一種手帕紙包裝機的包裝輪和擺臂同步的裝置及設計方法
2023-06-07 03:50:21 2
專利名稱：一種手帕紙包裝機的包裝輪和擺臂同步的裝置及設計方法
技術領域：
本發明涉及手帕紙包裝機技術領域，即採用本發明對經過摺疊的手帕紙紙疊壓 縮，再同步推入手帕紙包裝機的包裝輪輪槽中進行包膜和封口。
背景技術：
隨著人們生活水平的不斷提高，手帕紙由於使用和攜帶方便逐漸成為日常生活必須 品。手帕紙的後期加工一般要經過摺疊和包裝流程，分切、壓花、摺疊、層疊等工序由 手帕紙摺疊機完成，包膜、封口及貼標籤等工序由手帕紙包裝機完成，包膜是在手帕紙 包裝機的包裝輪輪槽中進行的，包膜前必須將經過手帕紙摺疊機摺疊後再輸送到託板上 的手帕紙紙疊(一般7 10片手帕紙為一疊)隨包裝輪的轉動同步推入包裝輪輪槽，此過 程就是由包裝輪和擺臂同步控制裝置完成的。半自動的手帕紙包裝機的包裝輪是間隙轉動的，當紙包插入的時間段包裝輪停 止轉動，插入完成後包裝輪轉動。這種方式的優點是紙包插入時只要插入導槽和包裝 輪槽對正就不會出現紙包與輪槽邊緣碰擦而起皺和打折現象。缺點就是速度不能提高， 因為紙包剛性不好，瞬時完成動作要求對紙包的作用力較大，容易使紙包受損，如有壓 痕、錯位、變形等。
發明內容
本發明提供一種手帕紙包裝機的包裝輪和擺臂高速同步連續包裝的方案，和一 種的包裝輪勻速轉動角速度和擺臂擺動角速度近似相同(即包裝輪和擺臂高速同步)的 設計方法。一種手帕紙包裝機的包裝輪和擺臂同步的裝置，包含包裝輪、擺臂、拉杆部分 三部分，結構示意如圖1所示。在圖1中，這種同步控制裝置的機械部分主要由包裝輪1、擺臂機構2、拉杆機 構3組成，包裝輪1與擺臂機構2同軸安裝，包裝輪1勻速轉動，擺臂機構2繞包裝輪1 的軸心往復擺動，拉杆機構3通過由曲柄303、連杆304和搖杆305組成的連杆機構將伺 服電機209的圓周運動轉化為相對擺臂機構2的直線往復運動，包裝輪1每轉動1/n圈， η為包裝輪1的包裝輪槽102數量，擺臂機構2往復擺動一次，拉杆機構3完成一次相對 擺臂機構2的往復直線運動，同時託板401隨著擺臂機構2的擺動而隨向擺動，使輸送到 託板401上的手帕紙紙疊被擺臂機構2壓縮，進而被拉杆機構3推入包裝輪槽102中。包裝輪1由包裝輪心軸101驅動；拉杆307由搖杆306拉動，搖杆306的動力 是由齒輪箱體內由曲柄303、連杆304和搖杆305組成的連杆機構通過心軸101傳遞過來 的；擺臂201由其下面曲柄205、連杆203和橫梁202組成的連杆機構驅動。連杆機構 使擺臂201擺動，搖杆306拉動拉杆307，拉杆307在擺臂201中滑動，擺臂201作上下 擺動。而擺臂201和搖杆306周期相同，即擺臂201擺動一次，搖杆306擺動一次。因 此推板312在空間中作周期性運動，它的運動就是以上所說的兩個運動的合成，它配合 包裝輪1使紙包順利進入包裝輪槽102。
這個運動中，按合成運動分析固定機架為定參考系，擺臂201為動參考系。搖杆306擺動，使拉杆307相對擺臂201在其導軌213中作往復直線運動，這是相對運 動；動參考系(擺臂201)作繞中心O1的上下擺動，這是牽連運動；所以推板312相 對於固定機架作合成運動，推板312作這個合成運動，目的是繞過直線輸送過來的待包 裝的紙包，再把經過壓縮的紙包推進包裝輪槽102。為了達到紙包順利地進入包裝輪槽 102，這裡就要求在推進紙包這一時間段擺臂201角速度和包裝輪1角速度相同，即同 步。很顯然，四桿驅動的擺臂201和勻速圓周運動的包裝輪1完全同步是達不到的，因 為包裝輪1勻速轉動的角速度和擺臂201擺動的角速度只有可能瞬時相等，在一定時間段 內完全相同是不可能的。怎樣達到理想的同步效果呢？
