王亦凡，鐘橋，楊旭

（武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，湖北 武漢 430070）

長及柱狀商品纏繞式包裝機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

王亦凡，鐘橋，楊旭

（武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，湖北 武漢 430070）

現(xiàn)有長、柱狀商品存在包裝過程繁瑣，包裝效率不高的特點(diǎn)。針對(duì)此問題，本文設(shè)計(jì)了一款人工動(dòng)力的半自動(dòng)化纏繞式包裝機(jī)，腳步踩踏提供動(dòng)力，通過四桿機(jī)構(gòu)傳遞腳部動(dòng)力，手輪轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)商品的夾緊固定，由齒輪系配合同步帶提供雙向纏繞動(dòng)力，上、下齒輪驅(qū)動(dòng)不完全齒輪機(jī)構(gòu)提供不等速運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)商品包裝材料的纏繞和切斷，三星輪換向機(jī)構(gòu)能轉(zhuǎn)換纏繞方式實(shí)現(xiàn)對(duì)商品的快速完整纏繞包裝，有效地提高包裝效率，保護(hù)產(chǎn)品安全。

包裝；纏繞；半自動(dòng)

現(xiàn)階段隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，各類商品層出不窮。隨著商品種類多樣化，也遇到了相當(dāng)多的問題，對(duì)于各類商品的包裝就是一個(gè)方面。相對(duì)于傳統(tǒng)的方形商品，長條形、圓柱狀的商品更是一個(gè)比較難以包裝的商品類型。比如小型的植物、花卉、雨傘等各類細(xì)長的生活用品,都需要完整的包裝。

現(xiàn)有的對(duì)長、柱狀商品的包裝多以人工手動(dòng)套袋或者纏繞保護(hù)材料為主，以小型植物、苗木為例，現(xiàn)有的包裝方式多為人工繞膜，而現(xiàn)行的打包步驟多、過程繁瑣，耗費(fèi)了大量的人力物力，并且包裝效果對(duì)于商品的保護(hù)并不理想。

1 纏繞式包裝機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目中半自動(dòng)纏繞式包裝機(jī)主要使用腳步踩踏提供動(dòng)力，通過四桿機(jī)構(gòu)傳遞腳部動(dòng)力，由齒輪系配合同步帶提供雙向纏繞動(dòng)力，手輪轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)商品的夾緊固定，推桿改變行星輪與齒輪片的嚙合方向?qū)崿F(xiàn)反向包裝。

本人工動(dòng)力的半自動(dòng)纏繞式包裝機(jī)分為夾緊模塊、動(dòng)力模塊、不等速纏繞包裝模塊。其中夾緊模塊由手輪、蝸輪蝸桿、齒輪齒條、梯形齒同步帶等機(jī)構(gòu)之間的相互配合實(shí)現(xiàn)對(duì)商品的雙向定位加緊；動(dòng)力模塊是以人力踩動(dòng)踏板為動(dòng)力源，利用四桿機(jī)構(gòu)傳遞動(dòng)力，結(jié)合錐齒輪為齒輪軸提供轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力，并通過梯形齒同步帶為對(duì)稱部位的齒輪軸提供等速的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力，為上層齒輪系的轉(zhuǎn)動(dòng)提供雙向動(dòng)力源，保證齒輪系的順利轉(zhuǎn)動(dòng)；不等速纏繞包裝模塊采用齒數(shù)分別為5模24齒與5模20齒的齒輪帶動(dòng)不完全齒輪機(jī)構(gòu)，達(dá)到上、下不完全外齒輪環(huán)傳動(dòng)比差為1的不等速運(yùn)動(dòng)，從而使繞膜柱與切膜柱之間存在運(yùn)動(dòng)的速度差和距離差，配合三星輪換向機(jī)構(gòu)嚙合外部不完全齒輪實(shí)現(xiàn)對(duì)商品的雙向纏繞包裝；在包裝完成后繞膜柱與切膜柱達(dá)到統(tǒng)一位置實(shí)現(xiàn)對(duì)膜的切斷，整體結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 整體結(jié)構(gòu)圖

