畢業(yè)設(shè)計（論文）-地毯自動裝箱機(jī)的設(shè)計

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1、地毯自動裝箱機(jī)的設(shè)計 地毯自動裝箱機(jī)的設(shè)計 全套圖紙加扣?3012250582 摘要 自動裝箱機(jī)是一種應(yīng)用于完成運輸包裝的機(jī)器，它可以把一定量的產(chǎn)品按照特定排列方式裝入箱中。方塊地毯，一種按照形狀大小和鋪陳方法排列的新型地毯，在我們的日常生活及工作中被越來越廣泛的使用。但長期以來，它的包裝大多都是通過人工或半自動的方式來進(jìn)行包裝的。 本設(shè)計是在充分了解方塊地毯自動包裝生產(chǎn)線的基本原理和工藝流程之后，設(shè)計了一款可以將碼垛好的方塊地毯裝入紙箱中的自動裝箱機(jī)械系統(tǒng)，從而提高生產(chǎn)速度。通過模塊化設(shè)計方法將地毯自動裝箱機(jī)分為地毯

2、的抓取、紙箱的輸送、裹包地毯三個部分來設(shè)計。這樣減輕了工人的勞動強(qiáng)度，有效提高了生產(chǎn)效率。 設(shè)計中紙箱的輸送采用的吸盤吸取紙箱到輸送線的方法，紙箱的抓取采用的是龍門機(jī)械手移送的方法，紙箱的折疊包裝采用的是裹包方法。裝箱時先把預(yù)先準(zhǔn)備好的片狀的壓好痕跡和切好角的包裝紙箱單張吸取出放置在傳送帶上，并通過固定在傳送帶上的擋板將紙箱折成直角形，然后將碼垛好的方塊地毯用抓手移送到紙箱的特定位置上進(jìn)行折疊裹包。 關(guān)鍵詞：方塊地毯，碼垛技術(shù)，包裝機(jī)械，自動包裝 1 地毯自動裝箱機(jī)的設(shè)計 CA

3、RPETS AUTOMATICPACKINGMACHINEDESIGN ABSTRACT Automatic packing machine is to serve for transportation and packing. It can put a amount of products into the box in a particular arrangement. Title carpet is divided according to the size and shape ,and it is more and more widely used in

4、 our daily life and work. But for a long time, most of its packaging is made by manual or semi automatic way. This subject is to design a mechanical system which can automatically packing the carpet into the box after fully understand the principle and process flow of carpet automatic packaging p

5、roduction line, so as to improve the production speed. Through the modular design method, the carpet automatic packing machine is divided into three parts, that is the grabbing of the carpet, the conveying of the carton and the wrapping of the carpet. This replaces the complex and boring of artifici

6、al packaging, and improves the production efficiency. The method for conveying box to conveying line is using the suction cup, the grasping means is Longmen mechanical hand transfer method, and the folding of the box is the wrapping method. Firstly, taking out the beforehand flaky packing box wit

7、h good marks and cut corners and place it on the conveyor belt. Then the box is folded into a right angle by a baffle fixed on the conveyor belt. Key words: Tile carpet, palletizing technology, packaging machinery, automatic packaging 2 地毯自動裝箱機(jī)的設(shè)計 目 錄

8、1 緒論 .................................................................................................................................. 1 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀................................................................................................... 2 1.3 課題研究要求和內(nèi)容.............................

9、............................................................. 5 1.3.1 課題研究要求.............................................................................................. 5 1.3.2 課題研究內(nèi)容............................................................................................. 5 2 地毯自動裝

10、箱機(jī)總體方案............................................................................................. 6 2.1 設(shè)計概述................................................................................................................. 6 2.2 地毯自動裝箱機(jī)具體結(jié)構(gòu)設(shè)計...................................................

11、....................... 6 2.2.1 裹包機(jī)械原理簡介.................................................................................... 6 2.2.2 基于裹包機(jī)械原理的地毯自動裝箱機(jī)整體方案設(shè)計......................... 6 2.3 地毯自動裝箱機(jī)各個部分方案的選取............................................................. 8 2.3.1 紙箱移送裝置方案.

12、................................................................................... 8 2.3.2 移送地毯機(jī)械設(shè)備原理及方案............................................................... 8 2.3.3 裹包地毯設(shè)備原理.................................................................................. 11 3 地毯自動裝箱機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計..

13、................................................................................ 14 3.1 紙箱輸送裝置設(shè)計.............................................................................................. 14 3.2 地毯移送裝置設(shè)計........................................................................................

14、...... 15 3.3 地毯裹包裝置設(shè)計.............................................................................................. 15 3.4 地毯自動裝箱機(jī)三維造型................................................................................ 17 4 地毯自動裝箱機(jī)部分的設(shè)計計算.........................................................

15、..................... 18 4.1 設(shè)計基本參數(shù)..................................................................................................... 18 4.2 電機(jī)選擇與計算................................................................................................. 18 4.2.1 電機(jī)的計算與選擇.......................

