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印刷品自動(dòng)打包機(jī)
背景：通常在印刷流水線上先將紙張印刷，裝訂，然后成批進(jìn)行裁減毛邊并裁到到適當(dāng)規(guī)格，進(jìn)入包裝環(huán)節(jié)的書摞成一個(gè)長方體，然后根據(jù)需要進(jìn)行打包和貼標(biāo)簽以方便搬運(yùn)和郵寄等后續(xù)工作。因此，印刷品的包裝在整個(gè)印刷過程中占據(jù)著重要的地位。包裝后的印刷品不但易于搬運(yùn)、儲存，還能起到保護(hù)印刷品不受外界污染的效果。
但是如果采用人工打包的方式，雖然動(dòng)作技術(shù)要求不太高，但勞動(dòng)強(qiáng)度大，并且現(xiàn)場條件要求較高，否則可能對印刷品造成污染和損壞。如果是大批量印刷，則可能效率低下。如果能提高打包機(jī)的自動(dòng)化程度，則不但降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，也節(jié)省了工人的時(shí)間和精力，提高了效率和包裝的質(zhì)量。這對印刷廠商的效益的提高也是有所幫助的。
因此，本課題要求對印刷品采用包裝紙進(jìn)行包裝和粘接，設(shè)計(jì)打包動(dòng)作的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)裝置。
組成:印刷品的供送系統(tǒng)，包裝材料的的整理與供送裝置，主系統(tǒng)的分類，包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)，成品輸出機(jī)構(gòu),動(dòng)力機(jī)與傳送系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，機(jī)身。
分類：包裝按其功能的不同可分為：
由于我們是印刷品的包裝，所以我們選擇裹包機(jī)。裹包機(jī)是運(yùn)用撓性包裝材料全部或局部裹包產(chǎn)品的機(jī)器。裹包機(jī)有如下分類：
通過分析我們選擇折疊式的。
塊狀供送裝置：
主傳動(dòng)：
送紙裝置：
國內(nèi)外包裝機(jī)械產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀分析
一、包裝機(jī)械概述
包裝機(jī)械是包裝工業(yè)的一大門類產(chǎn)品，在包裝工業(yè)中有著舉足輕重的地位和作用，它給行業(yè)提供必要的技術(shù)設(shè)備，以完成產(chǎn)品的包裝工藝過程。盡管包裝機(jī)械的產(chǎn)值在整個(gè)包裝工業(yè)中所占的比重不如包裝材料大，不屬于經(jīng)常性消耗品，但對包裝工業(yè)的現(xiàn)代化卻是不可缺少的支撐。它為包裝工業(yè)提供先進(jìn)的技術(shù)裝備，保證包裝產(chǎn)品質(zhì)量高、生產(chǎn)效率高、品種多、生產(chǎn)環(huán)境好、生產(chǎn)成本低、環(huán)境污染小，因而獲得較強(qiáng)的生命力，帶來巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。沒有現(xiàn)代化的包裝機(jī)械，就沒有現(xiàn)代化的包裝工業(yè)。用于完成包裝過程的包裝機(jī)械可分為11類，它們是充填機(jī)械、灌裝機(jī)械、封口機(jī)械、裹包機(jī)械、多功能包裝機(jī)械、標(biāo)簽機(jī)械、清洗機(jī)械、干燥機(jī)械、殺菌機(jī)械、捆扎機(jī)械和集裝機(jī)械、輔助包裝機(jī)械和設(shè)備等。用于加工包裝材料和容器的包裝機(jī)械可分為7類，它們是瓦楞紙板加工機(jī)械、紙盒加工機(jī)械、復(fù)合材料加工機(jī)械、制袋機(jī)械、塑料中空容器加工機(jī)械、金屬容器加工機(jī)械、玻璃容器加工機(jī)械等。該類設(shè)備包括合成包裝材料制造、印刷和容器成型等工序的機(jī)械和設(shè)備，其產(chǎn)值常高于前一類包裝機(jī)械。在美國已成為一個(gè)獨(dú)立的行業(yè)，稱為轉(zhuǎn)換機(jī)械，意即將原料經(jīng)加工、印刷、成型等轉(zhuǎn)換成包裝容器的機(jī)器。該類設(shè)備大多數(shù)是盛大生產(chǎn)線，生產(chǎn)效益高，與工藝和原料關(guān)系十分密切，投資大，但效益好。包裝機(jī)械作為專業(yè)性機(jī)械，除了普通機(jī)械的一般要求外，還有外表美觀、傳動(dòng)裝置緊湊、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、精度高、生產(chǎn)效率高等要求，以很好地完成自身功能，適應(yīng)市場需求。二、國外包裝機(jī)械業(yè)概況美國、日本、德國、意大利是世界上包裝機(jī)械四大強(qiáng)國。美國是世界上包裝機(jī)械發(fā)展歷史較長的國家，早已形成了獨(dú)立完整的包裝機(jī)械體系，其品種和產(chǎn)量均居世界之首。10多年來，美國始終保持著世界最大包裝機(jī)械生產(chǎn)和消費(fèi)大國的地位。其產(chǎn)品以高、大、精、尖產(chǎn)品居多，機(jī)械與計(jì)算機(jī)緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化控制。新型機(jī)械產(chǎn)品中以成型、填充、封口三種機(jī)械的增長最快，裹包機(jī)和薄膜包裝機(jī)占整個(gè)市場份額的15%，紙盒封盒包裝機(jī)在市場占有率中居第二位。從上世90年代初以來，美國包裝機(jī)械業(yè)一直保持著良好的發(fā)展勢頭。美國國內(nèi)包裝機(jī)械市場在全球是首屈一指的，各種包裝機(jī)械主要內(nèi)銷，1998年美國包裝機(jī)械國內(nèi)消費(fèi)占82%，出口只占產(chǎn)值的18%，但出口額大。美國的包裝機(jī)械制造廠大部分附屬于大型包裝材料廠，銷售也完全依賴母公司。中國已成為繼加拿大、墨西哥、日本、英國、德國之后，美國包裝機(jī)械的第6大出口市場。日本與美國、德國相比，起步較晚。上世紀(jì)60年代以前，包裝機(jī)械廠家不足60家，只能包裝糖果、香煙等。60-70年代，是日本包裝機(jī)械業(yè)起步階段，產(chǎn)值增長速度很快。70-80年代，增長速度雖不如上一階段那么高，但年增長率仍達(dá)13%。80-90年代是穩(wěn)定增長分階段，將微電子技術(shù)成功地應(yīng)用于包裝機(jī)械的控制，以后又將光導(dǎo)纖維技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、模塊化技術(shù)應(yīng)用于包裝機(jī)械，達(dá)到安全性高、無人操作、高生產(chǎn)率的水平，大大提高了其國際市場競爭力。因此，從上世紀(jì)60年代到90年代初，日本包裝機(jī)械工業(yè)連續(xù)30多年高速增長，經(jīng)歷了引進(jìn)--消他--發(fā)展的過程。日本的包裝機(jī)械制造廠以中小企業(yè)為主，包裝機(jī)械的品種近500種，規(guī)格有700多個(gè)。包裝機(jī)械以中小型單機(jī)為主，具有體積小、精密度高、易安裝、操作方便、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。