一種自動雙面號頭機關(guān)鍵技術(shù)研究及實現(xiàn)

［關(guān)鍵詞］號頭機；雙面號頭硬件與軟件；自動雙面打印

［中圖分類號］TM615 ［文獻標(biāo)志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）11–0151–03

號頭機又名“打號機”或“線號機”，是一種工業(yè)打印機，主要用于在套管材料上打印字符，一般用于電控、配電設(shè)備二次電纜號頭標(biāo)識。通過號頭對電纜進行標(biāo)識，能夠使電纜標(biāo)識、安全防范等各種標(biāo)識更加清晰明了。隨著能源行業(yè)的不斷發(fā)展以及二次電纜編號標(biāo)識要求越來越高，在大量發(fā)電廠及變電站二次設(shè)備新建與改造時，對于雙面號頭的需求也越來越大。文章設(shè)計了一種新型的自動雙面號頭機，該號頭機可實現(xiàn)在PVC 套管正反面打印字符時自動對齊、劃線、半切、全切等功能，從而達到提高雙面號頭打印效率，降低人力資源成本的目的。

1號頭機發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

目前，市場上在售號頭機，總體分為進口和國產(chǎn)兩種，進口號頭機品牌主要有佳能、美克斯、兄弟等，國產(chǎn)號頭機品牌有碩方、力碼、普貼、貼博士等。國內(nèi)外在售的號頭機均能實現(xiàn)自動單面號頭批量打印，且均基本具備單面號頭打印效率高、質(zhì)量好的特點。但國產(chǎn)號頭機在使用的便捷性、軟件界面的友好性方面高于進口號頭機?，F(xiàn)有號頭機實現(xiàn)雙面號頭打印的方式基本分為以下3 個步驟。

（1）先批量打印號頭正面信息。

（2）將步驟1 打印的號頭管手動調(diào)整后裝入打印機。

（3）在步驟2 的基礎(chǔ)上批量打印號頭反面信息[1]。

但是此種雙面號頭打印方式存在著很多不足，具體如下。

（1）便捷程度較低。每次雙面打印均手動裝入號頭管打印反面號頭信息，人力資源需求量大。

（2）效率低。因不具備自動雙面對齊功能，無法實現(xiàn)大批量雙面號頭打印，且隨著號頭打印數(shù)量的增多，反面號頭對齊的誤差會不斷積累，最終導(dǎo)致雙面號頭信息完全錯位，打印的號頭不能使用。

（3）人力資源要求高。手動雙面號頭打印，對號頭打印人員熟練度要求高。文章提出的自動雙面號頭能很好的解決這些問題，具有很大的研究價值與工程應(yīng)用價值。

2自動雙面號頭機關(guān)鍵技術(shù)

自動雙面號頭機關(guān)鍵技術(shù)原理涵蓋兩套打印單元的硬件設(shè)計和自動雙面號頭機軟件應(yīng)用兩個方面。自動雙面號頭機硬件設(shè)計需要在一塊金屬芯板上安裝正反向兩套打印單元，兩套打印單元通過采集、輸出電路主板上的處理芯片發(fā)送待打印數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)雙面號頭正反面同時自動打印。為確保打印過程中雙面號頭正反面自動居中對齊，保證打印質(zhì)量及打印的便捷性，雙面號頭機軟件應(yīng)用需實現(xiàn)同步輸入輸出號頭正反面信息、號頭管打印位置前后調(diào)整設(shè)置、字符打印位置上下調(diào)整等功能[2]。