16、............................................................ 18 4.2.2 電動機(jī)轉(zhuǎn)速確定...................................................................................... 18 4.2.3 電動機(jī)容量確定...................................................................................... 18 地毯自動裝箱機(jī)的設(shè)計

17、4.2.4 電動機(jī)技術(shù)參數(shù) 19 4.3 光電傳感器的選擇 19 4.4 滾動軸承的選擇 20 4.5 氣缸的選擇 20 4.6 鏈傳送帶軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 21 5 結(jié)論 24 參考文獻(xiàn) 26 致謝 28 譯文及原文 29 地毯自動裝箱機(jī)的設(shè)計 1 緒論 1.1 引言 方塊地毯，一種按照形狀大小和鋪陳方法排列的新型地毯，在我們的日常生 活及工作中被越來越廣泛的使用，在很多地毯機(jī)械制造生產(chǎn)的車間隨處可見它們 的身影。地毯的生產(chǎn)及使用由來已久，尤其自一九六零年以來，地毯生產(chǎn)制造有 很大的改

18、善與發(fā)展。但中西方在地毯消費結(jié)構(gòu)上不大相同，我國生產(chǎn)的地毯直到 1980 年以前絕大多數(shù)都是國內(nèi)制造、外銷國外[1]。在國內(nèi)，方塊地毯的使用對象 主要是大型娛樂場所和賓館飯店，這樣使得很多國人都覺得使用地毯的使用與自 己的生活相距甚遠(yuǎn)。一直到給改革開放，國民收入有所提高，隨之而來是人民對 于生活水平的較高要求和期待，地毯才被更加廣泛的使用和需求。 據(jù)相關(guān)報道稱，我國機(jī)器制造的地毯目前年產(chǎn)約一億多平方米，同時我國制 造業(yè)及消費市場形勢較好，國際規(guī)模許多資質(zhì)優(yōu)良及生產(chǎn)技術(shù)精湛的地毯生產(chǎn)商 準(zhǔn)備進(jìn)駐中國市場[2]。由此不難預(yù)測中國在接下來的幾十年地毯市場競爭

19、會更加激烈。屆時各地毯公司將會更加有序、更加注重差異化發(fā)展、會制定出更符合自身特色的市場戰(zhàn)略。 在我國，地毯行業(yè)屬于資源豐富型和勞動強(qiáng)度大型行業(yè)，資金不足、技術(shù)不高、裝箱過程工作枯燥是地毯行業(yè)目前發(fā)展面臨的最大問題。占較高部分比例的地毯生產(chǎn)企業(yè)其包裝工序仍處于人工包裝狀態(tài)，勞動強(qiáng)度非常大。中國的地毯包裝機(jī)械較之國外開始的相對后期，發(fā)展較為落后一些，雖然目前部分地毯制造廠里已出現(xiàn)了一些地毯包裝機(jī)、包裝線，但從整個行業(yè)來看，自動化程度仍需較大提高。目前為止，國內(nèi)一些學(xué)者對于地毯自動包裝做了較多研究，應(yīng)用專用自動包裝機(jī)可以極大減輕工作時數(shù)和力度，獲得更多利潤，這對地毯行業(yè)的發(fā)展起了較大的推動作

20、用。本課題基于現(xiàn)有的自動包裝技術(shù)，設(shè)計一款方塊毯的自動包裝機(jī)，以代替復(fù)雜枯燥的人工包裝，從而提高生產(chǎn)速度。 1 地毯自動裝箱機(jī)的設(shè)計 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 包裝機(jī)械，一種可以實現(xiàn)部分或全部產(chǎn)品包裝功能的技術(shù)裝備，它是一種具 有專業(yè)用途的機(jī)械設(shè)備，具有運動速度快、機(jī)構(gòu)相對復(fù)雜、運作精度較高、采用 無極變速、作用力小的特點。新型包裝材料的不斷涌現(xiàn)出來以及日趨完善的包裝 技術(shù)日趨完善在很大程度上促進(jìn)了包裝技術(shù)的發(fā)展。其中為紙制品包裝的生產(chǎn)制 造提供條件的是由我國發(fā)明的造紙技術(shù)。國際紙價于一八五零年大幅下跌，食品 行業(yè)逐漸

21、開始應(yīng)運紙包裝。紙制品機(jī)械也得以大幅發(fā)展，其中以一八五二年美國 的沃利發(fā)明的制紙袋機(jī)為始端。包裝行業(yè)從本世紀(jì)初就開始興起了，并在醫(yī)藥、 化工、軍工、卷煙、食品、火柴等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了廣泛的機(jī)械化[3]。其中我國的包裝 機(jī)械行業(yè)是改革開放以后慢慢發(fā)展起來的，且由于起步相對后期，有很多都是通 過購入外國先進(jìn)包裝機(jī)械設(shè)備進(jìn)行研究學(xué)習(xí)而設(shè)計生產(chǎn)出來的。 五十年代，包裝機(jī)通過大量采用以普通電子管和電開關(guān)為主的自動控制系統(tǒng) 而實現(xiàn)了初級自動化[4]。六十年代，以機(jī)電液氣綜合技術(shù)（包括由晶體管等元件 組成的控制系統(tǒng)）裝備起來的先進(jìn)包裝機(jī)械大量增加，機(jī)器種類得到了擴(kuò)大，由

22、 此發(fā)展出來了專用的自動包裝機(jī)械。目前，我國通過消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)以及 自主創(chuàng)新研發(fā)制造出了很多可以代替進(jìn)口產(chǎn)品的先進(jìn)包裝機(jī)械，這無不彰顯出我 國包裝機(jī)械產(chǎn)品技術(shù)水平與外國先進(jìn)技術(shù)水平的差距正在減小[5]。近些年來，方塊地毯的需求量和產(chǎn)量不斷增加，但在我國很多的地毯生產(chǎn)廠仍舊使用的是枯燥勞累的人工裝箱方式。對工人而言，這種裝箱方式需要的體力勞動很強(qiáng)，工作內(nèi)容重復(fù)無趣，且工作環(huán)境噪音較大、空氣中小顆粒污染物較多，這給工人的身體健康帶來了很大影響。同時對生產(chǎn)企業(yè)而言，這種裝箱方式需要的工人較多，從而會增加員工工資支出、生產(chǎn)制造成本偏高。這種生產(chǎn)狀況下，地毯裝箱方式急需改進(jìn)。

