链式橡胶切条机的设计

曹菲 仇久安 赵友俊 石军键

摘要：针对橡胶在切割过程中容易发生变形而影响切割精度的问题，提出一种新的链式橡胶切条方法，设计了其三维模型，并对切割机构、推料机构、夹持机构、防倾倒机构进行功能结构分析。该链式橡胶切条机可连续自动实现推料、夹持、切割以及防倾倒的功能，满足在线生产定时、定量的供料需求，保证产品计量的精确控制，提高两倍以上的生产效率，最大限度地降低生产成本。

关键词：链式橡胶切条机;切割机构;推料机构;夹持机构;防倾倒机构

0    引言

橡胶是一种具有可逆形变的高弹性聚合物材料，在室温下富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状。橡胶属于完全无定型聚合物，它的玻璃化转变温度低，分子量往往很大，大于几十万。在工业使用时，需要将大块的橡胶材料切割成实际需要的小体积橡胶。目前，生产需要的切条操作均由人工完成，劳动强度大、生产效率低;且由于橡胶极富弹性，在切割过程中容易发生变形而影响切割精度，不能够切割出满足实际要求的高质量产品。因此，为了保证橡胶的精确切割，提高切割效率及质量，需要研发一种新型的橡胶切条机。

国内外在切条机方面也有一些新的设计，如JIN[1]构建了一个测试装置来进行橡胶切割实验;赵振秀等[2]提出了一种基于PLC技术的数控切条机控制系统;任晓光[3]设计了一种新型垂直同步切条机，并研究了切割方向选择与钢丝绳切割的力学问题;赵婧[4]对橡胶切条机的带轮、刀具、齿轮、轴等相关系统进行了全面的设计。本文提出一种新的链式橡胶切条方法，并设计了其模型，可连续自动实现推料、夹持、切割以及防倾倒的功能，满足在线生产定时、定量的供料需求。

1    整体结构设计

链式橡胶切条机整体结构如图1所示，主要由切割机构、推料机构、夹持机构和防倾倒机构等组成，可根据设定的长度（可调）自动完成对原材料的分割。与物料接触部件全部采用304不锈钢材料，钣金采用表面静电喷涂;电气系统采用7寸触摸屏，可以实现螺旋挤出无级变速设置、故障报警与检测、计数和预置控制、人机对话界面操作等。

链式橡胶切条机主要技术参数如下：外形尺寸（长、宽、高）为2 000 mm×1 000 mm×1 360 mm;其中进料口尺寸为740 mm×300 mm，裁切推料口尺寸为480 mm×300 mm。生产速度不大于5 min/每袋;切割截面积为20 mm×20 mm、20 mm×40 mm、40 mm×40 mm;切割长度为10～100 mm可调;外部气源压力不小于4 MPa（用于雾化和气动元件）。

2    主要机构

2.1    切割机构

切割机构如图2所示，包括驱动减速电机、传动链轮和切割刀等。切割机构采用链条形式连续运行，链条上安装切割刀具，切割成品成条状。调节刀具排布密度及推料的进给速度可控制成品的切割尺寸。

切割刀为特制刀具，材质选用食品级不锈钢，成排排列，结构呈圆弧型。为方便切割过程中制品的顺利排出，对刀身部分做了切割处理，使得刀身部分与物料接触面积减小，避免了堵料、存料问题的发生。

2.2    推料機构和夹持机构

推料机构如图3所示，包括推料板、导向杆、滚珠丝杠和步进电机等。其工作原理为：直线轴承固定在基板上，并将四根导向杆的一侧同时固定在推料板上，使得推料板悬空，这是为了避免与底板产生摩擦，而增大运动的阻力。在步进电机的驱动下，带动同步带轮运转，由同步带的连接带动滚珠丝杠上的同步带轮转动，动力通过同步带轮传递给滚珠丝杠，使得滚珠丝杠转动，并且能够平稳地向前移动，然后推动推料板向前运动，从而推动物料向前移动。

推料机构的推料板上安装有物料夹持机构，用于夹持物料，作用是避免切割结束前物料有少量剩余时前倾翻倒，造成无法切割。如图3所示，夹持机构包括夹持抓手、连杆机构和手柄等。夹持机构需手动转动手柄，通过连杆机构使抓手旋转夹持物料。

2.3    防倾倒机构

出料口上方同时安装有防倾倒机构，如图4所示，包括调节手轮、物料限位板和挡料柱等，能够对待切割橡胶进行限位压紧，防止发生倾斜，当橡胶切割有少量剩余可能前倾时，挡料柱可挡住物料，避免前倾翻倒。

防倾倒机构通过调节手轮来调整上限位板的高度，能使物料顺利通过即可，出料口设置的挡料柱设计为针状，物料电机驱动推进过程中可顺利切透物料，不影响正常推料。

3    结语

橡胶是一种广泛应用的工业原料，但目前橡胶材料切割普遍使用人工操作，劳动强度大、生产效率低，尤其是精确控制添加量时，不能满足生产需要。为解决这个问题，设计了一种连续工作链式橡胶切条机，可以很好地满足在线生产定时、定量的供料需求，保证产品成分比例的精确控制，提高生产效率两倍以上，最大限度地降低生产成本。

[参考文献]

[1] JIN Y，WU J H，LIU L Q，et al.The Cutting Energy of Rubber Cutting by a Sharp Cutter[J].Key Engineering Materials，2007（4）：3072-3075.

[2] 赵振秀，周建华，杭小宇.基于PLC的数控切条机控制系统[J].机电工程，2015，32（4）：527-530.

[3] 任晓光.新型切条机的设计及关键构件分析[D].秦皇岛：燕山大学，2015.

[4] 赵婧.橡胶切条机的改进设计[J].橡塑技术与装备（橡胶），2020，46（1）：37-45.

收稿日期：2020-05-18

作者简介：曹菲（1980—），女，山西人，副教授，研究方向：食品包装材料与技术、包装装备设计。