于淑政 董曉博 孫振軍

摘 要：闡述了全自動(dòng)釘箱機(jī)送紙機(jī)構(gòu)的主體結(jié)構(gòu)，工作原理和關(guān)鍵技術(shù)。結(jié)果表明：通過(guò)文章設(shè)計(jì)出的送紙機(jī)構(gòu)具有更高的安全性，以及釘箱的質(zhì)量和效率。

關(guān)鍵詞：負(fù)壓式真空吸附送料；離合制動(dòng)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(zhì)量要求也越來(lái)越高，因此，對(duì)紙箱加工專用設(shè)備也就提出了新的質(zhì)量和效率要求。為此設(shè)計(jì)開發(fā)一種全自動(dòng)釘箱機(jī)。ZDXJ-2400型全自動(dòng)訂箱機(jī)，由送料部、折疊部、拍齊整理部、釘頭部和計(jì)數(shù)部五個(gè)部分組成，數(shù)顯調(diào)速，微電腦調(diào)幅，具有簡(jiǎn)便快捷可靠精準(zhǔn)的操控模式，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)供紙、自動(dòng)折疊、自動(dòng)拍齊、自動(dòng)釘箱、自動(dòng)計(jì)數(shù)輸出。全自動(dòng)釘箱機(jī)的送紙機(jī)構(gòu)是釘箱機(jī)的重要組成部分，送紙機(jī)構(gòu)工作的好壞直接影響整機(jī)釘箱的工作性能和工作效率，對(duì)生產(chǎn)有著直接影響。因此對(duì)于送紙機(jī)構(gòu)同送紙的研究非常重要。

1 送紙機(jī)構(gòu)

送紙機(jī)構(gòu)的作用是將紙板輸送一段距離，使之進(jìn)入折疊部。為了提高機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)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(fēng)箱同步運(yùn)動(dòng)，與后面的送紙皮帶輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)同步運(yùn)動(dòng)。

圖2中3為瓦楞紙板釘箱機(jī)的托架組件，通過(guò)調(diào)節(jié)托架組件，可以滿足對(duì)不同寬度紙板的加工。中間為瓦楞紙板釘箱機(jī)的氣室部分，氣室部分通過(guò)真空吸附裝置可以將托架最下面的紙板吸住，進(jìn)而向左傳入進(jìn)紙驅(qū)動(dòng)組件。在進(jìn)紙驅(qū)動(dòng)組件和氣室組件的部分為瓦楞紙板釘箱機(jī)的前門組件，也就是主視圖的構(gòu)件2，前門組件主要用于將紙板拍齊，氣缸用于對(duì)不同長(zhǎng)度紙板進(jìn)行拍齊加工，前門組件兩端各有一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，調(diào)節(jié)左右擋板之間的距離，可滿足不同長(zhǎng)度紙板的加工，為保證紙板一一通過(guò)前門組件（即防止兩張和兩張以上紙板一起通過(guò)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(guò)蝸輪蝸桿裝置調(diào)節(jié)偏心輪就可以調(diào)節(jié)前門組件下端進(jìn)紙縫隙，保證在對(duì)紙箱加工時(shí)只能讓一張紙板通過(guò)進(jìn)入進(jìn)紙驅(qū)動(dòng)組件，其它紙板被前門組件擋住，以保證對(duì)紙板進(jìn)行一一加工。此外為了防止紙板連續(xù)送紙，在送紙機(jī)構(gòu)中還采用了電磁離合器和電磁制器，PLC可編程控制器系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，以此來(lái)保證間歇穩(wěn)定送紙。

2 送紙機(jī)構(gòu)各組件

2.1 前門組件

前門組件主要由調(diào)隙軸、定位軸、絲杠、伺服電機(jī)、氣缸等組成。

前門組件的主要作用是通過(guò)調(diào)節(jié)蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)，帶動(dòng)偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而調(diào)節(jié)前門組件和氣室組件之間的間隙，保證滿足對(duì)不同厚度紙張的加工，使其能順利通過(guò)該間隙。此外、通過(guò)氣缸并對(duì)待加工紙板進(jìn)行拍齊整理，以便對(duì)紙板進(jìn)行下一道工序的加工。

2.1.1 調(diào)隙裝置。調(diào)隙裝置主要功能是調(diào)節(jié)前門組件與氣室組件之間的縫隙，來(lái)完成對(duì)不同厚度紙板的加工。調(diào)隙裝置的調(diào)節(jié)原理：在調(diào)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(gè)偏心輪，在蝸輪蝸桿裝置帶動(dòng)下，通過(guò)調(diào)節(jié)偏心輪就可以調(diào)節(jié)前門擋板與氣室部分的間隙。