這裡只需要研究包裝輪1勻速轉動的角速度和擺臂201擺動的角速度或包裝輪槽102 和擺臂201上進紙通道口相對位置。推板312在整個包裝周期內的位置變化為時間參考， 討論時間段為推板312推紙前端面距包裝輪槽102為紙包寬度53mm時刻開始(t(l)，到 推板312推紙前端面距包裝輪槽102為2mm時刻結束(T)。保證如下兩條件就可以達到很好的同步效果
1、當時間t=72T時，包裝輪勻速轉動的角速度(Olt)瞬時等於擺臂擺動的角速度
(ω2 )。2、當時間t=、時，包裝輪勻速轉動的角速度(ωη)減去擺臂擺動的角速度 (ω2 0)最小，即Δ ω = ωιΓω2ω 最小。這兩個條件的斟辨可通過計算機來實現。把待定位置(擺臂201的驅動軸204 位置X、Y)和長度(曲柄205長度d、連杆203長度L)設成參數。參數在規定範圍 內變化每組數據都會計算出Δ ω,最小Δ ω對應的參數組即為所求。本發明提供一種手帕紙包裝機的包裝輪和擺臂高速同步連續包裝的技術方案， 使擺臂與包裝輪同向運動，包裝輪的輪槽與推桿同步對齊，由推桿推入包裝輪輪槽的手 帕紙紙疊不會與輪槽邊緣碰擦而起皺，甚至卡包出現機械故障，避免了生產中的停頓， 大大提高了生產速度、產品質量和運行效率。本發明的設計方法避免了調節包裝輪和擺 臂的同步時需要反覆調整曲柄的角度等大量現場工作，簡化了安裝調試過程。
附圖1本發明的主視圖 附圖2本發明的擺臂機構示意圖 附圖3本發明的拉杆機構立體示意圖 附圖4本發明的拉杆機構後視圖
附圖5本發明的擺臂201和包裝輪1角速度變化圖 附圖6本發明的推板312和包裝輪槽102絕對位置的變化圖 附圖中1、包裝輪，101、心軸，102、包裝輪槽，2、擺臂機構，201、擺臂， 202、橫梁，203、連杆，204、軸，205、曲柄，206、軸承套，207、齒輪，208、聯軸 器，209、電機，210、U型紙槽，211、壓板，212、杆，213、導軌，3、拉杆機構， 301、軸承座，302、齒輪，303、曲柄，304、連杆，305、搖杆，306、搖杆，307、拉杆，308、銷軸，309、軸承，310、軸承，311、橫杆，312、推板，401、託板。
具體實施例方式一、結構詳解
在圖1中，這種同步控制裝置的機械部分主要由包裝輪1、擺臂機構2、拉杆機構3 組成，包裝輪1與擺臂機構2同軸安裝，包裝輪1勻速轉動，擺臂機構2繞包裝輪1的軸 心往復擺動，拉杆機構3通過由曲柄303、連杆304和搖杆305組成的連杆機構將伺服電 機209的圓周運動轉化為相對擺臂機構2的直線往復運動，包裝輪1每轉動1/n圈，η為 包裝輪1的包裝輪槽102數量，擺臂機構2往復擺動一次，拉杆機構3完成一次相對擺臂 機構2的往復直線運動，同時託板401隨著擺臂機構2的擺動而隨向擺動，使輸送到託板 401上的手帕紙紙疊被擺臂機構2壓縮，進而被拉杆機構3推入包裝輪槽102中。在圖2中，一對擺臂201平行安裝在心軸101上，擺臂201的腰形槽內各安裝 了兩條導軌213，擺臂201內側由杆212連接，橫梁202及壓板211也安裝在擺臂201之 間，U型紙槽210固定在壓板211的下側並與導軌213的上下表面平行，連杆203的一端 與橫梁202下側的伸出端鉸接，另一端與曲柄205鉸接，曲柄205的另一端抱緊在軸204 上，齒輪207固定在軸204上並通過軸承套206安裝到手帕紙包裝機的牆板上，軸204的 另一端通過聯軸器208與安裝在手帕紙包裝機牆板上的伺服電機209連接，電機209的驅 動力通過聯軸器208、軸204、曲柄205及連杆203傳遞給橫梁202，使擺臂201繞心軸 101擺動。在圖3和圖4中，齒輪302通過固定在手帕紙包裝機牆板上的軸承座301安裝， 並與齒輪207嚙合，曲柄303固定在齒輪302側面，連杆304的一端與曲柄303鉸接，另 一端與搖杆305鉸接，搖杆305另一端與心軸101抱緊，一對搖杆306分別位於擺臂201 的外側並抱緊在心軸101上，兩個拉杆307的一端通過銷軸308與兩個搖杆306分別鉸 接，另一端分別與橫杆311兩端的伸出軸鉸接，橫杆311兩端的伸出軸分別安裝了兩對滾 動軸承310進行上下導軌213的表面定位和導向，一對軸承309安裝在橫杆311的上面， 使橫杆311在導軌213的內側面定位，L型的推板312固定在橫杆311中間。