曹菲 仇久安 趙友俊 石軍鍵

摘要：針對橡膠在切割過程中容易發(fā)生變形而影響切割精度的問題，提出一種新的鏈?zhǔn)较鹉z切條方法，設(shè)計(jì)了其三維模型，并對切割機(jī)構(gòu)、推料機(jī)構(gòu)、夾持機(jī)構(gòu)、防傾倒機(jī)構(gòu)進(jìn)行功能結(jié)構(gòu)分析。該鏈?zhǔn)较鹉z切條機(jī)可連續(xù)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)推料、夾持、切割以及防傾倒的功能，滿足在線生產(chǎn)定時(shí)、定量的供料需求，保證產(chǎn)品計(jì)量的精確控制，提高兩倍以上的生產(chǎn)效率，最大限度地降低生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞：鏈?zhǔn)较鹉z切條機(jī);切割機(jī)構(gòu);推料機(jī)構(gòu);夾持機(jī)構(gòu);防傾倒機(jī)構(gòu)

0? ? 引言

橡膠是一種具有可逆形變的高彈性聚合物材料，在室溫下富有彈性，在很小的外力作用下能產(chǎn)生較大形變，除去外力后能恢復(fù)原狀。橡膠屬于完全無定型聚合物，它的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低，分子量往往很大，大于幾十萬。在工業(yè)使用時(shí)，需要將大塊的橡膠材料切割成實(shí)際需要的小體積橡膠。目前，生產(chǎn)需要的切條操作均由人工完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低;且由于橡膠極富彈性，在切割過程中容易發(fā)生變形而影響切割精度，不能夠切割出滿足實(shí)際要求的高質(zhì)量產(chǎn)品。因此，為了保證橡膠的精確切割，提高切割效率及質(zhì)量，需要研發(fā)一種新型的橡膠切條機(jī)。

國內(nèi)外在切條機(jī)方面也有一些新的設(shè)計(jì)，如JIN[1]構(gòu)建了一個(gè)測試裝置來進(jìn)行橡膠切割實(shí)驗(yàn);趙振秀等[2]提出了一種基于PLC技術(shù)的數(shù)控切條機(jī)控制系統(tǒng);任曉光[3]設(shè)計(jì)了一種新型垂直同步切條機(jī)，并研究了切割方向選擇與鋼絲繩切割的力學(xué)問題;趙婧[4]對橡膠切條機(jī)的帶輪、刀具、齒輪、軸等相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行了全面的設(shè)計(jì)。本文提出一種新的鏈?zhǔn)较鹉z切條方法，并設(shè)計(jì)了其模型，可連續(xù)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)推料、夾持、切割以及防傾倒的功能，滿足在線生產(chǎn)定時(shí)、定量的供料需求。

1? ? 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鏈?zhǔn)较鹉z切條機(jī)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由切割機(jī)構(gòu)、推料機(jī)構(gòu)、夾持機(jī)構(gòu)和防傾倒機(jī)構(gòu)等組成，可根據(jù)設(shè)定的長度（可調(diào)）自動(dòng)完成對原材料的分割。與物料接觸部件全部采用304不銹鋼材料，鈑金采用表面靜電噴涂;電氣系統(tǒng)采用7寸觸摸屏，可以實(shí)現(xiàn)螺旋擠出無級(jí)變速設(shè)置、故障報(bào)警與檢測、計(jì)數(shù)和預(yù)置控制、人機(jī)對話界面操作等。

鏈?zhǔn)较鹉z切條機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如下：外形尺寸（長、寬、高）為2 000 mm×1 000 mm×1 360 mm;其中進(jìn)料口尺寸為740 mm×300 mm，裁切推料口尺寸為480 mm×300 mm。生產(chǎn)速度不大于5 min/每袋;切割截面積為20 mm×20 mm、20 mm×40 mm、40 mm×40 mm;切割長度為10～100 mm可調(diào);外部氣源壓力不小于4 MPa（用于霧化和氣動(dòng)元件）。

2? ? 主要機(jī)構(gòu)

2.1? ? 切割機(jī)構(gòu)

