環(huán)保型捆扎機的設(shè)計與研究*

李曉星，錢德明，李志明

（浙江溫州輕工研究院，浙江 溫州 325003）

環(huán)保型捆扎機的設(shè)計與研究*

李曉星，錢德明，李志明

（浙江溫州輕工研究院，浙江 溫州 325003）

伴隨著環(huán)保型捆扎帶的誕生，以微型捆扎機KZB-160為例，設(shè)計了一種與環(huán)保型捆扎帶相匹配的捆扎機，借助Pro/ENGINEER軟件對設(shè)計方案進行了建模，通過機構(gòu)運動分析，驗證了設(shè)計機構(gòu)之間的合理運動關(guān)系及與原捆扎機的相互兼容性，論證了捆扎機設(shè)計方案的可行性。

環(huán)保；捆扎機；設(shè)計；研究

引言

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，捆扎機廣泛應(yīng)用于食品、外貿(mào)、百貨、印刷、醫(yī)藥、郵政等行業(yè)，聚丙烯塑料捆扎帶成型方便、價格低廉且強度較好，而被大量用作各種產(chǎn)品的捆扎材料。聚丙烯是高分子材料，是不可降解的，一方面會對環(huán)境造成長期污染[1]，這些包裝物在拆包后，除紙質(zhì)包裝物和部分包裝帶被回收外，其余成為白色污染，大部分通過填埋來處理，填埋場可謂是“坑滿為患”,經(jīng)雨水沖刷后又會出現(xiàn)在人們生活中，也有部分采用焚燒處理，但是產(chǎn)生大量的氨氣、呋喃等毒性物質(zhì)，帶來了嚴重的環(huán)境問題，且焚燒設(shè)備昂貴[2]；另一方面聚丙烯塑料捆扎帶依靠電熱熔融粘結(jié)，屬于熱熔搭接，熱合過程中會產(chǎn)生塑料特有的煙霧和難聞氣味，危害操作人員的身體健康，所以研發(fā)可降解的環(huán)保捆扎帶勢在必行[3]。

浙江溫州輕工研究院通過三年的精心研究，研制出了高強度環(huán)保型捆扎紙帶，與環(huán)保型捆扎帶相匹配的捆扎機的設(shè)計成為了捆扎環(huán)保化的關(guān)鍵問題。

1 粘結(jié)方式的確定

高強度環(huán)保型紙質(zhì)捆扎帶因沒有熱粘性，無法依靠本身燙合粘結(jié)，故應(yīng)對熱合方式進行改進，需要依靠一種粘結(jié)劑，以減少或消除噪音污染或氣味污染。若燙頭直接對粘結(jié)劑進行加熱，一方面產(chǎn)生大量的煙霧，危害操作人員健康；另一方面燙頭容易帶走部分粘結(jié)劑，膠量難以控制，進而影響接頭的粘結(jié)質(zhì)量，故采用隔捆扎帶熱合。

圖1 送帶及捆緊機構(gòu)示意圖

采用單因素試驗法，優(yōu)選出9201E型熱熔膠作為環(huán)保型捆扎帶的粘結(jié)劑。采用單因素試驗與正交試驗相結(jié)合，研究確定出了環(huán)保型捆扎帶的粘結(jié)工藝為：每個粘結(jié)點使用膠量為0.05g；在140℃的溫度下隔紙帶熔膠，經(jīng)90N壓力的冷壓及4s的保壓[4]，其強度達到292.717N。超過國家標準要求的200N[5]，從而解決了環(huán)保型捆扎帶的接頭粘結(jié)的技術(shù)難點，煙霧和有害氣體的排放大幅度減輕，為環(huán)保型捆扎機的設(shè)計與研制提供了有力的技術(shù)保障。

2 環(huán)保型捆扎機設(shè)計

2.1 環(huán)保型捆扎機設(shè)計分析

環(huán)保型捆扎機的設(shè)計宗旨是對原機器進行盡可能少的改動，以縮短環(huán)保型捆扎機的研發(fā)周期，減少生產(chǎn)成本，使得環(huán)保型捆扎機能夠盡快的用于生產(chǎn)實踐，實現(xiàn)了資源的最大回收利用。

通過試驗確定了紙質(zhì)捆扎帶具有足夠的強度、挺度和硬度，完全可以用樣機的送機構(gòu)進行送帶、捆緊和切斷。由于粘結(jié)工藝發(fā)生改變，需改變樣機的燙頭位置，增加送膠機構(gòu)等。

2.2 送帶、抽緊機構(gòu)的設(shè)計

環(huán)保型捆扎機的送帶、抽緊機構(gòu)為樣機原機構(gòu)，如圖1所示，主要由送帶輪組、上壓輪架、退帶輪組、軌道架、導帶輪、下壓輪架、擺塊組成。送帶時，電磁鐵吸合使得上壓輪架繞擺塊7做小角度擺動，送帶輪組按照圖中箭頭所示方向運動，摩擦力驅(qū)使捆扎帶沿著軌道架前行，送帶長度由電磁鐵吸合時間來控制。同理，拉緊凸輪控制上壓輪架順時針擺動可實現(xiàn)退帶抽緊。

