JNSH950-24熟化室的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

顧嘯翎，劉品瀟（指導(dǎo)老師）

（南陽理工學(xué)院，河南 南陽 473004）

JNSH950-24熟化室的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

顧嘯翎，劉品瀟（指導(dǎo)老師）

（南陽理工學(xué)院，河南 南陽 473004）

為了克服現(xiàn)有熟化室在生產(chǎn)作業(yè)中進(jìn)出物料困難，膠卷相互接觸等設(shè)計(jì)缺陷，采用SolidWorks三維設(shè)計(jì)軟件對熟化室機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。依據(jù)現(xiàn)有的復(fù)合膠卷尺寸參數(shù)對吊裝機(jī)構(gòu)、傳送結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并運(yùn)用三維軟件對其進(jìn)行實(shí)體造型、虛擬裝配，并通過有限元分析對其進(jìn)行強(qiáng)度校核；通過運(yùn)動(dòng)仿真，采用推拉桿控制的抽拉門實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門禁功能。本次設(shè)計(jì)的熟化設(shè)備上料速度為4卷/分鐘，保持復(fù)合膜卷間距10mm以上，熟化室內(nèi)各部分溫度保持在60±2℃。該熟化室機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，進(jìn)出物料方便，在提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率的同時(shí)減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。

熟化室；機(jī)械設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

熟化又稱固化，就是將復(fù)合好的薄膜放在熟化室進(jìn)行加熱和保溫，使薄膜中的聚氨酯粘合劑的主劑、固化劑反應(yīng)交聯(lián)并被復(fù)合基材表面相互作用的過程。

該設(shè)計(jì)是根據(jù)南陽金牛彩印集團(tuán)的塑料薄膜印刷工藝要求，進(jìn)行的自動(dòng)熟化處理生產(chǎn)設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)用接近開關(guān)、位移測量對多個(gè)電機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)彩印膠卷的提升、平移、降落、自動(dòng)門禁等功能。為熟化室的制造提供指導(dǎo)性技術(shù)文件，并指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)，用以提高塑料薄膜彩印的固化質(zhì)量，減輕工人的勞動(dòng)量，提高生產(chǎn)效率。

1 熟化室的發(fā)展背景和所面臨的技術(shù)問題

1.1 熟化室的發(fā)展背景

近年來隨著食品，醫(yī)藥，電子設(shè)備產(chǎn)量的增長，對復(fù)合軟包裝膜的需求也越來越大，因此帶動(dòng)了新型高效的熟化室研發(fā)。復(fù)合膜的性能取決于熟化室的熟化效果，因此在熟化室的發(fā)展過程中對熟化室又提出了新的要求。

1.2 傳統(tǒng)熟化室存在的技術(shù)問題

現(xiàn)有的復(fù)合膜熟化室在進(jìn)行工作時(shí)，主要存在以下技術(shù)問題。

（1）熱源排布不合理，熱效率低。（2）自動(dòng)化程度低，生產(chǎn)效率不高。 （3）內(nèi)部布局不合理，產(chǎn)品流轉(zhuǎn)極為不便。（4）缺少監(jiān)控系統(tǒng)和溫控系統(tǒng)，存在著安全隱患。

2 熟化室的結(jié)構(gòu)組成

2.1 熟化室的外形設(shè)計(jì)

熟化室的外形設(shè)計(jì)要符合工藝流程，現(xiàn)設(shè)計(jì)為長1200cm，寬180cm，高220cm柜式結(jié)構(gòu)設(shè)置在復(fù)合車間的一個(gè)角落，便于復(fù)合膜的搬運(yùn)。

熟化室的頂部設(shè)有35個(gè)排氣孔，每個(gè)排氣孔的孔徑為4cm，目的是排除熟化室內(nèi)的氣味，同時(shí)也可以排除室內(nèi)多余熱量，以免造成內(nèi)部熱量過多，溫度不穩(wěn)定。

熟化室外形設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 熟化室外形三維圖

2.2 熟化室的吊裝機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

熟化室的吊裝機(jī)構(gòu)主要由帶臺(tái)吊軸，滾動(dòng)支撐輪，連接軸套三部分組成。其中帶臺(tái)吊軸主要作用是懸掛復(fù)合膜膠卷，為保證其強(qiáng)度可采用HT200灰鑄鐵鑄造而成。滾動(dòng)支撐輪的作用是支撐帶臺(tái)吊軸，并在滑軌內(nèi)自由滾動(dòng)，對其強(qiáng)度和耐磨度有較高的要求，可選用45號(hào)鋼，表面進(jìn)行調(diào)制處理。連接軸套是主要的連接構(gòu)件，其作用是連接吊軸與復(fù)合膜膠卷，要求材料有較高的抗拉強(qiáng)度，可采用HT200普通灰鑄鐵鑄造而成。吊裝機(jī)構(gòu)如圖2所示。