切割機(jī)構(gòu)如圖2所示，包括驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)、傳動(dòng)鏈輪和切割刀等。切割機(jī)構(gòu)采用鏈條形式連續(xù)運(yùn)行，鏈條上安裝切割刀具，切割成品成條狀。調(diào)節(jié)刀具排布密度及推料的進(jìn)給速度可控制成品的切割尺寸。

切割刀為特制刀具，材質(zhì)選用食品級(jí)不銹鋼，成排排列，結(jié)構(gòu)呈圓弧型。為方便切割過程中制品的順利排出，對刀身部分做了切割處理，使得刀身部分與物料接觸面積減小，避免了堵料、存料問題的發(fā)生。

2.2? ? 推料機(jī)構(gòu)和夾持機(jī)構(gòu)

推料機(jī)構(gòu)如圖3所示，包括推料板、導(dǎo)向桿、滾珠絲杠和步進(jìn)電機(jī)等。其工作原理為：直線軸承固定在基板上，并將四根導(dǎo)向桿的一側(cè)同時(shí)固定在推料板上，使得推料板懸空，這是為了避免與底板產(chǎn)生摩擦，而增大運(yùn)動(dòng)的阻力。在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，帶動(dòng)同步帶輪運(yùn)轉(zhuǎn)，由同步帶的連接帶動(dòng)滾珠絲杠上的同步帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)力通過同步帶輪傳遞給滾珠絲杠，使得滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，并且能夠平穩(wěn)地向前移動(dòng)，然后推動(dòng)推料板向前運(yùn)動(dòng)，從而推動(dòng)物料向前移動(dòng)。

推料機(jī)構(gòu)的推料板上安裝有物料夾持機(jī)構(gòu)，用于夾持物料，作用是避免切割結(jié)束前物料有少量剩余時(shí)前傾翻倒，造成無法切割。如圖3所示，夾持機(jī)構(gòu)包括夾持抓手、連桿機(jī)構(gòu)和手柄等。夾持機(jī)構(gòu)需手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，通過連桿機(jī)構(gòu)使抓手旋轉(zhuǎn)夾持物料。

2.3? ? 防傾倒機(jī)構(gòu)

出料口上方同時(shí)安裝有防傾倒機(jī)構(gòu)，如圖4所示，包括調(diào)節(jié)手輪、物料限位板和擋料柱等，能夠?qū)Υ懈钕鹉z進(jìn)行限位壓緊，防止發(fā)生傾斜，當(dāng)橡膠切割有少量剩余可能前傾時(shí)，擋料柱可擋住物料，避免前傾翻倒。

防傾倒機(jī)構(gòu)通過調(diào)節(jié)手輪來調(diào)整上限位板的高度，能使物料順利通過即可，出料口設(shè)置的擋料柱設(shè)計(jì)為針狀，物料電機(jī)驅(qū)動(dòng)推進(jìn)過程中可順利切透物料，不影響正常推料。

3? ? 結(jié)語

橡膠是一種廣泛應(yīng)用的工業(yè)原料，但目前橡膠材料切割普遍使用人工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低，尤其是精確控制添加量時(shí)，不能滿足生產(chǎn)需要。為解決這個(gè)問題，設(shè)計(jì)了一種連續(xù)工作鏈?zhǔn)较鹉z切條機(jī)，可以很好地滿足在線生產(chǎn)定時(shí)、定量的供料需求，保證產(chǎn)品成分比例的精確控制，提高生產(chǎn)效率兩倍以上，最大限度地降低生產(chǎn)成本。

[參考文獻(xiàn)]

[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] 趙振秀，周建華，杭小宇.基于PLC的數(shù)控切條機(jī)控制系統(tǒng)[J].機(jī)電工程，2015，32（4）：527-530.

[3] 任曉光.新型切條機(jī)的設(shè)計(jì)及關(guān)鍵構(gòu)件分析[D].秦皇島：燕山大學(xué)，2015.

[4] 趙婧.橡膠切條機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)[J].橡塑技術(shù)與裝備（橡膠），2020，46（1）：37-45.

收稿日期：2020-05-18

作者簡介：曹菲（1980—），女，山西人，副教授，研究方向：食品包裝材料與技術(shù)、包裝裝備設(shè)計(jì)。