90年代以來，已將變頻調(diào)整、光電追蹤、無觸點(diǎn)電子開關(guān)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)顯示等技術(shù)運(yùn)用在包裝機(jī)械中。日本包裝機(jī)械的很大一部分用于食品包裝領(lǐng)域，食品包裝機(jī)械產(chǎn)值占包裝機(jī)械總產(chǎn)值的一半以上。日本包裝機(jī)械的主要市場是本國，出口額只占產(chǎn)值的10%。亞洲是日本包裝機(jī)械的主要出口市場。從上世紀(jì)90年代以來，日本對中國的出口額連年大幅增長，自1995年起，中國已成為日本包裝機(jī)械的最大出口國。德國、意大利、英國、瑞士和法國等，都是世界上很重要的包裝機(jī)械生產(chǎn)國家。歐洲各國包裝機(jī)械業(yè)的一個(gè)共同特點(diǎn)，是出口比例（出口額占產(chǎn)值的比例）都很大，如德國和意大利近80%，瑞士超過90%，荷蘭出口額甚至大于產(chǎn)值，因?yàn)楹商m是歐洲很重要的貿(mào)易轉(zhuǎn)口地。德國的包裝機(jī)械在計(jì)量、制造、技術(shù)性能等方面居領(lǐng)先地位，特別是啤酒、飲料灌裝設(shè)備具有高速、成套、自動(dòng)化程度高、可靠性好等特點(diǎn)，享譽(yù)全球。一些大公司生產(chǎn)的包裝機(jī)械集機(jī)-電-儀及微機(jī)控制于一體，采用光電感應(yīng)，以光標(biāo)控制，并配有防靜電裝置。其大型自動(dòng)包裝機(jī)不僅包裝容積大，而且能集制袋、稱重、充填、抽真空、封口等工序在一臺單機(jī)上完成。德國包裝機(jī)械業(yè)多年來始終處于穩(wěn)定增長狀態(tài)，出口比例占80%左右。德國是世界上最大的包裝機(jī)械出口國。意大利是僅次于德國的第二大包裝機(jī)械出口國。意大利的包裝機(jī)械多用于食品工業(yè)，具有性能優(yōu)良、外觀考究、價(jià)格便宜的特點(diǎn)，出口比例占80%左右，美國是其最大的出口市場。上世紀(jì)90年代以來，意大利對中國的包裝機(jī)械出口額迅速增長，1995年在意大利的出口排名榜上，中國已躍上為第2位。
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摘要
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民生活水平的提高，商品經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對商品包裝提出了更高的要求．哪里有商品，哪里就有包裝．可以說包裝工業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)整體結(jié)構(gòu)的發(fā)展起著重要的作用。包裝機(jī)械產(chǎn)品量大面廣，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工、軍工等各個(gè)行業(yè)。效率低，成本高一直以來都是捆扎機(jī)設(shè)計(jì)遇到的問題。解決此問題我采取的措施是運(yùn)用了一個(gè)單向離合器，這一巧妙的設(shè)計(jì)，一舉解決了兩個(gè)問題，一是帶的熔接，二是帶圈的形成，這樣以來，不僅使自動(dòng)捆扎機(jī)的機(jī)構(gòu)變得簡單，也使的捆扎機(jī)的成本有所降低。本文致力于研究和開發(fā)一種成本低、結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便的自動(dòng)捆扎機(jī)。主要工作是根據(jù)實(shí)際的捆扎工藝，設(shè)計(jì)了捆扎機(jī)的總體結(jié)構(gòu)；然后對捆扎工藝中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究，設(shè)計(jì)了機(jī)電一體化機(jī)構(gòu)，運(yùn)用PLC編程來實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)捆扎，轉(zhuǎn)動(dòng)，推箱等動(dòng)作。本設(shè)計(jì)為快速方便的實(shí)現(xiàn)十字形捆扎提供了一種可靠的裝置。
關(guān)鍵詞：捆扎、單向離合器、機(jī)電一體化、自動(dòng)捆扎機(jī)、PLC
Abstract
With the rapid development of China's economy, the improvement of living standard and the development of commodity economy, the requirements of commodity packaging is getting more important to both manufactures and comsumers.Where there are commodity goods, there is packaging. It can be said that the packaging industry plays an important role on the development of the structure of national economy. Packaging Machinery Products Widely used in food, medicine, chemical, military and other industries.Low efficiency, high cost has been problems encountered by design binding machine. This problem Can be sloved by applying a oneway clutch. This ingenious design can slove two problems. First ,melding the strap,second,the formation of strap ring.Therefore, the mechanism in Automatic Strapping Machine is simple, lower the cost of Automatic Strapping Machine. Therefore, this paper devoted to the research and development of a low cost, compact, simply operated Automatic Strapping Machine. The major work is designing the overall structure of Automatic Strapping Machine according to the actual bind process. Then the key technologies of the labeling are studied, design a mechanism of electromechanical integration, use of PLC programming to achieve control system. Finally, Realize binding, rotating, pushing the carton and other movement. This designed a rapid realization of cross Banding mahchine.
