旋盖式瓶盖分离机设计

梁广源，李书环



旋盖式瓶盖分离机设计

梁广源，李书环通信作者

（天津农学院 工程技术学院，天津 300384）

塑料瓶瓶盖分离是塑制品加工回收不可缺少的环节，瓶盖分离机即用于将瓶盖从瓶身上分离开来。该文对瓶盖分离机种类及功能进行了分析，对旋拧式瓶盖分离机进行了方案设计，并对瓶身夹紧及瓶盖旋离部分进行了详细设计。设计中，喂料不需确定塑料瓶姿态，将塑料瓶随意投进喂料斗即可。

瓶盖分离机；方案设计；瓶身夹紧器；瓶盖旋离机构

近年来，随着人们消费能力的提高，多数人外出时会选择携带瓶装矿泉水或者饮料，而喝完废弃的塑料瓶不但会污染环境，也会造成资源严重浪费。塑料制品回收以及再加工利用是解决这一问题的最佳途径。瓶盖、瓶身材质各不相同，多数瓶盖为PE或者HDPE，瓶身为 PET，如果不进行分离将相互污染[1]。为此，塑料瓶盖分离是塑制品加工回收不可缺少的环节。

1 瓶盖分离机种类

近年来国内自动分离机械发展迅速，分离原理大致有以下几种：（1）粉粹式瓶盖分离机，将瓶倒入粉碎机中粉碎，将碎料注入水槽中，利用瓶盖瓶身密度不同分别收集；（2）滚筒式瓶盖分离机，将瓶倒入滚筒中，利用筒中刮刀对瓶的摩擦与切割使瓶身瓶盖分离；（3）切割式瓶盖分离机，将瓶身瓶盖沿轴切面切开，然后使用湾沟将瓶盖剥离；（4）旋盖式瓶盖分离机，模仿人工将瓶盖旋离瓶身，然后分别收集。前两种瓶盖分离机后续工作复杂、劳动强度大，后两种则具有功耗较小的特点[2]。本文即对旋盖式瓶盖分离机进行方案设计。

2 瓶盖分离机结构设计

2.1 瓶盖分离机功能分析

瓶盖分离机功能一般包括投瓶、定位、夹紧、脱盖、脱标与收集。

投瓶是将瓶投至于瓶盖分离位置。可选择直接投至到位，也可利用导板引导到位。定位是将塑料瓶瓶盖和瓶身固定，以便于下一工位操作，可选用垂直定位或水平定位。夹紧是整个过程中最关键的环节，需要分别对瓶盖和瓶身用不同的机构实现夹持，在设计过程中需根据瓶盖和瓶身的尺寸计算得到适合的机构。脱盖即是在瓶身被夹紧的状态下，采用旋盖机构使瓶盖和瓶身发生相对旋转。脱盖的方式有两种，一是将塑料瓶集中挤压，利用瓶盖与压辊机之间的摩擦使瓶盖与瓶身发生相对运动，从而达到脱盖的目的，这种方法可以处理大量的塑料瓶；另外一种方式是对单个塑料瓶进行加工处理。脱标是将标签从瓶身上剥离；传统的塑料瓶回收工业采用压辊机挤压、划落以达到脱标目的。脱标也可以采用轴向切割方式，即用平行于瓶身方向的割刀完成，割刀由电机带动或者固定在某个工位段[3-4]。回收是对瓶身、瓶盖、标签分类收集，便于加工。分离机各功能均有多种实现方式。

2.2 瓶盖分离机方案及各主要部分结构设计

瓶盖分离机功能关系如图1所示。

图1 旋盖式瓶盖分离机械功能关系图

图2为瓶盖分离机设计方案，采取滚筒间歇式进料。首先，塑料瓶被投进滚筒上方的喂料斗中，喂料斗上部分为长方体箱，下部分为倒三角柱状。塑料瓶进入喂料斗后，会顺着箱体滑落到进料口内。进料口下方是间歇式排料滚筒。滚筒表面有4个可水平放置塑料瓶的凹槽，滚筒每转动1/4圈，就会有一个塑料瓶滑落在凹槽内。滚筒外面有圆柱形壳体，防止塑料瓶运输过程中掉落。当滚筒转动180°，塑料瓶落入排料口[5-6]。

图2 旋盖式瓶盖分离机示意图

注：1. 喂料机；2. 间歇式排料滚筒；3. 定向导路；4. 定位V型块；5. 瓶盖收集箱；6. 滚筒电机；7. 瓶盖夹持器；8. 旋盖电机；9. 传动板；10. 传动杆；11. 下料导板；12. 液电推杆；13. 瓶身夹持器；14. 瓶标切割器；15. 瓶身收集箱

