ZDXJ—2400全自动钉箱机送纸机构研究

于淑政 董晓博 孙振军

摘 要：阐述了全自动钉箱机送纸机构的主体结构，工作原理和关键技术。结果表明：通过文章设计出的送纸机构具有更高的安全性，以及钉箱的质量和效率。

关键词：负压式真空吸附送料；离合制动组合；间歇送纸秩序

引言

随着包装工业的快速发展，包装纸箱的需求量不断增加，纸箱质量要求也越来越高，因此，对纸箱加工专用设备也就提出了新的质量和效率要求。为此设计开发一种全自动钉箱机。ZDXJ-2400型全自动订箱机，由送料部、折叠部、拍齐整理部、钉头部和计数部五个部分组成，数显调速，微电脑调幅，具有简便快捷可靠精准的操控模式，可实现自动供纸、自动折叠、自动拍齐、自动钉箱、自动计数输出。全自动钉箱机的送纸机构是钉箱机的重要组成部分，送纸机构工作的好坏直接影响整机钉箱的工作性能和工作效率，对生产有着直接影响。因此对于送纸机构同送纸的研究非常重要。

1 送纸机构

送纸机构的作用是将纸板输送一段距离，使之进入折叠部。为了提高机构运动的平稳性，要求送纸胶辊和托辊与前面的真空吸附送纸风箱同步运动，与后面的送纸皮带轮驱动机构同步运动。

图2中3为瓦楞纸板钉箱机的托架组件，通过调节托架组件，可以满足对不同宽度纸板的加工。中间为瓦楞纸板钉箱机的气室部分，气室部分通过真空吸附装置可以将托架最下面的纸板吸住，进而向左传入进纸驱动组件。在进纸驱动组件和气室组件的部分为瓦楞纸板钉箱机的前门组件，也就是主视图的构件2，前门组件主要用于将纸板拍齐，气缸用于对不同长度纸板进行拍齐加工，前门组件两端各有一个步进电机，调节左右挡板之间的距离，可满足不同长度纸板的加工，为保证纸板一一通过前门组件（即防止两张和两张以上纸板一起通过前门组件下端的缝隙），在前门组件上装有蜗轮蜗杆装置和偏心轮装置，通过蜗轮蜗杆装置调节偏心轮就可以调节前门组件下端进纸缝隙，保证在对纸箱加工时只能让一张纸板通过进入进纸驱动组件，其它纸板被前门组件挡住，以保证对纸板进行一一加工。此外为了防止纸板连续送纸，在送纸机构中还采用了电磁离合器和电磁制器，PLC可编程控制器系统稳定可靠，以此来保证间歇稳定送纸。

2 送纸机构各组件

2.1 前门组件

前门组件主要由调隙轴、定位轴、丝杠、伺服电机、气缸等组成。

前门组件的主要作用是通过调节蜗轮蜗杆结构，带动偏心轮转动，从而调节前门组件和气室组件之间的间隙，保证满足对不同厚度纸张的加工，使其能顺利通过该间隙。此外、通过气缸并对待加工纸板进行拍齐整理，以便对纸板进行下一道工序的加工。

2.1.1 调隙装置。调隙装置主要功能是调节前门组件与气室组件之间的缝隙，来完成对不同厚度纸板的加工。调隙装置的调节原理：在调隙轴上一端装有蜗轮蜗杆装置，蜗轮蜗杆装置与前门挡板连接的部位装有一个偏心轮，在蜗轮蜗杆装置带动下，通过调节偏心轮就可以调节前门挡板与气室部分的间隙。

2.1.2 步进电机调节和电机的选择。前门组件中伺服电机也是通过一个蜗轮蜗杆装置和丝杠传动装置来调节左右才侧板之间的距离，用以满足不同长度纸张的加工要求。

零件46为右侧挡板支座，在右侧挡板支座上有三个孔，上下两个孔为光轴孔，中间位丝杠孔。侧挡板由上下两孔上的光轴支撑，伺服电机固定在电机架上，伺服电机通过蜗轮蜗杆传动带动丝杠转动，进而使侧挡板的左右移动，从而满足对不同宽度待加工纸板的加工。伺服电机控制的蜗轮蜗杆调节装置如图6所示。因此伺服电机选用TMS63B-4功率0.18KW，立式，有刹车，速比1：46。

