摘要：針對(duì)床墊卷包機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)造成彈簧無(wú)紡布袋破損，且上一張床墊卷包完成后要停機(jī)才可投放下一張床墊，不能連續(xù)生產(chǎn)，效率低下等問(wèn)題，根據(jù)實(shí)際情況分析原因，設(shè)計(jì)出了皮帶預(yù)壓機(jī)構(gòu)，詳細(xì)介紹了該機(jī)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)與功能，解決了卷包生產(chǎn)過(guò)程中所存在的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：彈簧床墊；卷包機(jī)；無(wú)紡布；預(yù)壓

中圖分類(lèi)號(hào)：TH122? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1671-0797（2023）17-0044-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.17.012

0? ? 引言

從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)，再?gòu)纳a(chǎn)到改良和優(yōu)化，如今各行各業(yè)的機(jī)械化生產(chǎn)越來(lái)越普及[1]。床墊卷包機(jī)主要是在無(wú)紡布袋裝彈簧床墊生產(chǎn)廠家中使用，作用是把袋裝彈簧粘膠機(jī)粘接出來(lái)的半成品床墊進(jìn)行多張壓縮，卷包為一卷（比如10張2 000 mm×2 000 mm×200 mm的半成品床墊可以壓縮卷包為1卷外徑700 mm×2 000 mm長(zhǎng)的圓柱體），很大程度上方便生產(chǎn)廠家的存儲(chǔ)、運(yùn)輸，從而節(jié)省倉(cāng)儲(chǔ)空間，降低運(yùn)輸成本。

1? ? 床墊卷包機(jī)的工作原理

床墊卷包機(jī)改良前結(jié)構(gòu)如圖1所示，卷包工作主要有以下三個(gè)動(dòng)作流程：

（1）卷包前動(dòng)作流程：無(wú)紡布卷開(kāi)卷后從主機(jī)架內(nèi)穿過(guò)，通過(guò)主機(jī)架內(nèi)部安裝的無(wú)動(dòng)力滾筒纏繞減少無(wú)紡布的松弛，繞到床墊入料平臺(tái)上，在卷包主軸上纏繞數(shù)圈，使無(wú)紡布繞緊卷包主軸不會(huì)松脫。卷包氣缸把卷包皮帶升起到貼近卷包主軸的位置，壓板氣缸把壓板升起。準(zhǔn)備就緒，開(kāi)始投放床墊進(jìn)行卷包。

（2）卷包時(shí)動(dòng)作流程：操作員把床墊投放到入料平臺(tái)上，床墊壓著無(wú)紡布，把床墊推到貼著卷包主軸，壓板機(jī)構(gòu)的氣缸推動(dòng)壓板下壓床墊，卷包主軸機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，拖動(dòng)無(wú)紡布移動(dòng)，同時(shí)無(wú)紡布把床墊帶入主軸，開(kāi)始卷包床墊。卷包過(guò)程中，卷包氣缸機(jī)構(gòu)保持頂升狀態(tài)，卷包越卷越大，卷包的壓力大于氣缸的推力，倒推卷包氣缸降低。床墊彈簧被卷包壓縮后有很大的反彈力，卷包氣缸始終頂著卷包皮帶，使卷包被壓緊不會(huì)返松。當(dāng)每張床墊的前段進(jìn)入卷包后，壓板機(jī)構(gòu)氣缸推動(dòng)壓板上升，一張床墊卷包完成后，操作員繼續(xù)投放下一張床墊，壓板機(jī)構(gòu)氣缸推動(dòng)壓板下壓，重復(fù)以上流程繼續(xù)卷包。

（3）卷包后動(dòng)作流程：當(dāng)要卷包的床墊卷包完后，卷包主軸轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)圈，讓無(wú)紡布把卷包纏繞緊，無(wú)紡布裁切機(jī)構(gòu)把無(wú)紡布切斷。卷包主軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)把無(wú)紡布收卷完，操作員在無(wú)紡布上纏繞多圈透明膠帶防止卷包返松，完成卷包。開(kāi)始脫料，卷包主軸表面安裝有鏈條，床墊是卷包在主軸鏈條上的，鏈條移動(dòng)，把床墊卷包推出，完成脫料。主軸鏈條退回零位后，重復(fù)以上流程繼續(xù)下一卷包。