23、 總結(jié)目前國內(nèi)外現(xiàn)有的包裝機(jī)械，按照包裝功能實現(xiàn)的方式主要分為裹包機(jī)械、枕式包裝機(jī)械、立式包裝機(jī)、真空包裝機(jī)、無菌包裝機(jī)械等。接下來分別簡單的介紹下國內(nèi)國外對于這些包裝機(jī)械的研究。 （1）裹包機(jī)械 裹包機(jī)械又稱纏繞機(jī)，是一種利用撓性包裝機(jī)械進(jìn)行部分或全部裹包商品的 2 地毯自動裝箱機(jī)的設(shè)計 包裝設(shè)備，它是包裝機(jī)械行業(yè)中舉足輕重的一部分。 下圖 1-1 所示的就是一種常見的側(cè)推式紙箱裹包機(jī)。 圖 1-1 側(cè)推式紙箱裹包機(jī) 裹包機(jī)械被廣泛的使用于食品飲料、造紙、染料、

24、塑膠化工、外貿(mào)出口、陶 瓷玻璃、機(jī)電鑄件等產(chǎn)品的集裝，提高生產(chǎn)速度，又能使貨物在搬運過程相對完 好安全，并且在一定程度上保證貨物干燥、潔凈[6]。 對于形狀規(guī)整、剛度相對較強(qiáng)的商品來說，裹包機(jī)械無疑是很適合進(jìn)行包裝 的。它可以分為半裹包式裹包機(jī)、全裹包式裹包機(jī)、纏繞式裹包機(jī)、拉伸裹包機(jī)、 收縮包裝機(jī)等多種包裝機(jī)。裹包機(jī)完成包裝工作的主要操作有：推料、折紙、扭 結(jié)、涂膠、熱封、切斷、成型、纏包等。并且擁有快速纏繞、迅速包裝、易于輸 送、儲存等優(yōu)勢。在工廠生產(chǎn)制造中發(fā)揮著舉足輕重的作用，極大的提高了企業(yè) 的制造速度、有效的減少了資金支出。 （2

25、）枕式包裝機(jī)械 枕式包裝機(jī)是一種自動連續(xù)收縮包裝機(jī)械，它采用單伺服電機(jī)或雙伺服電機(jī) 控制。由于有定位停機(jī)功能，所以穩(wěn)定性更佳，且設(shè)有自動檢測系統(tǒng)，也使得其 自動包裝質(zhì)量更高。枕式包裝機(jī)不但能用于無商標(biāo)包裝材料的包裝，而且能夠使 用預(yù)先印有商標(biāo)圖案的卷筒材料進(jìn)行商品包裝[7]。其中最常用的普通枕式包裝機(jī) 如下圖 1-2 所示。其具有易維修，壽命長的特點。 3 地毯自動裝箱機(jī)的設(shè)計 圖 1-2 普通枕式包裝機(jī) （3）立式包裝機(jī) 立式包裝機(jī)是將卷

26、筒狀的撓性包裝材料制成袋筒，充入物料后，進(jìn)行封口， 三個功能自動連續(xù)完成的機(jī)器[8]。 下圖 1-3 所示的 520 立式包裝機(jī)主要性能和結(jié)構(gòu)特點有：包裝速度較快；自 動完成制袋，計量，填充，封合切斷功能；包裝運行數(shù)據(jù)及調(diào)節(jié)直觀顯示在顯示 屏上，直接操作。 圖 1-3 502 立式包裝機(jī) 4 地毯自動裝箱機(jī)的設(shè)計 1.3 課題研究要求和內(nèi)容 1.3.1 課題研究要求 本項目的主要目標(biāo)是實現(xiàn)

27、對地毯自動化生產(chǎn)線中自動裝箱的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計，主要針對方塊地毯產(chǎn)品，將一定數(shù)量（4-12 片）自動碼垛好的地毯自動放進(jìn)紙箱中，要求裝箱的速度為每分鐘 5-10 箱。 課題具體的研究要求如下： （1）進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研及資料分析，解方塊毯的自動化包裝線的工藝流程，對現(xiàn)有的包裝生產(chǎn)線進(jìn)行對比分析。 （2）根據(jù)方塊地毯自動包裝的生產(chǎn)特性，設(shè)計紙箱自動進(jìn)給/地毯自動移送/地毯自動裝箱等環(huán)節(jié)的設(shè)計。 （3）對自動裝箱機(jī)進(jìn)行建模分析，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，滿足生產(chǎn)線的速度要求。 （4）完成地毯自動裝箱機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計和論文。 1.3.2 課題研究內(nèi)容 （1）地毯自動裝箱機(jī)方案的確定

28、 提出了一種新型的自動裝箱方案，配合地毯自動碼垛機(jī)的運動，在較短時間內(nèi)將垛好的方塊地毯全自動裝箱，解決了目前地毯生產(chǎn)工藝中所需解決的人工裝箱難題。使方塊地毯生產(chǎn)線具備更強(qiáng)的自動化水平，能在將一定數(shù)量的方塊地毯自動放進(jìn)紙箱中。 （2）裝箱數(shù)量的適應(yīng)性 切割完的方塊地毯需要進(jìn)行碼垛，針對不同類型的產(chǎn)品，每次裝箱的數(shù)量也不同，常規(guī)的有 4 片/8 片/10 片/12 片/箱，所以碼垛好的地毯數(shù)量不同當(dāng)然體積也不同，箱子的規(guī)格也不盡相同，設(shè)計中通過控制氣缸推動導(dǎo)桿的行程的不同來滿足產(chǎn)品的適應(yīng)性。 5 地毯自動裝箱機(jī)的設(shè)計

