本发明涉及塑料周转箱的贮运周转技术领域，特别涉及一种空箱在线自动嵌套收集设备及方法。
背景技术：
目前，果蔬的储运需要大量采用塑料周转箱。为了适合堆垛，该类塑料周转箱的外形均设计为直身状态，即开口面和底面都是等宽的。因此，采用该类周转箱装载果蔬后，可以逐个以底叠面向上堆垛，方便储运。
但是，当周转箱在空箱状态储运时，逐个以底叠面向上堆垛的方式就很浪费空间，不便于储运，其储运成本也高。因此，为了节省储运空间，最好的处理方式是将周转箱逐个嵌套在一起，但由于该类周转箱直身设计，不能对应嵌套。因此，在工厂中，操作工人一般采取如图1或图2所示的方式，将上下两个箱体反向合拢，中间嵌入一个侧向直立的箱体，形成三位一体的组合，然后才一组一组进行堆叠。采取这种嵌套收集方式，储运空间可减少三分之一。但该空箱嵌套收集方式目前均采用人工操作完成，工作繁琐，耗费时间长，虽然节省了储运空间，但是耗费大量的人力，其储运成本并没有得到有效控制。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种空箱在线自动嵌套收集设备，该设备可实现塑料周转箱空箱的在线自动收集组合，以三个为一组，相互嵌套形成一个集合体，从而有效减小箱体的储运体积，减少人工操作，有效降低周装箱空箱的储运成本。
本发明的另一目的在于提供一种通过上述设备实现的空箱在线自动嵌套收集方法。
本发明的技术方案为：一种空箱在线自动嵌套收集设备，包括沿空箱输送方向依次设置的进箱机、集合输送装置和出箱机，集合输送装置底部设有水平翻转机构和竖直翻转机构，进箱机与集合输送装置的连接处设有箱体倒扣翻转机构，集合输送装置下方设有基座，水平翻转机构、竖直翻转机构和箱体倒扣翻转机构均安装于机座上。其中，进箱机、集合输送装置和出箱机均具有输送平面，用于空箱输送；水平翻转机构用于实现第一空箱在水平面内的转动，竖直翻转机构用于实现第一空箱在竖直面内的转动，两者相结合，使第一空箱的开口面方向与第二空箱的插入方向相适应；箱体倒扣翻转机构用于实现第三空箱的开口面翻转，使其可以快速倒扣至第一空箱上。
所述集合输送装置包括架体、电动辊筒和护栏，架体为顶部开口的框架结构，架体内平行排列有多个电动辊筒，位于电动辊筒两端的架体两侧边上分别设有护栏。
所述水平翻转机构包括第一气动旋转机构和转盘，转盘与集合输送装置的架体底部固定连接，第一气动旋转机构的输出端与转盘连接。其中，第一气动旋转机构可采用旋转气缸等形式，第一气动旋转机构动作时，通过转盘带动集合输送装置及空箱进行整体转动，其转动的最大角度为90°。
所述竖直翻转机构包括翻转气缸、托架和支轴座，支轴座安装于基座上，支轴座中心设有支轴，托架是两侧均呈l形的框架结构，托架的两侧顶端分别通过支轴与支轴座连接，托架的下部设有铰支，铰支与翻转气缸的活塞杆末端连接，翻转气缸安装于基座上。
所述竖直翻转机构中，托架包括一个底部框架和两个侧板，两个侧板分别位于集合输送装置的护栏外侧，底部框架位于集合输送装置和水平翻转机构的下方；各侧板均呈l形，各侧板的顶部分别通过支轴与支轴座连接；底部框架为矩形框架，两个侧板的下部之间通过底部框架连接，底部框架的一侧设置铰支。其中，水平翻转机构中的第一气动旋转机构固定安装于底部框架上，因此，当翻转气缸动作时，其活塞杆的伸缩会通过铰支带动托架以及水平翻转机构、集合输送装置、空箱形成的整体绕支轴座进行翻转，其翻转的最大角度为90°。
所述集合输送装置中，电动辊筒的顶面为空箱放置平面，进箱机的输送平面、空箱放置平面和出箱机的输送平面依次相接并位于同一水平面上。
所述箱体倒扣翻转机构包括对称设于进箱机两侧的两组夹持翻转组件，每组夹持翻转组件包括第二气动旋转机构、摆臂、夹持块和夹持气缸，第二气动旋转机构安装于基座上，摆臂的一端与第二气动旋转机构的输出端连接，摆臂的侧面分布有至少一个夹持块，每个夹持块对应连接有一个夹持气缸。其中，第二气动旋转机构可采用旋转气缸等形式，第二气动旋转机构动作时，通过夹持于空箱两侧的摆臂带动空箱翻转倒扣于集合输送装置上的空箱上，其转动的最大角度为180°。
所述摆臂为一体式的平板结构，包括相连接的水平段和倾斜段，夹持块分布于水平段上，倾斜段的端部与第二气动旋转机构连接。
本发明通过上述设备实现一种空箱在线自动嵌套收集方法，包括以下步骤：
