馬立飛，位士博，田盼盼

（北京印刷學(xué)院，北京 102600）

膠帶分切機(jī)自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)構(gòu)的研究

馬立飛，位士博，田盼盼

（北京印刷學(xué)院，北京 102600）

膠帶是包裝行業(yè)不可缺少的一部分，而膠帶分切機(jī)就是將寬幅面的膠帶分切成規(guī)定寬度的膠帶。標(biāo)簽是膠帶不可缺少的一部分，也是產(chǎn)品包裝的需要。本文主要針對(duì)人工貼標(biāo)、效率低等問(wèn)題，研究設(shè)計(jì)了一種直線貼標(biāo)機(jī)構(gòu)，繪制出三維模型，采用ANSYS對(duì)其進(jìn)行受力仿真，驗(yàn)證其在工作環(huán)境下的可靠性。

膠帶分切機(jī)；貼標(biāo)機(jī)構(gòu)；三維建模；仿真

近幾年，快遞行業(yè)蓬勃發(fā)展。2014年，中國(guó)快遞業(yè)務(wù)量達(dá)140億件，躍居世界第一。最多的一天，有超過(guò)1億件快件在寄遞途中[1]。據(jù)中國(guó)電子商務(wù)研究中心（100EC.CN）監(jiān)測(cè)，來(lái)自國(guó)家郵政數(shù)據(jù)顯示，目前中國(guó)每天產(chǎn)生的快遞包裹數(shù)量大約在4500萬(wàn)到5000萬(wàn)之間，預(yù)計(jì)五年后這個(gè)數(shù)字將變成每天兩億單[2]。隨著包裹數(shù)量的增加，膠帶的需求量也越來(lái)越大，因此提高膠帶生產(chǎn)效率已經(jīng)刻不容緩。

分切機(jī)舊設(shè)備常采用停機(jī)人工貼標(biāo)，然后人工裁斷的貼標(biāo)方式，操作過(guò)程用時(shí)較長(zhǎng)，大大制約了分切機(jī)的工作效率。為了滿足高效率的貼標(biāo)生產(chǎn)，本文借助三維建模軟件設(shè)計(jì)出了一種直動(dòng)貼標(biāo)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)貼標(biāo)。

1 貼標(biāo)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

考慮到膠帶的幅面大小以及機(jī)器的大小，標(biāo)紙盒的長(zhǎng)度定為1300mm。貼標(biāo)機(jī)構(gòu)主要由儲(chǔ)標(biāo)箱壁、儲(chǔ)標(biāo)箱支撐側(cè)板、儲(chǔ)標(biāo)箱架支撐底板、標(biāo)頭紙卡板、標(biāo)頭紙頂板、導(dǎo)桿、儲(chǔ)標(biāo)箱支撐底板、貼標(biāo)氣缸推進(jìn)板和推進(jìn)氣缸等構(gòu)成。其貼標(biāo)機(jī)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 貼標(biāo)機(jī)構(gòu)示意圖

圖3 貼標(biāo)機(jī)構(gòu)裝配圖圖

圖4 貼標(biāo)機(jī)構(gòu)的加工實(shí)體圖

儲(chǔ)標(biāo)箱壁1安裝在支撐底板7上，支撐底板7兩側(cè)安裝儲(chǔ)標(biāo)箱支撐側(cè)板2，固定儲(chǔ)標(biāo)箱，儲(chǔ)標(biāo)箱架支撐底板3安裝墻板上，兩側(cè)裝有推進(jìn)氣缸。在墻板兩側(cè)的氣缸9推動(dòng)支撐架底板從而帶動(dòng)標(biāo)紙盒的上下移動(dòng)，標(biāo)頭紙卡板4用來(lái)限位標(biāo)頭紙。當(dāng)膠帶收卷完成，到達(dá)貼標(biāo)位置，墻板兩側(cè)氣缸推動(dòng)儲(chǔ)標(biāo)箱架支撐底板3上移，推動(dòng)氣缸9通過(guò)貼標(biāo)氣缸推進(jìn)板8推動(dòng)導(dǎo)桿6帶動(dòng)標(biāo)頭紙頂板5上移進(jìn)行貼標(biāo)，標(biāo)簽通過(guò)粘附力粘在膠帶上，完成貼標(biāo)。

2 貼標(biāo)零件的三維建模

運(yùn)用solidworks畫出貼標(biāo)機(jī)構(gòu)的主要零件，其三維模型如圖2所示。

運(yùn)用Solidworks對(duì)零部件進(jìn)行裝配，其裝配圖如3所示。對(duì)貼標(biāo)機(jī)構(gòu)各零部件進(jìn)行三維實(shí)體加工，其加工實(shí)物如圖4所示。