29、 2 地毯自動裝箱機(jī)總體方案 2.1 設(shè)計概述 本課題所設(shè)計的裝箱機(jī)器人應(yīng)具有較強(qiáng)的適應(yīng)特性，實現(xiàn)對地毯自動化生產(chǎn)線中自動裝箱的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計，能夠很好的解決目前比較常見的地毯裝箱問題。對本課題的地毯自動裝箱機(jī)具體的技術(shù)要求如下： （1）符合現(xiàn)有的方塊地毯的自動化生產(chǎn)線的工藝流程，可以將一定數(shù)量自 動碼垛好的地毯自動放進(jìn)紙箱中，并自動包裝。 （2）針對不同的類型的方塊毯，每次裝箱的數(shù)量也不相同，體積也不相同， 此時箱子的規(guī)格也不相同，由此設(shè)計中應(yīng)滿足產(chǎn)品的適應(yīng)性。 （3）裝置的設(shè)計需要考慮方塊地毯材質(zhì)的特殊性。 2.2 地毯自動

30、裝箱機(jī)具體結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.2.1 裹包機(jī)械原理簡介 根據(jù)本課題的地毯自動裝箱機(jī)的工作環(huán)境和要求，結(jié)合方塊地毯自動包裝生 產(chǎn)線的基本原理和工藝流程，最簡單的解決辦法就是采用片式裹包的方式來進(jìn)行 包裝。裹包機(jī)的工作原理是通過對鋁箔、紙制品、復(fù)合薄膜及塑料薄膜等較薄的 包裝材料進(jìn)行扭結(jié)、折封等方式，來實現(xiàn)對塊狀商品進(jìn)行包裝的一種設(shè)備[9]。裹 包機(jī)主要完成的裹包動作有：推料，即將碼垛好的物料用推料板移送到進(jìn)行包裝 的特定；折紙，即按紙板上的壓痕進(jìn)行折疊，將進(jìn)行包裝的材料圍繞被包裝的商 品進(jìn)行折疊裹包（根據(jù)折疊部位的不同，可分為不同的折紙方法）；扭結(jié)；涂膠

31、； 熱封；切斷；成型；纏包等[10]。 裹包方式機(jī)械結(jié)構(gòu)先進(jìn)，采用變頻控制，可以進(jìn)行自動調(diào)速，且尺寸進(jìn)行變 更時操作簡單便捷。 2.2.2 基于裹包機(jī)械原理的地毯自動裝箱機(jī)整體方案設(shè)計 本課題所設(shè)計的地毯自動裝箱機(jī)的主要目標(biāo)是實現(xiàn)對地毯自動化生產(chǎn)線中 自動裝箱機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計。裝箱時先把預(yù)先準(zhǔn)備好的片狀的壓好痕跡和切好 6 地毯自動裝箱機(jī)的設(shè)計 角的包裝紙箱單張吸取出放置在傳送帶上，并通過固定在傳送帶上的擋板將紙箱 折成直角形，然后將碼垛好的方塊地毯用抓手移送到紙箱的特定位置上進(jìn)行折疊 裹包。 本次地毯自動裝箱機(jī)

32、主要實現(xiàn)的三個內(nèi)容為： （1）將包裝材料即紙箱放置到進(jìn)行包裝的傳送帶上； （2）將碼垛好的方塊地毯用抓手移送到紙箱的特定位置上； （3）將碼垛好的方塊地毯進(jìn)行折疊包裹。 在 2.2.1 節(jié)中提到的裹包機(jī)械的包裝方式的前提下，選擇合適的機(jī)構(gòu)和零件 即可實現(xiàn)地毯自動裝箱的既定功能。對整個生產(chǎn)裝箱流程進(jìn)行了總體方案模塊化 設(shè)計，模塊圖如圖 2-1 所示。 圖 2-1 地毯自動裝箱機(jī)模塊圖 模塊化設(shè)計可以條理化復(fù)雜龐大的工作內(nèi)容。進(jìn)行地毯自動裝箱機(jī)參數(shù)計算

33、 前，根據(jù)實際的生產(chǎn)需要，對該設(shè)備要實現(xiàn)的功能進(jìn)行了模塊化設(shè)計[11]。地毯自 動裝箱機(jī)械機(jī)構(gòu)主要包括主要由紙箱輸送裝置 、地毯移送裝置、地毯裹包裝置 三個部分[12]。地毯自動裝箱機(jī)實現(xiàn)了地毯碼垛之后到包裝完成的所有工作，實現(xiàn) 了生產(chǎn)線裝箱自動化。 7 地毯自動裝箱機(jī)的設(shè)計 2.3 地毯自動裝箱機(jī)各個部分方案的選取 2.3.1 紙箱移送裝置方案 當(dāng)方塊地毯經(jīng)過自動碼垛之后，需要進(jìn)入下一級傳送帶，為后續(xù)的裝箱工作 做好準(zhǔn)備。裝箱時需要用紙箱來進(jìn)行包裝地毯，這時就需要設(shè)計一種裝置將片狀 的紙箱放到傳送帶上。

34、為了實現(xiàn)這一功能，設(shè)計了紙箱移送裝置，完成紙箱變形 如下圖 2-2 所示。 圖 2-2 紙箱形狀變化圖 紙箱抓取裝置主要構(gòu)成部分可分為由機(jī)架、九十度旋轉(zhuǎn)氣缸、吸盤三項。當(dāng) 光電開關(guān)檢測到下一片紙箱需要開始放到傳送帶時，九十度旋轉(zhuǎn)氣缸開始工作， 活塞桿推動吸盤板進(jìn)行九十度轉(zhuǎn)動由上向下的旋轉(zhuǎn)移動。吸盤吸著片狀紙箱放到 傳送帶上的特定位置，由于傳送帶上設(shè)計有固定的擋板，當(dāng)片狀紙箱被吸下來時 卡在傳送帶的固定擋板處，就會被折成直角形[13]。 2.3.2 移送地毯機(jī)械設(shè)備原理及方案 碼

