多功能自動(dòng)標(biāo)簽機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

【摘 要】標(biāo)簽機(jī)是目前工業(yè)貼標(biāo)應(yīng)用最廣泛的機(jī)器，其自動(dòng)貼標(biāo)簽機(jī)貼標(biāo)的效率與質(zhì)量，較人工有著無法比擬的優(yōu)勢(shì)，所以對(duì)其設(shè)計(jì)和優(yōu)化有著重大的工業(yè)革命性意義。本課題就現(xiàn)有的自動(dòng)標(biāo)簽機(jī)的出標(biāo)機(jī)構(gòu)，傳送機(jī)構(gòu)等機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)標(biāo)簽機(jī)的不間歇運(yùn)動(dòng)和多功能貼標(biāo)等功能做出了論述。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)標(biāo)簽機(jī)；標(biāo)簽機(jī)機(jī)構(gòu)分析；機(jī)械原理

Structural Design and Optimization of Multifunctional Automatic Label-making Machine

Guo Ji-liang Chen Ai-ping Yang Wan-li Li Cong

（Wuchang Institute of TechnologyCollege of Mechanics and Engineering Wuhan Hubei province 430065）

【Abstract】Labeling machine is the currently most widely used in industrial labeling，whose automatic labeling machine has incomparable advantages over labor force in terms of its efficiency and quality.Thus，the design and optimization of it gains great revolutionary significance. This poject has optimized its label-making and transferring mechanism and has given an explanation of how an automatic labeling machine can label continuously and multi-functionally.

【Key words】Automatic label making machine；Label making machine organization analysis；Mechanical principlesChinese classification number： Reference identifier：AArticle number

0.引言

自動(dòng)標(biāo)簽機(jī)在包裝行業(yè)中應(yīng)用廣泛。應(yīng)用自動(dòng)標(biāo)簽機(jī)相對(duì)人力貼標(biāo)不但可以提高貼標(biāo)的效率，且產(chǎn)品貼標(biāo)的位置也可借助機(jī)器得到精準(zhǔn)控制，因而其貼標(biāo)質(zhì)量比較高。更為重要的是自動(dòng)標(biāo)簽機(jī)減少了產(chǎn)品與人工接觸的一道工序，很大程度的避免了產(chǎn)品被污染的可能。市面上的標(biāo)簽機(jī)針對(duì)性較強(qiáng)，效率一般，有很大的改進(jìn)空間。本課題研究的自動(dòng)標(biāo)簽機(jī)范圍：平標(biāo)尺寸要求5cm-40cm寬度；側(cè)標(biāo)尺寸要求5cm-30cm直徑的圓柱型產(chǎn)品。平標(biāo)針對(duì)的類型是矩形的盒類（如藥品包裝的紙盒），側(cè)標(biāo)針對(duì)的類型是圓柱狀的瓶類（如圓柱狀藥品）。

1.標(biāo)簽機(jī)工作原理

圖1 標(biāo)簽機(jī)結(jié)構(gòu)圖

電機(jī)20啟動(dòng)，通過齒輪組合將一部分的動(dòng)力傳遞給傳送帶21，來傳輸產(chǎn)品。另一部分的動(dòng)力通過軸，帶動(dòng)凸輪11轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制隔離推板14的運(yùn)動(dòng)軌跡，使之有規(guī)律的做“伸出”—“前行”—“縮回”—“后退”這樣的四個(gè)動(dòng)作。同時(shí)通過軸上安裝的斜齒輪組合，帶動(dòng)另一水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使凸輪19轉(zhuǎn)動(dòng)，通過這種凸輪機(jī)構(gòu)，使推桿完成“伸出”和“回縮”的動(dòng)作。水平軸的另一端連接了一個(gè)鏈傳動(dòng)，通過鏈傳動(dòng)帶動(dòng)棘輪16的運(yùn)動(dòng).在平標(biāo)標(biāo)頭機(jī)構(gòu)中，步進(jìn)電機(jī)通過一組減速裝置后，連接到回收桿12，整個(gè)平標(biāo)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力由回收桿12提供。平標(biāo)機(jī)構(gòu)中標(biāo)盤1.2兩個(gè)，首先標(biāo)盤1的標(biāo)紙進(jìn)過標(biāo)簽帶連接器3，標(biāo)盤2的表頭部分粘連于連接器上壓板。標(biāo)紙經(jīng)過導(dǎo)向輥4，7，8后經(jīng)剝離板對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行貼標(biāo)，后經(jīng)壓緊輥9對(duì)標(biāo)簽壓緊。廢標(biāo)紙經(jīng)張緊輥13到回收桿12處。經(jīng)回收桿12被回收到廢紙箱。平標(biāo)工作完成后，產(chǎn)品繼續(xù)前行，到達(dá)傳送帶另一端，被隔離推板14推上旋轉(zhuǎn)臺(tái)，壓頭15下壓，固定產(chǎn)品。步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)，開始貼側(cè)標(biāo)，先摩擦輪上膠，再在標(biāo)簽盒取標(biāo)，然后送標(biāo)到貼標(biāo)板，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行貼側(cè)標(biāo)。由凸輪推手推出，推向傳送帶，完成整個(gè)貼標(biāo)工作。

