ZDXJ—2400全自動釘箱機送紙機構研究

于淑政 董曉博 孫振軍

摘 要：闡述了全自動釘箱機送紙機構的主體結構，工作原理和關鍵技術。結果表明：通過文章設計出的送紙機構具有更高的安全性，以及釘箱的質量和效率。

關鍵詞：負壓式真空吸附送料；離合制動組合；間歇送紙秩序

引言

隨著包裝工業(yè)的快速發(fā)展，包裝紙箱的需求量不斷增加，紙箱質量要求也越來越高，因此，對紙箱加工專用設備也就提出了新的質量和效率要求。為此設計開發(fā)一種全自動釘箱機。ZDXJ-2400型全自動訂箱機，由送料部、折疊部、拍齊整理部、釘頭部和計數部五個部分組成，數顯調速，微電腦調幅，具有簡便快捷可靠精準的操控模式，可實現自動供紙、自動折疊、自動拍齊、自動釘箱、自動計數輸出。全自動釘箱機的送紙機構是釘箱機的重要組成部分，送紙機構工作的好壞直接影響整機釘箱的工作性能和工作效率，對生產有著直接影響。因此對于送紙機構同送紙的研究非常重要。

1 送紙機構

送紙機構的作用是將紙板輸送一段距離，使之進入折疊部。為了提高機構運動的平穩(wěn)性，要求送紙膠輥和托輥與前面的真空吸附送紙風箱同步運動，與后面的送紙皮帶輪驅動機構同步運動。

圖2中3為瓦楞紙板釘箱機的托架組件，通過調節(jié)托架組件，可以滿足對不同寬度紙板的加工。中間為瓦楞紙板釘箱機的氣室部分，氣室部分通過真空吸附裝置可以將托架最下面的紙板吸住，進而向左傳入進紙驅動組件。在進紙驅動組件和氣室組件的部分為瓦楞紙板釘箱機的前門組件，也就是主視圖的構件2，前門組件主要用于將紙板拍齊，氣缸用于對不同長度紙板進行拍齊加工，前門組件兩端各有一個步進電機，調節(jié)左右擋板之間的距離，可滿足不同長度紙板的加工，為保證紙板一一通過前門組件（即防止兩張和兩張以上紙板一起通過前門組件下端的縫隙），在前門組件上裝有蝸輪蝸桿裝置和偏心輪裝置，通過蝸輪蝸桿裝置調節(jié)偏心輪就可以調節(jié)前門組件下端進紙縫隙，保證在對紙箱加工時只能讓一張紙板通過進入進紙驅動組件，其它紙板被前門組件擋住，以保證對紙板進行一一加工。此外為了防止紙板連續(xù)送紙，在送紙機構中還采用了電磁離合器和電磁制器，PLC可編程控制器系統穩(wěn)定可靠，以此來保證間歇穩(wěn)定送紙。

2 送紙機構各組件

2.1 前門組件

前門組件主要由調隙軸、定位軸、絲杠、伺服電機、氣缸等組成。

前門組件的主要作用是通過調節(jié)蝸輪蝸桿結構，帶動偏心輪轉動，從而調節(jié)前門組件和氣室組件之間的間隙，保證滿足對不同厚度紙張的加工，使其能順利通過該間隙。此外、通過氣缸并對待加工紙板進行拍齊整理，以便對紙板進行下一道工序的加工。

2.1.1 調隙裝置。調隙裝置主要功能是調節(jié)前門組件與氣室組件之間的縫隙，來完成對不同厚度紙板的加工。調隙裝置的調節(jié)原理：在調隙軸上一端裝有蝸輪蝸桿裝置，蝸輪蝸桿裝置與前門擋板連接的部位裝有一個偏心輪，在蝸輪蝸桿裝置帶動下，通過調節(jié)偏心輪就可以調節(jié)前門擋板與氣室部分的間隙。

2.1.2 步進電機調節(jié)和電機的選擇。前門組件中伺服電機也是通過一個蝸輪蝸桿裝置和絲杠傳動裝置來調節(jié)左右才側板之間的距離，用以滿足不同長度紙張的加工要求。

零件46為右側擋板支座，在右側擋板支座上有三個孔，上下兩個孔為光軸孔，中間位絲杠孔。側擋板由上下兩孔上的光軸支撐，伺服電機固定在電機架上，伺服電機通過蝸輪蝸桿傳動帶動絲杠轉動，進而使側擋板的左右移動，從而滿足對不同寬度待加工紙板的加工。伺服電機控制的蝸輪蝸桿調節(jié)裝置如圖6所示。因此伺服電機選用TMS63B-4功率0.18KW，立式，有剎車，速比1：46。

2.1.3 氣缸。氣缸部分主要作用：對于待加工的紙板，放在托架上面的時候大多是不整齊的，需要通過氣缸對待加工的紙板進行拍齊，以便使紙板能夠順利的通過前門組件下面的縫隙，進而進行下一個程序的加工。