2.1.3 气缸。气缸部分主要作用：对于待加工的纸板，放在托架上面的时候大多是不整齐的，需要通过气缸對待加工的纸板进行拍齐，以便使纸板能够顺利的通过前门组件下面的缝隙，进而进行下一个程序的加工。

51为滑轨A，55为滑轨B，在气缸的带动下侧挡板可以沿滑轨来回移动。

2.2 拉撑组件

拉撑组件主要是为了维持一些容易变形部件的稳定，就像前面提到的气室组件中的一些拉撑组件。拉撑组件由槽钢、堵板、销轴、螺栓和垫圈组成。

2.3 托架组件

托架组件由蜗轮装置、铰链联轴器、齿条齿轮、导轨等组成。托架组件的主要作用：将待加工的纸板一端托起，来减少最下端的纸板与其它纸板的摩擦力，从而减少纸板对进纸驱动组件的阻力，使得纸板更加容易进行下一道工序的加工。

2.4 进纸驱动组件

进纸驱动组件主要由电动机、压纸辊、喂纸辊、偏心轮调节装置、链轮传动装置和皮带轮传动装置组成。具体结构主视图如图11所示。该部分设计主要是整个传动部分传动比，由发动机带动皮带，再由链轮带动喂纸辊，通过喂纸辊和压纸棍的配合使用，使纸板可以在排齐部分排齐后，在链轮的带动下传送来控制进纸的速度。由图12可以看出来该部分由电动机和三组轴组成，对不同厚度的纸板由调隙装置调节偏心轮，从而调节喂纸辊和进纸辊之间的间隙，以适应对不同厚度纸板的加工。该部分设计需要确定电动机的选择，带轮传动和链轮传动的传动比。

2.4.1 电动机的选择

首先要根据生产机械对电力传动提出的要求，如起动与制动的频繁程度，有无调速要求等等来选择电动机的电流种类，即选用交流电动机还是选用直流电动机；其次应结合电源情况选择电动机额定电压的大小；再由生产机械所要求的转速及传动设备的要求选取它的额定转速；然后根据电动机和生产机械的安装位置和周围环境情况来决定电动机的结构型式和防护型式；最后由生产机械所需要的功率大小来决定电动机的额定功率（容量）。综合以上方面考虑，最后在电机产品目录中选择与要求相符的电动机，如果产品目录中所列电动机不能满足生产机械的某些特殊要求，则可向电机生产厂家单独定制。

（1）电动机电压和转速的选择

a.现有工厂企业的生产机械选配电动机时，电动机的额定电压应与工厂配电电压一致，新建工厂的电动机，其电压选择要与工厂供配电电压的选择一起考虑，根据不同电压等级经技术经济比较后择优决定。我国规定的低电压标准为220/380V，高压配电电压大多数为10kV。一般中小容量的电动机大都是低压的，其额定电压分别为220/380V（D/Y接法）和380/660V（D/Y接法）两种。当电动机容量超过约200KW时，建议使用者选择3kV、6kV或10kV的高压电机。b.电动机的（额定）转速选择，要根据拖动生产机械的要求及传动装置的配比情况来考虑。电动机每分钟的转数通常有3000、1500、1000、750及600等多种，异步电动机额定转速由于存在转差率，一般要比上述转速低2%～5%。从电动机制造角度讲，同样功率的电动机若额定转速愈高，其电磁转矩外形尺寸就愈小，成本就愈低且重量会轻，并且高速电机的功率因数及效率比低速电机都高。若能选择转速愈高的电动机，则经济性愈好，但若由此而引起电动机与被拖动机械间的转速相差过大时，所需装设减速装置的传动级数就越多，这就会加大设备成本及传动的能量损耗。故要经过分析比较择优选定。我们通常应用的电机大部分是选用4极1500r/min的电机，因为这种额定转速的电机适应范围广，而且其功率因数和工作效率也较高。电动机的动力首先通过皮带轮传给轴1，然后再由链轮将动力一部分传给喂纸辊，另一部分经离合器再传给气室组件驱动轴。即：电动机功率=轴1功率+喂纸辊功率+气室驱动轴功率。