2.相關(guān)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

根據(jù)現(xiàn)有的貼標(biāo)機(jī)的技術(shù)，本課題經(jīng)過研究，針對(duì)自動(dòng)標(biāo)簽機(jī)的不間歇運(yùn)動(dòng)和多功能貼標(biāo)等具體的問題，提出了解決措施。下面就相關(guān)的優(yōu)化和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行闡述。

2.1標(biāo)簽切換

圖2-1 平標(biāo)機(jī)構(gòu)示意圖

一般貼標(biāo)機(jī)：標(biāo)簽辦單一，每次標(biāo)簽用完都需要停機(jī)進(jìn)行更換標(biāo)簽盤，然后再開機(jī)工作。這樣的工作方式不僅浪費(fèi)時(shí)間，效率不高，而且經(jīng)常性開關(guān)機(jī)對(duì)機(jī)器壽命的影響也是十分大。

本課題對(duì)其機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化：在正常工作的狀態(tài)下，進(jìn)行標(biāo)簽盤的切換。這樣的改進(jìn)不僅大大提高了工作效率，同時(shí)也提高了機(jī)器的工作壽命。

平標(biāo)機(jī)構(gòu)由標(biāo)簽機(jī)結(jié)構(gòu)圖中的1-13號(hào)組成。平標(biāo)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程：標(biāo)盤AB兩個(gè)，首先標(biāo)盤B的標(biāo)紙進(jìn)過標(biāo)簽帶連接器3，標(biāo)盤A的表頭部分粘連于連接器上壓板處。標(biāo)紙經(jīng)過導(dǎo)向輥4，5，6后經(jīng)剝離板8對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行貼標(biāo)，然后產(chǎn)品被壓標(biāo)滾筒7進(jìn)行緊標(biāo)。廢標(biāo)紙經(jīng)張緊輥9到退標(biāo)紙輥10處。經(jīng)退標(biāo)輥10被回收到廢紙箱。這樣一直工作到標(biāo)盤B的標(biāo)簽用完，在標(biāo)盤B的標(biāo)簽用完時(shí)，按下標(biāo)簽帶連接器的壓桿，壓桿下壓的同時(shí)側(cè)邊放出膠液，使標(biāo)帶粘合。標(biāo)盤A的標(biāo)帶頭與標(biāo)盤B的標(biāo)帶尾連接，實(shí)現(xiàn)標(biāo)盤切換。

2.2 旋轉(zhuǎn)推送限壓一體

圖2-2 旋轉(zhuǎn)推送限壓裝置示意圖

一般貼標(biāo)簽機(jī)的曲面貼標(biāo)，大多是通過間歇齒輪來完成的，對(duì)圓柱的直徑有較嚴(yán)格的要求，如若需要貼直徑不同的圓柱狀產(chǎn)品，則需要更換一整套配套裝備。所以，現(xiàn)有的標(biāo)簽機(jī)設(shè)備仍有許多不足和不符合現(xiàn)代工業(yè)要求的。

本課題改進(jìn)的標(biāo)簽機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：不用更換設(shè)備的情況下，多直徑的圓柱狀產(chǎn)品都可以貼標(biāo)，較好的克服了現(xiàn)有標(biāo)簽機(jī)的不足。采用的貼標(biāo)方式也有所不同，現(xiàn)有大多是采用間歇齒輪來調(diào)整產(chǎn)品與產(chǎn)品的距離，來確保貼標(biāo)的時(shí)間。傳動(dòng)的效率較低下。而本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)標(biāo)簽機(jī)針對(duì)這個(gè)問題，進(jìn)行了創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)，采用限壓旋轉(zhuǎn)臺(tái)裝置來解決這個(gè)問題。

