卫生巾自动生产线设计

孙其新

SUN Qi-xin

（天津理工大学 机械工程学院，天津 300384）

0 引言

随着人们生活水平的提高，人们对卫生用品的要求也在进一步提高，所以对生产卫生用品的设备有了进一步的要求。本文针对妇女卫生巾生产线进行了研究。为了提高产品的质量和单机产量，对卫生巾生产过程中的周封和外切加工环节及其传动进行设计。周封用于对纸制品的封合,它影响着产品的形状、质量和稳定性，周封刀架是该生产线上的主要部件,在设计中我对电机驱动和机械传动所引起的系列问题做了深入的研究。

1 行业现状

卫生巾生产线工艺流程主要为：

1）碎棉浆：碎棉浆是将棉浆粉碎，然后由吹风机均匀喷洒在传送带上，传送带经过滚子，简单压实；

2）加高分子：传送带将产品带到有很多孔的滚筒下，加入高分子物质，高分子是用来吸水的，加强产品的实用性；

3）加入加强筋：随着传送带的运转，在棉芯大概1/3的位置加入两条加强筋，为棉芯的折叠做准备；

4）切割棉芯：长条状的棉芯，被传送带以一定的速度带到滚刀上进行切割成块；

5）加打孔膜：棉芯在传送带上传送的的同时，加入打孔膜；

6）压导流槽：在棉芯上压导流槽；

7）留延膜：加入留延膜；

8）热封：对棉芯进行热封；

9）加离型纸（先两翼后背面）：加入离型纸，加的时候，先在两侧的护翼上加，如小长方形的离型纸，其次在棉芯上加上长的离型纸；

10）切外形：传送带将将近成型的半成品带到成型滚刀上进行切割，形成最后的外形；

11）折护翼：通过传送带位置的相对改变将产品两侧的护翼折起来；

12）折包：两条传送带通过传送速度的改变，来调整产品间的间隙，使水平两侧轴上的锁片按一定的速度恰好打在产品的1/3处，完成一次折叠，之后向上传送，再次使垂直方向两侧轴上的锁片打在另一侧的1/3处，完成折叠；

13）热封切：给完成折叠的小包，加一层包装膜，通过导电的热铁丝进行热封，进行压力切割，最终得到成品；

14）离线：产品加工完成，脱离生产线，工作人员对其进行最后的外包装。

由以上工艺流程可看出，要求生产线各工序必须按一定节拍工作。起初的生产线都是链传动，用链条将各工序的运动连接起来，生产线的成本低，这也适应了当时的低产量的要求。由于链条传动有易磨损、传动不准确的缺点，后来人们又改为齿轮、齿形带传动，这使得生产线工作更稳定，也在一定程度上提高了产量。随着社会的发展，对卫生巾生产线有了更高的要求，再想提高质量和产量在原有的机械传动下已是不可能了。随着科学技术的发展，我们将计算机控制，伺服电机驱动应用到该生产线达到了预期效果。

2 伺服线的设计

由于生产线较长，下面只说明该线的关键部位。生产线如图1所示，该线由1周封、2离型纸装置、3包装机组成。

图1 生产线简图

在该生产线中周封、外切刀架的设计是关键，如图2所示，其主要功能是对卫生巾进行热封和成切，完成全自动的加工，通过伺服电机驱动是这一机构的主要特点，通过传送带传送产品并且与刀具节拍一致，减少废品产生。生产速度为300片/分钟（原有生产线为150片/分钟），最快为600片/分钟（原有生产线为300片/分钟）。

图2 周封、外切刀架

3 外切刀架设计

外切刀架如图3所示

图3 外切刀刀架图

4 伺服电机的选择

伺服电动机在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。伺服电机的选择要合理，偏大则成本增多，造成浪费；偏低则无法达到生产要求，因此伺服电机的选择至关重要。

1）伺服电动机的主参数是功率，但是，选择伺服电动机并不按功率而是根据下列三个指标选择 。

（1）最大负载转矩不得超过电动机的额定转矩；

（2）电动机的转子惯量JM应与负载惯量JL匹配；

（3）快移时的加速性能。

2）计算

（1）计算转矩

表1 转矩计算表

（2）计算惯量

①惯量计算的要求

表2 惯量计算表

②计算惯量

3）根据快移时的加速性能计算最大转距

表3 惯量计算表

根据生产要求设定加减速时间ta=0.1

表4 计算加、减速扭矩表

①计算加、减速扭矩TA

②计算瞬时最大扭矩

刀和轴承总的扭矩通过减速机转化到电机轴扭矩TL =T0/10=0.76 Nm

（4）减速器型号的选择

根据所选电机情况以及所定1：10的传动比，从样本上选择PLS190。

5 结论

表5 瞬时最大扭矩计算表

本次设计的卫生巾生产线，比较以前的产品具有全新的概念，主要有以下特点：

1）驱动采用全伺服半闭环系统，取代了传统的普通电机驱动。

它使得各部件间运动的传递更加准确，同时由于极快的反应速度（0.1秒）使得废品率降到最低。全伺服半闭环系统将每一工序都装上一个伺服电机统一由计算机控制，去掉了每个部件间的机械联系，这使机械总体结构变得简单。

2）部件内的机械传动采用了同步齿型带，它同时具备了传动准确和运动平稳的优点。

由于以上的优点，该生产线更加适应生产的要求，它产量高、误差小、废品率大幅降低、连续运转安全可靠。虽然采用伺服电机驱动成本较普通电机高（高五万元左右），但简单的机械结构又使制造成本降低，所以我们设计的生产线具有极高的性价比，批量生产后将有广大的市场前景。

3）伺服电机的计算

选择电机是设计的关键环节，在设计中成功的解决了选择伺服电机时的计算问题，为企业提供了一套完整的计算方法。

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