排料口下方是定向导路（图3），定向导路的起始端形状类似塑料瓶，并且在起始端稍下方有下料挡板，在类似塑料瓶端口及定位挡板作用下，凭借塑料瓶本身重力产生的旋转力矩，无论塑料瓶瓶口向左还是向右，塑料瓶都将瓶口向下，顺着下料导板瓶口向左滑落到定位V型块上，从而进入夹紧工位。

图3 定向导路

塑料瓶的夹紧装置由两部分组成，包括瓶盖夹持器和瓶身夹持器。当塑料瓶落入V型块上后，瓶身夹持器的双臂在电液推杆作用下在轴向和径向上都会发生位移。当推杆推动塑料瓶在V型块上轴向运动时，双臂受到限位块的作用，沿夹持臂导路方向移动，从而可以夹紧塑料瓶。如图4[7]。

图4 瓶身夹紧器工作原理图

瓶盖夹持器由L型夹紧块、固定环和复位弹簧组成，见图5。塑料瓶在液电推杆作用下向左移动，使瓶盖顶在夹紧块的一侧，夹紧块绕轴运动，从而夹紧瓶盖。

图5 瓶盖夹紧器工作原理图

注：1. L型夹紧块；2. 固定环；3. 复位弹簧

脱盖采用的是旋拧机构，由电机、传动板、传动杆和瓶盖夹持器组成。传动板连接电机，4根空间平行的传动杆将传动板和固定环连为一体，见图6。当旋盖完成，液电推杆回缩，在弹簧力的作用下，L型夹紧块复位，瓶盖弹出，落入收集箱，见图2。

图 6 旋盖机构工作原理

注：1. 电机；2. 传动板；3. 传动杆

脱标采用轴向切割方式，即在塑料瓶脱盖完成后，液电推杆回缩，瓶会在V型块左侧缺口掉落，由电机驱动的叶片切割切割瓶标（图2），并将掉落的瓶标吹落在特定位置，瓶身落在下方收集箱中。

3 总结

本例设计在功能分析的基础上，确定了瓶盖分离机结构方案。与其他分离机相比，其优点是不需人工定时定姿态喂料，像平时扔塑料瓶一样随意投进喂料斗，即可确保工位上只有一个塑料瓶被正确放置加工，且结构简单，能够实现所有功能需求。缺点是各工序时间配置比较复杂，需经过不断地推算和演练；动力源也比较多。为解决这一问题，可以考虑采用单一动力源及分路传动链。

[1] 申潜. 基于凸轮的塑料瓶自动分离机械设计与研究[D].郑州：郑州大学，2014.

[2] 高涛，章煜君，潘立. 我国废旧塑料回收领域的现状与发展综述[J]. 机电工程，2009，26（6）：5-8.

[3] 翟萍，刘冰，张魏华，等. 一种塑料瓶标签分离回收装置：CN103029232A[P]. 2013-04-10.

[4] 梁广源，李书环. 瓶盖分离机机构设计[J]. 山东工业技术，2017（17）：15-16.

[5] Sclater N, Chironis N P. 机械设计实用机构与装置图册[M].邹平，译. 北京：机械工业出版社，2003.

[6] 孙开元，张丽杰. 常见机构设计及应用图例[M]. 北京：化学工业出版社，2013.

[7] 孙桓，陈作模，葛文杰. 机械原理[M]. 8版. 北京：高等教育出版社，2007.

责任编辑：杨霞

Design of screw-cap-type bottle separator

LIANG Guang-yuan, LI Shu-huanCorresponding Author

（College of Engineering and Technology, Tianjin Agricultural university, Tianjin 300384, China）

The separation of plastic bottle caps is an indispensable part in the processing and recycling of plastic products, and a bottle cap separator is used to separate the bottle cap from the bottle. In this paper, the types and functions of bottle separator were analyzed, based on which the screwed bottle cap separator was designed, and the parts of bottle clamping and capping off were designed in detail. In the design, the feeding does not need to determine the posture of the plastic bottle, but it simply throws the plastic bottle into the feeding hopper at random.

bottle cap separator; scheme design; bottle clamping device; bottle cap spinning off mechanism

1008-5394（2018）04-0068-02

10.19640/j.cnki.jtau.2018.04.015

TH112.1

A

2018-07-13

梁广源（1993－），男，学士，研究方向：农业机械化及其自动化。E-mail：13102105690@163.com。

李书环（1967－），女，副教授，硕士，主要从事机械设计方面的研究与教学工作。E-mail：hblshh@163.com。