旋轉(zhuǎn)推送限壓裝置是由標(biāo)簽機(jī)結(jié)構(gòu)圖中14—20號(hào)組成。

圖2-3 推送裝置結(jié)構(gòu)圖

推送裝置：在產(chǎn)品經(jīng)過平面貼標(biāo)過程后，進(jìn)入側(cè)面貼標(biāo)的過程，在傳送帶和旋轉(zhuǎn)臺(tái)之間有連接兩者的引導(dǎo)槽1，如果沒有推力，產(chǎn)品是無法到達(dá)旋轉(zhuǎn)臺(tái)位置。所以設(shè)計(jì)了推送手凸輪裝置。推送手的功能有兩點(diǎn)，其一，推送產(chǎn)品到旋轉(zhuǎn)臺(tái)；其二，分開前后兩個(gè)產(chǎn)品，使其等距的進(jìn)入旋轉(zhuǎn)臺(tái)。推送手的運(yùn)動(dòng)的方位是前后左右，四位的運(yùn)動(dòng)，其動(dòng)力由主動(dòng)件帶動(dòng)凸輪運(yùn)動(dòng)，從而形成推送手的運(yùn)動(dòng)。

圖2-4 限壓裝置效果圖

限壓裝置：產(chǎn)品被推上旋轉(zhuǎn)臺(tái)6，壓頭1下壓壓住產(chǎn)品7，電機(jī)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)臺(tái)6轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)產(chǎn)品7的旋轉(zhuǎn)，側(cè)標(biāo)裝置進(jìn)行產(chǎn)品貼標(biāo)，貼標(biāo)工作完成后，由推桿凸輪5帶動(dòng)推桿推送產(chǎn)品上傳送帶。完成側(cè)標(biāo)的工作。通過凸輪5，完成了推桿“伸出”和“回縮”的動(dòng)作，為了保持隔離推板和推桿同步運(yùn)動(dòng)，由同一電機(jī)供能。凸輪5同時(shí)也同步壓頭裝置，凸輪的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)裝置的運(yùn)動(dòng)。壓產(chǎn)品的過程，鏈傳動(dòng)使限壓凸輪4做間歇運(yùn)動(dòng)，通過調(diào)整搖桿的位置來調(diào)節(jié)壓頭對(duì)產(chǎn)品施加的力。當(dāng)擺桿的一端卡在限壓凸輪的凹槽中，固定壓頭不再下壓，再通過緩沖裝置緩沖。整個(gè)裝置起一個(gè)限壓作用，達(dá)到對(duì)產(chǎn)品的保護(hù)作用。

設(shè)計(jì)凸輪5輪廓過程：

圖2-5 凸輪設(shè)計(jì)分析圖

2.2.1基圓半徑確定

由圖a作圖可知，P點(diǎn)為推桿與凸輪的相對(duì)速度瞬心 ，則有：

VP=W· ①

由①式得：

=V/w=ds/dδ ②

根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，直動(dòng)推桿取α=30

有基圓半徑計(jì)算公式：

r= ③

又e=0，結(jié)合①②③式，可求出基圓半徑r0

2.2.2求廓線

經(jīng)計(jì)算分析得：推程角為900，推桿前進(jìn)150mm；遠(yuǎn)休止角為900；回程角為600，推桿后退150mm；近休止角為1200。

對(duì)于對(duì)心直動(dòng)滾子推桿盤型凸輪機(jī)構(gòu)，則有凸輪廓線坐標(biāo)公式：

X=sinδ

Y=cosδ

（1）推程階段δ01=900=π/2代入公式：

S1=h（

δ/δ

）-sin（2π

δ/δ

）/（2π）=h（2

δ/π）-sin（4

δ）/（2π）

δ=0，π/2

（2）遠(yuǎn)休止階段δ=900=π/2

S2=150 δ=0，π/2

（3）回程階段δ=600=π/3代入公式：

δ=10δ3/δ3-15hδ4/δ4+6Kδ5/δ5

=27hδ3/π3-1215hδ4/π4+1458hδ5/π5

δ=0，π/3

（4）近休止階段δ=1200=2π/3

S4=0 δ=0，2π/3

綜上：由其運(yùn)動(dòng)函數(shù)計(jì)算，可設(shè)計(jì)出其凸輪輪廓線如圖2-5b）所示

2.3 標(biāo)紙回收

圖2-6 標(biāo)簽回收裝置效果圖

主動(dòng)件直接和廢紙回收桿相連，貼完標(biāo)的廢標(biāo)紙由回收桿回收。為了不影響貼標(biāo)簽的平面效果，本課題針對(duì)廢紙回收桿的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了特別的設(shè)計(jì)。退標(biāo)桿的前兩圈的螺距較小，可以滿足正常的貼標(biāo)工作，后面圈螺距很大，讓標(biāo)簽帶往下轉(zhuǎn)，完成廢標(biāo)簽紙自動(dòng)回收。