2.1.2 步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)和電機(jī)的選擇。前門組件中伺服電機(jī)也是通過(guò)一個(gè)蝸輪蝸桿裝置和絲杠傳動(dòng)裝置來(lái)調(diào)節(jié)左右才側(cè)板之間的距離，用以滿足不同長(zhǎng)度紙張的加工要求。

零件46為右側(cè)擋板支座，在右側(cè)擋板支座上有三個(gè)孔，上下兩個(gè)孔為光軸孔，中間位絲杠孔。側(cè)擋板由上下兩孔上的光軸支撐，伺服電機(jī)固定在電機(jī)架上，伺服電機(jī)通過(guò)蝸輪蝸桿傳動(dòng)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使側(cè)擋板的左右移動(dòng)，從而滿足對(duì)不同寬度待加工紙板的加工。伺服電機(jī)控制的蝸輪蝸桿調(diào)節(jié)裝置如圖6所示。因此伺服電機(jī)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(duì)于待加工的紙板，放在托架上面的時(shí)候大多是不整齊的，需要通過(guò)氣缸對(duì)待加工的紙板進(jìn)行拍齊，以便使紙板能夠順利的通過(guò)前門組件下面的縫隙，進(jìn)而進(jìn)行下一個(gè)程序的加工。

51為滑軌A，55為滑軌B，在氣缸的帶動(dòng)下側(cè)擋板可以沿滑軌來(lái)回移動(dòng)。

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(lián)軸器、齒條齒輪、導(dǎo)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(lái)減少最下端的紙板與其它紙板的摩擦力，從而減少紙板對(duì)進(jìn)紙驅(qū)動(dòng)組件的阻力，使得紙板更加容易進(jìn)行下一道工序的加工。

2.4 進(jìn)紙驅(qū)動(dòng)組件

進(jìn)紙驅(qū)動(dòng)組件主要由電動(dòng)機(jī)、壓紙輥、喂紙輥、偏心輪調(diào)節(jié)裝置、鏈輪傳動(dòng)裝置和皮帶輪傳動(dòng)裝置組成。具體結(jié)構(gòu)主視圖如圖11所示。該部分設(shè)計(jì)主要是整個(gè)傳動(dòng)部分傳動(dòng)比，由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)皮帶，再由鏈輪帶動(dòng)喂紙輥，通過(guò)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(dòng)下傳送來(lái)控制進(jìn)紙的速度。由圖12可以看出來(lái)該部分由電動(dòng)機(jī)和三組軸組成，對(duì)不同厚度的紙板由調(diào)隙裝置調(diào)節(jié)偏心輪，從而調(diào)節(jié)喂紙輥和進(jìn)紙輥之間的間隙，以適應(yīng)對(duì)不同厚度紙板的加工。該部分設(shè)計(jì)需要確定電動(dòng)機(jī)的選擇，帶輪傳動(dòng)和鏈輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比。

2.4.1 電動(dòng)機(jī)的選擇

首先要根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械對(duì)電力傳動(dòng)提出的要求，如起動(dòng)與制動(dòng)的頻繁程度，有無(wú)調(diào)速要求等等來(lái)選擇電動(dòng)機(jī)的電流種類，即選用交流電動(dòng)機(jī)還是選用直流電動(dòng)機(jī)；其次應(yīng)結(jié)合電源情況選擇電動(dòng)機(jī)額定電壓的大??；再由生產(chǎn)機(jī)械所要求的轉(zhuǎn)速及傳動(dòng)設(shè)備的要求選取它的額定轉(zhuǎn)速；然后根據(jù)電動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械的安裝位置和周圍環(huán)境情況來(lái)決定電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式和防護(hù)型式；最后由生產(chǎn)機(jī)械所需要的功率大小來(lái)決定電動(dòng)機(jī)的額定功率（容量）。綜合以上方面考慮，最后在電機(jī)產(chǎn)品目錄中選擇與要求相符的電動(dòng)機(jī)，如果產(chǎn)品目錄中所列電動(dòng)機(jī)不能滿足生產(chǎn)機(jī)械的某些特殊要求，則可向電機(jī)生產(chǎn)廠家單獨(dú)定制。

