一种自动称重、自动换罐、自动下空罐设备及方法与流程

本发明涉及属于罐装食品行业自动化加工设备技术领域，尤其涉及一种自动称重、自动换罐、自动下空罐设备，适用于罐头加工的流水线灌装生产作业。

背景技术：

在罐头类食品，如：水果、蔬菜、海鲜等果状物或者块状物或园形豆类物加工过程中，需要进行装罐作业。传统的作业方式采用人工装罐作业，人工称重，当作业人员发现罐装食品快要装满时就及时停止装罐，再由人工将初次装满的罐头取出，重新换上空罐，继续装罐作业。采用这种方法进行作业的缺点在于：（1）、采用人工作业需要大量的作业人员同时作业，增加了人力成本，而且作业人员的工作量较大，不适于长期高强度作业；（2）、在装罐过程中，通过工作人员观察罐内食品是否装满，没有第一步称重计量，这给后续的精确称重带来很大的负担和繁重的任务；（3）、人工在操作中不可避免会带入细菌等不利于食品安全的质量保证；（4）、采用上述的装罐流程工作效率低，不适于后序的流水线作业，影响整个生产效益。

基于上述分析，需要开发设计罐头加工的一种自动称重、自动换罐、自动下空罐设备，从而提高生产效率、降低劳动强度、降低生产成本、提高食品安全、达到提高企业效率的目的。

另外，即使现在出现了一些自动化设备，但是传统的硬质平底器皿或物体的自动化输送，一般有皮带、链板、密链网等平面输送带（器皿或物体底部与输送带面重合，器皿或物体靠与带面产生的摩擦力，被输送带带走）。还有一种是在硬质器皿或其他物体的侧面安装与器皿的侧面曲面相吻合的旋转螺旋轴，通过螺旋旋转把器皿的侧面夹着走，同时硬型器皿或物体的下面有输送带，侧面的螺旋和下面的输送带一起带着器皿或物体走，这样需要两套输送装置，缺点是不好控制（输送的器皿不能同时操作必须有后序输送链协助）而且占用了侧面的空间，对于侧面空间比较狭窄的地方该方式就明显不合适，也就不能实施同时多个器皿或物体的同时平行独立输送。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种自动称重、自动换罐、自动下空罐设备及其方法，能够适用于硬质平底盛装器皿的流水线的自动灌装或盛装，自动称重，输送生产作业。从而提高生产效率、降低劳动强度、降低生产成本、提高食品安全、达到提高企业效率的目的。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种自动称重、自动换罐、自动下空罐设备，包括螺旋推动机构、自动称重机构及下空罐机构；

所述螺旋推动机构包括滑行槽，滑行槽底平面沿长度方向且位于中间部分设有开口；滑行槽下端设有螺旋底座，螺旋底座内安装有螺旋齿装置，螺旋齿装置的螺旋齿部分伸入到滑行槽的开口中，且螺旋齿上边缘高于滑行槽底平面，螺旋齿的齿距与器皿的直径相适应；螺旋齿装置在旋转过程中推动器皿在滑行槽底平面上间断前移；

所述自动称重机构包括秤过渡板，秤过渡板嵌插在滑行槽的底平面的缺口处，且秤过渡板各个面与滑行槽隔离；所述秤过渡板包括上部的两个边平面，边平面和滑行槽底平面平行且分布在滑行槽开口两侧；边平面下端通过支撑板与称重传感器固定；

所述下空罐机构包括下罐滑槽、储罐板，下罐滑槽、储罐板倾斜布置且过渡连接；所述下罐滑槽上端安装有挡罐气缸，对应的储罐板背面下端安装有电磁铁，电磁铁用于吸住储罐板最下端的器皿，电磁铁与挡罐气缸相互配合实现空罐依次间隔下放。

所述滑行槽为中间沿长度方向带开口的u型滑行槽或由两个平行z字形竖挡板间隔布置构成的滑道。

所述螺旋齿装置包括带螺旋齿的螺旋轴，螺旋齿包括齿侧面、齿顶面及齿槽；其中，齿顶面边缘最高位置凸出于滑行槽的底平面，齿槽上底面低于滑行槽的底平面且齿槽宽度大于罐的直径3mm~5mm。