2.4切換可拆卸標(biāo)簽盒

圖2-7 可拆卸活動(dòng)標(biāo)簽盒裝置結(jié)構(gòu)圖

設(shè)計(jì)的自動(dòng)標(biāo)簽機(jī)能夠多功能貼標(biāo)。這一特點(diǎn)標(biāo)簽機(jī)能適應(yīng)多種型號(hào)的標(biāo)簽。為了符合特點(diǎn)，我們對(duì)標(biāo)簽盒進(jìn)行了改良的設(shè)計(jì)。標(biāo)簽盒左側(cè)板1 ，標(biāo)簽盒上板2，標(biāo)簽盒右側(cè)面3都是活動(dòng)件，可以隨標(biāo)簽尺寸的不同做相應(yīng)的改變。設(shè)計(jì)思路如同平標(biāo)標(biāo)盤的切換，側(cè)標(biāo)部分也可以實(shí)現(xiàn) 4標(biāo)簽盒B 和5標(biāo)簽盒A 之間的切換。

3.總結(jié)

本課題針對(duì)平標(biāo)出標(biāo)機(jī)構(gòu)，側(cè)標(biāo)機(jī)構(gòu)，推送結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新，用soildworks軟件進(jìn)行了仿真運(yùn)動(dòng)，肯定了其運(yùn)動(dòng)的合理性。較傳統(tǒng)的標(biāo)簽機(jī)，貼標(biāo)效率高。而且本課題研究出的自動(dòng)標(biāo)簽機(jī)結(jié)合了平標(biāo)標(biāo)簽機(jī)和側(cè)標(biāo)標(biāo)簽機(jī)兩種標(biāo)簽機(jī)的功能，實(shí)現(xiàn)多功能貼標(biāo)。對(duì)出標(biāo)機(jī)構(gòu)標(biāo)盤切換裝置，設(shè)計(jì)出兩個(gè)標(biāo)簽盤切換，滿足了標(biāo)簽機(jī)的不間歇運(yùn)動(dòng)；對(duì)于側(cè)標(biāo)機(jī)構(gòu)，本課題采用了限壓旋轉(zhuǎn)臺(tái)裝置代替了原來了棘輪裝置，滿足了多種直徑的圓柱狀產(chǎn)品貼標(biāo)；并且對(duì)其推送裝置的凸輪進(jìn)行了具體的輪廓設(shè)計(jì)，使其滿足了推送的距離和時(shí)間的要求。同時(shí)，對(duì)標(biāo)紙的回收機(jī)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)紙的回收?？傊?，標(biāo)簽機(jī)需要改進(jìn)的地方還有許多，需要一批有一批的人才去研究和優(yōu)化標(biāo)簽機(jī)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]趙大慶，陳鹿民，李學(xué)橋，郭國安，馬慶華等.多排火腿腸自動(dòng)貼標(biāo)簽機(jī)的研制（鄭州輕工業(yè)學(xué)院新技術(shù)研究所鄭州 450002）.

[2]畢娟.基于PLC的自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)控制系統(tǒng)的研制，遼寧丹東職業(yè)技術(shù)學(xué)院 遼寧丹東118003；楊存祥馬慶華李學(xué)橋.鄭州輕工業(yè)學(xué)院河南鄭州450002.

[3]焦向杰，王棟民.精密自動(dòng)標(biāo)荀粘貼機(jī)的研制（深圳開發(fā)科技股份有限公司自動(dòng)化所，廣東深b[J].518035）.

[4]哈爾濱機(jī)械研究所 貼標(biāo)機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)，1991.

[5]高魏.貼標(biāo)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，1997.

[6]肖玉生.包裝與食品機(jī)械.萬能貼標(biāo)機(jī)的設(shè)計(jì)與使用，2000.

[7]楊綺云，李為濤.貼標(biāo)機(jī)供標(biāo)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，哈爾濱商業(yè)大學(xué) 哈爾濱，150028.