引言

從設(shè)計到生產(chǎn)，再從生產(chǎn)到改良和優(yōu)化，如今各行各業(yè)的機械化生產(chǎn)越來越普及[1]。床墊卷包機主要是在無紡布袋裝彈簽床墊生產(chǎn)廠家中使用，作用是把袋裝彈簽粘膠機粘接出來的半成品床墊進行多張壓縮，卷包為一卷（比如10張2 000 mmX2 000 mmX 200mm的半成品床墊可以壓縮卷包為1卷外徑700mmx 2 000 mm長的圓柱體），很大程度上方便生產(chǎn)廠家的存儲、運輸，從而節(jié)省倉儲空間，降低運輸成本。

1床墊卷包機的工作原理

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

（1）卷包前動作流程：無紡布卷開卷后從主機架內(nèi)穿過，通過主機架內(nèi)部安裝的無動力滾筒纏繞減少無紡布的松弛，繞到床墊入料平臺上，在卷包主軸上纏繞數(shù)圈，使無紡布繞緊卷包主軸不會松脫。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。準備就緒，開始投放床墊進行卷包。

（2）卷包時動作流程：操作員把床墊投放到入料平臺上，床墊壓著無紡布，把床墊推到貼著卷包主軸，壓板機構(gòu)的氣缸推動壓板下壓床墊，卷包主軸機構(gòu)轉(zhuǎn)動，拖動無紡布移動，同時無紡布把床墊帶入主軸，開始卷包床墊。卷包過程中，卷包氣缸機構(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。床墊彈簽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，使卷包被壓緊不會返松。當每張床墊的前段進入卷包后，壓板機構(gòu)氣缸推動壓板上升，一張床墊卷包完成后，操作員繼續(xù)投放下一張床墊，壓板機構(gòu)氣缸推動壓板下壓，重復以上流程繼續(xù)卷包。

（3）卷包后動作流程：當要卷包的床墊卷包完后，卷包主軸轉(zhuǎn)動數(shù)圈，讓無紡布把卷包纏繞緊，無紡布裁切機構(gòu)把無紡布切斷。卷包主軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動把無紡布收卷完，操作員在無紡布上纏繞多圈透明膠帶防止卷包返松，完成卷包。開始脫料，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，把床墊卷包推出，完成脫料。主軸鏈條退回零位后，重復以上流程繼續(xù)下一卷包。

2床墊卷包機存在的問題與解決方案

2.1存在的問題

根據(jù)生產(chǎn)使用部門的反績，總結(jié)出改良前床墊卷包機在卷包過程中存在以下主要問題：

（1）壓板機構(gòu)下壓床墊時，有時會把床墊彈簽的無紡布袋壓破，損壞床墊。

（2）每次卷包一張床墊的前端部分時，床墊是被繞在卷包機構(gòu)上的無紡布拖動，而壓板是不移動的，造成開始卷包時是床墊的下面先移動，再帶動上面移動，床墊就會傾斜，造成不是垂直壓縮，有時彈簽過度傾斜會擠破無紡布袋，損壞床墊。

（3）完成前一張床墊卷包，主軸要停機等待，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)改良前卷包機生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題，研究了對應的解決方案，總結(jié)出以下幾點：

（1）壓板下壓床墊時，容易把床墊彈簽的無紡布袋壓破，是因為壓板與床墊接觸面積小，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，可解決此問題。

（2）床墊不是垂直壓縮，導致彈簽過度傾斜時會擠破無紡布袋，如果床墊的上下面都以相同速度移動，床墊就可以垂直壓縮，從而解決此問題。

（3）停機投料，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)，解決此問題。

根據(jù)以上方案的分析總結(jié)，取消原有壓板機構(gòu)，通過設(shè)計增加皮帶預壓機構(gòu)來解決存在的問題。

3皮帶預壓機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與具體結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1皮帶預壓機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