Keywords: Band,oneway clutch, electromechanical integration, Automatic Strapping Machine, PLC
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目 錄
1 緒論 1
1.1引言 1
1.2捆扎機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1
1.3本課題研究內(nèi)容 5
2系統(tǒng)分析 7
2.1系統(tǒng)功能需求分析 7
2.2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 7
2.2.1工藝分析 7
2.2.2捆扎機(jī)主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其原理 8
3機(jī)構(gòu)中重要的計(jì)算 13
3.1電動(dòng)機(jī)的選擇 13
3.2重要軸的校核 17
3.2.1軸1的校核計(jì)算 17
3.2.2軸2的校核計(jì)算 19
3.3工作周期的計(jì)算 21
3.4主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算 23
4 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 26
4.1控制系統(tǒng)的流程 26
4.2控制系統(tǒng)的程序 28
5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 30
6 結(jié)語 31
7 致謝 32
參考文獻(xiàn) 33
IV
1 緒論
1.1引言
隨著人民生活水平的不斷提高，對商品包裝提出了更高的要求．哪里有商品，哪里就有包裝．可以說包裝工業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)整體結(jié)構(gòu)的發(fā)展起著重要的作用。包裝機(jī)械產(chǎn)品量大面廣，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工、軍工等各個(gè)行業(yè)。我國捆扎包裝是改革開放以后發(fā)展起來的．由于起步較晚，大部分設(shè)備都是通過引進(jìn)設(shè)備消化吸收研制出來的，行業(yè)從無到有，從小到大，逐步發(fā)展起來。隨著我國食品工業(yè)、包裝工業(yè)和農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展．我國的包裝食品機(jī)械行業(yè)取得了世人矚目的進(jìn)步．產(chǎn)品品種的數(shù)量不斷增加．使包裝和食品機(jī)械行業(yè)成為直接為提高人民生活質(zhì)量服務(wù)，為包裝廠業(yè)和食品工業(yè)服務(wù)．為農(nóng)業(yè)和農(nóng)副產(chǎn)品深加工業(yè)服務(wù)的新興行業(yè)．成為我國機(jī)械工業(yè)十大支柱產(chǎn)業(yè)之一．基本上能生產(chǎn)出滿足人民生活需求的各種各樣、各種檔次的產(chǎn)品，并正在不斷努力、提高、縮小與國外先進(jìn)水平、先進(jìn)技術(shù)、先進(jìn)設(shè)備的差距。在全行業(yè)廣大企業(yè)、科研單位技術(shù)人員及行業(yè)工作者的共同努力下，新產(chǎn)品、新技術(shù)日益涌現(xiàn)并轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。我國人口眾多，民以食為天，包裝與食品機(jī)械產(chǎn)品市場廣闊、潛力巨大包裝與食品機(jī)械業(yè)在我同的迅速崛起已引起社會(huì)的廣泛關(guān)注。
1.2捆扎機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
我國捆扎機(jī)械的生產(chǎn)，在經(jīng)歷了二十多年的發(fā)展之后，從無到有，從簡到精，已經(jīng)成為我國包裝機(jī)械領(lǐng)域中的主要產(chǎn)品。他以量大面廣、無所不捆的鮮明特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于制造業(yè)、食品業(yè)、運(yùn)輸業(yè)、商業(yè)、金融業(yè)和服務(wù)行業(yè)等，成為現(xiàn)代工業(yè)化社會(huì)不可缺少的設(shè)備，捆扎機(jī)械作為包裝設(shè)備中的一個(gè)主要分支．是將一個(gè)或多個(gè)包裝物用捆扎帶(繩)緊束一起的機(jī)器，使包裝件便于運(yùn)輸、保管和裝卸，屬于外包裝設(shè)備。捆扎機(jī)械的發(fā)展．在一定程度上惜助于捆扎材料的開發(fā)應(yīng)用在捆扎材料中，先后出現(xiàn)的有草繩、綿麻繩、紙繩、盒屬絲、塑料繩、塑料帶、鋼帶、聚胺酯帶等等但由于其本身的強(qiáng)度和延伸率不同和對機(jī)械捆扎的適應(yīng)程度各異，以及考慮制作成本：目前以鋼帶和塑料帶的應(yīng)用最為廣泛。特別是自五十年代以來，隨著石油化工的崛起，開始用塑料作為捆扎材料．為塑料帶（繩）捆扎機(jī)械的開發(fā)成功奠定了基礎(chǔ)．由于塑料帶比鋼帶、紙帶具有較低的使用成本和不銹蝕、不污染、強(qiáng)度適中、手感柔軟、制造方便、外觀美觀等優(yōu)點(diǎn)，使之在許多領(lǐng)域逐步替代原來的鋼帶，紙帶，塑料帶捆扎機(jī)成為包裝機(jī)械中少有的技術(shù)成熟、簡單可靠、品種齊全、覆蓋面廣的主要設(shè)備。
國內(nèi)外發(fā)展概況
國外捆扎機(jī)械的應(yīng)用，起始可追溯到本世紀(jì)初期，如美國的SIGNODE公司、德國的CYKLOP公司等就涉足捆扎行業(yè)，生產(chǎn)鋼帶捆扎設(shè)備為主，但其規(guī)模和生產(chǎn)技術(shù)水平都還較低：直到本世紀(jì)的五十年代，由于塑料材料的問世，使以塑料帶作為捆扎材料成為現(xiàn)實(shí)，這也就大大地促進(jìn)了塑料帶捆扎機(jī)的發(fā)展，較早的如日本的下島株式會(huì)社、日魯工業(yè)株式會(huì)社等。至1991年， 日本的塑料帶捆扎機(jī)總產(chǎn)量達(dá)14萬臺，約占包裝機(jī)械總數(shù)的19.5％，總產(chǎn)值達(dá)300億口元，每年約有30％的出口，幾乎占領(lǐng)了全部東南亞市場。由于他們能成功地引進(jìn)和消化吸收別國的經(jīng)驗(yàn)，不斷改進(jìn)發(fā)展出結(jié)構(gòu)較為簡單，可靠性高，在國際市場上有很大的競爭能力。其中最大的生產(chǎn)廠家為下島株式會(huì)社，于1969年開始正式生產(chǎn)自動(dòng)捆扎機(jī)，至1985年總產(chǎn)量就突破5萬臺，年銷售額達(dá)61億日元，全公司僅150多人．主要從事產(chǎn)品開發(fā)，產(chǎn)品質(zhì)量控制和推銷工作，其零部件加工和裝配均通過擴(kuò)散的辦法：在國內(nèi)設(shè)有17家分公司和270個(gè)代銷點(diǎn)，并在35個(gè)國家和地區(qū)設(shè)有代理點(diǎn)產(chǎn)品品種多達(dá)200多個(gè)。
