一種自動(dòng)化橡膠管夾布纏繞機(jī)設(shè)計(jì)

摘要：對(duì)一種新穎的立式環(huán)體的自動(dòng)化橡膠管夾布纏繞機(jī)進(jìn)行了研究，首先分析了該機(jī)的研究意義、發(fā)展方向和性能特點(diǎn)，然后介紹了該裝備的結(jié)構(gòu)形式，最后分別對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制部分的工作原理和運(yùn)行原理進(jìn)行了分析。該機(jī)代替了傳統(tǒng)手工纏繞運(yùn)動(dòng)，速度快，效率高，成本低，提升了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化;行走裝置;放料裝置;纏繞機(jī)

中圖分類號(hào)：TH112收稿日期：2022-06-03

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.07.018

1 自動(dòng)化橡膠管夾布纏繞機(jī)的研究意義、發(fā)展方向和性能特點(diǎn)

1.1 研究自動(dòng)化橡膠管夾布纏繞機(jī)的意義

本文研究的一種新穎的立式環(huán)體纏繞機(jī)，代替了傳統(tǒng)的手工纏繞運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行速度快，操作方便，安裝維修保養(yǎng)方便，大大提高了生產(chǎn)效率，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了人工成本。隨著市場(chǎng)的需求，在現(xiàn)有技術(shù)上增加行走裝置和放料裝置，從而實(shí)現(xiàn)夾布在模芯上自動(dòng)纏繞的目的，確保夾布纏繞均勻和美觀。該機(jī)構(gòu)具有運(yùn)行安全可靠，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，減少了占地面積和生產(chǎn)人員，減輕人員疲勞強(qiáng)度，杜絕了安全事故的發(fā)生，也提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

1.2 自動(dòng)化橡膠管纏繞機(jī)的發(fā)展方向

a.模塊化。模塊化是指拼裝的機(jī)械結(jié)構(gòu)比整裝置機(jī)和組合導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)裝置更具靈活性、經(jīng)濟(jì)性、時(shí)效性和拆裝性。集成電路接口、電纜及液壓氣動(dòng)技術(shù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)靈活、穩(wěn)定、自如、移動(dòng)方便。由于模塊化自動(dòng)化機(jī)械結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部件采用了特殊設(shè)計(jì)、模芯旋轉(zhuǎn)軸承（用于定位角度）和行走裝置的驅(qū)動(dòng)齒輪與齒條的齒部嚙合的方式（用于機(jī)構(gòu)的移動(dòng)），使它具有高剛性、高強(qiáng)度，以及精確的導(dǎo)向精度和優(yōu)良的定位精度。

b.機(jī)電一體化。本機(jī)構(gòu)為“可編程序控制器PLC～傳感器（包括視覺(jué)的應(yīng)用）～機(jī)械結(jié)構(gòu)”。PLC控制技術(shù)是智能化、自動(dòng)化技術(shù)的重要方面。發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的智能化、自動(dòng)化控制機(jī)械結(jié)構(gòu)，使自動(dòng)化技術(shù)從簡(jiǎn)單的“開關(guān)控制”時(shí)代進(jìn)入到高精度的“反饋控制”時(shí)代。集成應(yīng)用控制系統(tǒng)，不僅減少配線、配管和其他元件，而且拆裝簡(jiǎn)單，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。1.3 自動(dòng)纏繞機(jī)的性能特點(diǎn)

a.系統(tǒng)參數(shù)配置優(yōu)良，采用PLC可編程控制系統(tǒng);b.變頻控制，可根據(jù)需要任意調(diào)整夾布的重疊度;c.手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作模式供選擇;d.托輥和護(hù)輥采用包膠處理和張緊力調(diào)節(jié);e.自動(dòng)斷帶功能，自動(dòng)計(jì)算纏繞時(shí)間;f.夾布松緊度可調(diào);g.安全、穩(wěn)定、便捷、占地小;h.安裝維修方便。

2 自動(dòng)纏繞機(jī)結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)

橡膠管夾布纏繞機(jī)作為自動(dòng)化設(shè)備的一種，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、動(dòng)作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、易實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速、易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)、易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作等優(yōu)點(diǎn)。所以，他被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)、半導(dǎo)體及家電行業(yè)、精密儀器和軍事上?，F(xiàn)代汽車制造工廠的生產(chǎn)線，尤其是橡膠管類包裝的生產(chǎn)線，大多逐漸開始用自動(dòng)化纏繞包裝設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工纏繞包裝。

行走裝置在每個(gè)工序上可移動(dòng);自動(dòng)放料裝置在指定工位的夾緊、定位和纏繞，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)工序過(guò)程的自動(dòng)化。自動(dòng)化橡膠管夾布纏繞機(jī)包括纏繞機(jī)本體，其特征在于：纏繞機(jī)本體的一側(cè)上設(shè)有行走裝置，行走裝置能沿纏繞機(jī)本體上的模芯軸向移動(dòng)，行走裝置的頂面上設(shè)有放料裝置，放料裝置上的夾布通過(guò)模芯的旋轉(zhuǎn)力實(shí)現(xiàn)自動(dòng)放料。