（1）電動(dòng)機(jī)電壓和轉(zhuǎn)速的選擇

a.現(xiàn)有工廠企業(yè)的生產(chǎn)機(jī)械選配電動(dòng)機(jī)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的額定電壓應(yīng)與工廠配電電壓一致，新建工廠的電動(dòng)機(jī)，其電壓選擇要與工廠供配電電壓的選擇一起考慮，根據(jù)不同電壓等級(jí)經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后擇優(yōu)決定。我國(guó)規(guī)定的低電壓標(biāo)準(zhǔn)為220/380V，高壓配電電壓大多數(shù)為10kV。一般中小容量的電動(dòng)機(jī)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(dāng)電動(dòng)機(jī)容量超過(guò)約200KW時(shí)，建議使用者選擇3kV、6kV或10kV的高壓電機(jī)。b.電動(dòng)機(jī)的（額定）轉(zhuǎn)速選擇，要根據(jù)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的要求及傳動(dòng)裝置的配比情況來(lái)考慮。電動(dòng)機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)通常有3000、1500、1000、750及600等多種，異步電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速由于存在轉(zhuǎn)差率，一般要比上述轉(zhuǎn)速低2%～5%。從電動(dòng)機(jī)制造角度講，同樣功率的電動(dòng)機(jī)若額定轉(zhuǎn)速愈高，其電磁轉(zhuǎn)矩外形尺寸就愈小，成本就愈低且重量會(huì)輕，并且高速電機(jī)的功率因數(shù)及效率比低速電機(jī)都高。若能選擇轉(zhuǎn)速愈高的電動(dòng)機(jī)，則經(jīng)濟(jì)性愈好，但若由此而引起電動(dòng)機(jī)與被拖動(dòng)機(jī)械間的轉(zhuǎn)速相差過(guò)大時(shí)，所需裝設(shè)減速裝置的傳動(dòng)級(jí)數(shù)就越多，這就會(huì)加大設(shè)備成本及傳動(dòng)的能量損耗。故要經(jīng)過(guò)分析比較擇優(yōu)選定。我們通常應(yīng)用的電機(jī)大部分是選用4極1500r/min的電機(jī)，因?yàn)檫@種額定轉(zhuǎn)速的電機(jī)適應(yīng)范圍廣，而且其功率因數(shù)和工作效率也較高。電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力首先通過(guò)皮帶輪傳給軸1，然后再由鏈輪將動(dòng)力一部分傳給喂紙輥，另一部分經(jīng)離合器再傳給氣室組件驅(qū)動(dòng)軸。即：電動(dòng)機(jī)功率=軸1功率+喂紙輥功率+氣室驅(qū)動(dòng)軸功率。

（2）電機(jī)各參數(shù)的確定

a.確定機(jī)構(gòu)部。典型機(jī)構(gòu)：皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)等。b.確定運(yùn)轉(zhuǎn)模式。運(yùn)轉(zhuǎn)模式對(duì)電機(jī)的容量選擇影響很大，加減速時(shí)間、停止時(shí)間盡量取大，就可以選擇小容量電機(jī)。c.計(jì)算負(fù)載慣量J和慣量比I。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式計(jì)算慣量比。d.計(jì)算轉(zhuǎn)速Nr/min。根據(jù)移動(dòng)距離、加速時(shí)間ta、減速時(shí)間td、勻速時(shí)間tb計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速。計(jì)算最高速度Vmax：

ta×Vmax+tb×Vmax+td×Vmax=移動(dòng)距離

則得Vmax=0.3m/s（假設(shè)）

則最高轉(zhuǎn)速：要轉(zhuǎn)換成Nr/min

絲桿轉(zhuǎn)1圈的導(dǎo)程為Ph=0.02m（假設(shè)） 最高轉(zhuǎn)速Vmax=0.3m/s（假設(shè)）

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

帶輪轉(zhuǎn)1全周長(zhǎng)=0.2m（假設(shè)），最高轉(zhuǎn)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(jī)額定轉(zhuǎn)速）

計(jì)算轉(zhuǎn)矩T（N·m）。

根據(jù)負(fù)載慣量、加減速時(shí)間、勻速時(shí)間計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)矩。

計(jì)算移動(dòng)轉(zhuǎn)矩、加速轉(zhuǎn)矩、減速轉(zhuǎn)矩。

確認(rèn)最大轉(zhuǎn)矩：加減速時(shí)轉(zhuǎn)矩最大<電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩。