2? ? 床墊卷包機(jī)存在的問(wèn)題與解決方案

2.1? ? 存在的問(wèn)題

根據(jù)生產(chǎn)使用部門(mén)的反饋，總結(jié)出改良前床墊卷包機(jī)在卷包過(guò)程中存在以下主要問(wèn)題：

（1）壓板機(jī)構(gòu)下壓床墊時(shí)，有時(shí)會(huì)把床墊彈簧的無(wú)紡布袋壓破，損壞床墊。

（2）每次卷包一張床墊的前端部分時(shí)，床墊是被繞在卷包機(jī)構(gòu)上的無(wú)紡布拖動(dòng)，而壓板是不移動(dòng)的，造成開(kāi)始卷包時(shí)是床墊的下面先移動(dòng)，再帶動(dòng)上面移動(dòng)，床墊就會(huì)傾斜，造成不是垂直壓縮，有時(shí)彈簧過(guò)度傾斜會(huì)擠破無(wú)紡布袋，損壞床墊。

（3）完成前一張床墊卷包，主軸要停機(jī)等待，等投放下一張床墊，壓板重新下壓后，才能繼續(xù)卷包，停機(jī)投料降低了生產(chǎn)效率。

2.2? ? 解決方案

根據(jù)改良前卷包機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，研究了對(duì)應(yīng)的解決方案，總結(jié)出以下幾點(diǎn)：

（1）壓板下壓床墊時(shí)，容易把床墊彈簧的無(wú)紡布袋壓破，是因?yàn)閴喊迮c床墊接觸面積小，而且是直接壓縮到位的。如果是逐漸增加壓縮量，并且增大接觸面積，可解決此問(wèn)題。

（2）床墊不是垂直壓縮，導(dǎo)致彈簧過(guò)度傾斜時(shí)會(huì)擠破無(wú)紡布袋，如果床墊的上下面都以相同速度移動(dòng)，床墊就可以垂直壓縮，從而解決此問(wèn)題。

（3）停機(jī)投料，生產(chǎn)效率低，如果壓板面積大，上一張床墊未卷包完成前即可投放下一張床墊，就可以連續(xù)生產(chǎn)，解決此問(wèn)題。

根據(jù)以上方案的分析總結(jié)，取消原有壓板機(jī)構(gòu)，通過(guò)設(shè)計(jì)增加皮帶預(yù)壓機(jī)構(gòu)來(lái)解決存在的問(wèn)題。

3? ? 皮帶預(yù)壓機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1? ? 皮帶預(yù)壓機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

結(jié)合解決方案總結(jié)，皮帶預(yù)壓機(jī)構(gòu)主要由以下4個(gè)部分組成：

（1）皮帶機(jī)構(gòu)：選型普通平帶，其特點(diǎn)是抗拉強(qiáng)度較大，預(yù)緊力保持性能較好，帶長(zhǎng)可根據(jù)需要截取，價(jià)廉[2]。皮帶安裝在兩根輥軸上，一根主動(dòng)，一根從動(dòng)。主動(dòng)輥軸表面增加網(wǎng)紋滾花，滾花的實(shí)質(zhì)是用滾花刀在原本光滑的工件表面擠壓，使其產(chǎn)生塑性變形而形成凸凹不平但均勻一致的花紋[3]，用于增加輥軸摩擦力以驅(qū)動(dòng)皮帶。為防止皮帶跑偏，在皮帶兩側(cè)各增加一條導(dǎo)條。為承受皮帶壓縮床墊彈簧的較大壓力，皮帶內(nèi)部安裝支撐架，由空心型鋼焊接為骨架，表面平鋪2 mm厚經(jīng)過(guò)折彎加工的Q235鋼板，使整個(gè)支撐架能夠平整地支撐皮帶。皮帶與入料平臺(tái)呈傾斜結(jié)構(gòu)安裝，左低右高，床墊從右邊進(jìn)入皮帶預(yù)壓，預(yù)壓好后從皮帶左邊出來(lái)，進(jìn)入卷包主軸卷包。設(shè)計(jì)皮帶入口高270 mm，可滿足高260 mm以下的床墊使用。

（2）電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)：因?yàn)橐ＷC預(yù)壓皮帶速度實(shí)時(shí)變化，選用伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)。為與卷包的速度匹配，選用蝸輪蝸桿減速機(jī)。為適合整體結(jié)構(gòu)，減速機(jī)出來(lái)后通過(guò)鏈條驅(qū)動(dòng)皮帶主動(dòng)輥軸，選用10A鏈條。