行走裝置其特征在于：由工字梁、導(dǎo)軌、支撐架、滾輪、支撐輪、驅(qū)動(dòng)裝置組成，工字梁固定在纏繞機(jī)本體的一側(cè)面上，兩個(gè)導(dǎo)軌分別固定在工字梁上下翼面上，支撐架的內(nèi)端通過(guò)滾輪與導(dǎo)軌滑動(dòng)連接，支撐輪固定在支撐架的底面上，驅(qū)動(dòng)裝置固定在支撐架上，驅(qū)動(dòng)裝置用于驅(qū)動(dòng)支撐架沿纏繞機(jī)本體上的模芯軸向移動(dòng)。

驅(qū)動(dòng)裝置包含齒條、伺服電機(jī)、滑動(dòng)取電系統(tǒng)，以及驅(qū)動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)齒輪。齒條固定在工字梁上，伺服電機(jī)的輸出端通過(guò)驅(qū)動(dòng)軸與驅(qū)動(dòng)齒輪連接，驅(qū)動(dòng)齒輪與齒條的齒部嚙合。放料裝置通過(guò)平面軸承與行走裝置連接，在行走裝置的頂面上圓周均布多個(gè)鎖止插銷。放料裝置由旋轉(zhuǎn)架、夾布輥筒、漲緊輥筒組成，旋轉(zhuǎn)架通過(guò)平面軸承能作水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，夾布輥筒固定在旋轉(zhuǎn)架的外端上，多個(gè)漲緊輥筒在旋轉(zhuǎn)架的內(nèi)端內(nèi)沿夾布輸送方向呈間隔分布。

3 機(jī)械結(jié)構(gòu)工作原理及運(yùn)行原理分析

3.1 設(shè)計(jì)目的

如圖1所示，現(xiàn)有的夾布纏繞機(jī)1主要由床身101、旋轉(zhuǎn)機(jī)頭102、模芯103組成，旋轉(zhuǎn)機(jī)頭驅(qū)動(dòng)模芯繞軸線旋轉(zhuǎn)?，F(xiàn)有的夾布纏繞工序：由于模芯長(zhǎng)度為20m，一般采用軌道式滑車或工人憑手工經(jīng)驗(yàn)在模芯纏繞夾布，重復(fù)精度不高，容易造成工傷及時(shí)間成本高等，夾布纏繞不均勻，夾布脫層，廢品率較高，質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。而采用自動(dòng)化橡膠管纏繞機(jī)解決了現(xiàn)有夾布纏繞機(jī)存在廢品率高、質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，可以大大節(jié)省人力物力，減少社會(huì)資源的浪費(fèi)，方便運(yùn)營(yíng)，提高企業(yè)單位效率和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。為了解決上述問(wèn)題，纏繞機(jī)本體的一側(cè)設(shè)有行走裝置，該行走裝置能沿纏繞機(jī)本體上的模芯軸向移動(dòng)，便于準(zhǔn)確完成纏繞機(jī)夾布工作。行走裝置的頂面上設(shè)有放料裝置，放料裝置上的夾布通過(guò)模芯的旋轉(zhuǎn)力實(shí)現(xiàn)自動(dòng)放料，大大節(jié)約了人力成本。

3.2 行走裝置

行走裝置2是一種自動(dòng)化橡膠管夾布纏繞機(jī)，包括纏繞機(jī)本體1，纏繞機(jī)本體的一側(cè)設(shè)有行走裝置2，行走裝置能沿纏繞機(jī)本體上的模芯軸向移動(dòng)，行走裝置的頂面上設(shè)有放料裝置3，放料裝置上的夾布通過(guò)模芯的旋轉(zhuǎn)力實(shí)現(xiàn)自動(dòng)放料;由工字梁201、導(dǎo)軌202、支撐架203、滾輪204、支撐輪205、驅(qū)動(dòng)裝置和滑動(dòng)取電系統(tǒng)組成如圖2所示的整體結(jié)構(gòu)，工字梁固定在纏繞機(jī)本體的一側(cè)面上，兩個(gè)導(dǎo)軌分別固定在工字梁上下翼面上，支撐架的內(nèi)端通過(guò)滾輪與導(dǎo)軌滑動(dòng)連接，支撐輪固定在支撐架的底面上，驅(qū)動(dòng)裝置固定在支撐架上，驅(qū)動(dòng)裝置用于驅(qū)動(dòng)支撐架沿纏繞機(jī)本體上的模芯軸向移動(dòng)。此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)緊湊、占地少、能耗低、運(yùn)行平穩(wěn)可靠，能顯著提高生產(chǎn)效率。

3.3 齒輪齒條驅(qū)動(dòng)裝置

驅(qū)動(dòng)裝置由齒條206、伺服電機(jī)207、驅(qū)動(dòng)軸208、驅(qū)動(dòng)齒輪209組成，齒條固定在工字梁上，伺服電機(jī)的輸出端通過(guò)驅(qū)動(dòng)軸與驅(qū)動(dòng)齒輪連接，圖3所示為行走裝置和放料裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。齒輪齒條轉(zhuǎn)動(dòng)相較皮帶或鏈條具有承載力大、傳動(dòng)精度較高的優(yōu)點(diǎn)，這就保證了夾布纏繞的質(zhì)量。平面軸承與行走裝置連接，在行走裝置的頂面上圓周均布有多個(gè)鎖止插銷。此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是能按夾布膠管的工藝要求，對(duì)膠管夾布的45°斜交纏繞進(jìn)行鎖定，裝置具有安全可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便的特點(diǎn)。