美國的SIGNODE公司則是一家以鋼帶捆扎機(jī)為主，塑料帶、聚酯帶捆扎工具為輔的跨國公司，屬于美國上市公司。在美國和其他六個(gè)國家設(shè)有分公司．該公司自1913年就開始從事捆扎機(jī)械的生產(chǎn)，為lOO多個(gè)國家的工業(yè)產(chǎn)品包裝提供服務(wù)，并為各國用戶 提供24小時(shí)內(nèi)的配件供應(yīng)服務(wù)，他們不僅具有巨大的生產(chǎn)能力，而且還有一支精益求精的研制和開發(fā)隊(duì)伍，通過對捆扎機(jī)械各功能部件的反復(fù)試驗(yàn)和多方案對比，生產(chǎn)出的捆扎機(jī)械具有很好的可靠性和最佳的經(jīng)濟(jì)壽命．雖然價(jià)格昂貴，但很搶手。
我國捆扎機(jī)械生產(chǎn)自1976年開始，隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和各行業(yè)對改善產(chǎn)品包裝質(zhì)量的要求日益迫切。使捆軋機(jī)械不論在生產(chǎn)能力，生產(chǎn)技術(shù)整體性能方面有了很大的提高，其主要的表現(xiàn)為：
1 已將微機(jī)技術(shù)應(yīng)用于捆扎機(jī)程序控制，具有溫度控制，自動(dòng)計(jì)數(shù)，定長送帶，故障報(bào)警等多種功能，不僅可單機(jī)使用也可多機(jī)聯(lián)用或與自動(dòng)生產(chǎn)線配套使用。
2、從機(jī)器的傳動(dòng)開方式來看．有機(jī)械傳動(dòng)液壓傳動(dòng)和氣動(dòng)，特別是隨液壓傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡單，制造方便的特點(diǎn)．是我國特有的機(jī)型。
3、品種規(guī)格比較齊全．為適應(yīng)不同的用戶需要，已有全自動(dòng)、半自動(dòng)和手提式捆扎機(jī)，根據(jù)包件捆扎要求不同．除通用的普通型外，又有帶壓力的捆扎機(jī)，雙軌道捆扎機(jī),側(cè)封式捆扎機(jī)等，其工作臺面有高有低，可適應(yīng)單件捆扎或自動(dòng)連續(xù)捆扎的需要，目前最大的自動(dòng)捆尺寸可達(dá)2000x 1200毫米，最小的可捆扎：50×80毫米的包件品種已達(dá)二十多種。
4、捆扎能力在每分鐘12到21道之間，基本率能滿足當(dāng)前的生產(chǎn)需要。
5、目前仍大量采用寬度為l3.5毫米的塑料捆扎帶和折徑為30毫米的筒形薄膜捆扎繩，并正在開發(fā)使用寬度為5-1O毫米的塑料捆扎帶的捆扎機(jī)，但國外大繁使用的鋼帶自動(dòng)捆扎機(jī)在國內(nèi)尚未開發(fā)。
6、捆扎帶粘接主要利用燙頭將捆扎帶兩端加熱，一定溫度后再施壓使之粘合，稱為熱熔搭接型，其接頭的拉力強(qiáng)度可達(dá)母帶強(qiáng)度的80％。 塑料繩捆結(jié)機(jī)則以打結(jié)的形式捆緊包件。
7、目前已能生產(chǎn)二十多個(gè)品種的捆扎機(jī)和三十品種的捆結(jié)機(jī)，基本上能滿足國內(nèi)需求，其中半自動(dòng)捆扎機(jī)的整機(jī)性能已接近國外先進(jìn)水平．故每年有較大的批量出口，而自動(dòng)捆扎機(jī)仍與國外有較大的差距：與國外捆扎機(jī)械生產(chǎn)技術(shù)水平相比．國產(chǎn)機(jī)差距主要表現(xiàn)為：
品種單一，生產(chǎn)能力低。雖然經(jīng)過二十多年的發(fā)展．但只能生產(chǎn)20多個(gè)品種 還不及國外一個(gè)公司的品種數(shù) 而且只能生產(chǎn)通用型的產(chǎn)品，如鋼帶自動(dòng)捆扎機(jī)的生產(chǎn)至今仍是一個(gè)空白．無法滿足一些特殊行業(yè)的需要。我國捆扎機(jī)械的生產(chǎn)起步較晚，主要是靠引進(jìn)國外的樣機(jī)經(jīng)消化改進(jìn)二次開發(fā)生產(chǎn)的．因此在生產(chǎn)中著重于產(chǎn)品的整機(jī)性能而忽視了對零部件的研究。導(dǎo)致在捆扎速度、接頭粘接方式和送帶軌道等主要技術(shù)性能方面不及國外先進(jìn)水平。工作可靠性較差，其中特別是捆扎帶和元器件的質(zhì)量不穩(wěn)定對整機(jī)的性能帶來很大的影響。捆扎機(jī)在我國發(fā)展趨勢，捆扎機(jī)械的發(fā)展只有二十多年的歷史?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展和各行業(yè)對提高產(chǎn)品包裝質(zhì)量的要求正在不斷地推動(dòng)捆扎機(jī)械的發(fā)展，并將會(huì)出現(xiàn)以下的變化：
1、發(fā)展多品種，系列化生產(chǎn)
由于社會(huì)商品生產(chǎn)的逐漸發(fā)達(dá)和捆扎機(jī)械在使用過程中所顯示的極大適應(yīng)性，使捆扎機(jī)械的應(yīng)用越來越廣，除要滿足一般重量，大小和批量的包件捆扎外，還要求有能適應(yīng)防水（水產(chǎn)品和易腐蝕品等液體包裝品)．防塵(建材和粉狀物品包裝)，防爆(易爆物品包裝J型捆扎機(jī)．能適應(yīng)特重物品、松輕物品的捆扎機(jī)，能十字自動(dòng)捆扎．多道同時(shí)捆扎．加壓捆扎和帶托盤捆扎的捆扎機(jī)。在今后，捆扎機(jī)將會(huì)出現(xiàn)在不僅僅是工業(yè)系統(tǒng)，而會(huì)向辦公、銀行、郵電等部門發(fā)展 捆扎的目的也不會(huì)再局限于保護(hù)商品，便于運(yùn)輸．而是向美化商品發(fā)展，如禮品的包裝捆扎．超級市場的小包裝捆扎，借助多彩的捆扎帶給商品增添美感。其二是在捆扎用帶方面，除了現(xiàn)在大量使用的聚丙烯塑料帶外，將會(huì)有鋼帶捆扎，聚胺酯帶捆扎機(jī)．以適應(yīng)鋼鐵等重型物品的捆扎。塑料薄膜拉伸捆扎將會(huì)越來越廣砭，以適應(yīng)帶托盤集合包裝物的捆扎和型材的捆扎。
2、提高自動(dòng)化程度
工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展．對包裝捆扎的自動(dòng)化程度要求越來越高，雖然在八十年代已成功的開發(fā)了微機(jī)控制的自動(dòng)捆扎機(jī)．具備了燙頭溫度控制，故障報(bào)警．自動(dòng)捆扎，自動(dòng)計(jì)數(shù)的功能，但對于流水線生產(chǎn)中的自動(dòng)送包、自動(dòng)定位、自動(dòng)轉(zhuǎn)位．以及十字捆扎，井字形捆扎等功能來講，還沒有成功的機(jī)型，對提高捆扎機(jī)的監(jiān)控水平來講．應(yīng)利用光導(dǎo)纖維控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操縱，并通過監(jiān)視系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)，及
時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，排除故障。此外，通過自動(dòng)化水平的提高，還應(yīng)使機(jī)器的操作與維修更趨向方便，無須熟練的工人就可操作，無須有一定水平的技術(shù)人員就能維修，使之達(dá)到機(jī)器智能化，這在一定的程度上可促進(jìn)捆扎機(jī)械推廣使用。
3、提高捆扎速度
為適應(yīng)生產(chǎn)流水線的需要，必須相應(yīng)的提高捆扎速度．目前我國自動(dòng)捆扎機(jī)的普遍水平為每道捆扎時(shí)間3——3 .5秒，最快的為2.8秒，而國外的普遍水平為1.8——2.5秒，最快的0.96秒。
4、提高送帶可靠性