3 貼標(biāo)機(jī)構(gòu)的ANSYS有限元分析

根據(jù)貼標(biāo)機(jī)構(gòu)的真實(shí)工作狀體，針對(duì)其受力情況，對(duì)標(biāo)箱壁支撐底板用ANSYS分析軟件進(jìn)行其彎曲強(qiáng)度校核[5]，以保證危險(xiǎn)截面的最大彎曲應(yīng)力σmax小于許用彎曲應(yīng)力[σ]，即

其彎曲應(yīng)力的計(jì)算公式為

將F=1050N，L=2000mm，b=170mm，h=10mm帶入到式3.2中計(jì)算出理論最大彎曲應(yīng)力。

將三維圖導(dǎo)入ANSYS,選用SOLID45作為有限元分析的三維塊體單元，自動(dòng)劃分網(wǎng)格，如圖5所示，對(duì)支撐板左右兩側(cè)氣缸軸固定孔施加約束，自由度為0，在張緊輥接觸的位置施加均布載荷，然后對(duì)模型進(jìn)行求解，可得支撐底板的彎曲應(yīng)變?cè)茍D和彎曲應(yīng)力云圖，如圖6和圖7所示。

由應(yīng)變?cè)茍D6可以看出，其彎曲變形量達(dá)到了0.141mm，對(duì)貼標(biāo)過(guò)程并不影響。由圖7可以看出支撐板的彎曲應(yīng)力主要集中在四個(gè)孔的內(nèi)側(cè)和靠近支撐板中間部分，中間截面的應(yīng)力最大值SMX=184MPa，與理論計(jì)算值185.29MPa相近，并且小于材料的許用彎曲應(yīng)力[σ]=215MPa，基本上滿足強(qiáng)度要求，保證了其工作的穩(wěn)定可靠。

4 總結(jié)

本文針對(duì)現(xiàn)有膠帶分切設(shè)備進(jìn)行了貼標(biāo)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，通過(guò)SolidWorks繪制出三維模型，分析結(jié)構(gòu)受力情況，并且通過(guò)ANSYS軟件對(duì)支撐底板進(jìn)行仿真分析，校核了支撐底板的強(qiáng)度，驗(yàn)證了其可靠性。在公司的幫助下加工出貼標(biāo)機(jī)構(gòu)實(shí)物，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果良好。隨著科技的發(fā)展，自動(dòng)化程度越來(lái)越高，分切機(jī)越來(lái)越人性化、外形美觀大方。企業(yè)應(yīng)該積極創(chuàng)新，有自己的獨(dú)特設(shè)計(jì)方法，研制出控制先進(jìn)、操作方便可靠、外形簡(jiǎn)潔的分切機(jī)[3]。

[1]王曉易. 中國(guó)快遞最多一天超1億件：仍將高速增長(zhǎng)[EB/OL]. http://tech.163.com/15/1014/10/ B5SO1CAM000915BF.html，2015-10-14.

[2]中國(guó)電子商務(wù)研究中心.目前中國(guó)每天產(chǎn)生的快遞包裹數(shù)量約4500萬(wàn)到5000萬(wàn)件[EB/OL].http://b2b.toocle. com/detail--6260616.html，2015-06-30.

[3]何軍鋒, 趙慶海.國(guó)內(nèi)分切機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].今日印刷, 2008, 01:49-51.

[4]馬履中. 機(jī)械原理與設(shè)計(jì)：下冊(cè)，北京: 機(jī)械工業(yè)出版社. 2009.

[5]馮炳儒. 液壓缸試驗(yàn)臺(tái)加載平臺(tái)的有限元分析[D]. 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué), 2012.

Analysis and Research on Automatic Labeling Mechanism of Tape Slitter

MA Li-fei, WEI Shi-bo, TIAN Pan-pan

The adhesive tape is an indispensable part of the packaging industry, and the tape cutting machine is used to cut the wide tape into the fixed width tape. Label is an indispensable part of tape, but also the need for product packaging. In this paper, we focus on the problem of manual labeling and low efficiency. We design a linear labeling mechanism, draw out the three-dimensional model, use ANSYS to carry on the force simulation, and verify its reliability in the working environment.

tape cutting machine; labeling mechanism; 3D modeling; simulation

圖5 標(biāo)箱壁支撐底板網(wǎng)格劃分圖

圖6 標(biāo)箱壁支撐底板應(yīng)變?cè)茍D

圖7 標(biāo)箱壁支撐底板應(yīng)力云圖

TB486

A

1400 (2017) 06-0049-03

10.19362/j.cnki.cn10-1400/tb.2017.06.003

馬立飛（1993-），男，甘肅人，北京印刷學(xué)院碩士，主要研究方向機(jī)械數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)。