2.3 熟化室的輸送結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

復(fù)合膜卷的輸送結(jié)構(gòu)由滑軌支撐架和輸送鏈兩部分組成。

熟化室內(nèi)部的滑軌支撐架主要保證吊裝膠卷的自由滑動(dòng)，其結(jié)構(gòu)的基本尺寸如下：支柱高度為2100mm，寬為140mm，橫梁長為1446mm?；壷渭芡庑稳缦聢D3所示。

圖2 復(fù)合膜吊裝機(jī)構(gòu)三維圖

圖3 滑軌支撐結(jié)構(gòu)示意圖

熟化室的輸送結(jié)構(gòu)主要作用是實(shí)現(xiàn)復(fù)合膜卷的自動(dòng)上料，并保證復(fù)合膜卷之間的間距，本設(shè)計(jì)采用帶附件的滾子輸送鏈來實(shí)現(xiàn)復(fù)合膜卷的限時(shí)位移運(yùn)動(dòng)。

已知該鏈傳動(dòng)主要作用是拉著復(fù)合膜卷在軌道內(nèi)滾動(dòng)，克服滾動(dòng)摩擦做功；同時(shí)滿足抗拉要求。查表得滾動(dòng)摩擦因素μ=0．005，假設(shè)同時(shí)有24個(gè)復(fù)合膜卷在滾動(dòng)，每個(gè)復(fù)合膜卷的吊裝質(zhì)量m=550kg，則最大摩擦力f =24×μmg=660N ，鏈條承受的最大拉力為F=2m g +f =11660N，假設(shè)復(fù)合膜膠卷的傳送速度V=0．1m/s，則該傳送鏈的傳動(dòng)功率約為P=FV ÷1000=1.16kW 。

該鏈傳動(dòng)作用是運(yùn)輸物品，所以設(shè)置傳動(dòng)比為1，大小鏈輪齒數(shù)一樣，選用齒數(shù)為20個(gè)齒。

根據(jù)以上條件，該鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)功率計(jì)算公式為

該條件下單排鏈的傳遞功率為：

最后選擇鏈條的類型為帶附件的短節(jié)距精密滾子輸送鏈，選用的鏈號(hào)標(biāo)記：24A-576-K2 GB/T 1243—2006。根據(jù)選用的鏈條選擇合適的傳送鏈輪及其附件，并選用86BYG350BH-0201型步進(jìn)電機(jī)。熟化室內(nèi)部的傳送結(jié)構(gòu)如圖4。

圖4 熟化室輸送結(jié)構(gòu)

2.4 熟化室的門禁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

自動(dòng)門是本設(shè)備的重要組成部分，可以提高熟化室的密封性和安全性。該部分主要由帶滑軌的門板、滑塊和電動(dòng)推桿組成。通過運(yùn)動(dòng)仿真現(xiàn)采用800mm推拉桿和滑塊實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門禁功能，其工作示意圖如圖5所示。

工作流程如下：推拉桿內(nèi)電動(dòng)機(jī)經(jīng)過齒輪減速后，帶動(dòng)一對絲杠螺母。把電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)，利用電機(jī)的正反轉(zhuǎn)完成推桿的推拉。推桿與滑塊連接，滑塊在門板上的滑軌內(nèi)滑動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)門板的打開與閉合。

圖5 自動(dòng)門禁示意圖

2.5 熟化室的加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在熟化室本體內(nèi)的兩側(cè)壁下方有沿地面鋪設(shè)加熱箱。加熱箱由加熱器和小型電扇組成，在加熱的同時(shí)小型電扇加熱器產(chǎn)生的熱量吹入熟化室內(nèi)部，對熟化室起到鼓風(fēng)作用，由于該設(shè)計(jì)采用了下吹熱風(fēng)的方式，利用熱氣上升彌散規(guī)律，保證了熟化室內(nèi)的溫度一致，使復(fù)合膜受熱均勻，達(dá)到最好的熟化效果。

在熟化室的進(jìn)出料門口安有溫濕度傳感器，能及時(shí)反饋信息給加熱箱以控制加熱進(jìn)程。

3 熟化室工作流程圖

熟化室在對復(fù)合膜進(jìn)行熟化工作時(shí)的基本流程如圖6。

圖6 熟化室工作流程圖

4 結(jié)語

本熟化室設(shè)計(jì)采用基于輸送鏈的自動(dòng)化傳輸機(jī)構(gòu)，配合自動(dòng)門禁控制物料的進(jìn)出，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，將極大地縮短復(fù)合膜的生產(chǎn)周期，降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本，提高了企業(yè)生產(chǎn)效益。

[1]李延民，李大磊，牛鵬輝．SolidWorks工程實(shí)用技能[M]．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2014．

[2]宋井玲，夏連民，孫霞．自動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)[M]．北京:國防工業(yè)出版社出版社，2011．

[3]陳國華．機(jī)械機(jī)構(gòu)及應(yīng)用（第二版）[M]．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2013．

[4]秦大同，謝里陽．現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（第5卷）[M]．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2011．

TG659

B

1671-0711（2017）08（下）-0091-02