本科毕业设计论文--书本打包机设计.doc
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1、III书本打包机设计摘 要目前我国对图书的需求日益增加,尤其是在学生入学的季节,与此同时,随着劳动力的匮乏,手工打包的传统生产方法已经不能满足需求。所以,该篇论文就这一问题,设计出一款书本打包机,解决图书需求增加,并提高效率,较少劳动强度。首先本篇论文分析了目前国内外打包机设计的现状,再根据设计打包机具体的参数性能要求,设计打包机的具体机械结构,对关键机构进行设计检验校核,并设计出打包机的控制系统。关键词:打包机,机构,控制系统AbstractBooks demand increased rapidly, especially in the spring and autumn season t
2、wo entrance, will usher in the peak. At the same time, labor shortage problem is more and more serious, the traditional manual packing methods are difficult to meet the requirements of. In order to adapt to this situation, this paper developed an automatic book packing machine, to improve the effici
3、ency of book packaging, reduce the labor intensity of the operator.according to the requirement of design books balers, carries on the design to the book packing machine mechanical structure, introduces in detail the mechanism of part design of the machine, the key part of the mechanism principle di
4、agram is given, the schematic diagram of the function were described. The design of the book packing machine mechanism and control system, the structure of the improvement and optimization. Key words:baler, mechanism, control system目 录第1章 绪论11.1 选题背景及其意义11.2 文献综述(国内外研究现状与发展趋势)11.3 本文研究内容4第2章 书本打包机总体
5、设计52.1主要技术要求52.2书本打包机总体工艺设计52.3机械结构功能分解与分析62.4 本章小结7第3章 推书机构设计83.1机构功能要求83.2运动机构的选择93.3槽型凸轮设计103.4齿轮齿条设计113.5轴的设计133.6连杆的设计143.7本章小结15第4章 打包机其他机构设计164.1送纸机构设计164.2包角机构设计194.3捆扎机原理224.4辅助设备244.5 本章小结24第5章 书本打包机控制设计255.1 电控的选择与优点255 . 2 书本打包机 工 作 流 程275.4 I/O口分配275.5 PLC梯形图295.6 安全保护装置295.7 抗干扰系统设计305
6、.8 本章小结30第6章 结论31参考文献32致 谢34 3书本打包机设计第1章 绪论 1.1 选题背景及其意义我国对印刷品的需求量正在增长迅速,长期以来,我国的各地的印刷部门对图书的打包方式基本都是人工打包的形式,但是结合实际,传统手工打包的方法已经不再适应当前现状,为了提高生产效率以及质量,我们必须要设计出工作稳定,快速,便捷,经济,性能优越,成本较低的打包机。这种打包机是一种可以完成推书送纸裹书折上边折下边及折后角折上下角及前角捆扎于一体的图示自动打包系统,本篇论文致力于设计出一种将书本自动搬运、包装纸自动折叠、书本的自动打包和捆扎等多种功能的自动打包系统,推动我国图书自动打包机及包装工
7、业自动化的发展。1.2 文献综述(国内外研究现状与发展趋势) 1.2.1 国内发展现状我国包装机械起步较晚,因此,在此之前,只有对火柴盒、纸袋等简单的生活用品进行简单的包装。改革开放以后,包装行业发展迅速,广泛运用于各个行业,据不完全统计,我国国内的包装行业在近几年里总产值突破六千多亿,而且每年的增长速度一般维持在15%左右。有紫宏、新邵和飞达等知名企业。图1-1 现有书本打包机河北省石家庄市内燃机配件厂自主设计出一款SDBJ打包机,平装书籍。该设备可以自动出纸,并且当没有本书或者没有包装纸的时候,机器会自动停止,并且有过载保护功能,即有过载情况也会自动停止。主要性能为:包装速度:10包min