目前，我國自動(dòng)捆扎機(jī)的送帶軌道大多采用金屬葉片翻轉(zhuǎn)式，利用送帶滾輪將捆扎帶送入軌道，送帶時(shí)摩擦力較大，對捆扎帶的直線性要求較高，而且噪音也大．這種滾輪式送帶只能適用于9毫米以上的塑料帶：為降低物品包裝成本，在國外已大量使用9毫米以下寬度的窄帶捆扎帶．這就要求捆扎機(jī)的送帶機(jī)構(gòu)有相應(yīng)的改進(jìn)，以保證窄帶捆扎的可靠性，為此，可以采用牽引式送帶裝置，利用卡頭夾住捆扎帶的頭部沿環(huán)型軌道凹槽使帶子在捆扎過程中始終緊貼包件表面，保持較大的捆緊力，這種方法能克服滾輪式送帶必須考慮捆扎帶本身的剛性和沿軌道的送帶能力的缺點(diǎn)，對各種寬度的捆扎帶均能使用，可有效地提高捆扎的可靠性。
5、改進(jìn)燙頭結(jié)構(gòu)
塑料帶捆扎機(jī)是利用塑料捆扎帶捆緊包件后，使帶的兩端搭接而實(shí)現(xiàn)捆扎的，如何使帶的二端搭接有多種不同的方法．如利用電熱燙頭使兩端加熱熔融狀態(tài)并在兩端施壓后實(shí)現(xiàn)搭接的熱熔措接法、高頻加熱法．也有利用加熱后釘子扎進(jìn)帶的兩端進(jìn)行粘接的卡釘法．在我國目前均使用熱熔搭接法，這種方法雖然具有粘接強(qiáng)度好，加熱快．成本低等特點(diǎn)，對于某些易爆、易燃物品的捆扎就難以適應(yīng)，如火藥、化纖等物品。由于采用電熱加熱．燙頭的表面溫度分布不均勻而且熱效率低．影響接頭質(zhì)量，增加了能耗，因此為提高燙頭的工作可靠性，必須對燙頭加熱形式進(jìn)行改進(jìn)。
6、改進(jìn)捆緊機(jī)構(gòu)
理想的捆扎應(yīng)是對包件施以足夠的捆緊力，并能針對包件的變化，通過調(diào)整確保捆緊力。目前，我國的自動(dòng)捆扎機(jī)太多采用調(diào)整張緊臂的擺動(dòng)角度來實(shí)現(xiàn)調(diào)整。半自動(dòng)捆扎機(jī)則是通過調(diào)整壓縮彈簧對摩擦離合器的壓力，因此改變送帶滾輪的傳動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)捆緊力的調(diào)整，前者屬于定距離型捆緊．而后者則是屬于定力量型，從調(diào)整的范圍和對包件的適應(yīng)性來講．定力量型能更好地實(shí)現(xiàn)有效捆扎，因此對于自動(dòng)捆扎機(jī)來講，有必要改進(jìn)捆緊機(jī)構(gòu)，以便根據(jù)不同的包件(硬包、軟包)進(jìn)行自如的調(diào)整。
1.3本課題研究內(nèi)容
紙箱自動(dòng)捆扎機(jī)該課題主要研究的內(nèi)容有：
1.自動(dòng)形成垂直帶圈
獨(dú)特的設(shè)計(jì)，使機(jī)器能自動(dòng)形成一個(gè)垂直帶圈。操作者只須將待捆扎物品放入帶圈內(nèi)，并推動(dòng)操作開關(guān)，機(jī)器便自動(dòng)完成收帶，張緊熔接、切斷等工序．待捆扎好的物品移開，機(jī)器便又自動(dòng)做出一個(gè)新的帶圈．準(zhǔn)備下一道的捆扎，每個(gè)周期約5s．一般捆扎機(jī)帶圈形成是一難題，大多用手工操作，有的捆扎機(jī)是在機(jī)器工作臺上方設(shè)計(jì)一個(gè)帶子運(yùn)行的軌道，機(jī)器的外形尺寸很大。本機(jī)垂直帶圈的自動(dòng)形成使捆扎速度大為提高，并使操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度減輕．
2.帶接頭的摩擦熔接
一般捆扎機(jī)帶接頭采用烙鐵加熱使帶子熔融后壓緊的方法．這種方法當(dāng)塑料帶熔融時(shí)散發(fā)的氣味對操作者的健康是有害的，對環(huán)境產(chǎn)生污染。本機(jī)采用摩擦熔接。包裹被捆緊，帶子的二端被夾緊，夾緊的部位，其中一個(gè)夾緊件相對于另一個(gè)夾緊件作高速振動(dòng)，摩擦產(chǎn)生的熱量使塑料帶熔接．摩擦熔接速度快(僅零點(diǎn)幾秒)、熔接質(zhì)量好、無污染。
3.紙箱在捆扎機(jī)中的移動(dòng)
由于紙箱在捆扎機(jī)中完成第一道捆扎后，砧軸要再次形成一個(gè)帶圈，紙箱需要移開位置，給砧軸充分的空間形成帶圈，所以要設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)構(gòu)使紙箱移開一端距離，讓砧軸形成帶圈后，使紙箱再次送回捆扎。
4.紙箱的轉(zhuǎn)動(dòng)
紙箱捆扎時(shí)為了使捆扎牢固可靠，捆扎一道是不夠的，因此需要捆扎兩道，捆扎兩道就大大增加了捆扎機(jī)機(jī)構(gòu)的難度，捆扎一道采用三個(gè)電機(jī)，一個(gè)用來產(chǎn)生帶圈和熔接帶，一個(gè)用來送帶收帶，一個(gè)用來控制時(shí)序，但是如果要捆扎兩道PP帶，就需要增加一臺電機(jī)來轉(zhuǎn)動(dòng)紙箱，再用一臺電機(jī)來移動(dòng)紙箱使帶圈順利形成。
5.機(jī)電一體化
運(yùn)用PLC編程來控制5只電機(jī)輪流工作。自動(dòng)完成一個(gè)工作循環(huán)。微機(jī)控制使機(jī)構(gòu)動(dòng)作準(zhǔn)確、工作可靠。由于省卻丁許多傳動(dòng)部件，使機(jī)器功耗小、噪聲低。
2系統(tǒng)分析
2.1系統(tǒng)功能需求分析
紙箱自動(dòng)捆扎機(jī)的用途：對紙箱包裹等固體物件進(jìn)行捆扎。
該捆扎機(jī)捆扎的規(guī)格：捆扎材料是6mm寬的PP帶，捆扎紙箱等物件的尺寸為：(mm)，以及比該尺寸小的紙箱等物件，但改變時(shí)要對各運(yùn)動(dòng)參數(shù)稍做修改，方可進(jìn)行捆扎。
設(shè)計(jì)的捆扎機(jī)需滿足以下功能要求：
（1）可完成紙箱十字形捆扎
要完成這一功能，系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)以下操作：在紙箱捆扎完第一道后，紙箱被推箱機(jī)構(gòu)移開一段距離，以便形成下一個(gè)帶圈，待帶圈形成后，推箱機(jī)構(gòu)再將紙箱推進(jìn)帶圈，完成第二道捆扎。
（2）全自動(dòng)的連續(xù)捆扎
捆扎過程中的各項(xiàng)操作，均為自動(dòng)執(zhí)行，無需人工干預(yù)并可通過控制系統(tǒng)完成對各操作動(dòng)作的協(xié)調(diào)控制和連續(xù)執(zhí)行。
（3）較低的設(shè)計(jì)和制造成本
該捆扎機(jī)綜合運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)，減少了許多機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，降低整個(gè)捆扎機(jī)的設(shè)計(jì)和制造成本，使其具有較好的推廣性。
（4）具有緊湊的機(jī)械機(jī)構(gòu)
根據(jù)各部分的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，簡化機(jī)械傳動(dòng)裝置，合理安排各機(jī)構(gòu)的布局。
2.2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
2.2.1工藝分析
選擇和擬定工藝過程是捆扎機(jī)設(shè)計(jì)第一階段的任務(wù)，是捆扎貼標(biāo)機(jī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。工藝過程方案是否合理和先進(jìn)，將直接影響所研制的捆扎機(jī)結(jié)構(gòu)、外形尺寸、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方式和捆扎質(zhì)量。下面對所研制的捆扎機(jī)的具體工藝進(jìn)行分析。