51為滑軌A，55為滑軌B，在氣缸的帶動下側擋板可以沿滑軌來回移動。

2.2 拉撐組件

拉撐組件主要是為了維持一些容易變形部件的穩(wěn)定，就像前面提到的氣室組件中的一些拉撐組件。拉撐組件由槽鋼、堵板、銷軸、螺栓和墊圈組成。

2.3 托架組件

托架組件由蝸輪裝置、鉸鏈聯軸器、齒條齒輪、導軌等組成。托架組件的主要作用：將待加工的紙板一端托起，來減少最下端的紙板與其它紙板的摩擦力，從而減少紙板對進紙驅動組件的阻力，使得紙板更加容易進行下一道工序的加工。

2.4 進紙驅動組件

進紙驅動組件主要由電動機、壓紙輥、喂紙輥、偏心輪調節(jié)裝置、鏈輪傳動裝置和皮帶輪傳動裝置組成。具體結構主視圖如圖11所示。該部分設計主要是整個傳動部分傳動比，由發(fā)動機帶動皮帶，再由鏈輪帶動喂紙輥，通過喂紙輥和壓紙棍的配合使用，使紙板可以在排齊部分排齊后，在鏈輪的帶動下傳送來控制進紙的速度。由圖12可以看出來該部分由電動機和三組軸組成，對不同厚度的紙板由調隙裝置調節(jié)偏心輪，從而調節(jié)喂紙輥和進紙輥之間的間隙，以適應對不同厚度紙板的加工。該部分設計需要確定電動機的選擇，帶輪傳動和鏈輪傳動的傳動比。

2.4.1 電動機的選擇

首先要根據生產機械對電力傳動提出的要求，如起動與制動的頻繁程度，有無調速要求等等來選擇電動機的電流種類，即選用交流電動機還是選用直流電動機；其次應結合電源情況選擇電動機額定電壓的大?。辉儆缮a機械所要求的轉速及傳動設備的要求選取它的額定轉速；然后根據電動機和生產機械的安裝位置和周圍環(huán)境情況來決定電動機的結構型式和防護型式；最后由生產機械所需要的功率大小來決定電動機的額定功率（容量）。綜合以上方面考慮，最后在電機產品目錄中選擇與要求相符的電動機，如果產品目錄中所列電動機不能滿足生產機械的某些特殊要求，則可向電機生產廠家單獨定制。

（1）電動機電壓和轉速的選擇

a.現有工廠企業(yè)的生產機械選配電動機時，電動機的額定電壓應與工廠配電電壓一致，新建工廠的電動機，其電壓選擇要與工廠供配電電壓的選擇一起考慮，根據不同電壓等級經技術經濟比較后擇優(yōu)決定。我國規(guī)定的低電壓標準為220/380V，高壓配電電壓大多數為10kV。一般中小容量的電動機大都是低壓的，其額定電壓分別為220/380V（D/Y接法）和380/660V（D/Y接法）兩種。當電動機容量超過約200KW時，建議使用者選擇3kV、6kV或10kV的高壓電機。b.電動機的（額定）轉速選擇，要根據拖動生產機械的要求及傳動裝置的配比情況來考慮。電動機每分鐘的轉數通常有3000、1500、1000、750及600等多種，異步電動機額定轉速由于存在轉差率，一般要比上述轉速低2%～5%。從電動機制造角度講，同樣功率的電動機若額定轉速愈高，其電磁轉矩外形尺寸就愈小，成本就愈低且重量會輕，并且高速電機的功率因數及效率比低速電機都高。若能選擇轉速愈高的電動機，則經濟性愈好，但若由此而引起電動機與被拖動機械間的轉速相差過大時，所需裝設減速裝置的傳動級數就越多，這就會加大設備成本及傳動的能量損耗。故要經過分析比較擇優(yōu)選定。我們通常應用的電機大部分是選用4極1500r/min的電機，因為這種額定轉速的電機適應范圍廣，而且其功率因數和工作效率也較高。電動機的動力首先通過皮帶輪傳給軸1，然后再由鏈輪將動力一部分傳給喂紙輥，另一部分經離合器再傳給氣室組件驅動軸。即：電動機功率=軸1功率+喂紙輥功率+氣室驅動軸功率。