(1)进箱机向集合输送装置送入第一空箱，此时第一空箱的开口面向上；
(2)水平翻转机构运行，带动集合输送装置及第一空箱在水平面内转动90°，此时第一空箱的开口面仍向上；
(3)竖直翻转机构运行，带动水平翻转机构、集合输送装置及第一空箱在竖直面内转动90°，此时第一空箱的开口面朝向进箱机；
(4)进箱机向集合输送装置送入第二空箱，此时第二空箱从第一空箱的开口面直接插入第一空箱中；
(5)竖直翻转机构运行，带动水平翻转机构、集合输送装置、第一空箱及第二空箱在竖直面内反向转动90°，此时第一空箱的开口面恢复向上；
(6)水平翻转机构运行，带动集合输送装置及第一空箱在水平面内反向转动90°，此时第一空箱的开口面仍向上；
(7)进箱机送入第三空箱，第三空箱到达箱体倒扣翻转机构处时，进箱机停止运行，箱体倒扣翻转机构夹持第三空箱，并将第三空箱翻转180°，此时第三空箱的开口面向下并扣于第一空箱上，形成三箱集合体；
(8)箱体倒扣翻转机构复位，集合输送装置将三箱集合体送至出箱机并由出箱机送出。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
本空箱在线自动嵌套收集设备及方法可实现塑料周转箱空箱的在线自动收集组合，以三个为一组，相互嵌套形成一个集合体，从而有效减小箱体的储运体积，减少人工操作，有效降低周装箱空箱的储运成本。
本空箱在线自动嵌套收集设备通过设置三组转动方向各不相同的翻转机构(即水平翻转机构、竖直翻转机构和箱体倒扣翻转机构)，使三个空箱嵌套时可在线连续进行，完全代替人工操作，可快速完成周转箱空箱的嵌套和堆垛，有效提高其贮运效率。
本空箱在线自动嵌套收集设备中，各翻转机构通过相应的气缸驱动，其翻转角度精确，空箱嵌套定位准确，设备故障率较低。
附图说明
图1为三个空箱嵌套形成的三箱集合体的结构示意图。
图2为图1的a向视图。
图3为本空箱在线自动嵌套收集设备的结构示意图。
图4为图3的b-b截面视图。
图5为图3的c方向视图。
图6为图5中集合输送装置转动90°后的状态示意图。
图7为单组夹持翻转组件的结构示意图。
图8为图7的d方向视图。
图9为集合输送装置的结构示意图。
图10为图9的e方向视图。
图11本空箱在线自动嵌套收集设备的工作原理示意图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
本实施例一种空箱在线自动嵌套收集设备，如图3或图5所示，包括沿空箱输送方向依次设置的进箱机1、集合输送装置2和出箱机3，集合输送装置底部设有水平翻转机构5和竖直翻转机构6，进箱机与集合输送装置的连接处设有箱体倒扣翻转机构7，集合输送装置下方设有基座8，水平翻转机构、竖直翻转机构和箱体倒扣翻转机构均安装于机座上。其中，进箱机、集合输送装置和出箱机均具有输送平面，用于空箱输送；水平翻转机构用于实现第一空箱9在水平面内的转动，竖直翻转机构用于实现第一空箱在竖直面内的转动，两者相结合，使第一空箱的开口面方向与第二空箱10的插入方向相适应；箱体倒扣翻转机构用于实现第三空箱11的开口面翻转，使其可以快速倒扣至第一空箱上，嵌套完成后形成的三箱集合体见图1或图2所示。
1、上述各机构的具体结构如下：
进箱机和出箱机均采用带有独立动力的辊筒输送机即可。
集合输送装置的结构如图9或图10所示，主要由架体2-1、电动辊筒2-2、护栏2-3组成，实际也是一台小型辊筒输送机。
如图3或图4所示，水平翻转机构包括第一气动旋转机构5-1和转盘5-2，转盘与集合输送装置的架体底部固定连接，第一气动旋转机构的输出端与转盘连接。其中，第一气动旋转机构可采用旋转气缸等形式，第一气动旋转机构动作时，通过转盘带动集合输送装置及空箱进行整体转动，其转动的最大角度为90°。集合输送装置安装在气动旋转机构上，通过其架体的底部与转盘固定联接，而气动旋转机构则固定安装在下述竖直翻转机构的托架上。当气动旋转机构动作时，其动力输出可通过转盘带动集合输送装置作90°旋转，如图6所示。