電機209轉動，通過聯 軸器208將驅動力分別傳遞給擺臂機構2和拉杆機構3， 使擺臂機構2繞心軸101擺動，同時驅動力通過一對相互嚙合的齒輪207和齒輪302傳遞 給曲柄303，曲柄303與連杆304、搖杆305、心軸101和搖杆308聯動，使拉杆307拖動 橫杆311上的軸承310沿導軌213的表面移動及軸承309沿導軌213的內側面移動，連接 在橫杆311上的L型推板312完成推紙動作。電機209通過聯軸器208將驅動力輸送給一對相互嚙合的齒輪207和齒輪302， 曲柄205及曲柄303分別與齒輪207及齒輪302的心軸牢固連接，曲柄205的轉動通過連 杆203使擺臂機構2繞心軸101上下擺動，同時，曲柄303的轉動通過連杆304帶動搖杆 305和搖杆306連同心軸101 —起左右擺動，使拉杆307牽連橫杆311在擺臂機構2的導 軌上做直線往復運動，連接在橫杆311上的L型推板312相對手帕紙包裝機的固定機架做 周期性的空間合成運動，向左運動時必須繞過靜止在託板上的手帕紙紙疊。擺臂201和 勻速圓周運動的包裝輪1完全同步是不可能的，電機209進行勻速轉動，使擺臂201與包 裝輪1同向擺動過程(即向上擺動)儘可能保持接近的角速度。因此要使整個機構達到較好的同步效果，同步計算尤為重要。二、同步計算
擺臂201的擺動由擺臂機構2驅動。假設擺臂201擺動中心為原點，由於擺臂201繞包裝輪1擺動，並在包裝輪1外圓上工作，包裝輪1直徑是已知的，因此可以認定擺臂 201擺杆長度為已知。驅動擺臂201擺動的擺臂機構2隻有四個未知待定參數，分別為曲 柄205轉動的中心相對原點的位置(設為X、Y)，曲柄205轉動半徑r，連杆203長度 L。擺臂201擺動的角速度完全隨這四個參數的變化而變化。擺臂201擺動的角速度變化規律近似正弦曲線。包裝輪1的轉動為勻速轉動， 其角速度為一定值，如圖5。如果在擺臂201最大角速度附近，速度變化比較平緩，在 紙包插進時間段內擺臂201和包裝輪1的相對速度很小，單考慮擺臂201和包裝輪1轉速 接近，這段時間最好，但是這段時間剛好是擺臂201擺動範圍內的中間位置，推板312不 能繞過待進包裝輪1的紙包。因此只有在如圖5所示進紙時間段實現擺臂201和包裝輪 1的相對同步。推板312和包裝輪槽102絕對位置的變化如圖6，進紙開始時相對位置為 零，因為擺臂201此時角速度較包裝輪1轉速慢，擺臂201相對下移，當擺臂201角速度 等於包裝輪1角速度時擺臂201進紙通道相對包裝輪槽102不再往下移，當擺臂201角速 度大於包裝輪1角速度時，擺臂201進紙通道相對包裝輪槽102又靠近。圖6上面一根線 所示為擺臂201角速度等於包裝輪1角速度時擺臂201進紙通道相對包裝輪槽102有Imm 的偏差，當紙包進紙結束時擺臂201進紙通道相對包裝輪槽102又回復到進紙開始時的相 對位置了。圖6下面一根線所示為擺臂201角速度等於包裝輪1角速度時擺臂201進紙 通道相對包裝輪槽102有2mm的偏差，當紙包進紙結束時擺臂201進紙通道相對包裝輪 槽102還有1.2mm的相對位置偏差。這兩種情況對應有不同的四個參數。現在目的是 尋找最好的一組參數使擺臂201角速度等於包裝輪1角速度時擺臂201進紙通道相對包裝 輪槽102的偏差最小。在計算機中建立擺臂機構2的運動模型，測量當擺臂201角速度等於包裝輪1 角速度時擺臂201進紙通道相對包裝輪槽102偏差值Δ 1。設定四個參數的變化範圍，如 曲柄長度為A士a，即從A-a到A+a之間變化，取步長為b (b<a,且2a/b為整數)，可得 出2a/b+l個數據。同樣其他的三個參數也可以得出2a/b+l個數據。這樣四個參數的組 合有(2a/b+l) 4組數據。通過計算機批量計算也可以得出(2a/b+l) 4個偏差值Δ 1。 計算機還可以直接給出最小的Δ 1及對應的四個參數，這組數據即為所求。
