高速胶装机底胶锅的改良设计

牛仁红

COSMOS13000是我公司设计与生产的一台高速胶装机，其主要功能就是胶订书。该机型从2015年开始设计，2016年年初第一台样机生产完毕，使用厂商为新华印刷厂。经过近一年的运行，发现该设备的胶锅设计不够完美，有不少改良的空间，主要体现在以下4个方面：第一，胶装机底胶预热桶位于机器上方，每次倒胶和查看胶水余量时，需要借助梯子或者平台来爬到机器上面，操作和维修略有不便。第二，底胶胶锅在维修调试时，需要把胶水转移到其他容器中，胶水凝固后很难处理。第三，从预热桶到放胶是间歇式的，胶锅里的胶水高度不一致，导致胶装后来的书的质量不稳定；第四，胶锅的刮胶板是凸轮控制，当书的尺寸需要调整时，操作不方便。

针对以上的不足之处，在满足高速机的需求以及保证线速度和书速度一致的情况下，提高补胶的速度、满足用胶速度的前提下，做了初步的改良设计。设计方案主要从以下几个方面进行改良考虑：第一，线速度要保证高速机，让胶水能够堆积在书上。第二，预热桶放在胶锅下面，在维修胶锅时，可以把胶水放进下面预热桶里。预热桶体积要大一些，避免工人太频繁的加胶。第三，胶水从下面用胶泵打到胶锅，只要达到温度，一开机胶水就上，而且随着机器的快慢上胶量自动调节。如果胶锅里面需要维修，则打开放胶阀，胶水就回流到预热桶，维修好以后一开机胶水又自动上，非常方便。第四，刮胶板改为气动刮胶板，结构比凸轮的简单，操作方便，调整简单，书的大小有调整时，只需要触摸屏上面调整书尺寸配置即可。

初步改良设计方案

经过一系列的沟通研讨后，改良后的底胶机构运动过程如图1和图2所示。

当胶装机开动时带动链轮1旋转，链轮1带动链轮2，链轮2通过齿轮带动齿轮3转动，齿轮3和上胶泵4链接在一起，所以上胶泵开始转动，开始通过上胶管5把胶水带进底胶胶锅6；因为上胶泵上的胶比实际使用的胶要多，所以多余的胶通过溢胶管7再回流到预热桶，如此往复实现自动上胶。

当胶装机开动时带动链轮1旋转，链轮1和胶轮固定在一根轴上的，当书芯过来到胶辊上时，气缸11拉回，把刮胶板9打开，那么热熔胶通过胶轮10上到书芯8上；当书芯过了胶轮时，气缸11伸出，使刮胶板9关闭，把胶轮10上的胶刮掉。

关键技术设计点

初步方案确定后，关键的技术要点就是3个计算参数的确定及气动刮胶板的设计，分别是：①上胶轮的线速度；②预热桶体积；③胶泵的选择和胶量计算：④气动刮胶板的设计。下面逐一进行介绍。

1.上胶轮的线速度计算

已知电机转速=1446转/分，根据传动图（图3）齿数比得：

主轴转速=1446×（38/68）×（38/68）=451.56转/分

主链轮转速=451.56×（18/50）×（30/90）=54.19转/分

主链轮线速度=54.19×606.78×3.14=103242.81毫米/分

主链轮的线速度就是链条的线速度，又因为书夹子固定在主链条上，所以，主链轮的线速度也是书夹子的线速度，而书夹在书夹子上，所以书的线速度为103242.81毫米/分。

如果胶轮的线速度和书的线速度一致，那么胶轮上的胶水就会涂在书背上，如果胶轮的线速度比书的线速度高，那么胶轮上的胶就会堆积在书背上，上的胶就比线速度一致的情况下上的厚。

