毕业设计（论文）-地毯自动装箱机的设计

地毯自动装箱机的设计地毯自动装箱机的设计全套图纸加扣3012250582 摘要自动装箱机是一种应用于完成运输包装的机器，它可以把一定量的产品按照特定排列方式装入箱中。方块地毯，一种按照形状大小和铺陈方法排列的新型地毯，在我们的日常生活及工作中被越来越广泛的使用。但长期以来，它的包装大多都是通过人工或半自动的方式来进行包装的。本设计是在充分了解方块地毯自动包装生产线的基本原理和工艺流程之后，设计了一款可以将码垛好的方块地毯装入纸箱中的自动装箱机械系统，从而提高生产速度。通过模块化设计方法将地毯自动装箱机分为地毯的抓取、纸箱的输送、裹包地毯三个部分来设计。这样减轻了工人的劳动强度，有效提高了生产效率。设计中纸箱的输送采用的吸盘吸取纸箱到输送线的方法，纸箱的抓取采用的是龙门机械手移送的方法，纸箱的折叠包装采用的是裹包方法。装箱时先把预先准备好的片状的压好痕迹和切好角的包装纸箱单张吸取出放置在传送带上，并通过固定在传送带上的挡板将纸箱折成直角形，然后将码垛好的方块地毯用抓手移送到纸箱的特定位置上进行折叠裹包。关键词：方块地毯，码垛技术，包装机械，自动包装1地毯自动装箱机的设计CARPETS AUTOMATICPACKINGMACHINEDESIGNABSTRACTAutomatic packing machine is to serve for transportation and packing. It can put a amount of products into the box in a particular arrangement. Title carpet is divided according to the size and shape ,and it is more and more widely used in our daily life and work. But for a long time, most of its packaging is made by manual or semi automatic way.This subject is to design a mechanical system which can automatically packing the carpet into the box after fully understand the principle and process flow of carpet automatic packaging production line, so as to improve the production speed. Through the modular design method, the carpet automatic packing machine is divided into three parts, that is the grabbing of the carpet, the conveying of the carton and the wrapping of the carpet. This replaces the complex and boring of artificial packaging, and improves the production efficiency.The method for conveying box to conveying line is using the suction cup, the grasping means is Longmen mechanical hand transfer method, and the folding of the box is the wrapping method. Firstly, taking out the beforehand flaky packing box with good marks and cut corners and place it on the conveyor belt. Then the box is folded into a right angle by a baffle fixed on the conveyor belt.Key words: Tile carpet, palletizing technology, packaging machinery, automaticpackaging2地毯自动装箱机的设计目 录1 绪论.11.2国内外发展现状.21.3课题研究要求和内容.51.3.1课题研究要求.51.3.2课题研究内容.52 地毯自动装箱机总体方案.62.1设计概述.62.2地毯自动装箱机具体结构设计.62.2.1裹包机械原理简介.62.2.2基于裹包机械原理的地毯自动装箱机整体方案设计.62.3地毯自动装箱机各个部分方案的选取.82.3.1纸箱移送装置方案.82.3.2移送地毯机械设备原理及方案.82.3.3裹包地毯设备原理.113 