權利要求
1.一種手帕紙包裝機的包裝輪和擺臂同步的裝置，主要由包裝輪(1)、擺臂機構(2)、拉杆機構(3)組成，其特徵在於，包裝輪(1)與擺臂機構(2)同軸安裝，包裝輪(1)勻速轉動，擺臂機構(2)繞包裝輪(1)的軸心往復擺動，拉杆機構(3) 通過由曲柄(303)、連杆(304)和搖杆(305)組成的連杆機構將伺服電機(209)的 圓周運動轉化為相對擺臂機構(2)的直線往復運動，包裝輪(1)每轉動1/n圈，η為 包裝輪(1)的包裝輪槽(102)數量，擺臂機構(2)往復擺動一次，拉杆機構(3)完 成一次相對擺臂機構(2)的往復直線運動，同時託板(401)隨著擺臂機構(2)的擺 動而隨向擺動，使輸送到託板(401)上的手帕紙紙疊被擺臂機構(2)壓縮，進而被拉 杆機構(3)推入包裝輪槽(102)中。
2.根據權利要求1所述的一種手帕紙包裝機的包裝輪和擺臂同步的裝置，其特徵在 於，一對擺臂(201)平行安裝在心軸(101)上，擺臂(201)的腰形槽內各安裝了兩 條導軌(213)，擺臂(201)內側由杆(212)連接，橫梁(202)及壓板(211)也安 裝在擺臂(201)之間，U型紙槽(210)固定在壓板(211)的下側並與導軌(213) 的上下表面平行，連杆(203)的一端與橫梁(202)下側的伸出端鉸接，另一端與曲 柄(205)鉸接，曲柄(205)的另一端抱緊在軸(204)上，齒輪(207)固定在軸(204)上並通過軸承套(206)安裝到手帕紙包裝機的牆板上，軸(204)的另一端通 過聯軸器(208)與安裝在手帕紙包裝機牆板上的伺服電機(209)連接，電機(209) 的驅動力通過聯軸器(208)、軸(204)、曲柄(205)及連杆(203)傳遞給橫梁(202)，使擺臂(201)繞心軸(101)擺動。
3.根據權利要求1所述的一種手帕紙包裝機的包裝輪和擺臂同步的裝置，其特徵在 於，拉杆機構(3)中的齒輪(302)通過固定在手帕紙包裝機牆板上的軸承座(301) 安裝，並與齒輪(207)嚙合，曲柄(303)固定在齒輪(302)側面，連杆(304) 的一端與曲柄(303)鉸接，另一端與搖杆(305)鉸接，搖杆(305)另一端與心軸(101)抱緊，一對搖杆(306)分別位於擺臂(201)的外側並抱緊在心軸(101)上， 兩個拉杆(307)的一端通過銷軸(308)與兩個搖杆(306)分別鉸接，另一端分別與 橫杆(311)兩端的伸出軸鉸接，橫杆(311)兩端的伸出軸分別安裝了兩對滾動軸承(310)進行上下導軌(213)的表面定位和導向，一對軸承(309)安裝在橫杆(311) 的上面，使橫杆(311)在導軌(213)的內側面定位，L型的推板(312)固定在橫杆(311)中間。
4.根據權利要求1所述的一種手帕紙包裝機的包裝輪和擺臂同步的裝置的設計方法， 其特徵在於，研究包裝輪(1)勻速轉動的角速度和擺臂(201)擺動的角速度或包裝輪 槽(102)和擺臂(201)上進紙通道口相對位置，推板(312)在整個包裝周期內的位 置變化為時間參考，討論時間段為推板(312)推紙前端面距包裝輪槽(102)為紙包寬 度53mm時刻開始 )，到推板(312)推紙前端面距包裝輪槽(102)為2mm時刻結 束(T)；保證如下兩條件就可以達到很好的同步效果A、當時間t=72T時，包裝輪勻速轉動的角速度(《lt)瞬時等於擺臂擺動的角速度(ω2 )；B、當時間t=、時，包裝輪勻速轉動的角速度(《lt)減去擺臂擺動的角速度(ω2ω)最小，即 Δ ω = ωιΓω2ω 最小；這兩個條件的斟辨通過計算機來實現，把待定位置，擺臂(201)的驅動軸(204) 位置X、Y和曲柄(205)長度d、連杆(203)長度L設成參數，參數在規定範圍內變 化每組數據都會計算出Δ ω,最小Δ ω對應的參數組即為所求。