35、垛好的地毯通過傳送帶在輸送，需要將地毯放置到紙箱的特定位置才能進(jìn) 行包裝。這時就要設(shè)計一種地毯抓取設(shè)備來將碼垛好的地毯移送至包裝線特定位 置。 （1）方案的選擇 設(shè)計抓取地毯機(jī)械設(shè)備時首要工作就是傳動方案的確定，只有將傳動方案確 定下來，總體布局才能進(jìn)一步確定。而確定傳動方案的兩大主要任務(wù)分別是：驅(qū) 動方式的確定、運動軌跡的確定[14]。 主要的驅(qū)動方式有氣壓、電動和液壓三種。其中液壓驅(qū)動系統(tǒng)故障的診斷較 8 地毯自動裝箱機(jī)的設(shè)計 之其它兩者相對比較困難，制造成本比較高，且在傳動過程中能量損耗較大，遠(yuǎn)距離傳動不宜使用，而地

36、毯在移動過程中是有一定移送距離的，故舍棄[15]。氣壓驅(qū)動由于空氣的可壓縮性大，由此產(chǎn)生的聲音污染較大，且系統(tǒng)的運動平穩(wěn)性較差[16]，而地毯移送時位置一定要準(zhǔn)確，故舍棄。電動較之氣壓驅(qū)動和液壓驅(qū)動，更為節(jié)能、可控性高、維修較方便、占地面積更小且運轉(zhuǎn)效率高、成本低廉、運 作迅速[17]。因此根據(jù)方塊地毯制造廠的工作環(huán)境、生產(chǎn)節(jié)拍和生產(chǎn)工藝流程采用電動驅(qū)動方式。 地毯抓取機(jī)械手需要實現(xiàn)抓取方塊地毯的動作要求，可以把碼垛好的方塊地毯移送到紙箱的特定位置上。在進(jìn)行運動路線的確定時，要求運動路線盡量最短結(jié)構(gòu)緊湊、可靠、簡單?？梢詫?fù)雜的運動分解為簡單明了的來回往復(fù)直線 運動來設(shè)計。

37、 （2）地毯移送裝置方案構(gòu)架 最終確定的機(jī)械手為龍門機(jī)械手方案，主要部件有縱向驅(qū)動裝置、橫向驅(qū)動裝置、滾動龍、橫梁和機(jī)架等。其中橫梁的兩頭裝配有滾動輪。可以多自由度運動，每個自由度方向之間角度為直角。采用絲杠傳動：電動機(jī)—聯(lián)軸器—滾珠絲杠。下圖 2-3 所示為一種機(jī)械抓手機(jī)構(gòu)簡圖。 2-3 機(jī)械抓手機(jī)構(gòu)簡圖 圖中 1 為機(jī)械抓手，可進(jìn)行左右兩側(cè)的直線運動，實現(xiàn)抓地毯的功能；圖中 2 為可進(jìn)行上下直線運動的絲杠，可以實現(xiàn)地毯升高及下降的運動；圖中 3 為可進(jìn)行前后運動的滾軸絲杠，可以實現(xiàn)地毯的前后直線運動，將地

38、 毯從初始放置位置向前移至進(jìn)行紙箱上。 其中絲母旋轉(zhuǎn)在絲杠上，絲杠安裝在機(jī)架上，移動齒輪鉸接在絲母上，固定 9 地毯自動裝箱機(jī)的設(shè)計 齒條與絲杠同向固定安裝在絲杠一側(cè)[15]。 由于方塊地毯縱橫切之后的運輸速度較快，地毯的移送必須保證準(zhǔn)確，移送 之后地毯的位置要精確，否則對后續(xù)的工作造成影響。這種機(jī)械手方案可以較為 精確的將方塊毯移送到紙箱上。 （3）地毯移送裝置運動步驟 當(dāng)檢測到碼垛好的地毯運送來時，抓手向左右兩側(cè)移動（見圖 2-4），然后向 下運動到設(shè)定高度，隨后向左右兩側(cè)收縮夾緊地毯[18]（見圖 2-5）。

39、 圖 2-4 地毯移送步驟圖一 圖 2-5 地毯移送步驟圖二 接下來抓手夾緊地毯向上移動到設(shè)定高度（見圖 2-6），之后向前運動到紙箱上，緊接著向下把地毯放到紙箱上（見圖 2-7）。 圖 2-6 地毯移送步驟圖三 圖 2-7 地毯移送步驟圖四 緊接著抓手向左右兩側(cè)運動松開地毯，再向上運動，之后向后運動（見圖2-8），回到原位（見圖 2-9），如此往復(fù)完成地毯的移送功能。 10 地毯自動裝箱機(jī)的設(shè)計

40、 圖 2-8 地毯移送步驟圖五 圖 2-9 地毯移送步驟圖六 2.3.3 裹包地毯設(shè)備原理 （1）紙箱包裝方法對比 紙箱的包裝方法有很多種，與裝盒機(jī)比較相似，只是包裝容器是紙箱。下圖 2-10 為常規(guī)的紙箱包裝方式： 圖 2-10 紙箱包裝類型圖 上圖圖(A)所示為壓疊式箱坯，經(jīng)常在工廠得以大量的制造，以容易在生產(chǎn)線上自動打開，強(qiáng)度相對較高；圖(B)為紙板箱坯，相對于上一種包裝方式少了一道封裝底部的工藝，箱坯庫容量比其它包裝方式要大很多，從而有效避免了反