結(jié)合解決方案總結(jié)，皮帶預壓機構(gòu)主要由以下4個部分組成：

（1）皮帶機構(gòu)：選型普通平帶，其特點是抗拉強度較大，預緊力保持性能較好，帶長可根據(jù)需要截取，價廉[2]。皮帶安裝在兩根輻軸上，一根主動，一根從動。主動輻軸表面增加網(wǎng)紋滾花，滾花的實質(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]，用于增加輻軸摩擦力以驅(qū)動皮帶。為防止皮帶跑偏，在皮帶兩側(cè)各增加一條導條。為承受皮帶壓縮床墊彈簽的較大壓力，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)過折彎加工的Q235鋼板，使整個支撐架能夠平整地支撐皮帶。皮帶與入料平臺呈傾斜結(jié)構(gòu)安裝，左低右高，床墊從右邊進入皮帶預壓，預壓好后從皮帶左邊出來，進入卷包主軸卷包。設(shè)計皮帶入口高270 mm，可滿足高260 mm以下的床墊使用。

（2）電機驅(qū)動機構(gòu)：因為要保證預壓皮帶速度實時變化，選用伺服電機作為驅(qū)動。為與卷包的速度匹配，選用蝸輪蝸桿減速機。為適合整體結(jié)構(gòu)，減速機出來后通過鏈條驅(qū)動皮帶主動輻軸，選用10A鏈條。

（3）編碼器機構(gòu)：因為皮帶預壓后的床墊都是供應給卷包主軸卷包的，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，對應的線速度也越大。要使床墊能夠垂直壓縮不傾斜，要求預壓皮帶要能夠?qū)崟r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，這樣床墊就可以垂直壓縮，預壓機構(gòu)供應給主軸卷包的床墊也不會產(chǎn)生拉搜或堆擠，實現(xiàn)平順卷包。所以增加編碼器機構(gòu)來保證速度相等，安裝一根隨動輻軸浮動靠壓著卷包主軸，當主軸卷包轉(zhuǎn)動時，隨動輻軸就會貼著卷包跟隨同速轉(zhuǎn)動，無論卷包的大小，隨動輻軸的線速度都與卷包外徑的線速度一致。在隨動輻軸的一端安裝編碼器，實時讀取輻軸轉(zhuǎn)速，然后通過PLC控制預壓皮帶的伺服電機，從而實現(xiàn)預壓皮帶與卷包速度的一致。

（4）氣缸機構(gòu)：預壓機構(gòu)需要保持靠近卷包，才能夠保證預壓后的床墊彈簽沒有多余的回彈空間就已進入卷包。卷包是越卷越大的，所以設(shè)計整個預壓機構(gòu)浮動靠近卷包。整個預壓機構(gòu)通過直線軸承安裝在兩根直徑50 mm的鍍銘硬光軸上，選用兩個SAU63氣缸將整個預壓機構(gòu)推向卷包主軸9。編碼器機構(gòu)的隨動輻軸靠壓在卷包上，卷包轉(zhuǎn)動時也就帶動隨動輻軸轉(zhuǎn)動而讀取速度。當卷包卷大后，卷包的力大于氣缸的推力，會倒推隨動輻軸后退，整個預壓機構(gòu)也就后退。此時兩個氣缸也是一直把整個預壓機構(gòu)往卷包主軸方向推，只是氣缸推力小于卷包倒推隨動輻軸的力，所以整個預壓機構(gòu)雖然后退，但也還是會被兩個氣缸推著浮動壓著卷包。

3.2皮帶預壓機構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計

經(jīng)過以上對皮帶預壓機構(gòu)的分析，用三維軟件裝配模擬，設(shè)計皮帶預壓機構(gòu)如圖2所示，具體結(jié)構(gòu)設(shè)計如下：

（1）皮帶機構(gòu)：皮帶安裝在兩根輻軸上，輻軸兩端各安裝一個帶座軸承，均安裝在兩個內(nèi)側(cè)板上。兩個輻軸中間增加由空心型鋼焊接而成的皮帶托架，用來承受壓縮床墊時的壓力，皮帶托架兩端安裝在內(nèi)側(cè)板上。皮帶托架是焊接而成，兩端面會因為焊接應力與焊接誤差而無法保證平行度；螺栓鎖緊后，兩內(nèi)側(cè)板的平行度也無法保證。輻軸兩端的帶座軸承是調(diào)心軸承，保證輻軸可以正常運轉(zhuǎn)。皮帶托架焊接兩層空心型鋼，下層支撐皮帶，兩側(cè)避空皮帶導條。主動輻軸的兩個帶座軸承，其對應的內(nèi)側(cè)板上加工出長槽孔，用于皮帶張緊。