本捆扎機(jī)采用十字型捆扎，即用捆扎帶捆扎橫豎各一道。
在捆扎過程中，主要考慮如何減少工作行程和空程時(shí)間，提高生產(chǎn)率，簡化傳動(dòng)裝置，使得貼標(biāo)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)緊湊。
捆扎機(jī)的一次工作過程為：
1）形成帶圈；
2）送帶；
3）等待傳送帶將紙箱送進(jìn)捆扎機(jī)；
4）收帶；
5）紙箱轉(zhuǎn)動(dòng)90度；
6）推出紙箱；
7）形成帶圈；
8）送帶
9）推進(jìn)紙箱
10）收帶
11）等待傳送帶將紙箱推出捆扎機(jī)
其中1——6為一個(gè)捆扎循環(huán)，捆扎機(jī)做一次捆扎。全周期做兩次捆扎。
2.2.2捆扎機(jī)主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其原理
根據(jù)以上分析的捆扎機(jī)的功能以及工藝，可以確定捆扎機(jī)的結(jié)構(gòu)。將捆扎機(jī)分為幾個(gè)部分，各部分分別完成各自的動(dòng)作，并協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)捆扎機(jī)功能。
（1）垂直帶圈形成的結(jié)構(gòu)
圖1 帶圈形成原理
如圖1所示．帶子下面是一個(gè)光滑平臺(砧臺)，表面粗糙度為0．8。帶子上面是一個(gè)夾緊件砧，砧底部制出網(wǎng)狀齒紋，齒深約0．2mm。砧對帶子有壓緊力P，帶子頭伸出砧外約25mm。當(dāng)砧以r為半徑旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶子的頭也隨砧轉(zhuǎn)動(dòng)．圖1中點(diǎn)劃線表示砧及帶子的一端在原始位置及轉(zhuǎn)90度、180度、270度、360度時(shí)的情況．砧旋轉(zhuǎn)360度后停下，帶子就形成了一個(gè)大約以r為半徑的圈．此時(shí)控制系統(tǒng)控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)送帶，使環(huán)增大至要求尺寸。帶子在形成環(huán)后，便“站立”起來，形成一垂直帶圈．這是因?yàn)閹ё拥慕孛媸潜馄降摹ё釉趯挾确较蛴幸欢ǖ膭偠?。本機(jī)使用普通塑料帶，寬度為6mm。
（2）摩擦熔接
圖2為一捆緊的物件帶接頭摩擦熔接的情況，(圖中帶的厚度及熔接部位被局部放大)。在二層帶的重疊部位，上面是砧，下部是熔接墊。熔接墊可以升降。當(dāng)帶圈形成后．紙箱放人圈內(nèi)，在機(jī)器收帶，張緊動(dòng)作完成后，熔接墊便上升并使砧一起上升，將帶子的兩端夾緊．并同時(shí)切斷下位帶．熔接墊的頂面與砧底面一樣也有網(wǎng)狀齒紋。接著砧高速振動(dòng)，振動(dòng)速度9600轉(zhuǎn)／min。摩擦使帶子發(fā)熱熔融，并在壓力下粘接在一起。熔接時(shí)間很短，由控制凸輪決定。
圖2摩擦熔接原理
（3）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
帶圈形成和摩擦熔接是由同一機(jī)構(gòu)完成的．這一機(jī)構(gòu)包括執(zhí)行元件：砧、砧軸、熔接墊、砧臺、等，還有一些傳動(dòng)及控制元件。
砧的運(yùn)動(dòng)
砧在每一個(gè)循環(huán)里主要運(yùn)動(dòng)有：
(1) 360的水平回轉(zhuǎn)；
(2)水平高速振動(dòng)；
(3)垂直升起或落下。
砧360度的水平回轉(zhuǎn)是為了做垂直帶圈，水平高速振動(dòng)是為了摩擦熔接，垂直上下運(yùn)動(dòng)是為了切斷夾緊或松開帶子。
傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
圖3為砧軸的2個(gè)橫剖面圖。
圖3 (a)熔接電機(jī)上裝一偏心軸。當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)．偏心軸便帶動(dòng)單向離臺器來回?cái)[動(dòng)。砧軸在單向離合器內(nèi)，其相對于離合器只能作逆時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)。
圖3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
圖3 (b)是砧軸的另一剖面。是一棘輪機(jī)構(gòu)。由于棘輪棘爪的作用，電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，砧軸便跟隨離合器來回?cái)[動(dòng)一次。電機(jī)轉(zhuǎn)速為9600r／min。砧便以9600次／min的速度振動(dòng)。當(dāng)機(jī)器需要做環(huán)時(shí)，棘爪從棘輪上脫開。這時(shí)，單向離合器的擺動(dòng)使砧軸作單方向的間歇運(yùn)動(dòng)。砧旋轉(zhuǎn)360度便準(zhǔn)確的停下，是靠棘輪棘爪定位的。
砧軸的運(yùn)動(dòng)規(guī)律
圖4 砧軸的擺角
砧軸運(yùn)動(dòng)規(guī)律如圖4所示
砧軸擺動(dòng)角速度
式中較小，一般小于0.1，故略去。
圖5砧軸的速度規(guī)律
由此可見，砧軸的往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律可近似看作是余弦曲線規(guī)律。這種運(yùn)動(dòng)無剛性沖擊．對高速輕載的機(jī)構(gòu)是適合的。
圖5 (a)表示機(jī)構(gòu)樹在摩擦熔接時(shí)，砧的擺動(dòng)角速度隨時(shí)間變化規(guī)律。圖5 (b)表示機(jī)構(gòu)在做環(huán)時(shí)，砧軸轉(zhuǎn)動(dòng)角速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律，是間歇運(yùn)動(dòng)。
縱上所述，本機(jī)的使用單向離合器，使機(jī)器的傳動(dòng)過程非常簡單。它不僅實(shí)現(xiàn)了砧軸的二種運(yùn)動(dòng)需要．而且制造也非常簡單容易。因?yàn)殡x臺器是外購件，軸及偏心軸等都是容易制造的零件。目前不少捆扎機(jī)采用液壓傳動(dòng)，液壓元件價(jià)格貴，油的泄漏又會(huì)造成環(huán)境污染。本機(jī)無水、無油、無污染。
（4）轉(zhuǎn)動(dòng)90度及推箱機(jī)構(gòu)
該機(jī)構(gòu)都使用步進(jìn)電機(jī)90BYG250A，轉(zhuǎn)動(dòng)90度機(jī)構(gòu)采用齒輪與齒輪傳動(dòng)，推箱機(jī)構(gòu)采用齒輪齒條傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)器用HB204A型，因?yàn)闄C(jī)構(gòu)簡單就不做詳細(xì)介紹了。
3機(jī)構(gòu)中重要的計(jì)算
3.1電動(dòng)機(jī)的選擇
在紙箱自動(dòng)捆扎集中我選用了五個(gè)電機(jī),它們分別是:電機(jī)A,用于控制溶解墊的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng);電機(jī)B,用于收送帶和收帶;電機(jī)C,用于形成帶圈切斷捆扎帶和使帶圈熔接,要求電機(jī)有高轉(zhuǎn)速;電機(jī)D,用于使紙箱轉(zhuǎn)動(dòng)九十度;電機(jī)E,用于推送紙箱.