2.1自動雙面號頭機硬件設(shè)計

自動雙面號頭機主要包含金屬芯板、打印單元、控制單元、自動全半切裝置、收卷及送管傳動機構(gòu)、控制電機等部分。其中，兩套打印單元共享一套自動全半切裝置，正反面打印的兩套收卷及送管傳動機構(gòu)共用一個控制單元。正面打印的自動壓緊機構(gòu)由一個控制電機驅(qū)動，反面打印的壓緊及自動全、半切傳動機構(gòu)由另一個獨立的控制電機控制。此外，為確保同步性，正面打印單元中的輔助進管機構(gòu)為手動控制，但其動力和送管傳動機構(gòu)與一個電機共用。在自動雙面號頭機實現(xiàn)雙面打印的過程中，具有兩個技術(shù)難點：①如何提高走管穩(wěn)定性；②如何保障位置控制精度。

為提升走管穩(wěn)定性與位置控制精度，文章設(shè)計提出以下解決方案：

（1）通過兩個打印機構(gòu)的相對設(shè)置，自動實現(xiàn)一次裝入完成套管正反面同時打印的效果，同時通過S形通道設(shè)置，形成對套管包角的限定，更好地保證套管走管時處于壓扁狀態(tài)，保證走管不扭轉(zhuǎn)走管穩(wěn)定。

（2）通過限定反面打印機構(gòu)的膠輥直徑大于正面打印機構(gòu)的膠輥直徑，依靠線速度差保證套管走管時被張緊不堆管，處于壓扁狀態(tài)，進一步促進走管平穩(wěn)，提升正反面打印對正效果。

（3）通過包角輔助輥的設(shè)置，進一步限定套管包角，為最終套管打印效果提供更有效的保證。

（4）通過將正面打印擺臂與砧板組在全半切動力機構(gòu)帶動下實現(xiàn)聯(lián)動，保證打印過程中自動實現(xiàn)半切，打印結(jié)束后自動實現(xiàn)全切，實現(xiàn)批量雙面精確打印及打印后自動半切和全切動作，操作省時省力、浪費少，大幅提升打印效率和打印質(zhì)量[3]。

（5）通過將反面打印機構(gòu)中反面送管機構(gòu)與正面打印機構(gòu)中的正面送管機構(gòu)相嚙合，實現(xiàn)正反兩個打印機構(gòu)由一個正面電機帶動的效果，保證雙面打印的同步性，進一步提升打印效果。

（6）制作一種新型套管限位機構(gòu)，利用靜態(tài)時滑動調(diào)節(jié)板在固定軸上的自由滑動，以及通過調(diào)節(jié)動力機構(gòu)對調(diào)節(jié)頂板和調(diào)節(jié)底板的相互錯位作用，使滑動調(diào)節(jié)板能固定在固定軸上的任意位置，且方便拆裝，滿足不同高度調(diào)節(jié)的目的，調(diào)節(jié)簡便快捷。

（7）通過帶錐面螺釘?shù)脑O(shè)置，使其與兩個靜態(tài)不同心的調(diào)節(jié)孔相互作用，使其在趨于同心的基礎(chǔ)上導(dǎo)致調(diào)節(jié)頂板和調(diào)節(jié)底板的相互錯位，達到固定滑動調(diào)節(jié)板的目的，操作方便，簡單實用。

（8）通過將所述套管限位機構(gòu)用于雙面號頭機，使其安裝在走管通道上，實現(xiàn)對不同直徑管的壓制，壓力科學(xué)合理，保證走管平穩(wěn)，避免管竄動，提升號頭打印機的打印效果。

此種解決方案具有以下兩個優(yōu)點。

（1）走管穩(wěn)定性高。號頭管在自動雙面號頭機中始終保持勻速走管是確保雙面號頭自動對齊的關(guān)鍵，此種設(shè)計可確保套管在走管過程中保持被張緊且不堆管的狀態(tài)，同時使其時刻處于壓扁狀態(tài)，以保證走管不扭轉(zhuǎn)且穩(wěn)定。

（2）位置控制精度高。號頭管在走管過程中可能出現(xiàn)上下竄動現(xiàn)象，為避免其位置變化導(dǎo)致打印位置不準(zhǔn)確，從而影響打印效果，采用限位和導(dǎo)向機構(gòu)，可提高號頭管在走管過程中的位置精度。

