衛(wèi)生巾自動(dòng)生產(chǎn)線設(shè)計(jì)

孫其新

SUN Qi-xin

（天津理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，天津 300384）

0 引言

隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)衛(wèi)生用品的要求也在進(jìn)一步提高，所以對(duì)生產(chǎn)衛(wèi)生用品的設(shè)備有了進(jìn)一步的要求。本文針對(duì)婦女衛(wèi)生巾生產(chǎn)線進(jìn)行了研究。為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量和單機(jī)產(chǎn)量，對(duì)衛(wèi)生巾生產(chǎn)過(guò)程中的周封和外切加工環(huán)節(jié)及其傳動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。周封用于對(duì)紙制品的封合,它影響著產(chǎn)品的形狀、質(zhì)量和穩(wěn)定性，周封刀架是該生產(chǎn)線上的主要部件,在設(shè)計(jì)中我對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)所引起的系列問(wèn)題做了深入的研究。

1 行業(yè)現(xiàn)狀

衛(wèi)生巾生產(chǎn)線工藝流程主要為：

1）碎棉漿：碎棉漿是將棉漿粉碎，然后由吹風(fēng)機(jī)均勻噴灑在傳送帶上，傳送帶經(jīng)過(guò)滾子，簡(jiǎn)單壓實(shí)；

2）加高分子：傳送帶將產(chǎn)品帶到有很多孔的滾筒下，加入高分子物質(zhì)，高分子是用來(lái)吸水的，加強(qiáng)產(chǎn)品的實(shí)用性；

3）加入加強(qiáng)筋：隨著傳送帶的運(yùn)轉(zhuǎn)，在棉芯大概1/3的位置加入兩條加強(qiáng)筋，為棉芯的折疊做準(zhǔn)備；

4）切割棉芯：長(zhǎng)條狀的棉芯，被傳送帶以一定的速度帶到滾刀上進(jìn)行切割成塊；

5）加打孔膜：棉芯在傳送帶上傳送的的同時(shí)，加入打孔膜；

6）壓導(dǎo)流槽：在棉芯上壓導(dǎo)流槽；

7）留延膜：加入留延膜；

8）熱封：對(duì)棉芯進(jìn)行熱封；

9）加離型紙（先兩翼后背面）：加入離型紙，加的時(shí)候，先在兩側(cè)的護(hù)翼上加，如小長(zhǎng)方形的離型紙，其次在棉芯上加上長(zhǎng)的離型紙；

10）切外形：傳送帶將將近成型的半成品帶到成型滾刀上進(jìn)行切割，形成最后的外形；

11）折護(hù)翼：通過(guò)傳送帶位置的相對(duì)改變將產(chǎn)品兩側(cè)的護(hù)翼折起來(lái)；

12）折包：兩條傳送帶通過(guò)傳送速度的改變，來(lái)調(diào)整產(chǎn)品間的間隙，使水平兩側(cè)軸上的鎖片按一定的速度恰好打在產(chǎn)品的1/3處，完成一次折疊，之后向上傳送，再次使垂直方向兩側(cè)軸上的鎖片打在另一側(cè)的1/3處，完成折疊；

13）熱封切：給完成折疊的小包，加一層包裝膜，通過(guò)導(dǎo)電的熱鐵絲進(jìn)行熱封，進(jìn)行壓力切割，最終得到成品；

14）離線：產(chǎn)品加工完成，脫離生產(chǎn)線，工作人員對(duì)其進(jìn)行最后的外包裝。

由以上工藝流程可看出，要求生產(chǎn)線各工序必須按一定節(jié)拍工作。起初的生產(chǎn)線都是鏈傳動(dòng)，用鏈條將各工序的運(yùn)動(dòng)連接起來(lái)，生產(chǎn)線的成本低，這也適應(yīng)了當(dāng)時(shí)的低產(chǎn)量的要求。由于鏈條傳動(dòng)有易磨損、傳動(dòng)不準(zhǔn)確的缺點(diǎn)，后來(lái)人們又改為齒輪、齒形帶傳動(dòng)，這使得生產(chǎn)線工作更穩(wěn)定，也在一定程度上提高了產(chǎn)量。隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)衛(wèi)生巾生產(chǎn)線有了更高的要求，再想提高質(zhì)量和產(chǎn)量在原有的機(jī)械傳動(dòng)下已是不可能了。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們將計(jì)算機(jī)控制，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用到該生產(chǎn)線達(dá)到了預(yù)期效果。

