书本自动打包机设计.docx
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书本自动打包机设计
摘要
图书的需求迅速增加,特别是在春、秋两季入学,将迎来高峰。
同时,“用工荒”问题日益严重,传统的手工包装方法很难满足要求。
为了适应这一形势,本文开发了一个图书自动包装机,提高图书的包装效率,减少了操作人员的劳动强度。
本文首先讨论了打包机的国内外现状,然后根据书籍打包机的设计要求,进行对本包装机的机械结构设计,详细介绍了机器的一部分的设计机制,该机制原理图给出关键部分的功能,原理图描述。
本书对包装机械机构和控制系统的设计,进行了改善和优化结构。
关键词:
图书,书本打包机,机械结构,机构原理
Abstract
Booksdemandincreasedrapidly,especiallyinthespringandautumnseasontwoentrance,willusherinthepeak.Atthesametime,"laborshortage"problemismoreandmoreserious,thetraditionalmanualpackingmethodsaredifficulttomeettherequirementsof.Inordertoadapttothissituation,thispaperdevelopedanautomaticbookpackingmachine,toimprovetheefficiencyofbookpackaging,reducethelaborintensityoftheoperator.
Thispaperfirstdiscussesthestatusquoofmachineathomeandabroadbookspacked,thenaccordingtotherequirementofdesignbooksbalers,carriesonthedesigntothebookpackingmachinemechanicalstructure,introducesindetailthemechanismofpartdesignofthemachine,thekeypartofthemechanismprinciplediagramisgiven,theschematicdiagramofthefunctionweredescribed.Thedesignofthebookpackingmachinemechanismandcontrolsystem,thestructureoftheimprovementandoptimization.
KeyWords:
Books,booksbalers,mechanicalstructure,mechanism
第1章绪论
1.1引言
进入21世纪,基于计算机及电子的自动化技术快速发展,人们对传统设备的自动化性能改进提出了新的要求。
随着生活水平的提高,人们也越来越注重精神生活的追求及子女的教育水平,因此书籍等印刷品的数量迅速增长,2010年年以来,我国图书出版业的年产值已经突破万亿元大关。
出版业的发展,带动了印刷机械、包装机械等设备的需求。
书籍的印刷具有季节性,多集中于大中小学校的开学前的阶段,这就要求,书籍印刷企业必须具备较强的生产能力。
为保证书籍在转运过程不被损坏,业内普遍的做法是将一定规格的书籍进行打包。
书籍的包装是制约书籍生产的一大问题,目前,国内的多数印制厂多采用人工包装的方式,包装质量差,包装效率低,随着用工成本的增加,部分企业还容易出现“用工荒”问题,从而无法满足生产需求。
一些有实力的印刷企业从国外引进了部分全自动包装设备,但是使用和维护成本较高,间接地提高了企业的成本。
因此行业内迫切需要研发性价比较高的自动打包设备。
书本打包设备是一种典型的机电一体化产品,集书摞自动搬运、输送、书摞包装纸
自动折纸、书摞自动裹包和自动捆扎等多种功能于一体[1]。
自动书本打包机的研制具有重要的理论意义和极强的现实意义,不但可以促进包装工业自动化和现代化的发展,还可以提高印刷企业的包装效率和包装质量,降低生产成本[2]。
1.2国内外研究现状与发展
1.2.1国外研究现状
图1.1美国Barry-wehmillre包装机械
国外对包装设备的研究较早,技术已经较为成熟,一些公司已经拥有比较完备的产品系列,并积极来发新品。
美国的包装机械产业历史比较悠久,产品种类和数量居全球之首,其包装工业总产值占国民生产总值的3%[3]。
比较知名的公司,如LantechInc、ITW、ANGELUS、Barry-wehmillre、Beinis、SA-SIBSPA等公司都具有较强的市场竞争力,其设备特点是高精尖,与计算机技术精密结合,但是一般成本较高,价格昂贵。
如图1-1所示,是Barry-wehmillre公司的包装机械,该设备具有自动化程度高,工作速度快等特点,但因结构比较复杂,各执行机构在协调配合时,经常会出现包装纸张褶皱问题。
德国是世界最大的包装机械出口国,包装机械在制造工艺和技术性能等方面都比较先进,其特点是具备成套、高速、自动化程度高,可靠性好。
比较知名的公司有SETIZ、MSK等[4],如图1-2所示,是德国的MSK书本打包机,该设备每个动作都相互比较独立,动作协调性得到了很好的提升,可以同时打包多摞书本,工作效率较高,但是其占地面积较大,对车间要求较高。