所述滑行槽底平面上设有与螺旋齿装置的齿方向一致的斜形开口，斜形开口处嵌插秤过渡板；斜形开口长度和齿槽宽度相适应，斜形开口长度的倾斜方向与螺旋齿装置的螺旋齿方向一致且与秤过渡板接壤处保持1mm~10mm间隔，斜形开口顺着螺旋齿方向一方面可减少罐底滑上秤过渡板两个边平面上的摩擦力，同时由于斜形开口沿滑行槽长度方向的长度相对于等面积直开口而言长度要长，罐体未完全到达秤过渡板上时滑行时间要长一些，这样可延长称重传感器感应时间，降低对沉重传感器灵敏度的要求。

所述下罐滑槽下端通过弧形滑槽与滑行槽正对过渡连接，下罐滑槽上端通过滑槽上耳与储罐板连接；罐滑槽的底面与储罐板的斜面平行且低于储罐板2mm~5mm。

所述挡罐气缸与对应电磁铁在储罐板上的投影间距1~2个罐直径的距离。

所述螺旋推动机构、自动称重机构及下空罐机构对应做成单列设备或多列平行并列设置的设备。

一种自动称重、自动换罐、自动下空罐方法，包括以下步骤：

1）、水平滑槽落罐、螺旋推罐：器皿靠自身的重量落在滑行槽的底平面上后，器皿被滑行槽的两竖边挡住左右，利用螺旋齿把器皿卡在齿槽中，在螺旋轴间歇螺旋过程中，螺旋齿推动罐向前等距运动。

2）、自动称重自动换罐：在滑行槽开口两侧的底平面上设置斜形开口，斜形开口嵌入和滑行槽底平面宽度高度相适应的秤过渡板，秤过渡板与滑行槽隔离且与称重传感器连接；器皿在向前移动过程中落在由秤过渡板构成的称重平台上，器皿在称重平台上盛装物料。物料重量到达设置重量时，螺旋齿推动所有罐整体向前运动，满罐被推到前面，后面空罐到达称重平台上继续受装物料，实现自动换罐过程。

3）、自动下空罐：换罐完成后，前面满罐被推下螺旋推动机构。下罐滑槽上方的。挡罐气缸的缸杆缩回，电磁铁同时吸合，吸住储罐板斜面上最下端一个空罐体或空瓶体。下罐滑槽中的空罐体或空瓶体顺着弧形滑槽底部的衬托落到滑行槽的底平面上且两端受齿侧面限制。自动放空罐结束后，挡罐气缸的缸杆伸出，电磁铁释放，被它吸住了储罐板斜面上最下端一个空罐体或空瓶体滑进下罐滑槽中并被挡罐气缸的缸杆挡住，同时储罐板斜面后面的罐下滑自动补上并通过电磁铁再次吸住。

所述螺旋齿装置的齿侧面和下罐滑槽的竖挡边相互配合，推动器皿按一个器皿纵向尺寸做间歇等距运动。

本发明一种自动称重、自动换罐、自动下空罐设备及方，具有以下技术效果：

1）、通过设置倾斜的下罐滑槽、储罐板，并利用挡罐气缸、电磁铁进行罐体的依次下放，这样保证每次只放一个空罐。通过设置滑行槽，并在滑行槽下端设置螺旋齿装置，利用滑行槽进行定位导向，而螺旋齿装置的螺旋齿间歇驱动罐体或瓶体等器皿精确向前移动，不仅实现罐体依次有序推动前行，而且为称重提供了可靠基础，实现自动称重并推出换罐。这样，螺旋推动机构推动前移，自动称重机构上进行有效称重换罐，后端的下空罐机构自动下罐，由此构成罐体的连续下罐、前移、称重及换罐，整个过程实现自动化、连续化操作。