41、復(fù)加坯的情況，但只適于從上部裝人物品；圖(C)為托盤式扣箱形式，一些比較貴重精美的產(chǎn)品的包裝通常會選擇此種包裝方法，裝箱設(shè)備較為繁瑣，其中扣箱 常采用人工方法實現(xiàn)[19]。 由于實際生產(chǎn)中紙箱規(guī)格不一，且要包裝的物品不同，包裝方式選取也會有 區(qū)別。主要可以分為以下三種：立裝立封式、裹包式、側(cè)裝側(cè)封式[20]?？紤]到方 塊地毯的材質(zhì)、設(shè)備占地面積的大小、加箱坯頻率的高低、經(jīng)濟(jì)成本的多少及包 裝工序的簡易程度，本設(shè)計采用裹包式裝箱方法。即由一摞紙箱中抽出一張片式 11 地毯自動裝箱機(jī)的設(shè)計 紙箱，預(yù)折成直角，然后將被裝商品推進(jìn)紙箱內(nèi)，再依次折

42、起紙箱的其它角。 （2）紙箱包裝步驟 根據(jù)方塊地毯的材質(zhì)和體積，本地毯自動裝箱機(jī)方案采用圖 2-10 中的（B） 方案，如圖：紙箱向前移動時經(jīng)過固定擋板，原本豎直的上側(cè)面被壓下來，紙箱 形狀變化如圖 2-11 所示。 圖 2-11 紙箱形狀變化圖一 接下來紙箱經(jīng)過機(jī)架時，傳送帶暫停，左右兩邊下側(cè)的兩個氣缸帶動推板將紙箱下底面的兩側(cè)邊推起,紙箱變化為如圖 2-12 所示形狀。 圖 2-12 紙箱形狀變化圖二 然后水平放置的氣缸帶動推板將紙箱在

43、第二步中推起的兩側(cè)邊中的小舌邊再推過去，紙箱變化為如圖 2-13 所示形狀。 圖 2-13 紙箱形狀變化圖三 12 地毯自動裝箱機(jī)的設(shè)計 接下來左右兩邊上側(cè)的兩個氣缸帶動推板將紙箱上底面的兩側(cè)邊推下來，紙箱變化為如圖 2-14 所示形狀。 圖 2-14 紙箱形狀變化圖四 之后水平放置的氣缸帶動推板將紙箱在第五步中推起的兩側(cè)邊中的小舌邊再推過去，紙箱變化為如圖 2-15 所示形狀。 圖

44、 2-15 紙箱形狀變化圖五 最后機(jī)架前側(cè)安裝的氣缸帶動推板將紙箱紙箱上底面中的前側(cè)邊壓下，完成裹包，紙箱變化為如圖 2-16 所示形狀。 圖 2-16 紙箱形狀變化圖六 13 地毯自動裝箱機(jī)的設(shè)計 3 地毯自動裝箱機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計 3.1 紙箱輸送裝置設(shè)計 通過 90 度旋轉(zhuǎn)氣缸帶動吸盤(見圖 3-1）將片狀的紙箱吸到傳送帶的擋板上（見圖 3-2）。 圖 3-1 吸盤 圖 3-2 帶擋

45、板的傳送帶 其中，當(dāng)控制系統(tǒng)檢測到要輸送紙箱時，90 度旋轉(zhuǎn)氣缸開始工作，帶動吸 盤將片狀的紙箱吸下來，豎直立著的紙箱被吸到輸送帶上的擋板位置處，同時輸 送帶上的擋板一卡住紙箱，紙箱即被折成了 90 度[21]。紙箱輸送裝置三維模型圖 如下圖 3-3 所示。 圖 3-3 紙箱輸送裝置三維模型 14 地毯自動裝箱機(jī)的設(shè)計 3.2 地毯移送裝置設(shè)計 地毯移送裝置為龍門機(jī)械手方案，主要部件有縱向驅(qū)動裝置、橫向驅(qū)動裝置、滾動龍、橫梁和機(jī)架等。其中橫梁

46、的兩頭裝配有滾動輪[22]。具體設(shè)計三維模型圖為下圖 3-4 所示。 圖 3-4 地毯移送裝置三維建模圖 當(dāng)檢測到碼垛好的地毯運送來時，抓手向左右兩側(cè)移動，然后向下運動到設(shè)定高度，隨后向左右兩側(cè)收縮夾緊地毯后再向上運動，接下來向前運動到紙箱上，緊接著向下把地毯放到紙箱上，抓手向左右兩側(cè)運動松開地毯，再向上運動，如此往復(fù)完成地毯的移送功能。 3.3 地毯裹包裝置設(shè)計 本設(shè)計采取的地毯裝箱方式采用的是裹包方法，三維模型如圖 3-5 所示。

47、 圖 3-5 地毯裹包裝置模型 具體包裝時，首先紙箱向前移動時經(jīng)過固定擋板（見圖 3-6），原本豎直的 15 地毯自動裝箱機(jī)的設(shè)計 上底面被壓下來。 圖 3-6 壓折紙箱上底面的擋板 接下來，當(dāng)裝著地毯的紙箱經(jīng)過機(jī)架時，傳送帶暫停，左右兩邊下側(cè)的兩個 氣缸帶動推板將紙箱下底面的兩側(cè)邊推起。然后水平放置的氣缸帶動推板（見圖 3-7）將紙箱在上一步中推起的兩側(cè)邊中的小舌邊再推過去。 圖 3-

48、7 推折小舌邊的裝備 緊接著，安裝在機(jī)架左右兩邊上側(cè)的兩個氣缸（見圖 3-8）帶動推板將紙箱上底面的兩側(cè)邊推起。 圖 3-8 推折上底面兩側(cè)邊裝置 最后，水平放置的氣缸帶動推板將紙箱在第五步中推起的兩側(cè)邊中的小舌邊 16 地毯自動裝箱機(jī)的設(shè)計 再推過去，最終通過機(jī)架前側(cè)安裝的氣缸（見圖 3-9）帶動推板將紙箱紙箱上底面中的前側(cè)邊壓下，完成裹包。 圖 3-9 推折上底面兩側(cè)邊裝置 3.4 地毯自動裝箱機(jī)三維造型 經(jīng)過

