畢業(yè)設計（論文）-地毯自動裝箱機的設計

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1、地毯自動裝箱機的設計 地毯自動裝箱機的設計 全套圖紙加扣?3012250582 摘要 自動裝箱機是一種應用于完成運輸包裝的機器，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行包裝的。 本設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械系統(tǒng)，從而提高生產(chǎn)速度。通過模塊化設計方法將地毯自動裝箱機分為地毯

2、的抓取、紙箱的輸送、裹包地毯三個部分來設計。這樣減輕了工人的勞動強度，有效提高了生產(chǎn)效率。 設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。裝箱時先把預先準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行折疊裹包。 關鍵詞：方塊地毯，碼垛技術，包裝機械，自動包裝 1 地毯自動裝箱機的設計 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 地毯自動裝箱機的設計 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、箱機總體方案............................................................................................. 6 2.1 設計概述................................................................................................................. 6 2.2 地毯自動裝箱機具體結構設計...................................................

11、....................... 6 2.2.1 裹包機械原理簡介.................................................................................... 6 2.2.2 基于裹包機械原理的地毯自動裝箱機整體方案設計......................... 6 2.3 地毯自動裝箱機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 移送地毯機械設備原理及方案............................................................... 8 2.3.3 裹包地毯設備原理.................................................................................. 11 3 地毯自動裝箱機機械系統(tǒng)設計..

13、................................................................................ 14 3.1 紙箱輸送裝置設計.............................................................................................. 14 3.2 地毯移送裝置設計........................................................................................

14、...... 15 3.3 地毯裹包裝置設計.............................................................................................. 15 3.4 地毯自動裝箱機三維造型................................................................................ 17 4 地毯自動裝箱機部分的設計計算.........................................................

15、..................... 18 4.1 設計基本參數(shù)..................................................................................................... 18 4.2 電機選擇與計算................................................................................................. 18 4.2.1 電機的計算與選擇.......................

16、............................................................ 18 4.2.2 電動機轉(zhuǎn)速確定...................................................................................... 18 4.2.3 電動機容量確定...................................................................................... 18 地毯自動裝箱機的設計

17、4.2.4 電動機技術參數(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 鏈傳送帶軸的結構設計 21 5 結論 24 參考文獻 26 致謝 28 譯文及原文 29 地毯自動裝箱機的設計 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構上不大相同，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。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)相關報道稱，我國機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)技術精湛的地毯生產(chǎn)商 準備進駐中國市場[2]。由此不難預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度大型行業(yè)，資金不足、技術不高、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)，勞動強度非常大。中國的地毯包裝機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、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)一些學者對于地毯自動包裝做了較多研究，應用專用自動包裝機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，設計一款方塊毯的自動包裝機，以代替復雜枯燥的人工包裝，從而提高生產(chǎn)速度。 1 地毯自動裝箱機的設計 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 包裝機械，一種可以實現(xiàn)部分或全部產(chǎn)品包裝功能的技術裝備，它是一種具 有專業(yè)用途的機械設備，具有運動速度快、機構相對復雜、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 技術日趨完善在很大程度上促進了包裝技術的發(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。國際紙價于一八五零年大幅下跌，食品 行業(yè)逐漸

21、開始應運紙包裝。紙制品機械也得以大幅發(fā)展，其中以一八五二年美國 的沃利發(fā)明的制紙袋機為始端。包裝行業(yè)從本世紀初就開始興起了，并在醫(yī)藥、 化工、軍工、卷煙、食品、火柴等領域?qū)崿F(xiàn)了廣泛的機械化[3]。其中我國的包裝 機械行業(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 過購入外國先進包裝機械設備進行研究學習而設計生產(chǎn)出來的。 五十年代，包裝機通過大量采用以普通電子管和電開關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，以機電液氣綜合技術（包括由晶體管等元件 組成的控制系統(tǒng)）裝備起來的先進包裝機械大量增加，機器種類得到了擴大，由

22、 此發(fā)展出來了專用的自動包裝機械。目前，我國通過消化吸收國外先進技術以及 自主創(chuàng)新研發(fā)制造出了很多可以代替進口產(chǎn)品的先進包裝機械，這無不彰顯出我 國包裝機械產(chǎn)品技術水平與外國先進技術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，工作內(nèi)容重復無趣，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。