2）、通过设置带开口的滑行槽底平面，并在滑行槽下端设置螺旋齿装置，使螺旋齿装置的齿顶面部分凸出于滑行槽的底平面，而螺旋齿装置齿槽上底面低于滑行槽的底平面且齿槽宽度大于罐的直径。这样在硬质平底器皿或其他物件在滑行槽上滑动时，利用螺旋齿的斜推力及滑行槽的反作用力使得硬质平底器皿或其他物件在滑行槽的底平面上平滑前移，且由于螺旋齿的螺距一定，而器皿均匀分布在齿槽中，这样输送中每个器皿或物体之间的间距一致、运动速度位移一致。只需要通过间歇控制好螺旋齿启停的旋转速度和旋转圈数，这样就可使连续输送的器皿按指定速度和位移精确前移，在多点灌装过程中非常适合。相对于传统在罐体底部设置输送带，一侧设置螺旋轴而言，由于该装置只需要一套驱动装置，不仅方便控制，且无需占用侧面空间，在螺旋推动机构、自动称重机构及下空罐机构对应做成多列并排设备时，结构紧凑，耗能少。

3）、把称重机构安装在滑行槽底面开口处，能够实现在罐体或瓶体等器皿在滑行槽底面上滑行的过程中，器皿的重量可以全部落到秤过渡板上，安装在秤过渡板下面的传感器的可以完全检测出来，通过cpu计算实现停、走等控制，达到计量、选别等自动控制。这样，可达到罐体推进滑行与点灌称重同时有序交替进行，而且由于罐体推进定距离进行，控制上面相对传统气缸精确推动更加简单方便，节省空间。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明中滑行槽及螺旋底座的示意图。

图2为本发明中螺旋齿装置示意图。

图3为本发明中螺旋推动机构结构示意图。

图4为本发明中秤过渡板结构示意图。

图5-1为本发明中秤过渡板上平面部分与滑行槽底平面部分安装配合主视图。

图5-2为本发明中秤过渡板上平面部分与滑行槽底平面部分安装配合俯视图。

图6为本发明中秤过渡板与螺旋齿装置安装配合及位置固定示意图。

图7为本发明中下罐滑槽结构示意图。

图8为本发明中下罐、称重、输送机构装配示意图。

图9为本发明中下空罐机构示意图。

图10为本发明的结构示意图。

图11-1为多通道平行并列整台设备盛装与下料口安放对接主视图。

图11-2为多通道平行并列整台设备盛装与下料口安放对接左视图。

图11-3为多通道平行并列整台设备盛装与下料口安放对接俯视图。

图12-1为本发明中盛装罐在秤过渡板上的受力位置及称重受力情况结构示意图。

图12-2为本发明中本发明中盛装罐在秤过渡板上的受力位置及称重受力情况主视图。

图12-3为本发明中本发明中盛装罐在秤过渡板上的受力位置及称重受力情况俯视图

图13为设备演示换罐过程开始位置状态示意图。

图14为设备演示满罐被推走、空罐同时到达盛装位置、滑行槽进罐位置空出示意图。

图15为设备演示空罐放罐滑下状态示意图。

图16-1为设备演示空罐滑落到滑行槽进罐位置主视图。

图16-2为设备演示空罐滑落到滑行槽进罐位置俯视图。

图中：滑行槽1，竖挡边1-2，底平面1-3，螺旋底座2，螺旋齿装置3，齿侧面3-1，齿顶面3-2，齿槽3-3，轴承4，皮带轮5，传动轮5-1，电机安装座6，减速电机7，秤过渡板8，边平面8-1，支撑板8-2，称重传感器9，垫片10，下罐滑槽11，弧形滑槽11-1，耳片11-2，滑槽上耳11-3，储罐板12，电磁铁13，空罐台支架14，前柱15，后柱16，支撑管17，气缸安装板18，挡罐气缸19，电柜20，受装罐21，一号受装罐21-1，二号受装罐21-2，三号受装罐21-3，四号受装罐21-4，下料漏斗22，一号下料漏斗22-1，二号下料漏斗22-2，三号下料漏斗22-3，四号下料漏斗22-4。

具体实施方式

如图1-2所示，一种自动称重、自动换罐、自动下空罐设备，适用硬质平底柱型或方型盛装器皿的定位平行输送，并且在运行中自动检测出盛装器皿的总重量，通过计算控制盛装器皿行走，实现自动的定量灌装输送的目的。该设备包括螺旋推动机构、自动称重机构及下空罐机构。