图1.2德国MSK书本打包机图1.3日本富士油压精机书本打包机
日本是包装机械的后起之秀,其设备的主要特点是稳定性好、自动化程度较高、操作简便。
比较知名的公司有古川株式会社、富士油压精机株式会社等,如图1-3所示,是日本富士油压精机会社生产的AP-78V打包机,该打包机其打包速度可达每分钟8包,最大包装质量20吨,设备自动约900KG。
但是该设备使用了空气压缩机,噪音较大。
此外,意大利、韩国等国家的包装产业也具有一定实力。
总起来看,国外对包装设备的研究多集中在机电一体化、结构优化、生产效率提高及提高设备可靠性等方面,其表现出来的主要发展趋势有:
(1)成套设备供应能力增强;
(2)产品适应性好,具有好的柔性和灵活性;(3)普遍采用仿真设计技术;(4)包装工艺流程的自动化及智能化程度越来越高。
1.2.2国内发展现状
我国的打包机从20世纪80年代中期开始发展,最初在书籍、报刊发行部门获得推广,近年来发展异常迅速,已成为十大机械行业之一,产品广泛应用于轻工、食品、外贸、印刷、化工、纺织等行业。
2011年,全国包装机械数量已达110.8万台(套),产值为443亿元,据中国机械工业联合会公布的数据,在十二五期间,国内包装机械平均增速可达16%,总产值有望突破6000亿元,目前,国内较为知名的企业有紫宏、新邵、飞达等。
但是,我国包装机械企业规模偏小,技术装备不很完善,管理水平比较低,自我发展和技术设计开发能力较弱,产品品种单一[5]。
主要表现在:
生产效率低、能耗高、稳定性和可靠性差,产品造型落后,外观粗糙,基础件和配套件寿命低;产品的技术含量、附加值较低;新产品开发周期长,不能及时响应市场的需求,及时提供市场、用户所急需的产品。
石家庄内燃机配件厂开发出一款SBD-J型平装书籍打包机[6],能实现纸张的自动识别,具有过载保护功能,包装速度可达8包/min,其工作流程如图1-5所示。
上海紫宏机械开发出SK20书本打包机[7],打包速度可达20包/min,可对四种规格书籍进行包装,如图1-6所示。
但是上述两种产品经常发生诸如卡纸、工序流传不畅等问故障,降低了工作效率,还容易产生噪音,不能从真正意义上解决书籍印刷企业的自动包装问题,因此没能得到较好的推广。
图1.4石家庄内燃机配件厂打包工作机示意图图1.5SK20书刊打包机
包装行业的发展取决于包装机械的发展,相对于国外产品,我国的包装机械还有一定的差距,具体表现在:
(1)包装外观质量得不到保证,捆扎力度控制不好;
(2)诸如搬运、打捆等工序可能会需要人工介入,不能实现完全自动化;(3)新材料、新工艺推广较少,产品更新速度慢,且可靠性较差;(4)单机设备多,流水线设备少,智能化控制程度还较低。
纵观包装机械的发展历史,我国的包装机械产业要比发达国家落后将近20年,要想快步追赶,应该从虚拟样机设计、机构功能多元化、结构设计标准化、控制智能化等方面入手,实现包装机械专而精的发展。
1.3本文研究内容
本文的主要研究内容是分析目前国内的包装机械发展现状,在此基础上结合给定的设计参数要求,设计一款新型的包书设备,并分别就该设备的推书机构、取裹纸机构及包角机构进行必要的计算与机构分析,最后绘制出相关部件的二维图。
论文涉及的主要内容如图1-5所示。
图1.5论文主要研究内容
第2章书本打包机总体设计
在进行打包机设计之前,首先要明确技术要求,然后依据要求,构思工序路线,绘制工艺流程图。
最后将各工艺进行功能分解,得到各分步骤的功能要求后,就可以进行详细设计。
2.1主要技术要求
主要技术要求:
1.包装规格:
16开,32开纸
2.包装高度:
50cm左右
3.包装重量:
20kg
4.包装速度:
10包/分钟左右
5.具有自动压书功能,高度可调节;
6.送纸动作顺畅,折角包装棱角分明;
7.可自动对书摞进行捆扎;
8.适用电源:
220V,50HZ交流电,工作温度:
0~40℃。
2.2书本打包机总体工艺设计
根据2.1中确定的技术性能要求,确定打包机具有推书、裹书、折角及捆扎等几大步骤,其中有些工序还需要进一步细化。
比如推书,一摞书传送过来时有可能是整齐的,也有可能是参差不齐的,因此需要推书机构具有纵向和横向两种推书功能。
再如包装纸在裹包前需要将纸张送于书摞旁,因此还需要纸张分离机构。
到折角工序,还需要考虑前后左右几个方位全部能折好,而且为提高机构的可靠性,结构还要尽可能简化。
根据上述分析,将书本打包机的工作流程暂定为如图2-1所示:
推书——送纸——裹纸——折上边——折下边及后角——折上下角及前角——捆扎。
推书机构采用侧向送书,正向推书的机构,使推书机构尽可能简化。
而捆扎则可以借用市场上成熟的捆扎机,比如SD-101型自动捆扎机,减小设计的难度。
图2-1书本打包机的工艺原理图
2.3机械结构功能分解与分析
通过工作流程分析,可以确定需要设计的主要部件有:
推书机构、送裹纸机构、折角机构三大部分。
推书机构计划采用曲柄摇杆机构实现,折角机构计划采用上下及左右折板实现,送裹纸机构计划采用凸轮实现搓纸,并通过一对辊轮的正反转实现分纸功能,其主要结构如图2-2所示。
1—书本;2—推书机构;3、下折板;4、左右折板;
5、捆扎机;6、送纸机构;7、上折板
图2-2书本打包机总体结构
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