23、 總結目前國內(nèi)外現(xiàn)有的包裝機械，按照包裝功能實現(xiàn)的方式主要分為裹包機械、枕式包裝機械、立式包裝機、真空包裝機、無菌包裝機械等。接下來分別簡單的介紹下國內(nèi)國外對于這些包裝機械的研究。 （1）裹包機械 裹包機械又稱纏繞機，是一種利用撓性包裝機械進行部分或全部裹包商品的 2 地毯自動裝箱機的設計 包裝設備，它是包裝機械行業(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推式紙箱裹包機。 圖 1-1 側推式紙箱裹包機 裹包機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、剛度相對較強的商品來說，裹包機械無疑是很適合進行包裝 的。它可以分為半裹包式裹包機、全裹包式裹包機、纏繞式裹包機、拉伸裹包機、 收縮包裝機等多種包裝機。裹包機完成包裝工作的主要操作有：推料、折紙、扭 結、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、）枕式包裝機械 枕式包裝機是一種自動連續(xù)收縮包裝機械，它采用單伺服電機或雙伺服電機 控制。由于有定位停機功能，所以穩(wěn)定性更佳，且設有自動檢測系統(tǒng)，也使得其 自動包裝質(zhì)量更高。枕式包裝機不但能用于無商標包裝材料的包裝，而且能夠使 用預先印有商標圖案的卷筒材料進行商品包裝[7]。其中最常用的普通枕式包裝機 如下圖 1-2 所示。其具有易維修，壽命長的特點。 3 地毯自動裝箱機的設計 圖 1-2 普通枕式包裝機 （3）立式包裝機 立式包裝機是將卷

26、筒狀的撓性包裝材料制成袋筒，充入物料后，進行封口， 三個功能自動連續(xù)完成的機器[8]。 下圖 1-3 所示的 520 立式包裝機主要性能和結構特點有：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 4 地毯自動裝箱機的設計 1.3 課題研究要求和內(nèi)容 1.3.1 課題研究要求 本項目的主要目標是實現(xiàn)

27、對地毯自動化生產(chǎn)線中自動裝箱的機械系統(tǒng)設計，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）進行文獻調(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)線進行對比分析。 （2）根據(jù)方塊地毯自動包裝的生產(chǎn)特性，設計紙箱自動進給/地毯自動移送/地毯自動裝箱等環(huán)節(jié)的設計。 （3）對自動裝箱機進行建模分析，優(yōu)化結構，滿足生產(chǎn)線的速度要求。 （4）完成地毯自動裝箱機機械系統(tǒng)的設計和論文。 1.3.2 課題研究內(nèi)容 （1）地毯自動裝箱機方案的確定

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)線具備更強的自動化水平，能在將一定數(shù)量的方塊地毯自動放進紙箱中。 （2）裝箱數(shù)量的適應性 切割完的方塊地毯需要進行碼垛，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)量不同當然體積也不同，箱子的規(guī)格也不盡相同，設計中通過控制氣缸推動導桿的行程的不同來滿足產(chǎn)品的適應性。 5 地毯自動裝箱機的設計

29、 2 地毯自動裝箱機總體方案 2.1 設計概述 本課題所設計的裝箱機器人應具有較強的適應特性，實現(xiàn)對地毯自動化生產(chǎn)線中自動裝箱的機械系統(tǒng)設計，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具體的技術要求如下： （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，由此設計中應滿足產(chǎn)品的適應性。 （3）裝置的設計需要考慮方塊地毯材質(zhì)的特殊性。 2.2 地毯自動

30、裝箱機具體結構設計 2.2.1 裹包機械原理簡介 根據(jù)本課題的地毯自動裝箱機的工作環(huán)境和要求，結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行 包裝。裹包機的工作原理是通過對鋁箔、紙制品、復合薄膜及塑料薄膜等較薄的 包裝材料進行扭結、折封等方式，來實現(xiàn)對塊狀商品進行包裝的一種設備[9]。裹 包機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行包裝 的特定；折紙，即按紙板上的壓痕進行折疊，將進行包裝的材料圍繞被包裝的商 品進行折疊裹包（根據(jù)折疊部位的不同，可分為不同的折紙方法）；扭結；涂膠