具体地：

如图1所示，螺旋推动机构包括一个硬质平底的u型滑行槽1或由两平行设置的z字型竖边构成的滑行通道。u型滑行槽1左右有两个竖挡边1-2，目的是挡住器皿或物体不左右串动，保证器皿输送轨迹。两个竖挡边1-2为z字型，底面有平滑向中间伸出的两底平面1-3，两底平面1-3为光滑平面，保证器皿或物体的底面落在两底平面1-3的平面上，托住器皿或物体，方便器皿或物体受推力后在滑槽内平行滑动，不受阻拦。

如图3所示，u型滑行槽1的两底平面1-3间隔布置，中间设有上下贯通的开口。开口很宽，宽度保证下面螺旋齿的齿顶面3-2凸出u型滑行槽1的两底平面1-3且与两底平面1-3互不接触。螺旋齿旋转时，齿侧面3-1能推动落在u型滑行槽1两底平面1-3上的器皿或物体。u型滑行槽1安装或者固定在螺旋底座2上，安装呈水平或略带坡度。

如图2所示，在u型滑行槽1下面，顺着槽方向，通过螺旋底座2安装有螺旋齿装置3，该螺旋齿装置3的螺旋齿左右侧边缘和两底平面1-3之间留有一些间隙，保证螺旋顺利旋转。而螺旋齿装置3的齿顶面3-2的上边缘通过u型滑行槽1的开口伸入到u型滑行槽1内，且高过两底平面1-3的上表面一定距离。这样可保证螺旋齿装置3的齿侧面3-1在旋转中能够推动被两底平面1-3托住的硬质器皿或物体的侧边。螺旋齿装置3的齿槽3-3低于两底平面1-3上表面，这样保证硬质器皿或物体的底面全部落在两底平面1-3上表面。另外螺旋齿的齿槽3-3（齿距）大于硬质平底器皿或物体下部外径（柱结构指下部的直径，方型结构指长或宽）。这样可保证器皿或物体的底面完全落在两底平面1-3上。齿侧面3-1和器皿或物体的底面垂直并且和器皿或物体的圆柱侧面处于相切位置或方侧面平行的位置。

如图3所示，螺旋齿装置3的轴通过轴承4固定在螺旋底座2上。螺旋齿装置3的轴伸出来部分安装传动轮5-1，方便动力传动。安装中需要保证齿顶面3-2上边缘高于两底平面1-3，并且螺旋齿左右边缘不和两底平面1-3触碰，保证螺旋齿的正常旋转。这样螺旋齿旋转时，齿侧面3-1和器皿或物体的侧壁相切或重合，进而推着器皿或物体沿着u型滑行槽1向前运行，从而达到在器皿或物体的水平或者坡度不大于7度情况下的输送目的。

如图3所示，为了腾出上部或左右两部分空间。在螺旋底座2下面安装有电机安装座6，减速电机7安装电机安装座6上，减速电机7输出轴装有皮带轮5，皮带轮5和传动轮5-1之间用皮带连接，输出动力，并带动螺旋齿装置3旋转，推动器皿或物体在滑槽里面的滑行。

如图4～6所示，自动称重机构包括秤过渡板8。在u型滑行槽1的两底平面1-3中间某一位置断开，形成两个斜形开口。斜形开口侧边倾斜方向和螺旋齿装置3的螺旋齿方向一致。秤过渡板8插在斜形开口处，并与斜形开口边缘间隔1~10mm缝隙。秤过渡板8为呈口形薄片结构，上部分是和底平面1-3宽度一致的边平面8-1，两边平面8-1通过u型支撑板8-2固定在称重传感器9的受力侧，称重传感器9的另外一侧通过垫片10固定在螺旋底座2的底面上。

为了保证安装不出现冲突且测量准确，秤过渡板8上、左、右部分都是腾空的，与u型滑行槽1保持间隔。而边平面8-1与底平面1-3宽度一致，且与底平面1-3的上表面平行。边平面8-1长度和齿槽3-3差不多，保证齿侧面3-1推动器皿或物体到达秤过度板8位置时，器皿或物体的重量全部落秤过度板8