圖2 送膠、燙頭機構(gòu)組件示意圖

2.3 送膠、燙頭機構(gòu)組件

送膠燙頭機構(gòu)組件示意圖如圖2所示，主要由燙頭、膠帶軌道、滑塊、拉桿組件、燙頭凸輪、搖桿等組成，其中搖桿10和機架5通過固定座7相連，凸輪軸4依靠軸承固定于機架上。工作時，燙頭凸輪8驅(qū)動搖桿組件10中的滾輪9，使得搖桿組件10驅(qū)動燙頭3水平運動，燙頭3間接拉動滑塊2，依靠特殊設(shè)計的滑塊底面與熱熔膠帶之間產(chǎn)生的足夠摩擦力，使膠帶實現(xiàn)定距即定量輸送，隨后燙頭隔捆扎帶熔膠。

2.4 送膠滑塊復位機構(gòu)組件

送膠滑塊復位機構(gòu)組件示意圖如圖3所示，主要由復位凸輪、復位搖桿、頂塊、機架等機構(gòu)組成，復位搖桿軸通過機架上的定位孔。工作時，復位凸輪8驅(qū)動復位搖桿上滾輪9運動，復位搖桿12推動頂塊2沿拉桿組件3上的滑動槽4上下運動，使得送膠滑塊與膠帶的分離，避免滑塊復位時將膠帶帶回。

圖3 送膠滑塊復位機構(gòu)組件示意圖

2.5 切帶、切膠機構(gòu)組件

切帶、切膠機構(gòu)組件如圖4所示，切膠刀具安裝在刀具固定組上，依靠中刀5和切膠刀具4來完成切膠，切帶依靠中刀5和右刀6實現(xiàn)。

2.6 環(huán)保型捆扎機關(guān)鍵機構(gòu)

相對于捆扎機樣機，環(huán)保型捆扎機新增機構(gòu)和改動機構(gòu)如下圖5所示機構(gòu)。工作過程為：送帶后，右刀上升，壓住環(huán)保型捆扎帶帶頭，捆扎帶抽緊，燙頭凸輪驅(qū)動搖桿帶動燙頭沿軌道平移，運動一定距離后，燙頭間接拉動送膠滑塊7向前移動，利用滑塊與膠帶軌道之間的足夠摩擦力，使得膠帶沿膠帶導軌8向前運動，送膠到位后，中刀上升，與右刀及切膠刀具4配合將捆扎帶及膠帶切斷；同時，復位凸輪控制搖桿9擺動，推動送膠滑塊7沿拉桿6上的滑槽向上移動，使得滑塊與膠帶分離，此時，燙頭帶動拉桿回撤至原始位置，滑塊依靠彈簧3和自重的作用復位，完成整個捆扎過程。

3 關(guān)鍵機構(gòu)運動分析

通過對環(huán)保型捆扎機的關(guān)鍵機構(gòu)進行動畫仿真，得到如圖6和圖7的機構(gòu)運動分析圖。

圖4 切膠機構(gòu)組件示意圖

圖5 環(huán)保型捆扎機關(guān)鍵機構(gòu)

其中：圖6中曲線由上往下依次為燙頭運動曲線、加熱臺運動曲線、右刀運動曲線、左刀運動曲線、下滑片運動曲線、左刀運動曲線、壓力柱運動曲線。圖7中上方曲線為滑塊運動曲線，下方曲線為燙頭運動曲線。將其與捆扎機工作循環(huán)圖對比進行分析，可以得知，環(huán)保型捆扎機實際工作情況滿足使用要求。

4 小結(jié)

圖6 機構(gòu)分析圖

圖7 燙頭與滑塊機構(gòu)分析圖

本文是伴隨著環(huán)保型捆扎帶的誕生，以微型捆扎機KZB-160為例，設(shè)計了一種環(huán)保型捆扎機，在一定程度上實現(xiàn)了捆扎過程的環(huán)保性，它的推廣能夠有效的節(jié)約資源，極大程度地減少了環(huán)境污染，對循環(huán)經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展是非常必要的舉措，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

[1] 呂桂英,屈媛,劉煦晴,林安.白色污染及其防治技術(shù)的思考[J].環(huán)境科學與技術(shù),2005(06):178－180.

[2] 邢艷紅,胡瑩.“白色污染”及廢舊塑料的綜合治理[J].青海師范大學學報,2003(4):65－67.

[3] 丁素珍.新型捆鈔機及捆扎帶的發(fā)展趨勢[J].浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學院學報,2005(12):27－29.

[4] 李曉星,黨新安,錢德明,等.紙質(zhì)捆扎帶粘接特性的研究[J].包裝工程,2010(01):13－16.

[5] JB/T3790.2-1994,機械式半自動捆扎機[S].中華人民共和國機械工業(yè)部,1994.

（責任編輯：王文深）

The Design and Research of Environmental-Friendly Binding Machine

LI Xiao-xing, QIAN De-ming, LI Zhi-ming
(Zhejiang Wenzhou Research Institute of Light Industry, Wenzhou 325003,China)

Along with the birth of environmental-friendly binding machine, a kind of binding machine matching environmental-friendly binding strap is designed with KZB-160 micro binding machine for example. The design is modeled based on Pro/ENGINEER. Through mechanism movement analysis, the reasonable movement relationship among design mechanisms and the mutual compatibility with the original binding machine is proved and the feasibility of the binding machine design scheme is demonstrated.

environmental-friendly; binding machine; design; research

TB486

A

1672-0105（2010）03-0071-05