31、； 熱封；切斷；成型；纏包等[10]。 裹包方式機械結構先進，采用變頻控制，可以進行自動調(diào)速，且尺寸進行變 更時操作簡單便捷。 2.2.2 基于裹包機械原理的地毯自動裝箱機整體方案設計 本課題所設計的地毯自動裝箱機的主要目標是實現(xiàn)對地毯自動化生產(chǎn)線中 自動裝箱機的機械系統(tǒng)的設計。裝箱時先把預先準備好的片狀的壓好痕跡和切好 6 地毯自動裝箱機的設計 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行折疊 裹包。 本次地毯自動裝箱機

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行折疊包裹。 在 2.2.1 節(jié)中提到的裹包機械的包裝方式的前提下，選擇合適的機構和零件 即可實現(xiàn)地毯自動裝箱的既定功能。對整個生產(chǎn)裝箱流程進行了總體方案模塊化 設計，模塊圖如圖 2-1 所示。 圖 2-1 地毯自動裝箱機模塊圖 模塊化設計可以條理化復雜龐大的工作內(nèi)容。進行地毯自動裝箱機參數(shù)計算

33、 前，根據(jù)實際的生產(chǎn)需要，對該設備要實現(xiàn)的功能進行了模塊化設計[11]。地毯自 動裝箱機械機構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 地毯自動裝箱機的設計 2.3 地毯自動裝箱機各個部分方案的選取 2.3.1 紙箱移送裝置方案 當方塊地毯經(jīng)過自動碼垛之后，需要進入下一級傳送帶，為后續(xù)的裝箱工作 做好準備。裝箱時需要用紙箱來進行包裝地毯，這時就需要設計一種裝置將片狀 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成部分可分為由機架、九十度旋轉(zhuǎn)氣缸、吸盤三項。當 光電開關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，由于傳送帶上設計有固定的擋板，當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 移送地毯機械設備原理及方案 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 行包裝。這時就要設計一種地毯抓取設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 設計抓取地毯機械設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，總體布局才能進一步確定。而確定傳動方案的兩大主要任務分別是：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 地毯自動裝箱機的設計 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。在進行運動路線的確定時，要求運動路線盡量最短結構緊湊、可靠、簡單?？梢詫碗s的運動分解為簡單明了的來回往復直線 運動來設計。

37、 （2）地毯移送裝置方案構架 最終確定的機械手為龍門機械手方案，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—聯(lián)軸器—滾珠絲杠。下圖 2-3 所示為一種機械抓手機構簡圖。 2-3 機械抓手機構簡圖 圖中 1 為機械抓手，可進行左右兩側的直線運動，實現(xiàn)抓地毯的功能；圖中 2 為可進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行紙箱上。 其中絲母旋轉(zhuǎn)在絲杠上，絲杠安裝在機架上，移動齒輪鉸接在絲母上，固定 9 地毯自動裝箱機的設計 齒條與絲杠同向固定安裝在絲杠一側[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 當檢測到碼垛好的地毯運送來時，抓手向左右兩側移動（見圖 2-4），然后向 下運動到設定高度，隨后向左右兩側收縮夾緊地毯[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），如此往復完成地毯的移送功能。 10 地毯自動裝箱機的設計

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、側裝側封式[20]?？紤]到方 塊地毯的材質(zhì)、設備占地面積的大小、加箱坯頻率的高低、經(jīng)濟成本的多少及包 裝工序的簡易程度，本設計采用裹包式裝箱方法。即由一摞紙箱中抽出一張片式 11 地毯自動裝箱機的設計 紙箱，預折成直角，然后將被裝商品推進紙箱內(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)過機架時，傳送帶暫停，左右兩邊下側的兩個氣缸帶動推板將紙箱下底面的兩側邊推起,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 地毯自動裝箱機的設計 接下來左右兩邊上側的兩個氣缸帶動推板將紙箱上底面的兩側邊推下來，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 最后機架前側安裝的氣缸帶動推板將紙箱紙箱上底面中的前側邊壓下，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 地毯自動裝箱機的設計 3 地毯自動裝箱機機械系統(tǒng)設計 3.1 紙箱輸送裝置設計 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 地毯自動裝箱機的設計 3.2 地毯移送裝置設計 地毯移送裝置為龍門機械手方案，主要部件有縱向驅(qū)動裝置、橫向驅(qū)動裝置、滾動龍、橫梁和機架等。其中橫梁