49、文獻(xiàn)調(diào)研、方案確定、草圖設(shè)計、參數(shù)確定、三維建模及方塊地毯自動裝箱機(jī)論文撰寫，設(shè)計出了以下方案： 如下圖 3-10 所示為用 solidworks 軟件所建的方塊地毯自動裝箱機(jī)的模型圖 片。 圖 3-10 地毯自動裝箱機(jī)三維建模圖 17 地毯自動裝箱機(jī)的設(shè)計 4 地毯自動裝箱機(jī)部分的設(shè)計計算 4.1 設(shè)計基本參數(shù) 參照普通方塊地毯的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，可知： （1）方塊地毯一般為 50X50cm 或者 60cm*

50、60cm 的尺寸規(guī)格； （2）方塊毯的厚度為 5-10mm； （3）切塊速度為 60 片/分； （4）將一定數(shù)量（4-12 片）自動碼垛好的地毯自動放進(jìn)紙箱中，要求裝箱的速度為 5-10 箱/分。 4.2 電機(jī)選擇與計算 4.2.1 電機(jī)的計算與選擇 本次課題設(shè)計的地毯自動裝箱機(jī)，傳送帶和機(jī)械抓手都需要進(jìn)行電機(jī)的選型。下面就以傳送帶的電機(jī)選型為例： 已知：取皮帶輥輪 D=80mm；皮帶速度 V=40m/min；傳送帶上地毯、紙箱與皮帶總質(zhì)量 m=5Kg;摩擦系數(shù)μ選取為 0.3 ；傳動效率η取為 0.9；選用 Y 系列齒輪減速三相交流異步電動機(jī)。

51、 4.2.2 電動機(jī)轉(zhuǎn)速確定 滾軸轉(zhuǎn)速： nw = 1000v = 1000 ′ 40 =159.2r/min （4-1） p D 3.14 ′ 80 式中： V: 皮帶傳輸速度；D：滾輪直徑 取電動機(jī)轉(zhuǎn)速 n=1500r/min，減速器傳動比 i=1500/159.2=9.43 4.2.3 電動機(jī)容量確定 （1）滾輪所需輸入功率 Pw = FV = Mg mV = 5 ′ 9.43 ′ 0.3 ′ 30 = 424.35w （4-2）

52、 18 地毯自動裝箱機(jī)的設(shè)計 （2）電動機(jī)所需功率 Pd = Pw = 424.35 = 471.5 w （4-3） h 0.9 a 4.2.4 電動機(jī)技術(shù)參數(shù) 通過查閱電機(jī)選型手冊，為了安全起見，應(yīng)留出一定余量，故選取某公司 Y801-4 系列電機(jī)。參數(shù)如下表 4-1 所示： 表 4-1 電動機(jī)技術(shù)參數(shù) 型號 額定功率(w) nw D Y801-4 550 1500 25

53、 4.3 光電傳感器的選擇 若采用脈沖控制電機(jī)從而來控制紙箱前進(jìn)，則很難實現(xiàn)精準(zhǔn)控制行程距離。 因此，此處采用光電傳感器控制紙箱的前進(jìn)距離。 圖 4-1 對射光電傳感器光電開關(guān) 如圖 3-1 所示，為在網(wǎng)上選取的某廠家對射光電傳感器光電開關(guān)。相關(guān)數(shù)據(jù)如下所示: （1）PCB 兩圓孔（點到點中心的距離）為 1.5cm，孔徑為 0.3cm； （2）主要芯片：LM393、對射式紅外頭； （3）工作電壓：直流 5V； （4）特點：1）信號輸出時有提示；2）信號從單一通道輸出

54、；3）輸出有效信號為低電平；4）靈敏度不可調(diào)；5）可用于工件計數(shù)、電機(jī)測速；6）電路板輸出開關(guān)量。 19 地毯自動裝箱機(jī)的設(shè)計 4.4 滾動軸承的選擇 （1）滾動軸承壽命計算 （2）確定滾動軸承徑向力 Fr=2048.52N （3）確定派生軸向力及軸向力 Fd=0N,Fa=0N （4）確定滾動軸承當(dāng)量動載荷 P = XFt + YFa = 1 ′ 4063.03 = 4063.03Pa (4-4） （5）校核滾動軸承壽命 查機(jī)械設(shè)計手冊得 C=12.1kN 根據(jù)機(jī)械設(shè)計公式得， n = 46.6

55、2r/min e = 3(球軸承） = 106 C e = 106 12100 3 = 9442h （4-5） L h ( ) ( ) 60n P 60 ′ 46.62 4063.03 壽命為 3.93 年，合格。 4.5 氣缸的選擇 地毯自動裝箱機(jī)的氣動系統(tǒng)包括 8 個氣缸（5 個垂直氣缸，2 個水平氣缸，一個旋轉(zhuǎn)氣缸） 氣缸的升降動作由相應(yīng)的兩位五通電磁閥控制

56、，電磁閥的信號則由 PLC 發(fā)出。D 當(dāng)電磁閥得信號后，氣缸運動推動活塞桿向特定方向移動指定距離。當(dāng)包裝箱穿過指定位置時，氣缸活塞桿反向運動，完成復(fù)位。 在整個裝置中，氣缸被大量使用，對于氣缸的選型以裝置中的氣缸為例。紙 箱兩側(cè)邊折疊裝置中氣缸行程為 400mm，運動速度為 0.2m/s，設(shè)定活塞速度負(fù)荷 率α=0.5，負(fù)荷質(zhì)量 M=5Kg， （1）安裝方式：前端法蘭型 （2）氣缸所需推力確定： 20 地毯自動裝箱機(jī)的設(shè)計