8、;用纸量:定量为70克分钟,为牛皮纸,卷筒送出,包装纸宽度390420mm;卷筒纸最大直径约为490mm;给纸高度:690790mm;包装高度:180210mm;包装规格:平装32开本。上海紫宏机械有限公司自主生产出的SK20型书刊打包机,这台书本打包机内部会有很多组凸轮进行转动,再带动各个机构的运动来实现打包功能的。 该台打包机的输送部分:首先将需要打包的书本放在传送带上,并且为防止书本掉落,传动带上会设置导向杆。送纸部分:两对摩擦轮通过转动将包装纸从上至下送出,并且为保证纸张能平整送出,下方的摩擦轮的速度会比上方的摩擦轮速度要快。主机部分:底部设有开槽,并设有光电开关,来感应纸张是否到位,
9、再通过圆角辊,折板,压板来进行折角,折边的功能。该机器主要性能指标:可包书本规格:180mm110mm,200mm130mm,235mm190mm,300mm210mm;每包高度:220mm;打包速度:16-22包/分钟。但是,上面两家企业的设备会经常出现卡纸,工序转接停顿,效率低、噪声大和操作不灵便等缺陷。所以并没有得到市场的认可。因此,在解决书本的自动打包的问题上,依然还要有很大的改进1.2.2 国外发展现状目前,在国外的自动包装机械水平,打包技术较为成熟的国家有德国,日本,美国。在这三国之中,技术比较领先的为美国。如美国的Barry-wehmillre公司等。其中Barry-wehmil
10、lre公司的书本打包机外部结构简单,所占空间较小,效率高等。但其内部结构复杂而且体积偏小,在各个机构执行配合时有问题,经常出现包纸张褶皱的现象。在技术方面,德国处于领先地位,该国生产的打包设备自动化水平高,效率较高,并且性能也相对稳定,使其成为世界上最大的包装设备出口国。例如德国MSK,该公司生产的打包机,与美国Barry-wehmillre公司生产的打包机相比,其每个动作相对独立,协调性很好,在生产过程中,可以同时对多摞书进行打包,大大提高了打包效率,但是其缺点是所占面积比较大。图1-2 美国Barry-wehmillre包装机械目前,德国是最大的包装机械的出口国,其工艺和性能均较为先进,特
11、色是完整、速度快、机械化程度高等优点。其中SETIZ、MSK品牌较为知名4,如图,为德国MSK书本打包机,这台机器的每个操作都是比较独立的,每个动作都能有很好的协调性,可同时进行多个书本的打包。图1-3 德国MSK书本打包机日本的包装机械是后来发展起来的,他们善于模仿和创新的能力,使其发展速度较快,日本本国较强的制造装备业以及使用电气控制及传感器器件,使其操作简单,并且具有好的稳定性。富士油压精机株式会社是日本比较有名的打包机械制造商。日本富士油压精机会社研发的AP-7BV型自动书本打包机,其性能指标:打包速度:10包/min,其包装最大质量25kg,自动910kg,包装高度:90mm280m
12、m,总重910kg,包装高度:86mm280mm。但成本较高,并且维修费用业较高,其噪音也较大。图1-4 日本富士油压精机书本打包机通综合上面几国书本打包机,国外在书本打包机中运用了以下技术: (1)适应性高,生产一台打包机,即可完成不同规格书本的打包,适应性高; (2)对打包机进行优化改进,使操作者更加容易上手,避免因外部因素引起的操作者的不适,往他们能够更加轻松高效的完成工作; (3)打包机运用传感器技术,能使机器更加精确稳定。我国打包机械装备与国外技术相比,还是有一定的差距:(1)自动化程度有待改进 将书本送进机器和将其拿出来还需要人工来完成; (2)包装纸不稳定 经常会出现纸张送不出或
13、者多送纸张的现象,并且可能会有褶皱。(3)设备占地面积较大 对机械传动依赖较高,因为其只是想通过机构的传动来实现全自动打包机的所有功能。 1.3 本文研究内容本篇论文的主要研究内容是在目前的机械包装的基础上,结合给的技术要求以及参数等,再设计出一款书本打包设备,再对此书本打包设备的推书机构、取纸机构及包角机构来进行机构分析与计算,然后再对相应机构画出CAD二维图,为实现书本打包机的自动化工艺,我们将设计PLC程序来控制整个过程。其主要工艺内容如图1-5所示。图1-5 主要工艺过程5书本打包机设计第2章 书本打包机总体设计如下,为书本打包机所需的技术参数与技术,再根据要求,设计出包装思路,设计工
14、艺流程。再对各个步序进行详细的分析,得到其数据,功能等后,再进行下一步的设计。 2.1主要技术要求1. 包装规格:大小16、32开纸2. 包装高度:80110cm3. 包装重量:1525kg4. 包装速度:8包/分钟5. 送纸进纸动作流畅,折边与折角,包装棱角清晰,不损坏书本;6. 装有自动压书板结构,将书本压实压紧,且具有缓冲减震功能,当书本的高度不同时,可自动调节。7. 可自动对书摞进行捆扎;8. 适用电源:220V10%,50HZ,工作温度:050。 2.2书本打包机总体工艺设计依据2给出的技术参数与要求,可知书本打包机有推书、包书、上折角、下折角等及捆扎等几大步骤,再对一部分步骤进行详