1.1 夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

夾緊模塊的功能即為固定商品的中心位置以便纏繞包裝。手輪連接齒輪，以手的搖動(dòng)為動(dòng)力，帶動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)將手輪的豎直方向旋轉(zhuǎn)改變?yōu)槲佪喫椒较虻男D(zhuǎn)，帶動(dòng)豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)將動(dòng)力傳遞給齒輪齒條機(jī)構(gòu)，通過齒輪齒條機(jī)構(gòu)將齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為齒條直線運(yùn)動(dòng)，夾緊柄的一段連接在齒條上隨著齒條向中心運(yùn)動(dòng)；齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)通過梯形齒同步帶將運(yùn)動(dòng)傳遞給對(duì)稱的齒輪齒條機(jī)構(gòu)，此時(shí)，兩端的夾緊柄同時(shí)向中心運(yùn)動(dòng)，保證了裝置的夾緊功能和商品包裝的中心位置。

1.2 動(dòng)力機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

動(dòng)力機(jī)構(gòu)用以提供整個(gè)裝置纏繞包裝的動(dòng)力。參考縫紉機(jī)的踏板供能原理，以人反復(fù)踩動(dòng)踏板提供動(dòng)力，采用四桿機(jī)構(gòu)原理，踏板帶動(dòng)連桿使偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng)，偏心輪為上部裝置提供動(dòng)力，同時(shí)踏板的下部有一復(fù)位彈簧，方便人腳的連續(xù)踩動(dòng)，提供持續(xù)動(dòng)力。

1.3 不等速纏繞包裝機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

1.3.1 不完全齒輪機(jī)構(gòu)（圖2）

不完全齒輪機(jī)構(gòu)如圖所示包括上傳動(dòng)齒輪1、2，下傳動(dòng)齒輪3、4，上不完全外齒輪5、下不完全外齒輪6、固膜柱7、繞膜柱8、切膜柱9。

圖2 不完全齒輪機(jī)構(gòu)圖

不完全齒輪機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)相應(yīng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)相同的齒輪做同向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并與中空的不完全齒輪嚙合，帶動(dòng)不完全齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，借此保證每一商品在水平方向上的單向直線運(yùn)動(dòng)。通過帶傳動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的對(duì)稱齒輪軸以相同轉(zhuǎn)速帶動(dòng)不同齒數(shù)的上、下齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使相同齒數(shù)的上、下不完全外齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)上、下不完全外齒輪的傳動(dòng)比差為1不等速運(yùn)動(dòng)。包裝膜固定在繞膜柱上，一段固定在固膜柱上，其中固膜柱固定不動(dòng)，繞膜柱與上不完全外齒輪相連接，切膜柱與下不完全外齒輪相連接。固膜柱與繞膜柱一同完成保鮮膜的預(yù)緊與纏繞功能，繞膜柱與切膜柱上、下齒輪的傳動(dòng)比差為1產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的速度差和距離差，當(dāng)輸入軸初始速度一定時(shí)，經(jīng)過若干圈后，內(nèi)部切膜柱比上部供膜柱多轉(zhuǎn)一圈，最后實(shí)現(xiàn)對(duì)膜的切割。

1.3.2 三星輪換向機(jī)構(gòu)（圖3）

三星輪換向機(jī)構(gòu)包括齒輪1、齒輪2、齒輪3、上行不完全內(nèi)齒輪4和下行不完全內(nèi)齒輪5。

圖 3 三星輪換向機(jī)構(gòu)下行圖

上不完全外齒輪帶動(dòng)三星輪換向輪系整體運(yùn)動(dòng)，當(dāng)齒輪1與上行不完全內(nèi)齒輪嚙合時(shí)，此時(shí)纏繞膜固定在托盤上隨著絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)向上運(yùn)行；當(dāng)齒輪2與上行不完全內(nèi)齒輪嚙合時(shí)，此時(shí)包裝膜固定在托盤上隨著絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)向下運(yùn)行，從上往下對(duì)商品的下部進(jìn)行纏繞包裝，實(shí)現(xiàn)對(duì)商品的雙向包裝。