左右的边平面8-1也可为任意形状，只要保证不擦着齿顶面3-2即可。

这样的结构安装，保证了盛装器皿里面的重量，在不受到任何干扰情况下传到称重传感器的受力侧，保证了重量检测的准确度。

如图12-1、12-2所示，当螺旋齿旋转时，齿侧面3-1推着硬质器皿或物体的侧壁，由于螺旋齿齿侧面3-1和硬质器皿或物体的圆柱侧面处于相切位置，推力并不是顺着u型滑行槽1的长度方向的，在齿侧面3-1的相切推力作用下，器皿或物体首先会与u型滑行槽1的两个竖挡边1-2接触，并在竖挡边1-2处会形成反推力，这两个力的共同作用，推动了硬质器皿或物体顺着u型滑槽的方向运动。这两个推力都是相切撞击形成的间歇推力推动运动，而不是连续不断的受力推动。这就决定了，当器皿或物体到达位置停顿时，推力消失，除硬质器皿或物体底面外，硬质器皿或物体周围不受任何力约束。

并且两个推力均是在器皿或物体本身重量重力的垂直方向，所以，当器皿或物体位置全部到达秤过渡板8的两边平面8-1上时，两边平面8-1上承受的重量，几乎全部是器皿或物体本身重量。

如图7所示，在滑行槽1的竖挡边1-2的上沿，安装或固定有下罐滑槽11，下罐滑槽11通过两个耳片11-2重叠固定。下罐滑槽11呈u型，包括u型平面滑道和斜焊的半圆弧形滑槽11-1。

如图8所示，下罐滑槽11整个安装位置倾斜，倾斜的u型平面滑道的滑行方向和滑行槽1的方向重合一致，方便器皿或物体靠自己的重量在下罐滑槽11上自由向下滑行。并且通过斜行的半圆弧形滑槽11-1对硬质平底器皿或物体底部的衬托和溜滑下顺利滑落到u型滑行槽1的两底平面1-3上，在安装位置上，弧形滑槽11-1的最下端与滑行槽1的底平面1-3的垂直距离是罐的高度的1/7~1/2左右，这样弧形滑槽11-1的下端弧形可以骄正罐下落中的位置。

落下时，控制螺旋齿装置3的齿槽3-3的位置，使得硬质平底器皿或物体底部正好落在齿槽3-3之间的底平面1-3上。即使硬质平底盛装器皿有部分底面没有落到u型滑行槽1的两底平面1-3上，而是落到了螺旋齿装置3的齿顶面3-2上，随着螺旋的旋转，在齿顶面3-2的部分底面会滑落，而落到齿槽3-3里面，从而全部落在u型滑行槽1的两底平面1-3上。

下罐滑槽11的头部，底面向下有垂直折弯的滑槽上耳11-3，下罐滑槽11通过滑槽上耳11-3和储罐板12相连，储罐板12采用厚度为1mm~2mm的不锈钢（电磁铁能够穿透储罐板吸住上面的金属）制成。储罐板12的储空罐面是倾斜安装的，下罐滑槽11的u型平面滑道和储罐板12的斜面平行，并且储罐板12的斜面比下罐滑槽11的u型平面滑道底面高2~5mm。这样在器皿从储罐板12的斜面滑到与下罐滑槽11的连接处时，有一个更大的倾斜度摆脱后面罐体罐口的压挂，而避免影响正常下滑。

在储罐板12的背面下下端安装有电磁铁13，电磁铁13的数量和位置与下罐滑槽11一致。电磁铁13的作用是吸住不锈钢制储罐板12斜面上最下端一个金属罐，保证下罐滑槽11的u型平面滑道上的罐单个下滑放罐。储罐板12安装在空罐台支架14上，空罐台支架14固定在总支架的前柱15上，螺旋底座2安装固定在总支架的后柱16上。