15、细的设计与计算。例如推书机构,再例如一摞书推过来的时候有的是整齐的,但也有的是不齐的,所以在设计推书机构时要考虑横向和纵向的整齐,也就是要有横向和纵向两种推书功能。然后还需要装置将包装纸输送下来与指定位置,进行包三面的操作,所以此处就应该有需纸张分离机构。再进行折角工序,要能使上下前后左右的几个方位能完全折好,还要为节约成本以及考虑结构的稳定性,要使打包机结构合理可行,尽可能方便。综上所述,我们将书本打包机的工艺流程分为如下图所示:推书对中送纸裹纸折上边折下边折后角折上下角及前角捆扎。推书板机构我们运用正向推书,侧向松鼠的结构,从而简化整个推书过程。图 2-1 书本打包机的工艺原理图 2.3机
16、械结构功能分解与分析通过上述工艺过程来看,我们确定该书本打包机的主要部分有:推书机构、送纸及裹纸机构、折角机构三部分。推书机构我们用曲柄摇杆机构来设计,送纸及裹纸机构主要运用凸轮进行搓纸操作,然后再用一对辊轮的转动来实现送功能,当送出多张纸的时候,可反转将多出来的纸送回去。折角机构可用上折板,下折板及固定挡板等来实现,主要结构如下图所示。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分析各部件所实现的功能,(1)书本1由推书机构2推送到指定的位置;(2)纸盒内的纸张由送纸机构6分离并取出,将纸张送到指定位置;(3)推书板前进,将书
17、本推进纸张内,实现裹三面功能,当三面裹好之后,上折板7压下,此时上面就折好了;(4)上边折好后,下折板3向上翻折,实现折下边及折后角的功能;(5)上下边以及后角都被折后后,推书板2推着书本1通过固定折板4,来实现折上下角以及前角的功能。(6)至此,书本包裹完成,在通过捆扎机5进行捆扎即可。 2.4 本章小结本章通过对书本打包机的数据参数以及技术要求,拟定了工艺流程以及设计总体结构方案。并画出示意图,以后再进行详细的分析计算。13书本打包机设计第3章 推书机构设计 3.1机构功能要求推书机构是将书本推送到指定位置,在实现书本自动捆扎的过程中,起到很重要的作用。其工艺步骤可分为:首先主控会发出命令
18、,通过主传动系统来使槽形凸轮7转动,再由凸轮带动摆杆9再经过连杆1带动齿轮5运动,其沿着下齿条进行滚动,此时齿轮会带动上齿条进行水平运动,当要实现推出功能的时候,上齿条就会向左进行水平移动,至此,推书过程完成。机构示意图如下图所示:图3.1 推书机构示意图 推书机构设计(1)推书机构的运动周期循环:推书机的一个循环周期为主轴回转一周。所以推书机构的运动时间可以用主轴的转角大小来表示。推书占主轴旋转的120,也就是整个推书动作的1/3周期。退回动作占小于主轴旋转的100,即1/3个周期。静止的动作占主轴转角的140,大于1/3个周期。每个动作的工艺与主轴转角的关系如下图3.2所示。 主轴转角推书
19、机构执行滑块的动作主轴转角推书机构执行滑块的动作0120 推书前进120220滑块退回220360 滑块静止 图3.2 纵向推书机构运动循环图(2)推书机构要采用加速,减速相等的速度来进行推书前进和退回。 3.2运动机构的选择 由于推书机构推书的过程是一个较为缓慢的过程,而退回时为空载退回,所以设计过程要使退回时的速度比推书的过程要快,所以,如图3.3三种方案所示,整个过程要有急回的过程和等速的过程。 (a) 间歇运动机构 (b) 传动运动机构 (c) 直线运动机构图3.3 三种运动方案这三种运动方案中,第一种,间歇运动机构由凸轮机构、槽轮机构组成。第二种,由涡轮蜗杆,圆柱齿轮,圆锥齿轮组成传
20、动运动机构;第三种由凸轮机构或曲柄滑块织成直线运动机构。其特点见表3.2。表3.2 三种机构比较 三种机构间歇运动机构传动运动机构直线运动机构槽轮机构不完全齿轮凸轮机构圆柱齿轮圆锥齿轮蜗轮蜗杆曲柄滑块凸轮机构简单、易实现,成本低运动精确运动精确,无冲击易实现同向变速不同方向传动和变速垂直方向传动加工简单成本低运动精确,无冲击运动不精确冲击,加工复杂,成本高易磨损,加工成本高只可同向传动加工复杂成本高,角度不易改变占空间,对杆长要求高易磨损,加工成本高对比以上三种推书机构,再结合设计需洲旋转带动其平稳旋转,通过来回摆动槽形凸轮来实现往复运动,再通过连杆带动齿轮求,我们选用间歇运动机构,其中选择槽
21、形凸轮机构。我们设计其工艺过程:凸轮由株齿条做间歇的往复运动。将推书板固定在上齿条上,通过连杆跟着上齿条做往复循环运动。运动简图如图3.4所示。图3.4 推书机构运动简图 3.3槽型凸轮设计凸轮机构是由机架,从动件,凸轮三部分组成,三者之间的运动是相对的,并且具有很好的适应能力,性能稳定,并且结构较为简单并且能准确的进行控制等,并且其能很好地和其他机构进行配合,来实现复杂的运动。其被广泛的运动于纺织机,印刷机,内燃机等各种自动机器中。并且要求推书机构在一个推程中要先进行等加速运动,再进行等减速运动所以该凸轮机构为一偏置槽形凸轮机构。下面我们将对推书机构进行设计,并且要其传动性能较好,能实现匀速
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