5.根據權利要求4所述的一種手帕紙包裝機的包裝輪和擺臂同步的裝置的設計方法， 其特徵在於，擺臂(201)的擺動由擺臂機構(2)驅動，假設擺臂(201)擺動中心為 原點，由於擺臂(201)繞包裝輪(1)擺動，並在包裝輪(1)外圓上工作，包裝輪 (1)直徑是已知的，因此可以認定擺臂(201)擺杆長度為已知；驅動擺臂(201)擺 動的擺臂機構(2)只有四個未知待定參數，分別為曲柄(205)轉動的中心相對原點的 位置，設為X、Y，曲柄(205)轉動半徑r，連杆(203)長度L ；擺臂(201)擺動的 角速度完全隨這四個參數的變化而變化；擺臂(201)擺動的角速度變化規律近似正弦曲線，包裝輪(1)的轉動為勻速轉 動，其角速度為一定值，在擺臂(201)最大角速度附近，速度變化比較平緩，在紙包 插進時間段內擺臂(201)和包裝輪(1)的相對速度很小，單考慮擺臂(201)和包裝 輪(1)轉速接近，這段時間最好，但是這段時間剛好是擺臂(201)擺動範圍內的中間 位置，推板(312)不能繞過待進包裝輪(1)的紙包；因此只有在進紙時間段實現擺臂 (201)和包裝輪(1)的相對同步；推板(312)和包裝輪槽(102)絕對位置中，進紙開 始時相對位置為零，因為擺臂(201)此時角速度較包裝輪(1)轉速慢，擺臂(201) 相對下移，當擺臂(201)角速度等於包裝輪(1)角速度時擺臂(201)進紙通道相對 包裝輪槽(102)不再往下移，當擺臂(201)角速度大於包裝輪(1)角速度時，擺臂 (201)進紙通道相對包裝輪槽(102)又靠近；擺臂(201)角速度等於包裝輪(1)角 速度時擺臂(201)進紙通道相對包裝輪槽(102)有Imm的偏差，當紙包進紙結束時， 擺臂(201)進紙通道相對包裝輪槽(102)又回復到進紙開始時的相對位置了，擺臂 (201)角速度等於包裝輪(1)角速度時，擺臂(201)進紙通道相對包裝輪槽(102) 有2mm的偏差，當紙包進紙結束時，擺臂(201)進紙通道相對包裝輪槽(102)還有 1.2mm的相對位置偏差；這兩種情況對應有不同的四個參數，現在目的是尋找最好的一 組參數使擺臂(201)角速度等於包裝輪(1)角速度時擺臂(201)進紙通道相對包裝 輪槽(102)的偏差最小；在計算機中建立擺臂機構(2)的運動模型，測量當擺臂(201)角速度等於包裝 輪(1)角速度時擺臂(201)進紙通道相對包裝輪槽(102)偏差值Δ1;設定四個參 數的變化範圍，如曲柄長度為A士a，即從A-a到A+a之間變化，取步長為b，b<a,且2a/ b為整數，可得出2a/b+l個數據；同樣其他的三個參數也可以得出2a/b+l個數據，這樣 四個參數的組合有(2a/b+l) 4組數據，通過計算機批量計算也可以得出(2a/b+l) 4個 偏差值Δ1，計算機還可以直接給出最小的Δ 1及對應的四個參數，這組數據即為所求。
全文摘要
一種手帕紙包裝機的包裝輪和擺臂同步的裝置及設計方法，該裝置主要由包裝輪1、擺臂機構2、拉杆機構3組成，包裝輪1與擺臂機構2同軸安裝，包裝輪1勻速轉動，擺臂機構2繞包裝輪1的軸心往復擺動，擺臂機構2往復擺動一次，拉杆機構3完成一次相對擺臂機構2的往復直線運動，同時託板401隨著擺臂機構2的擺動而隨向擺動。本發明還提出了這種同步的裝置的設計方法。本發明使擺臂與包裝輪同向運動，包裝輪的輪槽與推桿同步對齊，避免了生產中的停頓，大大提高了生產速度、產品質量和運行效率。本發明的設計方法避免了調節包裝輪和擺臂的同步時需要反覆調整曲柄的角度等大量現場工作，簡化了安裝調試過程。
文檔編號B65B35/30GK102020029SQ20101055581
公開日2011年4月20日 申請日期2010年11月19日 優先權日2010年11月19日
發明者祝智斌, 陳勇 申請人:常德菸草機械有限責任公司