（2）電機各參數的確定

a.確定機構部。典型機構：皮帶傳動機構、鏈輪傳動機構、齒輪齒條機構等。b.確定運轉模式。運轉模式對電機的容量選擇影響很大，加減速時間、停止時間盡量取大，就可以選擇小容量電機。c.計算負載慣量J和慣量比I。根據結構形式計算慣量比。d.計算轉速Nr/min。根據移動距離、加速時間ta、減速時間td、勻速時間tb計算電機轉速。計算最高速度Vmax：

ta×Vmax+tb×Vmax+td×Vmax=移動距離

則得Vmax=0.3m/s（假設）

則最高轉速：要轉換成Nr/min

絲桿轉1圈的導程為Ph=0.02m（假設） 最高轉速Vmax=0.3m/s（假設）

N=Vmax/Ph=0.3/0.02=15（r/s）=15×60=900（r/min）<1500（電機額定轉速）。

帶輪轉1全周長=0.2m（假設），最高轉速Vmax=1.5（m/s）

N=Vmax/Ph=1.5/0.2=7.5（r/s）=7.5×60=450（r/min）<1500（電機額定轉速）

計算轉矩T（N·m）。

根據負載慣量、加減速時間、勻速時間計算電機轉矩。

計算移動轉矩、加速轉矩、減速轉矩。

確認最大轉矩：加減速時轉矩最大<電機最大轉矩。

確認有效轉矩：有效（負載）轉矩<電機額定轉矩。

f.選擇電機。選擇能滿足3～5項條件的電機。

轉矩[N·m]：峰值轉矩：運轉過程中（主要是加減速）電機所需要的最大轉矩；為電機最大轉矩的80%以下。移動轉矩、停止時的保持轉矩：電機長時間運行所需轉矩；為電機額定轉矩的80%以下。有效轉矩：運轉、停止全過程所需轉矩的平方平均值的單位時間數值；為電機額定轉矩的80%以下。轉速：最高轉速，運轉時電機的最高轉速：大致為額定轉速以下。慣量：保持某種狀態(tài)所需要的力。

所選電動機的型號如下：

2.4.2 其他主要零件參數的設計

（1）喂紙輥及其組成：是由兩個軸頭和一個筒體焊接而成。

（2）調隙裝置如圖14所示。調隙原理：調隙裝置中由蝸輪蝸桿傳動帶動調隙軸轉動，隨著調隙軸的轉動，調隙軸上的小齒輪也跟著轉動，小齒輪又與壓紙棍上的偏心齒輪嚙合，從而調節(jié)壓紙棍和喂紙輥之間的間隙，以適應對不同厚度紙板的加工。

2.4.3 確定傳動方案

合理的傳動方案，應滿足工作機的性能要求、工作可靠、結構簡單、尺寸緊湊、加工方便、陳本低廉、效率高和使用維護方便等。當采用多級傳動時，應合理地選擇傳動零件和他們之間的傳動次序，揚長避短，力求方案合理。常需要考慮以下幾點：（1）帶傳動為摩擦傳動，傳動平穩(wěn)，能緩沖吸振，噪音小，但傳動比不準確，傳遞相同轉矩時，結構尺寸較其他傳動形式大。因此，應布置在高速及。因為傳遞相同功率，轉速愈高，轉矩愈小，可使帶傳動的結構緊湊。（2）鏈傳動靠鏈輪輪齒嚙合，平均傳動比恒定，并能適應惡劣的工作條件，但運動不均勻，有沖擊，不適于高速傳動，故應布置在多級傳動的低速級。（3）蝸桿傳動平穩(wěn)，傳動比大，但傳動效率低，適用于中、小功率間歇運轉的場合。當和齒輪傳動同時應用時，應布置在高速級，使其工作齒面間有較高的相對滑動速度，利于形成流體動力潤滑油膜，提高效率，延長壽命。（4）原錐齒輪傳動用于傳遞相交軸間的運動。由于圓錐齒輪（特別是當尺寸較大時）加工比較困難，應放在傳動的高速級，并限制其傳動比，以減小其直徑赫模數。（5）開式齒輪傳動的工作環(huán)境一般較差，潤滑不良，磨損嚴重，應布置在低速級。（6）斜齒輪傳動的平穩(wěn)性較直齒輪傳動好，當采用雙級齒輪傳動時，高速級常用斜齒輪。

2.5 氣室組件設計

氣室組件主要由主動帶輪軸、從動帶輪軸、輸送帶輪、張緊帶輪、風機、吸風管道等組成。氣室組件主要作用是將要加工的紙板一一送到紙板折疊組件部分。（如圖15、16所示）

工作原理：氣室組件中有氣室底板、氣室罩、連接板等構成氣室，由風機經過風管抽風，在氣室中形成真空，使待加工的紙板中最下面的紙板被牢牢吸附在輸送帶上，克服與其它紙張之間的摩擦力將紙張輸送給進紙驅動組件，隨著帶傳動從而將紙板送往下一道工序。

3 結束語

本設計機器負壓式真空吸附送料，離合制動組合防連續(xù)送紙機構，可以形成準確的間歇送紙秩序。

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作者簡介：于淑政（1963-），男，河北滄州人，碩士，河北工程大學教授，主要從事機械工程的科研與教學。