確認(rèn)有效轉(zhuǎn)矩：有效（負(fù)載）轉(zhuǎn)矩<電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩。

f.選擇電機(jī)。選擇能滿足3～5項(xiàng)條件的電機(jī)。

轉(zhuǎn)矩[N·m]：峰值轉(zhuǎn)矩：運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中（主要是加減速）電機(jī)所需要的最大轉(zhuǎn)矩；為電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的80%以下。移動(dòng)轉(zhuǎn)矩、停止時(shí)的保持轉(zhuǎn)矩：電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行所需轉(zhuǎn)矩；為電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的80%以下。有效轉(zhuǎn)矩：運(yùn)轉(zhuǎn)、停止全過(guò)程所需轉(zhuǎn)矩的平方平均值的單位時(shí)間數(shù)值；為電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的80%以下。轉(zhuǎn)速：最高轉(zhuǎn)速，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速：大致為額定轉(zhuǎn)速以下。慣量：保持某種狀態(tài)所需要的力。

所選電動(dòng)機(jī)的型號(hào)如下：

2.4.2 其他主要零件參數(shù)的設(shè)計(jì)

（1）喂紙輥及其組成：是由兩個(gè)軸頭和一個(gè)筒體焊接而成。

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

2.4.3 確定傳動(dòng)方案

合理的傳動(dòng)方案，應(yīng)滿足工作機(jī)的性能要求、工作可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、加工方便、陳本低廉、效率高和使用維護(hù)方便等。當(dāng)采用多級(jí)傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)合理地選擇傳動(dòng)零件和他們之間的傳動(dòng)次序，揚(yáng)長(zhǎng)避短，力求方案合理。常需要考慮以下幾點(diǎn)：（1）帶傳動(dòng)為摩擦傳動(dòng)，傳動(dòng)平穩(wěn)，能緩沖吸振，噪音小，但傳動(dòng)比不準(zhǔn)確，傳遞相同轉(zhuǎn)矩時(shí)，結(jié)構(gòu)尺寸較其他傳動(dòng)形式大。因此，應(yīng)布置在高速及。因?yàn)閭鬟f相同功率，轉(zhuǎn)速愈高，轉(zhuǎn)矩愈小，可使帶傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)緊湊。（2）鏈傳動(dòng)靠鏈輪輪齒嚙合，平均傳動(dòng)比恒定，并能適應(yīng)惡劣的工作條件，但運(yùn)動(dòng)不均勻，有沖擊，不適于高速傳動(dòng)，故應(yīng)布置在多級(jí)傳動(dòng)的低速級(jí)。（3）蝸桿傳動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)比大，但傳動(dòng)效率低，適用于中、小功率間歇運(yùn)轉(zhuǎn)的場(chǎng)合。當(dāng)和齒輪傳動(dòng)同時(shí)應(yīng)用時(shí)，應(yīng)布置在高速級(jí)，使其工作齒面間有較高的相對(duì)滑動(dòng)速度，利于形成流體動(dòng)力潤(rùn)滑油膜，提高效率，延長(zhǎng)壽命。（4）原錐齒輪傳動(dòng)用于傳遞相交軸間的運(yùn)動(dòng)。由于圓錐齒輪（特別是當(dāng)尺寸較大時(shí)）加工比較困難，應(yīng)放在傳動(dòng)的高速級(jí)，并限制其傳動(dòng)比，以減小其直徑赫模數(shù)。（5）開式齒輪傳動(dòng)的工作環(huán)境一般較差，潤(rùn)滑不良，磨損嚴(yán)重，應(yīng)布置在低速級(jí)。（6）斜齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性較直齒輪傳動(dòng)好，當(dāng)采用雙級(jí)齒輪傳動(dòng)時(shí)，高速級(jí)常用斜齒輪。

2.5 氣室組件設(shè)計(jì)

氣室組件主要由主動(dòng)帶輪軸、從動(dòng)帶輪軸、輸送帶輪、張緊帶輪、風(fēng)機(jī)、吸風(fēng)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(gòu)成氣室，由風(fēng)機(jī)經(jīng)過(guò)風(fēng)管抽風(fēng)，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(jìn)紙驅(qū)動(dòng)組件，隨著帶傳動(dòng)從而將紙板送往下一道工序。

3 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)機(jī)器負(fù)壓式真空吸附送料，離合制動(dòng)組合防連續(xù)送紙機(jī)構(gòu)，可以形成準(zhǔn)確的間歇送紙秩序。

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