（3）編碼器機(jī)構(gòu)：因?yàn)槠ьA(yù)壓后的床墊都是供應(yīng)給卷包主軸卷包的，床墊卷包越卷越大，而主軸轉(zhuǎn)速不變，外徑越大的床墊卷包，對(duì)應(yīng)的線速度也越大。要使床墊能夠垂直壓縮不傾斜，要求預(yù)壓皮帶要能夠?qū)崟r(shí)調(diào)整速度與卷包線速度相等，床墊的上下面以相同速度移動(dòng)，這樣床墊就可以垂直壓縮，預(yù)壓機(jī)構(gòu)供應(yīng)給主軸卷包的床墊也不會(huì)產(chǎn)生拉拽或堆擠，實(shí)現(xiàn)平順卷包。所以增加編碼器機(jī)構(gòu)來(lái)保證速度相等，安裝一根隨動(dòng)輥軸浮動(dòng)靠壓著卷包主軸，當(dāng)主軸卷包轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，隨動(dòng)輥軸就會(huì)貼著卷包跟隨同速轉(zhuǎn)動(dòng)，無(wú)論卷包的大小，隨動(dòng)輥軸的線速度都與卷包外徑的線速度一致。在隨動(dòng)輥軸的一端安裝編碼器，實(shí)時(shí)讀取輥軸轉(zhuǎn)速，然后通過(guò)PLC控制預(yù)壓皮帶的伺服電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)壓皮帶與卷包速度的一致。

（4）氣缸機(jī)構(gòu)：預(yù)壓機(jī)構(gòu)需要保持靠近卷包，才能夠保證預(yù)壓后的床墊彈簧沒(méi)有多余的回彈空間就已進(jìn)入卷包。卷包是越卷越大的，所以設(shè)計(jì)整個(gè)預(yù)壓機(jī)構(gòu)浮動(dòng)靠近卷包。整個(gè)預(yù)壓機(jī)構(gòu)通過(guò)直線軸承安裝在兩根直徑50 mm的鍍鉻硬光軸上，選用兩個(gè)SAU63氣缸將整個(gè)預(yù)壓機(jī)構(gòu)推向卷包主軸。編碼器機(jī)構(gòu)的隨動(dòng)輥軸靠壓在卷包上，卷包轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)也就帶動(dòng)隨動(dòng)輥軸轉(zhuǎn)動(dòng)而讀取速度。當(dāng)卷包卷大后，卷包的力大于氣缸的推力，會(huì)倒推隨動(dòng)輥軸后退，整個(gè)預(yù)壓機(jī)構(gòu)也就后退。此時(shí)兩個(gè)氣缸也是一直把整個(gè)預(yù)壓機(jī)構(gòu)往卷包主軸方向推，只是氣缸推力小于卷包倒推隨動(dòng)輥軸的力，所以整個(gè)預(yù)壓機(jī)構(gòu)雖然后退，但也還是會(huì)被兩個(gè)氣缸推著浮動(dòng)壓著卷包。

3.2? ? 皮帶預(yù)壓機(jī)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)以上對(duì)皮帶預(yù)壓機(jī)構(gòu)的分析，用三維軟件裝配模擬，設(shè)計(jì)皮帶預(yù)壓機(jī)構(gòu)如圖2所示，具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：

（1）皮帶機(jī)構(gòu)：皮帶安裝在兩根輥軸上，輥軸兩端各安裝一個(gè)帶座軸承，均安裝在兩個(gè)內(nèi)側(cè)板上。兩個(gè)輥軸中間增加由空心型鋼焊接而成的皮帶托架，用來(lái)承受壓縮床墊時(shí)的壓力，皮帶托架兩端安裝在內(nèi)側(cè)板上。皮帶托架是焊接而成，兩端面會(huì)因?yàn)楹附討?yīng)力與焊接誤差而無(wú)法保證平行度；螺栓鎖緊后，兩內(nèi)側(cè)板的平行度也無(wú)法保證。輥軸兩端的帶座軸承是調(diào)心軸承，保證輥軸可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。皮帶托架焊接兩層空心型鋼，下層支撐皮帶，兩側(cè)避空皮帶導(dǎo)條。主動(dòng)輥軸的兩個(gè)帶座軸承，其對(duì)應(yīng)的內(nèi)側(cè)板上加工出長(zhǎng)槽孔，用于皮帶張緊。