2 伺服線的設(shè)計(jì)

由于生產(chǎn)線較長(zhǎng)，下面只說(shuō)明該線的關(guān)鍵部位。生產(chǎn)線如圖1所示，該線由1周封、2離型紙裝置、3包裝機(jī)組成。

圖1 生產(chǎn)線簡(jiǎn)圖

在該生產(chǎn)線中周封、外切刀架的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，如圖2所示，其主要功能是對(duì)衛(wèi)生巾進(jìn)行熱封和成切，完成全自動(dòng)的加工，通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)是這一機(jī)構(gòu)的主要特點(diǎn)，通過(guò)傳送帶傳送產(chǎn)品并且與刀具節(jié)拍一致，減少?gòu)U品產(chǎn)生。生產(chǎn)速度為300片/分鐘（原有生產(chǎn)線為150片/分鐘），最快為600片/分鐘（原有生產(chǎn)線為300片/分鐘）。

圖2 周封、外切刀架

3 外切刀架設(shè)計(jì)

外切刀架如圖3所示

圖3 外切刀刀架圖

4 伺服電機(jī)的選擇

伺服電動(dòng)機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。伺服電機(jī)的選擇要合理，偏大則成本增多，造成浪費(fèi)；偏低則無(wú)法達(dá)到生產(chǎn)要求，因此伺服電機(jī)的選擇至關(guān)重要。

1）伺服電動(dòng)機(jī)的主參數(shù)是功率，但是，選擇伺服電動(dòng)機(jī)并不按功率而是根據(jù)下列三個(gè)指標(biāo)選擇 。

（1）最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩不得超過(guò)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩；

（2）電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量JM應(yīng)與負(fù)載慣量JL匹配；

（3）快移時(shí)的加速性能。

2）計(jì)算

（1）計(jì)算轉(zhuǎn)矩

表1 轉(zhuǎn)矩計(jì)算表

（2）計(jì)算慣量

①慣量計(jì)算的要求

表2 慣量計(jì)算表

②計(jì)算慣量

3）根據(jù)快移時(shí)的加速性能計(jì)算最大轉(zhuǎn)距

表3 慣量計(jì)算表

根據(jù)生產(chǎn)要求設(shè)定加減速時(shí)間ta=0.1

表4 計(jì)算加、減速扭矩表

①計(jì)算加、減速扭矩TA

②計(jì)算瞬時(shí)最大扭矩

刀和軸承總的扭矩通過(guò)減速機(jī)轉(zhuǎn)化到電機(jī)軸扭矩TL =T0/10=0.76 Nm

（4）減速器型號(hào)的選擇

根據(jù)所選電機(jī)情況以及所定1：10的傳動(dòng)比，從樣本上選擇PLS190。

5 結(jié)論

表5 瞬時(shí)最大扭矩計(jì)算表

本次設(shè)計(jì)的衛(wèi)生巾生產(chǎn)線，比較以前的產(chǎn)品具有全新的概念，主要有以下特點(diǎn)：

1）驅(qū)動(dòng)采用全伺服半閉環(huán)系統(tǒng)，取代了傳統(tǒng)的普通電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

它使得各部件間運(yùn)動(dòng)的傳遞更加準(zhǔn)確，同時(shí)由于極快的反應(yīng)速度（0.1秒）使得廢品率降到最低。全伺服半閉環(huán)系統(tǒng)將每一工序都裝上一個(gè)伺服電機(jī)統(tǒng)一由計(jì)算機(jī)控制，去掉了每個(gè)部件間的機(jī)械聯(lián)系，這使機(jī)械總體結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單。

2）部件內(nèi)的機(jī)械傳動(dòng)采用了同步齒型帶，它同時(shí)具備了傳動(dòng)準(zhǔn)確和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)。

由于以上的優(yōu)點(diǎn)，該生產(chǎn)線更加適應(yīng)生產(chǎn)的要求，它產(chǎn)量高、誤差小、廢品率大幅降低、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠。雖然采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)成本較普通電機(jī)高（高五萬(wàn)元左右），但簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)又使制造成本降低，所以我們?cè)O(shè)計(jì)的生產(chǎn)線具有極高的性價(jià)比，批量生產(chǎn)后將有廣大的市場(chǎng)前景。

3）伺服電機(jī)的計(jì)算

選擇電機(jī)是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在設(shè)計(jì)中成功的解決了選擇伺服電機(jī)時(shí)的計(jì)算問(wèn)題，為企業(yè)提供了一套完整的計(jì)算方法。

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