電機(jī)A的選擇
圖6 凸輪
要選擇電機(jī)就要知道它所受的力，所以首先要知道電機(jī)帶動(dòng)的部件的質(zhì)量
凸輪的質(zhì)量 將凸輪近似的看做一個(gè)半徑為r的圓，鋼密度ρ=7.9g/cm3
m = ρ v
= ρπr2h
= 7.9×3.14×5×5×1
= 620.15
熔接墊的質(zhì)量 m = ρ v
= 3×3×6×7.9
= 426.6
設(shè)切帶力為5N 鋼摩擦系數(shù)μ=0.005
F = m墊＋μN(yùn)＋F切
= 620.15＋426.15×0.005＋500
= 1429
凸輪可近似看做半徑為r=L=0.062m
M = FL
= 14.29×0.062
= 0.88598
M = 9549 P/ n > 0.5876
9549×0.08 / 1200 = 0.6366 > 0.5876
因?yàn)橐刂仆馆喌霓D(zhuǎn)速，所以選擇伺服電機(jī)
查表，最終選取90SL51型兩相交流伺服電機(jī)。
電機(jī)B的選擇
由機(jī)構(gòu)知收帶時(shí)的力大于送帶時(shí)的力，只用計(jì)算收帶時(shí)的力，因此用收帶力來選電機(jī)
設(shè)收緊力為F=15N
查得PP 帶與工程塑料輪的摩擦系數(shù)μ=1.0——4.0 這里取3.0
電動(dòng)機(jī)受的力F=f + F1 = F1μ+ F1=15×3+15= 60
L為工程塑料輪的半徑 L=20
M = F L = 60×0.02 = 1.2
M = 9549 P / n > 1.2
9549× 0.75 / 2830 = 2.5 > 1.2
因此查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 單行本 減（變）速器電機(jī)與電器 選擇Y系列（IP44）三相異步電機(jī) Y801-2 (JB/T9616-1999)
電機(jī)C的選擇
電機(jī)C用于形成帶圈和產(chǎn)生高速的振動(dòng)，本身不承受很大的載荷，只要求有高的轉(zhuǎn)速，因此查光機(jī)電一體化設(shè)計(jì)使用手冊（下冊），最終選用70SL01兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速為9000轉(zhuǎn)/分鐘。
電機(jī)D的選擇
圖7 蓋板
要選擇電機(jī)就要知道它所受的力，所以首先要知道電機(jī)帶動(dòng)的部件的質(zhì)量
蓋板為四分之三圓如圖7所示 半徑r=385mm 厚度為h=3mm
m =ρv
= 3/4ρπr2h
= 3/4 ×7.9×3.14×38.52×0.3
= 8272.956
鋼條寬為10mm, 厚度為h=3mm
m = (3.14×77×0.3×3+100×0.3×2)×7.9
= 2193.0558
殼體為1mm厚的鋼板，h=1000mm
m = 3.14×77×100×0.1×7.9
= 19100.62
設(shè)紙箱的質(zhì)量最大為10kg 鋼與鋼的摩擦系數(shù)μ=0.005
F = μN(yùn) = 0.005×(82.7 + 21.9 + 191 + 100)
= 1.978
M = F L = 1.978 × 0.385
= 0.76153
同理由公式M = 9549 P / n 且該電機(jī)要求往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)90度，所以選步進(jìn)電機(jī)
90BYG250A。
電機(jī)E的選擇
要選擇電機(jī)就要知道它所受的力，所以首先要知道電機(jī)帶動(dòng)的部件的質(zhì)量。
圖8 滑竿剖面
滑竿的質(zhì)量 竿長
擋板的質(zhì)量
由公式M = 9549 P/ n 選擇電機(jī)選步進(jìn)電機(jī)90BYG250A。
3.2重要軸的校核
3.2.1軸1的校核計(jì)算
圖9 軸1
內(nèi)力計(jì)算
根據(jù)平衡原理：
則扭轉(zhuǎn)力矩分布圖，如圖10
圖10 扭轉(zhuǎn)力矩圖
軸扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：
式中：——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
T——扭矩
——抗扭截面系數(shù)
圖11 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力分布圖
根據(jù)圓截面軸扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力分布情況，如圖11代入，得
查表可知，45鋼扭轉(zhuǎn)的切應(yīng)力許可值為
去下限值0.5
該軸校驗(yàn)合格
（以上計(jì)算公式均出自 《材料力學(xué) 1》）
3.2.2軸2的校核計(jì)算
圖12 軸2
圖13 扭轉(zhuǎn)力矩簡圖
內(nèi)力計(jì)算
支反力的計(jì)算：
內(nèi)力分布圖
圖14 內(nèi)力分布圖
力矩分布圖
圖15 力矩分布圖
扭轉(zhuǎn)力矩圖
圖16 扭轉(zhuǎn)力矩圖
按照第三強(qiáng)度進(jìn)行校核：
故軸2校驗(yàn)合格。（以上公式均出自《材料力學(xué) 1》）
3.3工作周期的計(jì)算
形成帶圈時(shí)間的計(jì)算
設(shè)偏心軸的偏心距為，離合器與偏心軸接觸點(diǎn)處半徑為。
電機(jī)轉(zhuǎn)速為電機(jī)每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)砧軸移動(dòng)距離為的線距離
將其轉(zhuǎn)化為角度
電機(jī)轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)所需的時(shí)間為
于是砧軸每轉(zhuǎn)一周即形成帶圈的時(shí)間為
（s）
送帶的時(shí)間的計(jì)算
如果要讓紙箱能夠進(jìn)入帶圈，帶圈必須足夠大。紙箱高度為270mm,所以帶圈形成一個(gè)半徑約為260mm的圈使電機(jī)B停轉(zhuǎn)，由于慣性帶還將被送出一段，足夠使紙箱進(jìn)入帶圈。
送帶長度的計(jì)算 送帶長度 大帶圈長度半徑小帶圈長度 半徑
電機(jī)B的轉(zhuǎn)速為,工程塑料輪的直徑為
考慮到電機(jī)啟動(dòng)也需要時(shí)間所以估計(jì)送帶需要大約0.4秒。
紙箱從傳送帶進(jìn)入帶圈的時(shí)間
此部分的時(shí)間主要看傳送帶的傳送速度，估計(jì)約為0.5秒
收帶切斷熔接帶的時(shí)間
送帶電機(jī)反轉(zhuǎn)
電機(jī)送出帶的長度約為
繞箱一周所需帶的長度為
因此收回的帶約為
收帶需要時(shí)間
考慮電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間及熔接切斷帶，這一過程用事0.4秒
紙箱轉(zhuǎn)動(dòng)九十度的時(shí)間
查的步進(jìn)電機(jī)的步距角為度，啟動(dòng)頻率為
紙箱轉(zhuǎn)動(dòng)九十度需要轉(zhuǎn)過個(gè)度
紙箱轉(zhuǎn)動(dòng)九十度的時(shí)間為
整個(gè)過程約耗時(shí)0.5秒
推出紙箱的時(shí)間
推出紙箱擋板至少要運(yùn)動(dòng)，查的步進(jìn)電機(jī)的步距角為度，啟動(dòng)頻率為，齒輪半徑為。
齒輪周長
擋板運(yùn)動(dòng)，齒輪要轉(zhuǎn)過的角度為
推出紙箱的時(shí)間為0.073秒，考慮電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間估計(jì)需0.5秒
以上便是第一道捆扎過程。再次形成帶圈用時(shí)與上次相同為0.3秒，送帶0.4秒，推進(jìn)紙箱0.5秒，收帶0.4秒，等待傳送帶機(jī)構(gòu)將紙箱推出0.5秒。