57、 F(N ) = g ′ M = 9.8 ′ 5 = 98N （4-6） a 0.5 （3）氣缸缸徑確定： Dm = F = 98 = 15.06mm （4-7） 0.25 ′ p ′π0.25 ′

58、 0.55 ′ 3.14 表 4-2 氣缸技術(shù)參數(shù) 型號 缸徑（mm） 動作方式 活塞速度 緩沖 給油 接管口徑 CDJ2B16 16 雙作用 50-750mm/s 橡膠緩沖 不需要 M5×0.8 -120 4.6 鏈傳送帶軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 以下

59、以一軸為例進(jìn)行計算與校核，如圖 4-2。 圖 4-2 軸的尺寸圖 軸的彎扭合成強(qiáng)度計算 （1）已知鏈輪的分度圓直徑為d3 = mz = 2.5 ′ 122 = 305mm (4-8) 作用在齒輪上的力 Fa = 0 = 2T = 2 ′ 858.31 ′ 1000 = 5628.26 N Ft 3 3 （4-9） d 305 ′ 10-3 Fr 3 = Ft 3 tan a

60、n = 2048.52N (2) 軸的計算簡圖及徑向支承反力計算垂直面 21 地毯自動裝箱機(jī)的設(shè)計 FNV 1 = Fr + L1 = 2048.52 ′ 82.5 = 677.37 N （4-10） L2 + L1 167 + 82.5 FNV 2 = Fr ′ L2 = 2048.52 ′ 167 = 1371.15 N （4-11） L2 + L1 167 + 82.5 M V = FNV 2 ′ L1 =

61、 1371.15 ′ 82.5 = 1.13 ′ 105 N.mm （4-12） 水平面 FNH 1 = Ft ′ L1 = 5628.26 ′ 82.5 = 1861.05 N （4-13） L1 + L2 82.5 + 167 FNH 2 = Ft ′ L2 = 5628.26 ′ 167 = 3767.21 N （4-14） L1 + L2 167 + 82.5

62、 M = F ′ L = 3767.21 ′ 82.5 = 3.11 ′ 105 N.mm （4-15） H NH 2 1 總彎矩 M = MV2 + M H2 = (1.13 ′ 105 )2 + (3.11 ′ 105 )2 = 3.31 ′ 105 N.mm （4-16） (3) 軸的彎矩扭矩圖，如圖 4-3 所示。

63、 圖 4-3 軸的彎矩扭矩圖 (4) 軸的彎矩合成強(qiáng)度校核 22 地毯自動裝箱機(jī)的設(shè)計 已知 b=20mm,d=75mm,t=12mm 根據(jù)機(jī)械設(shè)計原則， W = pd 3 - bt(d - t )2 = p ′ 753 - 20 ′ 12 ′ (75 - 12)2 = 3.51′ 104 32 32 2d 2 ′ 75 （4-17）

64、 s ca = M 2 + (aT )2 = 3312 + (0.6 ′ 858.31)2 = 17.46MPa W 3.51 ′ 104 ′ 10-9 （4-18） 查資料得出 [s-1] = 55 且 sca ￡ [s -1] 故此軸的設(shè)計滿足要求。

65、 23 地毯自動裝箱機(jī)的設(shè)計 5 結(jié)論 地毯自動裝箱生產(chǎn)線由機(jī)械、氣動、電控等系統(tǒng)組成，代替了傳統(tǒng)的手工作業(yè)，提高了生產(chǎn)線的自動化水平。面對我國目前方塊毯的市場行情以及生產(chǎn)能力，運用自動裝箱生產(chǎn)線已經(jīng)成為了相關(guān)企業(yè)需要重點考慮的問題。雖然設(shè)備初期投入成本高且相對來說占地面積較大，但是若投入生產(chǎn)會節(jié)省很多人力、財力、物力，提高生產(chǎn)效率。 本文對地毯自動裝箱進(jìn)行了大量的資料調(diào)研和深入研究，開展和完成了以下幾個方面的工作： （1）本設(shè)計提出了一種地毯自動裝箱機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計方案。運

66、用裹包包裝的方式，實現(xiàn)將碼垛好的方塊地毯自動裝箱，改善了現(xiàn)階段人工裝箱的困境。 （2）對于方塊地毯裝箱數(shù)量不同的問題，提出了利用氣缸推動擋板行程不同而進(jìn)行不同的紙箱包裝的設(shè)計方案。 （3）利用了龍門式機(jī)械手來實現(xiàn)地毯的抓取功能，使碼垛好的地毯能夠快速、平穩(wěn)、位置精確的被移送到包裝紙箱上，從而進(jìn)行準(zhǔn)確包裝。 本設(shè)計較為成功的研究設(shè)計了方塊地毯自動裝箱機(jī)，為了使地毯裝箱工作得到更好的優(yōu)化，因此提出進(jìn)一步研究的建議： （1） 本次地毯自動裝箱機(jī)方案為理論設(shè)計，相關(guān)方面不免有考慮不全面的地方，包括零件的計算與選擇、零件的組裝、材料的選擇與加工等還存在很多不足。因此，在此方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計及開發(fā)實驗開發(fā)，可以進(jìn)一步實現(xiàn)方塊地毯自動裝箱的功能。 （2）基于裹包機(jī)械理論，可以解決更多問題。本課題所研究的方塊地毯自動裝機(jī)是一種基于裹包機(jī)械理論，通過裹包的方式來實現(xiàn)地毯裝箱運動的。此理 論還有待進(jìn)一步的開發(fā)，也許是解決一些包裝工程問題的另一個切入點[23]。 （3）高速自動裝箱仍然是當(dāng)今一個研究熱點，也成為了發(fā)展的必然趨勢[24]。 如何對該裝置進(jìn)行