（2）电机各参数的确定

a.确定机构部。典型机构：皮带传动机构、链轮传动机构、齿轮齿条机构等。b.确定运转模式。运转模式对电机的容量选择影响很大，加减速时间、停止时间尽量取大，就可以选择小容量电机。c.计算负载惯量J和惯量比I。根据结构形式计算惯量比。d.计算转速Nr/min。根据移动距离、加速时间ta、减速时间td、匀速时间tb计算电机转速。计算最高速度Vmax：

ta×Vmax+tb×Vmax+td×Vmax=移动距离

则得Vmax=0.3m/s（假设）

则最高转速：要转换成Nr/min

丝杆转1圈的导程为Ph=0.02m（假设） 最高转速Vmax=0.3m/s（假设）

N=Vmax/Ph=0.3/0.02=15（r/s）=15×60=900（r/min）<1500（电机额定转速）。

带轮转1全周长=0.2m（假设），最高转速Vmax=1.5（m/s）

N=Vmax/Ph=1.5/0.2=7.5（r/s）=7.5×60=450（r/min）<1500（电机额定转速）

计算转矩T（N·m）。

根据负载惯量、加减速时间、匀速时间计算电机转矩。

计算移动转矩、加速转矩、减速转矩。

确认最大转矩：加减速时转矩最大<电机最大转矩。

确认有效转矩：有效（负载）转矩<电机额定转矩。

f.选择电机。选择能满足3～5项条件的电机。

转矩[N·m]：峰值转矩：运转过程中（主要是加减速）电机所需要的最大转矩；为电机最大转矩的80%以下。移动转矩、停止时的保持转矩：电机长时间运行所需转矩；为电机额定转矩的80%以下。有效转矩：运转、停止全过程所需转矩的平方平均值的单位时间数值；为电机额定转矩的80%以下。转速：最高转速，运转时电机的最高转速：大致为额定转速以下。惯量：保持某种状态所需要的力。

所选电动机的型号如下：

2.4.2 其他主要零件参数的设计

（1）喂纸辊及其组成：是由两个轴头和一个筒体焊接而成。

（2）调隙装置如图14所示。调隙原理：调隙装置中由蜗轮蜗杆传动带动调隙轴转动，随着调隙轴的转动，调隙轴上的小齿轮也跟着转动，小齿轮又与压纸棍上的偏心齿轮啮合，从而调节压纸棍和喂纸辊之间的间隙，以适应对不同厚度纸板的加工。

2.4.3 确定传动方案

合理的传动方案，应满足工作机的性能要求、工作可靠、结构简单、尺寸紧凑、加工方便、陈本低廉、效率高和使用维护方便等。当采用多级传动时，应合理地选择传动零件和他们之间的传动次序，扬长避短，力求方案合理。常需要考虑以下几点：（1）带传动为摩擦传动，传动平稳，能缓冲吸振，噪音小，但传动比不准确，传递相同转矩时，结构尺寸较其他传动形式大。因此，应布置在高速及。因为传递相同功率，转速愈高，转矩愈小，可使带传动的结构紧凑。（2）链传动靠链轮轮齿啮合，平均传动比恒定，并能适应恶劣的工作条件，但运动不均匀，有冲击，不适于高速传动，故应布置在多级传动的低速级。（3）蜗杆传动平稳，传动比大，但传动效率低，适用于中、小功率间歇运转的场合。当和齿轮传动同时应用时，应布置在高速级，使其工作齿面间有较高的相对滑动速度，利于形成流体动力润滑油膜，提高效率，延长寿命。（4）原锥齿轮传动用于传递相交轴间的运动。由于圆锥齿轮（特别是当尺寸较大时）加工比较困难，应放在传动的高速级，并限制其传动比，以减小其直径赫模数。（5）开式齿轮传动的工作环境一般较差，润滑不良，磨损严重，应布置在低速级。（6）斜齿轮传动的平稳性较直齿轮传动好，当采用双级齿轮传动时，高速级常用斜齿轮。

2.5 气室组件设计

气室组件主要由主动带轮轴、从动带轮轴、输送带轮、张紧带轮、风机、吸风管道等组成。气室组件主要作用是将要加工的纸板一一送到纸板折叠组件部分。（如图15、16所示）

工作原理：气室组件中有气室底板、气室罩、连接板等构成气室，由风机经过风管抽风，在气室中形成真空，使待加工的纸板中最下面的纸板被牢牢吸附在输送带上，克服与其它纸张之间的摩擦力将纸张输送给进纸驱动组件，随着帶传动从而将纸板送往下一道工序。

3 结束语

本设计机器负压式真空吸附送料，离合制动组合防连续送纸机构，可以形成准确的间歇送纸秩序。

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作者简介：于淑政（1963-），男，河北沧州人，硕士，河北工程大学教授，主要从事机械工程的科研与教学。