如图9所示，在总支架的前柱15的最上方安装固定气缸板的支撑管17，在支撑管17固定安装气缸安装板18，在气缸安装板18上安装挡罐气缸19，挡罐气缸19正对着下罐滑槽11的u型平面滑道中间。挡罐气缸19与电磁铁13在储罐板12表面投影之间的垂直距离为1~2个罐体直径。挡罐气缸19的活塞杆伸出后电磁铁13释放，挡住电磁铁13释放滑进下罐滑槽11槽中的空罐；挡罐气缸19的活塞杆缩回先电磁铁13吸合，吸住储罐板12斜面上最下端一个金属罐则放下下罐滑槽11槽中的空罐，实现自动下空罐功能。

电柜20挂在总支架上。

如图10所示，整个单通道的自动下空罐、自动称重、自动换罐的机械结构。

整个机械结构制作选用硬质材料，金属类不锈钢等或尼龙塑料。

本设备电气控制部分，应用电阻应变式称重传感器9作为信号检测装置，检测到的0~40mv信号通过信号放大器放大成0~10v或者通过变送器转换成0~20ma模拟量信号，传给32位ram或者plc，32位ram或者plc连续刷新处理，通过计算，比较输出，控制继电器，继电器通过通断控制接触器、气缸电磁阀、电磁铁线圈来分别控制电机、气缸和电磁铁的顺序动作。

为了提高效率，所述传感器、螺旋推动机构、自动称重机构及下空罐机构都至少为3套。

工作原理及过程：

如图13所示，滑行槽1槽中罐体完整排列放好，在螺旋齿装置3的齿槽3-3的中间卡有罐体，同时挡罐气缸19的缸杆伸出挡住下罐滑槽11槽中的空罐，储罐板12斜面上最下端一个罐体被下罐滑槽11槽中的空罐挡住，此时电磁铁13释放、吸合都无所谓。滑行槽1内最右边一个罐在秤过渡板8的边平面8-1上正在受装物体。

当该罐受装重量达到，传感器检测，电柜cpu计算输出，电机7旋转，带动螺旋齿装置3的轴旋转，推动滑行槽1里面所有的罐整体向右运动，受装重量达到的罐被推出到最右边。

如图14所示，待滑行槽1后续空罐到达秤过渡板8的边平面8-1上受装物体后，重量减轻，电机停转，推罐结束。

如图15所示，随后挡罐气缸19的缸杆缩回，电磁铁13同时吸合，吸住储罐板12斜面上最下端一个金属罐，之前斜装的下罐滑槽11槽中的活塞杆挡住的空罐滑下，并顺着弧形滑槽11-1底部的衬托进行溜滑。空罐的上侧面最先撞到水平u型滑行槽1内的后一个空罐的上沿，空罐上沿被阻挡。由于下罐滑槽11下部的弧形滑槽11-1的半圆弧斜形的作用，下放的空罐顺利落到滑行槽1的两底平面1-3的两平面上。

如图16所示，落下时，控制螺旋齿装置3的齿槽3-3的位置正好在这里全部与罐体的底部正对，并落到两底平面1-3上。即使罐体有部分底面没有落到u型滑行槽1两底平面1-3上，而是落到了螺旋齿装置3的齿顶面3-2上。随着后来螺旋齿的旋转，罐体在齿顶面3-2的上的部分底面也会滑落，而落到齿槽3-3内，从而全部落在u型滑行槽1的两底平面1-3上。

在整个放空罐过程中，挡罐气缸19的活塞杆缩回，电磁铁13一直是吸合，吸住了储罐板12斜面上最下端一个金属罐，避免同时放两个罐下来。

如图13所示，自动放空罐结束，挡罐气缸19的活塞杆伸出，电磁铁13释放，被它吸住了储罐板12斜面上最下端一个金属罐下罐滑槽11的u型槽中的被活塞杆挡住，同时储罐板12斜面后面的罐下滑或人工补上。回到开始状态，

如图11-1、11-2及11-3所示，所述自动称重、自动换罐、自动下空罐设备，对应受装罐21，对应下料漏斗22。其称重、换罐、下空罐通道最少为2套平行并列，通道1对应一号受装罐21-1，下料漏斗22-1，通道2对应受装罐21-2，下料漏斗22-2，通道3对应受装罐21-3，下料漏斗22-3，通道4对应受装罐21-4，下料漏斗22-4，多个通道可以平行并列，单独完成各个通道的称重、换罐、下空罐任务。