根据以上计算结果，倒算出从主轴到胶轮的齿数比，如图4所示。

线速度计算完之后，还需要进行进一步的验证，确保计算结果符合实际的需求。

胶轮的转速=主轴线速度×（26/52）×1×（51/38）×（38/42）=274.16转/分

胶轮线速度=274.16×120×3.14=103304.55毫米/分

胶轮线速度103304.55毫米/分大于103242.81毫米/分，结论是齿数比和胶轮直径合理。

2.预热桶体积的计算

书本的厚度为5～10mm，胶装机的最高速为13000本/时，书本的长度为210mm～297，书本上胶的厚度为1mm～1.5mm，如果书本的厚度为10～20mm的时候，胶装机的最高速为10000本/时，书本长度和上胶厚度不变。

每小时最小用胶量=5×210×1×13000=13650000立方毫米/时

每小时最大用胶量=20×297×1.5×10000=89100000立方毫米/时

初步设计的预热桶毛装胶的体积=836×426×323=115031928立方毫米

预热桶中的加热棒的体积=截面积×高度×数量=2624×323×24=20341248

纯装胶的体积=毛装胶体积-加热棒的体积=94690680立方毫米

加胶时间1 =纯装胶体积/每小时最小用胶量=94690680/13650000=6.94时

加胶时间2 =纯装胶体积/每小时最大用胶量=94690680/89100000=1.06时

通过以上计算得出，胶装机按照最高速运转，加胶的时间间隔，最短为1.06小时，最长为6.94小时。

3.上胶泵的选择和上胶量计算

上胶泵是安装在预热桶里，胶水的温度为160℃～180℃，胶水的黏度很高，一般的泵根本打不上去。经过多方搜集资料、实地考察，最终选了一款热熔胶齿轮泵。这种泵根据每转泵出的体积不同，分多种具体的型号。根据外形尺寸和体积，初步选择了JR18胶泵，也就是說每转可以上胶18毫升。下面核算这个型号的泵是否满足上胶量。

由于结构位置比较小和环境温度比较高，所以胶泵不能采用电机带动，只能采用从胶锅的其他部位传动过来，最终确定从上胶轮用链条传到胶泵。

根据上面的计算结果，胶轮的转速为274.16转/分=16449.6转/时。

如果胶泵和胶轮的转动比为1∶1，那么每小时的上胶量=16449.6×18×1000=296092800立方毫米/时，是最高速最厚书用胶量89100000的3.3倍，显然上胶太多，一个是浪费，一个是胶水用不完还要回流。

如果胶泵和胶轮的转动比为1∶3，那么每小时的上胶量= 1 6 4 4 9 . 6×（1 / 3）×18×1000=98598902立方毫米/时，是最高速最厚书用胶量89100000的1.1倍，这样比较合适，还留了0.1倍的安全余量。

4.气动刮胶板的原理和动作过程

原来胶装机的刮胶板都是用凸轮控制的，结构复杂，安装、调整不方便。改成气动控制以后，上胶的长度只需要在触摸屏里设定就好了。气缸每次动作接近开关5要闪亮一次，如果接近开关在一个周期内没亮，即气缸出了问题，机器停机或者报警。

刮胶板的气动设计如图5所示。

当书芯过来到胶辊上时，气缸1拉回，通过旋转轴3带动刮板6打开，那么热熔胶通过胶轮7上到书芯上；当书芯过了胶轮时，气缸1伸出，使刮胶板6关闭，把胶轮7上的胶刮掉。通过调整限位螺钉2，可以调节刮胶板关闭时到胶轮的距离，调节手柄4可以调节刮胶板打开的大小。

结束语

经过改良设计后的设备，在方便性和可操作性方面都得到了极大的改善。2016年底，改良后的设备加工完毕，在浙江新华印刷集团开始投入使用。经过半年多的运行，目前这台胶装机的速率可达11200本/时，设备的用户体验良好，可靠性高，得到了客户的极大满意和一致好评。

作者单位：上海英厚机械科技有限公司endprint