3.4 放料裝置

放料裝置由旋轉(zhuǎn)架301、夾布輥筒302、漲緊輥筒3筒組成，放料裝置結(jié)構(gòu)如圖4所示。旋轉(zhuǎn)架通過(guò)平面軸承能作水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，夾布輥筒固定在旋轉(zhuǎn)架的外端，多個(gè)漲緊輥筒在旋轉(zhuǎn)架的內(nèi)端內(nèi)沿夾布輸送方向呈間隔分布。放料裝置俯視圖如圖5所示。此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：能針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的各種材料特性，選用不同的材料和不同的漲緊系數(shù)，使材料能緊密地貼合在模芯上，確保膠管的質(zhì)量要求。放料裝置通過(guò)平面軸承與行走裝置連接，在行走裝置的頂面上圓周均布多個(gè)鎖止插銷，這里的軸承是一種將相對(duì)運(yùn)動(dòng)限制在所需的運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)并減少運(yùn)動(dòng)部件之間摩擦的機(jī)械機(jī)構(gòu)元件，主要是提供支撐，減少調(diào)節(jié)夾布纏繞機(jī)纏繞角度過(guò)程中的摩擦力。

4 控制部分工作原理及運(yùn)行原理分析

PLC可編程控制器內(nèi)部工作方式一般是采用循環(huán)掃描方式，該方式是在傳統(tǒng)順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，自動(dòng)纏繞機(jī)里配置了控制柜，還有觸摸屏和計(jì)算機(jī)，控制系統(tǒng)方框圖如圖6所示。

自動(dòng)化纏繞機(jī)代替了傳統(tǒng)的手工纏繞包裝，使自動(dòng)化技術(shù)從開關(guān)控制進(jìn)入閉環(huán)比例伺服控制，控制精度不斷提高。由于自動(dòng)化橡膠管夾布纏繞機(jī)需要快速、準(zhǔn)確的夾布纏繞，因而對(duì)行走裝置或放料裝置提出了更多更高的要求，即必須具有高定位精度、快速反應(yīng)、有一定的承載能力。

當(dāng)用戶程序調(diào)試完成后，通過(guò)編程器將其程序?qū)懭隤LC存儲(chǔ)器中。對(duì)本設(shè)備電路部分進(jìn)行說(shuō)明：a.滑動(dòng)取電，采用如同大型行車吊的取電原理，并加以防觸電改造;b.利用工字梁的槽腔布置滑觸線和滑動(dòng)取電器。

放料裝置結(jié)構(gòu)運(yùn)行原理如下：a.通過(guò)PLC控制系統(tǒng)設(shè)定模芯和驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)速;b.旋轉(zhuǎn)放料裝置，使放料裝置上的夾布輥筒徑向中心線與模芯軸線呈45°夾角，放料裝置的角度調(diào)整好后通過(guò)鎖止插銷進(jìn)行鎖止，即鎖止插銷的頭端插入至旋轉(zhuǎn)架上的銷孔中，避免放料裝置在放料過(guò)程中出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng);c.在放料裝置的夾布輥筒上放置夾布卷料，夾布卷料的頭端從多個(gè)漲緊輥筒上穿過(guò)并固定在模芯的頭端上，多個(gè)漲緊輥用于拉緊夾布;d.同步啟動(dòng)模芯和行走裝置，模芯繞軸線旋轉(zhuǎn)，行走裝置帶動(dòng)放料裝置上的夾布卷料向模芯的尾端移動(dòng)，夾布通過(guò)模芯的旋轉(zhuǎn)力按一定速度和角度均勻地纏繞在模芯上;e.行走裝置上設(shè)有行程開關(guān)和倒順開關(guān)，行走裝置行走到所需的行程后，行程開關(guān)實(shí)現(xiàn)行走裝置自動(dòng)停止，并通過(guò)倒順開關(guān)自動(dòng)切換行走裝置的伺服電機(jī)轉(zhuǎn)向，行走裝置帶動(dòng)放料裝置上的夾布卷料完成逆行纏繞后完成生產(chǎn)過(guò)程。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)工業(yè)發(fā)展的速度越來(lái)越快，自動(dòng)化設(shè)備技術(shù)水平也在逐步提高，對(duì)相關(guān)行業(yè)人才技能要求和崗位的需求也在不斷的增加。本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)化纏繞機(jī)代替了傳統(tǒng)的手工纏繞運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行速度快，操作方便，安裝維修保養(yǎng)方便，大大提高了生產(chǎn)效率，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了人工成本，減少或杜絕了操作過(guò)程中事故的產(chǎn)生，也提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

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作者簡(jiǎn)介：

肖德華，男，1984年生，講師，研究方向?yàn)闄C(jī)械、數(shù)控、加工、軟件。