换的夹板和导入架,实现了鸡蛋彩盒柔性、高效、低破损装箱。该生产线设计的直角坐标机械手X、Z轴的最大有效行程分别为750、380 mm;X轴移动线速度0~199 mm/s可调,Z轴移动线速度0~149 mm/s可调;Y轴夹爪板运动轨迹最大行程200 mm,最大线速度50 mm/s。整机额定功率1.5 kW。生产线在企业包装流水线上运行11个月,机械装置及控制系统软硬件稳定可靠。对生产线进行了为期10 d的现场测试,结果显示:包装线完成每箱6盒、每箱4盒的装箱效率分别为96.2和120.4箱/h,是人工装箱效率的4~6倍,同时还可节省3~6名辅助工,测试全过程蛋品破损率为0。研究结果可为禽蛋彩盒包装自动化生产线的设计与应用提供参考。