（2）電機驅(qū)動機構(gòu)：電機工作時是單向運轉(zhuǎn)，此結(jié)構(gòu)要求精度不高，選蝸輪蝸桿RV減速機比較經(jīng)濟適用，伺服電機與減速機的安裝法蘭不匹配，不能夠直聯(lián)安裝。故增加一個減速機座來過渡安裝，因為減速機座同心度加工精度不夠高，且電機與減速機價格相對較高，可增加安裝聯(lián)軸器防止因不同心而損壞。減速機是孔輸出，設(shè)計一根臺階軸，一端安裝在減速機上，另外一端安裝在主動鏈輪上，臺階軸兩端都增加鍵槽安裝平鍵來傳遞動力。從動鏈輪安裝在主動輻軸的臺階軸頭上，安裝一個隔套，用螺栓墊片把從動鏈輪通過隔套一起壓緊在帶座軸承的內(nèi)圈上。增加一個鏈輪來張緊鏈條，鏈輪設(shè)計為帶臺階軸，臺階軸安裝兩個深溝球軸承，軸承外圈安裝一個軸承套后用螺栓鎖緊在內(nèi)側(cè)板上，通過在內(nèi)側(cè)板上增加長槽孔來調(diào)節(jié)鏈條張緊。鏈輪鏈條處為防止傷人增加防護罩。

（3）編碼器機構(gòu)：隨動輻軸兩端安裝調(diào)心軸承，設(shè)計軸承安裝座低于輻軸面，避免摩擦卷包。輻軸一端加工螺紋孔，設(shè)計一根帶外螺紋的小軸，為防止編碼器軸因不同心容易損壞，小軸通過一個小聯(lián)軸器連接編碼器，編碼器安裝在飯金支架上。飯金支架與軸承座統(tǒng)一安裝在由空心型鋼焊接而成的固定件上，固定件兩端通過螺栓鎖緊在兩內(nèi)側(cè)板上，這樣隨動輻軸安裝在了整個預壓機構(gòu)的最前端，與卷包接觸后跟隨轉(zhuǎn)動。

（4）氣缸機構(gòu)：內(nèi)外側(cè)板通過銷軸與隔套安裝連

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)板安裝兩個直線軸承座，軸承座內(nèi)直線軸承使用端蓋壓緊。鍍銘硬光軸由兩個支撐座安裝在入料平臺上。入料平臺上安裝氣缸座，通過可擺動角度的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，這樣整個皮帶機構(gòu)通過氣缸推動可以在光軸上往返運動。

4應用效果

根據(jù)存在的問題，通過設(shè)計增加皮帶預壓機構(gòu)，床墊卷包機改良后如圖3所示。改良后應用效果顯著，主要體現(xiàn)在以下幾點：

（1）進入主軸卷包前的床墊，用皮帶來進行卷包前預壓，預壓皮帶左低右高的傾斜口，可以緩慢遞增床墊彈簽的壓縮量，解決了壓板機構(gòu)壓破床墊彈簽無紡布袋的問題。

（2）控制預壓皮帶的速度與耗材無紡布被收卷的速度相同，床墊上下兩面的線速度相同，實現(xiàn)床墊彈簽的均勻垂直壓縮，解決了彈簽被拖搜傾斜的問題。

（3）預壓皮帶是持續(xù)運轉(zhuǎn)的，床墊可以連續(xù)投放至入料平臺上連續(xù)預壓，實現(xiàn)了卷包主軸不停機連續(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)部門反映，沒有再出現(xiàn)擠破無紡布袋的情況。

5結(jié)束語

本文主要針對床墊卷包機生產(chǎn)過程中容易出現(xiàn)彈簽無紡布袋破損，且停機投料效率低的問題，設(shè)計出了能夠解決上述問題的皮帶預壓機構(gòu)，改良了床墊卷包機，提高了卷包機的生產(chǎn)質(zhì)量與效率，也為同行業(yè)此類設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了理論參考與實踐案例支持。