于海城

（長春工程學(xué)院，吉林 長春130012）

傳統(tǒng)口罩成型設(shè)備設(shè)計制造成本高，調(diào)試?yán)щy，材料利用率低等缺點。我們通過優(yōu)化機械結(jié)構(gòu)，降低制造成本，設(shè)計簡單易用的交互方式，降低機器的使用難度，調(diào)試難度，使得我們設(shè)計的機器可以更好的適用于現(xiàn)有的生產(chǎn)狀況，來提升口罩產(chǎn)能。

1 概述

2020 年春節(jié)來臨之際，新型冠狀病毒（2019-nCoV）疫情突如其來并肆虐全國。疫情發(fā)生后，民眾對醫(yī)用口罩需求激增，各地口罩迅速斷貨。隨著疫情的發(fā)展，一線臨床口罩出現(xiàn)短缺?，F(xiàn)在中國的普通醫(yī)用口罩的口罩產(chǎn)能已經(jīng)在近幾月中得到了極大的發(fā)展，但是作為醫(yī)院最急需的KN95 口罩產(chǎn)能卻沒有得到足夠的增長，所以我們團隊設(shè)計研發(fā)一款半自動的KN95 口罩機，提高生產(chǎn)效率、優(yōu)化口罩生產(chǎn)線。

2 原有口罩機缺陷

2.1 全自動口罩機設(shè)計缺陷

2.1.1 布料放置架上料機構(gòu)非常不穩(wěn)定，只要換一卷料，布料張力就無法恢復(fù)到起始，調(diào)試會浪費很多料。

2.1.2 打片機的壓輥調(diào)整機構(gòu)，既要保證滾筒的壓緊力，還要保證壓輥兩側(cè)的壓緊力，這樣才能避免料帶跑偏，因布料為軟性材料，無法采用機械糾偏方式。

2.2 手動口罩機的缺點

2.2.1 手動口罩雖然減少了機器的調(diào)試時間，但是卻有著生產(chǎn)效率低下，如果雇傭大量工人會失去僅有的價格優(yōu)勢。

2.2.2 設(shè)備精度低，無法適應(yīng)現(xiàn)在口罩產(chǎn)能短缺，急需擴大產(chǎn)能的實際生產(chǎn)需求。

3 新型口罩折疊機

針對以上技術(shù)中存在的缺點和問題，加以改進和創(chuàng)新，經(jīng)過多次研究與實驗，研制成功了一種使用難度低、加工范圍廣且易于調(diào)整的口罩折疊機。

3.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)構(gòu)整體采用工業(yè)40 系列鋁型材作為框架，其中選用矛釘、端蓋、M14 蹄腳作為過渡器件進行整體機構(gòu)的聯(lián)接；整體工作部分的電力供應(yīng)由機構(gòu)右下方的配電控制箱控制；工作部分選用氣動小90°ACK 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角下壓夾緊氣缸和口罩機旋轉(zhuǎn)氣缸搖擺齒輪式90°氣動擺臺各一個進行動作的實行，配合調(diào)壓過濾器通過設(shè)置調(diào)節(jié)彈簧的壓力以及啟動停止按鈕來完成把進口壓力降低到所需出口壓力值。在速度調(diào)控機構(gòu)中應(yīng)用執(zhí)行器電磁閥對機構(gòu)的動作速度進行調(diào)控，因電磁閥可以配合不同的電路來實現(xiàn)預(yù)期的控制，所以控制的精度和靈活性都能夠保證。工作部分的聯(lián)接因為其壓力過大所以利用管接頭進行各部件的聯(lián)接。

圖1 口罩折疊機裝配圖

3.2 工作流程介紹

動作開始，將半成品至于工作槽內(nèi)。啟動雙手啟停按鈕，氣動小型90°ACK 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角下壓夾緊氣缸工作，搖臂進行順時針90°旋轉(zhuǎn)隨后液壓桿進行下沉完成對半成品的固定；隨后旋轉(zhuǎn)氣缸搖擺齒輪式90°氣動擺臺進行翻折運動使半成品完成折疊過程；氣動小型90°ACK 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角下壓夾緊氣缸搖臂進行逆時針90°旋轉(zhuǎn)的同時液壓桿進行上升；隨后旋轉(zhuǎn)氣缸搖擺齒輪式90°氣動擺臺復(fù)位整個動作完成。

3.3 PLC 程序設(shè)計

圖2 PLC 語句表

3.4 硬件解釋

結(jié)構(gòu)選用氣動小型90°ACK 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角下壓夾緊氣缸和口罩機旋轉(zhuǎn)氣缸搖擺齒輪式90°氣動擺臺完成整體動作對機械結(jié)構(gòu)進行極大的簡化有利于控制成本及調(diào)試難度。同時機身開關(guān)使用雙手啟停開關(guān)預(yù)防安全事故的發(fā)生。

3.5 程序解釋

程序設(shè)計時采用自鎖結(jié)構(gòu)對整體進行控制，同時可以通過調(diào)整定時器的時間設(shè)置間接控制對整個機構(gòu)工作的速度。根據(jù)程序順序：啟停開關(guān)打開，氣動小型90°ACK 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角下壓夾緊氣缸順時針旋轉(zhuǎn)并下壓完成對半成品固定，同時定時器開始計時；0.5s 后口罩機旋轉(zhuǎn)氣缸搖擺齒輪式90°氣動擺臺進行順時針旋轉(zhuǎn)同時另一定時器啟動。0.5s 后壓緊氣缸逆時針旋轉(zhuǎn)并上升復(fù)位，定時器開始計時0.5s；最后旋轉(zhuǎn)氣缸復(fù)位。整個動作在程序的控制下僅需2s 極大的縮短口罩折疊過程中的時間，有助于大批量的口罩生產(chǎn)工作。

3.6 本設(shè)備優(yōu)點

本新型口罩折疊機的結(jié)構(gòu)緊湊、機械故障少、噪音小，操作簡單、產(chǎn)品廢品率低。利用旋轉(zhuǎn)氣缸和旋轉(zhuǎn)壓緊氣缸相互配合，在優(yōu)化了整體的機械結(jié)構(gòu)的同時保證機器的可靠性，提升了生產(chǎn)效率。簡化使用流程，降低人工的培訓(xùn)成本，減少設(shè)備調(diào)試時間。

4 課題展望

由于本次實驗的時間和條件有限，我們的研究仍有很多后續(xù)的發(fā)展控制。

4.1.后續(xù)可以繼續(xù)研究傳統(tǒng)口罩的生產(chǎn)線，使我們設(shè)計的產(chǎn)品可以更好的融入現(xiàn)有的口罩生產(chǎn)線，減少生產(chǎn)廠家對原有設(shè)備的更換。

4.2.繼續(xù)優(yōu)化設(shè)計使其能夠做到裁剪成型一體化的口罩機。

5 結(jié)論

我們設(shè)計生產(chǎn)的口罩折疊機能夠減少口罩機的調(diào)試時間，降低人力成本，具有低成本、高效率的優(yōu)勢，來吸引口罩生產(chǎn)廠商擴大生產(chǎn)規(guī)模，以此來提高KN95 口罩的產(chǎn)能。