46、的兩頭裝配有滾動輪[22]。具體設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 當檢測到碼垛好的地毯運送來時，抓手向左右兩側移動，然后向下運動到設定高度，隨后向左右兩側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，抓手向左右兩側運動松開地毯，再向上運動，如此往復完成地毯的移送功能。 3.3 地毯裹包裝置設計 本設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 地毯自動裝箱機的設計 上底面被壓下來。 圖 3-6 壓折紙箱上底面的擋板 接下來，當裝著地毯的紙箱經(jīng)過機架時，傳送帶暫停，左右兩邊下側的兩個 氣缸帶動推板將紙箱下底面的兩側邊推起。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，安裝在機架左右兩邊上側的兩個氣缸（見圖 3-8）帶動推板將紙箱上底面的兩側邊推起。 圖 3-8 推折上底面兩側邊裝置 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邊中的小舌邊 16 地毯自動裝箱機的設計 再推過去，最終通過機架前側安裝的氣缸（見圖 3-9）帶動推板將紙箱紙箱上底面中的前側邊壓下，完成裹包。 圖 3-9 推折上底面兩側邊裝置 3.4 地毯自動裝箱機三維造型 經(jīng)過

49、文獻調(diào)研、方案確定、草圖設計、參數(shù)確定、三維建模及方塊地毯自動裝箱機論文撰寫，設計出了以下方案： 如下圖 3-10 所示為用 solidworks 軟件所建的方塊地毯自動裝箱機的模型圖 片。 圖 3-10 地毯自動裝箱機三維建模圖 17 地毯自動裝箱機的設計 4 地毯自動裝箱機部分的設計計算 4.1 設計基本參數(shù) 參照普通方塊地毯的設計標準，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紙箱中，要求裝箱的速度為 5-10 箱/分。 4.2 電機選擇與計算 4.2.1 電機的計算與選擇 本次課題設計的地毯自動裝箱機，傳送帶和機械抓手都需要進行電機的選型。下面就以傳送帶的電機選型為例： 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。

51、 4.2.2 電動機轉(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 取電動機轉(zhuǎn)速 n=1500r/min，減速器傳動比 i=1500/159.2=9.43 4.2.3 電動機容量確定 （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 地毯自動裝箱機的設計 （2）電動機所需功率 Pd = Pw = 424.35 = 471.5 w （4-3） h 0.9 a 4.2.4 電動機技術參數(shù) 通過查閱電機選型手冊，為了安全起見，應留出一定余量，故選取某公司 Y801-4 系列電機。參數(shù)如下表 4-1 所示： 表 4-1 電動機技術參數(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從而來控制紙箱前進，則很難實現(xiàn)精準控制行程距離。 因此，此處采用光電傳感器控制紙箱的前進距離。 圖 4-1 對射光電傳感器光電開關 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。相關數(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)、電機測速；6）電路板輸出開關量。 19 地毯自動裝箱機的設計 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 查機械設計手冊得 C=12.1kN 根據(jù)機械設計公式得， 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。當包裝箱穿過指定位置時，氣缸活塞桿反向運動，完成復位。 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 箱兩側邊折疊裝置中氣缸行程為 400mm，運動速度為 0.2m/s，設定活塞速度負荷 率α=0.5，負荷質(zhì)量 M=5Kg， （1）安裝方式：前端法蘭型 （2）氣缸所需推力確定： 20 地毯自動裝箱機的設計

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 鏈傳送帶軸的結構設計 以下

59、以一軸為例進行計算與校核，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 地毯自動裝箱機的設計 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) 軸的彎矩合成強度校核 22 地毯自動裝箱機的設計 已知 b=20mm,d=75mm,t=12mm 根據(jù)機械設計原則， 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] 故此軸的設計滿足要求。

65、 23 地毯自動裝箱機的設計 5 結論 地毯自動裝箱生產(chǎn)線由機械、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)成為了相關企業(yè)需要重點考慮的問題。雖然設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）本設計提出了一種地毯自動裝箱機的機械系統(tǒng)設計方案。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行不同的紙箱包裝的設計方案。 （3）利用了龍門式機械手來實現(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，從而進行準確包裝。 本設計較為成功的研究設計了方塊地毯自動裝箱機，為了使地毯裝箱工作得到更好的優(yōu)化，因此提出進一步研究的建議： （1） 本次地毯自動裝箱機方案為理論設計，相關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，在此方案的基礎上進行改進設計及開發(fā)實驗開發(fā)，可以進一步實現(xiàn)方塊地毯自動裝箱的功能。 （2）基于裹包機械理論，可以解決更多問題。本課題所研究的方塊地毯自動裝機是一種基于裹包機械理論，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]。 如何對該裝置進行