（2）電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)：電機(jī)工作時(shí)是單向運(yùn)轉(zhuǎn)，此結(jié)構(gòu)要求精度不高，選蝸輪蝸桿RV減速機(jī)比較經(jīng)濟(jì)適用，伺服電機(jī)與減速機(jī)的安裝法蘭不匹配，不能夠直聯(lián)安裝。故增加一個(gè)減速機(jī)座來(lái)過(guò)渡安裝，因?yàn)闇p速機(jī)座同心度加工精度不夠高，且電機(jī)與減速機(jī)價(jià)格相對(duì)較高，可增加安裝聯(lián)軸器防止因不同心而損壞。減速機(jī)是孔輸出，設(shè)計(jì)一根臺(tái)階軸，一端安裝在減速機(jī)上，另外一端安裝在主動(dòng)鏈輪上，臺(tái)階軸兩端都增加鍵槽安裝平鍵來(lái)傳遞動(dòng)力。從動(dòng)鏈輪安裝在主動(dòng)輥軸的臺(tái)階軸頭上，安裝一個(gè)隔套，用螺栓墊片把從動(dòng)鏈輪通過(guò)隔套一起壓緊在帶座軸承的內(nèi)圈上。增加一個(gè)鏈輪來(lái)張緊鏈條，鏈輪設(shè)計(jì)為帶臺(tái)階軸，臺(tái)階軸安裝兩個(gè)深溝球軸承，軸承外圈安裝一個(gè)軸承套后用螺栓鎖緊在內(nèi)側(cè)板上，通過(guò)在內(nèi)側(cè)板上增加長(zhǎng)槽孔來(lái)調(diào)節(jié)鏈條張緊。鏈輪鏈條處為防止傷人增加防護(hù)罩。

（3）編碼器機(jī)構(gòu)：隨動(dòng)輥軸兩端安裝調(diào)心軸承，設(shè)計(jì)軸承安裝座低于輥軸面，避免摩擦卷包。輥軸一端加工螺紋孔，設(shè)計(jì)一根帶外螺紋的小軸，為防止編碼器軸因不同心容易損壞，小軸通過(guò)一個(gè)小聯(lián)軸器連接編碼器，編碼器安裝在鈑金支架上。鈑金支架與軸承座統(tǒng)一安裝在由空心型鋼焊接而成的固定件上，固定件兩端通過(guò)螺栓鎖緊在兩內(nèi)側(cè)板上，這樣隨動(dòng)輥軸安裝在了整個(gè)預(yù)壓機(jī)構(gòu)的最前端，與卷包接觸后跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)。

（4）氣缸機(jī)構(gòu)：內(nèi)外側(cè)板通過(guò)銷(xiāo)軸與隔套安裝連接，這樣可以將皮帶傾斜角度微調(diào)至與主軸匹配，再用螺栓鎖緊。外側(cè)板安裝兩個(gè)直線軸承座，軸承座內(nèi)直線軸承使用端蓋壓緊。鍍鉻硬光軸由兩個(gè)支撐座安裝在入料平臺(tái)上。入料平臺(tái)上安裝氣缸座，通過(guò)可擺動(dòng)角度的A座與B座安裝氣缸，氣缸軸安裝Y型接頭，外側(cè)板安裝伸出板，與氣缸接頭連接，這樣整個(gè)皮帶機(jī)構(gòu)通過(guò)氣缸推動(dòng)可以在光軸上往返運(yùn)動(dòng)。

4? ? 應(yīng)用效果

根據(jù)存在的問(wèn)題，通過(guò)設(shè)計(jì)增加皮帶預(yù)壓機(jī)構(gòu)，床墊卷包機(jī)改良后如圖3所示。改良后應(yīng)用效果顯著，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）進(jìn)入主軸卷包前的床墊，用皮帶來(lái)進(jìn)行卷包前預(yù)壓，預(yù)壓皮帶左低右高的傾斜口，可以緩慢遞增床墊彈簧的壓縮量，解決了壓板機(jī)構(gòu)壓破床墊彈簧無(wú)紡布袋的問(wèn)題。

（2）控制預(yù)壓皮帶的速度與耗材無(wú)紡布被收卷的速度相同，床墊上下兩面的線速度相同，實(shí)現(xiàn)床墊彈簧的均勻垂直壓縮，解決了彈簧被拖拽傾斜的問(wèn)題。

（3）預(yù)壓皮帶是持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的，床墊可以連續(xù)投放至入料平臺(tái)上連續(xù)預(yù)壓，實(shí)現(xiàn)了卷包主軸不停機(jī)連續(xù)卷包，提高了生產(chǎn)效率。

（4）卷包質(zhì)量穩(wěn)定，根據(jù)卷包生產(chǎn)部門(mén)反映，沒(méi)有再出現(xiàn)擠破無(wú)紡布袋的情況。

5? ? 結(jié)束語(yǔ)

本文主要針對(duì)床墊卷包機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中容易出現(xiàn)彈簧無(wú)紡布袋破損，且停機(jī)投料效率低的問(wèn)題，設(shè)計(jì)出了能夠解決上述問(wèn)題的皮帶預(yù)壓機(jī)構(gòu)，改良了床墊卷包機(jī)，提高了卷包機(jī)的生產(chǎn)質(zhì)量與效率，也為同行業(yè)此類(lèi)設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了理論參考與實(shí)踐案例支持。

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收稿日期：2023-05-08

作者簡(jiǎn)介：范桂才（1988—），男，廣東清遠(yuǎn)人，助理工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)。