竖直翻转机构包括翻转气缸6-1、托架6-2和支轴座6-3，支轴座安装于基座上，支轴座中心设有支轴，托架是两侧均呈l形的框架结构，托架的两侧顶端分别通过支轴与支轴座连接，托架的下部设有铰支6-4，铰支与翻转气缸的活塞杆末端连接，翻转气缸安装于基座上。竖直翻转机构中，托架是l形框架结构，通过其上臂的轴孔悬吊在左右两个支轴座上，整体可绕支轴座的支轴中线摆动。托架的底部左侧通过铰支与翻转气缸的活塞杆端部联接，当翻转气缸的活塞杆伸出时，可推动托架绕支轴座逆时针翻转90°，从而带动气动旋转机构和集合输送装置一起翻转。其具体结构为：托架包括一个底部框架和两个侧板，两个侧板分别位于集合输送装置的护栏外侧，底部框架位于集合输送装置和水平翻转机构的下方；各侧板均呈l形，各侧板的顶部分别通过支轴与支轴座连接；底部框架为矩形框架，两个侧板的下部之间通过底部框架连接，底部框架的一侧设置铰支。其中，水平翻转机构中的第一气动旋转机构固定安装于底部框架上，因此，当翻转气缸动作时，其活塞杆的伸缩会通过铰支带动托架以及水平翻转机构、集合输送装置、空箱形成的整体绕支轴座进行翻转，其翻转的最大角度为90°。
集合输送装置中，电动辊筒的顶面为空箱放置平面，进箱机的输送平面、空箱放置平面和出箱机的输送平面依次相接并位于同一水平面上。
箱体倒扣翻转机构包括对称设于进箱机两侧的两组夹持翻转组件，如图7或图8所示，每组夹持翻转组件包括第二气动旋转机构7-1、摆臂7-2、夹持块7-3和夹持气缸7-4，第二气动旋转机构安装于基座上，摆臂的一端与第二气动旋转机构的输出端连接，摆臂的侧面分布有至少一个夹持块，每个夹持块对应连接有一个夹持气缸。其中，第二气动旋转机构可采用旋转气缸等形式，第二气动旋转机构动作时，通过夹持于空箱两侧的摆臂带动空箱翻转倒扣于集合输送装置上的空箱上，其转动的最大角度为180°。在摆臂的长度方向安装两个夹持气缸，夹持气缸的活塞轴端联接橡胶材质的夹持块；摆臂的右端部联接第二气动旋转机构的输出轴。第二气动旋转机构可采用旋转气缸等形式，其动作时，可通过输出轴带动摆臂作180°回转。两组夹持翻转组件对称安装在进箱机的两侧，通过其第二气动旋转机构的座体固定在基座上(如图5所示)。其中，摆臂为一体式的平板结构，包括相连接的水平段和倾斜段，夹持块分布于水平段上，倾斜段的端部与第二气动旋转机构连接。
2、空箱在线自动嵌套收集设备的工作原理如下：
图11所示为周转箱空箱在线自动嵌套收集形成一组三箱集合体的工作过程，具体如下：
(1)如图中步骤(a)所示，进箱机启动，由左至右输入第一空箱，箱体开口面向上；
(2)如图中步骤(b)所示，第一空箱进入集合输送装置，随集合输送装置的电动辊筒运行至中部位置定位，辊筒停转，箱体的两侧被护栏限位；
(3)如图中步骤(c)所示，第一气动旋转机构动作，带动集合输送装置及其上的第一空箱水平顺时针旋转90°(其俯视状态参照图6)；
(4)如图中步骤(d)所示，翻转气缸动作，其活塞杆伸出推动托架带动集合输送装置及其上的第一空箱绕支轴座逆时针翻转90°；至此，第一空箱形成如图所示的侧卧开口向左状态；
(5)如图中步骤(e)所示，进箱机输入第二空箱，由左至右运行直至第二空箱的前半部插入第一空箱内部；
(6)如图中步骤(f)所示，翻转气缸动作，其活塞杆收缩拉动托架带动集合输送装置及其上的第一空箱、第二空箱绕支轴座顺时针回转90°；
(7)如图中步骤(g)所示，第一气动旋转机构动作，带动集合输送装置4及其上的第一空箱、第二空箱水平逆时针回转90°；此时，集合输送装置回复至图5所示的状态；
与此同时，进箱机输入第三空箱，当第三空箱运行至箱体倒扣翻转机构处时，停止并定位(即进箱机的辊筒停转)；位于第三空箱左右两侧的摆臂上，各夹持气缸同时动作，活塞轴伸出，推动各自的夹持块从两边向内顶压箱体两侧，对箱体形成合拢夹紧状态；
(8)如图中步骤(h)所示，第二气动旋转机构动作，驱动各自的摆臂绕第二旋转机构的输出轴转动，夹持着第三空箱顺时针翻转180°，致使第三空箱开口向下盖在第一空箱上方，同时把第二空箱套于其内，形成三箱集合体；
(9)如图中步骤(i)所示，各夹持气缸复位，各夹持块松开，取消对第三空箱的夹持状态，第二气动旋转机构驱动摆臂逆时针回转复位；其后，集合输送装置上的电动辊筒转动，把三箱集合体输送至出箱机，然后由出箱机运送至生产线的堆垛工位。
上述过程循环往复。空箱在线输送，通过程控实现每次3个箱体的嵌套组合，周而复始，可完全代替人工操作。
如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。