2 部分機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)

四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)如下。

我們采用偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，為本包裝機(jī)提供動(dòng)力。根據(jù)已選工件的尺寸及定位要求，設(shè)底板中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，傳動(dòng)軸離中心的距離為225mm，以成人腳踩行程為15cm為標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行設(shè)計(jì)，以傳動(dòng)桿為機(jī)架點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際生活中人踩動(dòng)腳踏板的工作情況，取另一機(jī)架點(diǎn)的離地高度約為180～230mm?？紤]到本裝置應(yīng)傳動(dòng)平穩(wěn)，行程系數(shù)比K不應(yīng)過大。結(jié)合對(duì)踏板的力矩平衡分析，當(dāng)搖桿長度約為踏板長度一半時(shí)，相對(duì)符合人的工作習(xí)慣。故搖桿長度為300mm，行程系數(shù)比K約等于1，對(duì)桿長進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算得到曲柄長度為66mmm，連桿為473，極位夾角為1.23deg，最大傳動(dòng)角r為65度。

3 結(jié)語

在互聯(lián)網(wǎng)急速發(fā)展的今天，網(wǎng)絡(luò)經(jīng)營商中的非常規(guī)尺寸商品的產(chǎn)量巨大并現(xiàn)有的人工手動(dòng)包裝方式效率不高，過程繁瑣，耗費(fèi)了大量的人力物力，需要快速有效的包裝方式。本裝置人工動(dòng)力的半自動(dòng)纏繞式包裝機(jī)，貼合當(dāng)前包裝行業(yè)的發(fā)展，針對(duì)長、柱狀特殊商品包裝存在的各種問題結(jié)合現(xiàn)有的塑料膜纏繞，紙盒保護(hù)等包裝技術(shù)，設(shè)計(jì)了適合于特殊商品的包裝裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)商品的快速纏繞包裝。

通過半機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化的方式提高商品包裝、封箱、出貨效率，便于在最快的時(shí)間內(nèi)完成貨物的訂單發(fā)貨流程處理，符合當(dāng)今商家要求的快速、便捷特點(diǎn)，有效解決了部分商家包裝作業(yè)量大、人手少的問題。

[1]張海濤. 半自動(dòng)吸塑包裝機(jī)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[D].華南理工大學(xué),2015.

[2]唐金松主編.簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1992.

[3]劉鴻文.材料力學(xué)I(第4版)[M].北京：高等教育出版社，2004,1.

[4]黃鶴汀.機(jī)械制造裝備(第1版)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[5]朱建萍,王鵬主編.包裝機(jī)械設(shè)計(jì)方法研究[M].南京：南京財(cái)經(jīng)大學(xué)出版，2007.

[6] 賀兵,劉揚(yáng)主編. 模塊化設(shè)計(jì)在包裝機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[M].湖南：湖南工業(yè)大學(xué)，1992.

[7]王東愛，王嶺松主編.包裝機(jī)械的模塊化設(shè)計(jì)研究. 包裝工程，2008.

[8]曲藝主編.面向包裝機(jī)械的可適應(yīng)性設(shè)計(jì)方法研究.汕頭大學(xué)，2004,1.

[9]劉守謙主編.現(xiàn)代包裝機(jī)械的創(chuàng)新設(shè)計(jì). 輕工機(jī)械，2007.

[10]郝玉龍，徐泰燕主編.現(xiàn)代包裝機(jī)械設(shè)計(jì)方法[J].湖北水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011.

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