第一道捆扎過程共用時(shí)2.6秒，為捆扎一個(gè)紙箱總時(shí)間的一半，此時(shí)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周，捆扎兩道凸輪就轉(zhuǎn)動(dòng)兩圈。
綜上，捆扎機(jī)捆扎一個(gè)紙箱的一個(gè)工作周期即紙箱由傳送帶送入至紙箱被送出捆扎機(jī)的時(shí)間為5.2秒。
3.4主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算
運(yùn)動(dòng)參數(shù)
砧做環(huán)時(shí)的轉(zhuǎn)速
砧做環(huán)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，砧軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度，因此電機(jī)轉(zhuǎn)速與砧軸轉(zhuǎn)速的傳動(dòng)比
摩擦熔接時(shí)，砧高速振動(dòng)的振幅為a，則每攻擺動(dòng)的單向行程為2a
設(shè)砧的回轉(zhuǎn)半徑為r
摩擦熔接時(shí)，砧帶動(dòng)上位帶高速振動(dòng)．如圖2示，使上下位帶之間產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，摩擦生熱。 此時(shí)紙箱已捆緊，帶除受正壓力外，還受捆緊力的作用，
所以振幅不宜過大，一般取。
砧做環(huán)時(shí)，平均速度
將代入，
摩擦熔接時(shí)，砧的平均線速度
（因?yàn)樽霏h(huán)時(shí)是間歇運(yùn)動(dòng)）
幾何參數(shù)的確定
砧的回轉(zhuǎn)半徑r
砧做環(huán)時(shí)，砧依靠摩擦力帶動(dòng)帶旋轉(zhuǎn)，因此帶的內(nèi)外側(cè)倒線速度不同。當(dāng)砧壓力不足．或砧回轉(zhuǎn)半徑r過小，帶和砧之間有可能發(fā)生打滑現(xiàn)象而彤成不完整帶圈。具體數(shù)值應(yīng)由試驗(yàn)決定。r大致可取帶寬的3～5倍。帶寬大的取大值。
最大擺角瓶和偏心距e及R的確定
從圖4可看出，R的大小由結(jié)構(gòu)確定，偏心距e也就隨之確定了。
熔接熱Q
設(shè)帶的截面寬b為6mm，熔接長度l=8mram，帶的密度，并假設(shè)二層帶子各熔融mm,則熔融質(zhì)量。
熔接熱
式中 -比熱，取0.4
-加熱溫度，聚丙烯帶熔比溫度為165℃ ，取180℃，工作溫度約200℃
4 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
4.1控制系統(tǒng)的流程
前面已經(jīng)計(jì)算過自動(dòng)捆扎機(jī)的工作周期，一個(gè)工作周期約耗時(shí)5.2秒?？刂屏鞒虉D如圖17。
圖17 控制流程圖
4.2控制系統(tǒng)的程序
根據(jù)控制系統(tǒng)流程圖編出PLC程序，如下
5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
在本課題的研究中，實(shí)現(xiàn)了捆扎機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、可適應(yīng)性強(qiáng)和自動(dòng)化程度高的目的。采用的較復(fù)雜零件都是標(biāo)準(zhǔn)件，總體裝配完成后，體積和重量都不很大，搬運(yùn)以及安裝都很方便。而且，采用了PLC控制系統(tǒng)，自動(dòng)化程度高，工作可靠，捆扎外形美觀，包裝成本低；其次，該機(jī)無“煙”(無有害氣體選出)，無水、
無油、噪聲低，因而特別適合對環(huán)境要求高的或辦公室使用；再次，該機(jī)因結(jié)構(gòu)簡單，制翻造較容易，該機(jī)將在郵政、印制、電子、化工、五金百貨等行業(yè)被廣泛的應(yīng)用。
對于經(jīng)濟(jì)方面，在材料的選取上盡量采用通用材料，總的說來，此設(shè)計(jì)較好的滿足了經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性雙重要求。
6 結(jié) 語
隨著人民生活水平的不斷提高，對商品包裝提出了更高的要求．哪里有商品，哪里就有包裝．可以說包裝工業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)整體結(jié)構(gòu)的發(fā)展起著重要的作用。我國捆扎機(jī)起步也有二十多年了，但在這一領(lǐng)域與國外的先進(jìn)水平還有差距，大部分捆扎機(jī)，采用閉環(huán)或是半閉環(huán)的方式進(jìn)行送標(biāo)精度控制，因而貼標(biāo)機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜，制造成本較高。本設(shè)計(jì)結(jié)合機(jī)械電子技術(shù)，運(yùn)用PLC技術(shù)，省去了部分純機(jī)械部分，起到了減低成本和加工難度的作用。
本文對該自動(dòng)捆扎機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。完成的工作主要有：
（1）設(shè)計(jì)了捆扎機(jī)總體結(jié)構(gòu)
對捆扎機(jī)的功能進(jìn)行了深入分析，排定了符合捆扎機(jī)實(shí)際工作情況的工藝路線，確定了捆扎機(jī)的各個(gè)組成部分，即：形成帶圈熔接切斷帶的傳動(dòng)部分、收送帶部分、旋轉(zhuǎn)部分、推箱部分。根據(jù)各部分的功能需求，對其基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)。
（2）設(shè)計(jì)了巧妙的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，即采用了一個(gè)單向離合器，將兩個(gè)運(yùn)動(dòng)形成帶圈和熔接切斷帶結(jié)合在一起，省去了一個(gè)電動(dòng)機(jī)，使結(jié)構(gòu)變得簡單，且降低了成本。
（3）運(yùn)用Auto CAD繪出自動(dòng)捆扎機(jī)的裝配圖及零件圖，共計(jì)十六張，一張零號圖，一張一號圖，六張二號圖，八張三號圖。
（4）采用機(jī)電一體化控制的方式對系統(tǒng)進(jìn)行控制
系統(tǒng)采用了PLC技術(shù)，使得控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程大為簡化，機(jī)構(gòu)變得簡單，降低了系統(tǒng)的成本，提高了系統(tǒng)的性能。
今后需要進(jìn)一步研究的問題包括：在PLC編程控制系統(tǒng)方面進(jìn)一步加強(qiáng)，設(shè)計(jì)更好的人機(jī)界面，使自動(dòng)捆扎機(jī)在捆扎不同尺寸的物件時(shí)，方便快速的進(jìn)行調(diào)整，且有記憶功能；如何進(jìn)一步提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和協(xié)調(diào)性，使系統(tǒng)對故障具有一定的應(yīng)變能力；對自動(dòng)捆扎機(jī)的結(jié)構(gòu)及電機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，測試各部分動(dòng)作的用時(shí)，做提高捆扎速度的改進(jìn)，提高自動(dòng)捆扎機(jī)工作的效率；進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行，解決系統(tǒng)調(diào)試中出現(xiàn)的問題，進(jìn)一步改善系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)整體性能。
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