2.2自動雙面號頭機軟件應(yīng)用

為達到自動雙面號頭機高效批量打印和使用便捷的特點，且在大批量號頭自動雙面打印的同時實現(xiàn)自動半剪切，并確保對齊精度，本方案開發(fā)了基于Win10/Win11/國產(chǎn)操作系統(tǒng)等主流操作系統(tǒng)的PC機及手機APP輔助軟件。此軟件界面友好，操作簡便，能夠批量導(dǎo)入號頭正反面信息，批量設(shè)置字體大小及號頭管長度以及批量設(shè)置剪切方式等功能。該雙面號頭機結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3試驗驗證與結(jié)果分析

（1）自動雙面線號打印機的特征包括相對設(shè)置的正面打印機構(gòu)和反面打印機構(gòu)，正面打印機構(gòu)的套管輸出端連通反面打印機構(gòu)的套管輸入端，依次實現(xiàn)對套管的正面和反面打印。

（2）自動雙面線號打印機連通正面打印機構(gòu)和反面打印機構(gòu)的走管通道，設(shè)置成S 形通道，S 形通道使套管經(jīng)過正面打印機構(gòu)的膠輥時包角大于90°，且使套管經(jīng)過反面打印機構(gòu)的膠輥時包角大于30°。

（3）正面打印機構(gòu)的膠輥旁邊設(shè)有包角輔助輥，其使套管經(jīng)過正面打印機構(gòu)的膠輥時包角大于180°。

（4）反面打印機構(gòu)的膠輥直徑大于正面打印機構(gòu)的膠輥直徑。

（5）正面打印機構(gòu)的膠輥與反面打印機構(gòu)的膠輥之間間距為2～50 mm。

（6）自動全半切機構(gòu)包括切刀組、與切刀組配合的砧板組以及帶動所述砧板組轉(zhuǎn)換半切位和全切位的全半切動力機構(gòu)，切刀組和砧板組的配合空間設(shè)置在反面打印機構(gòu)的套管輸出端外側(cè)。

正面打印機構(gòu)（圖2）包括正面打印擺臂，其采用第一Z形桿結(jié)構(gòu)，即該桿結(jié)構(gòu)的一端通過轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動連接在芯板上，其中間位置連接有正面打印單元，另一端可活動設(shè)置在芯板上，并與全半切動力機構(gòu)連接，正面打印擺臂和砧板組在全半切動力機構(gòu)帶動下實現(xiàn)聯(lián)動，正面打印擺臂處于松開位置時砧板組處于全切位，正面打印擺臂處于壓緊位置時砧板組處于半切位。

設(shè)計的自動雙面號頭機實物如圖3所示。試驗通過自動雙面號頭機與普通號頭機在打印相同數(shù)量及內(nèi)容的雙面號頭時，對不同號頭機在軟件設(shè)置時長、耗材消耗情況、雙面號頭打印時長等方面做了統(tǒng)計，數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表1。

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)分析，自動雙面號頭機軟件設(shè)置時長約為普通號頭機1/2，耗材消耗情況約為普通號頭機的1/3，雙面號頭打印時長約為普通號頭機的1/4。通過該試驗，驗證了該自動雙面號頭機在打印雙面號頭時，具有便捷性高、耗材消耗少、打印效率高的優(yōu)點。

4結(jié)束語

文章研究了一種新型的自動雙面號頭機，解決了普通號頭機打印雙面號頭效率低、便捷程度較低、人力資源要求高等問題。這種新型的自動雙面號頭機用于雙面號頭打印時，可大幅提高雙面號頭打印效率，并有效減少人力資源消耗。自動雙面號頭機可推廣應(yīng)用于電力行業(yè)設(shè)備改造時二次線纜雙面號頭打印，推進電力行業(yè)施工技術(shù)進步，提高全行業(yè)電氣二次建設(shè)施工工作效率。