地毯自动装箱机机械系统设计.143.1纸箱输送装置设计.143.2地毯移送装置设计.153.3地毯裹包装置设计.153.4地毯自动装箱机三维造型.174 地毯自动装箱机部分的设计计算.184.1设计基本参数.184.2电机选择与计算.184.2.1电机的计算与选择.184.2.2电动机转速确定.184.2.3电动机容量确定.18地毯自动装箱机的设计4.2.4 电动机技术参数194.3 光电传感器的选择194.4 滚动轴承的选择204.5 气缸的选择204.6 链传送带轴的结构设计215 结论24参考文献26致谢28译文及原文29地毯自动装箱机的设计1 绪论1.1 引言方块地毯，一种按照形状大小和铺陈方法排列的新型地毯，在我们的日常生活及工作中被越来越广泛的使用，在很多地毯机械制造生产的车间随处可见它们的身影。地毯的生产及使用由来已久，尤其自一九六零年以来，地毯生产制造有很大的改善与发展。但中西方在地毯消费结构上不大相同，我国生产的地毯直到1980 年以前绝大多数都是国内制造、外销国外1。在国内，方块地毯的使用对象主要是大型娱乐场所和宾馆饭店，这样使得很多国人都觉得使用地毯的使用与自己的生活相距甚远。一直到给改革开放，国民收入有所提高，随之而来是人民对于生活水平的较高要求和期待，地毯才被更加广泛的使用和需求。据相关报道称，我国机器制造的地毯目前年产约一亿多平方米，同时我国制造业及消费市场形势较好，国际规模许多资质优良及生产技术精湛的地毯生产商准备进驻中国市场2。由此不难预测中国在接下来的几十年地毯市场竞争会更加激烈。届时各地毯公司将会更加有序、更加注重差异化发展、会制定出更符合自身特色的市场战略。在我国，地毯行业属于资源丰富型和劳动强度大型行业，资金不足、技术不高、装箱过程工作枯燥是地毯行业目前发展面临的最大问题。占较高部分比例的地毯生产企业其包装工序仍处于人工包装状态，劳动强度非常大。中国的地毯包装机械较之国外开始的相对后期，发展较为落后一些，虽然目前部分地毯制造厂里已出现了一些地毯包装机、包装线，但从整个行业来看，自动化程度仍需较大提高。目前为止，国内一些学者对于地毯自动包装做了较多研究，应用专用自动包装机可以极大减轻工作时数和力度，获得更多利润，这对地毯行业的发展起了较大的推动作用。本课题基于现有的自动包装技术，设计一款方块毯的自动包装机，以代替复杂枯燥的人工包装，从而提高生产速度。1地毯自动装箱机的设计1.2 国内外发展现状包装机械，一种可以实现部分或全部产品包装功能的技术装备，它是一种具有专业用途的机械设备，具有运动速度快、机构相对复杂、运作精度较高、采用无极变速、作用力小的特点。新型包装材料的不断涌现出来以及日趋完善的包装技术日趋完善在很大程度上促进了包装技术的发展。其中为纸制品包装的生产制造提供条件的是由我国发明的造纸技术。国际纸价于一八五零年大幅下跌，食品行业逐渐开始应运纸包装。纸制品机械也得以大幅发展，其中以一八五二年美国的沃利发明的制纸袋机为始端。包装行业从本世纪初就开始兴起了，并在医药、化工、军工、卷烟、食品、火柴等领域实现了广泛的机械化3。其中我国的包装机械行业是改革开放以后慢慢发展起来的，且由于起步相对后期，有很多都是通过购入外国先进包装机械设备进行研究学习而设计生产出来的。五十年代，包装机通过大量采用以普通电子管和电开关为主的自动控制系统而实现了初级自动化4。六十年代，以机电液气综合技术（包括由晶体管等元件组成的控制系统）装备起来的先进包装机械大量增加，机器种类得到了扩大，由此发展出来了专用的自动包装机械。目前，我国通过消化吸收国外先进技术以及自主创新研发制造出了很多可以代替进口产品的先进包装机械，这无不彰显出我国包装机械产品技术水平与外国先进技术水平的差距正在减小5。近些年来，方块地毯的需求量和产量不断增加，但在我国很多的地毯生产厂仍旧使用的是枯燥劳累的人工装箱方式。对工人而言，这种装箱方式需要的体力劳动很强，工作内容重复无趣，且工作环境噪音较大、空气中小颗粒污染物较多，这给工人的身体健康带来了很大影响。同时对生产企业而言，这种装箱方式需要的工人较多，从而会增加员工工资支出、生产制造成本偏高。这种生产状况下，地毯装箱方式急需改进。总结目前国内外现有的包装机械，按照包装功能实现的方式主要分为裹包机械、枕式包装机械、立式包装机、真空包装机、无菌包装机械等。接下来分别简单的介绍下国内国外对于这些包装机械的研究。（1）裹包机械裹包机械又称缠绕机，是一种利用挠性包装机械进行部分或全部裹包商品的2地毯自动装箱机的设计包装设备，它是包装机械行业中举足轻重的一部分。下图 1-1 所示的就是一种常见的侧推式纸箱裹包机。图 1-1 侧推式纸箱裹包机裹包机械被广泛的使用于食品饮料、造纸、染料、塑胶化工、外贸出口、陶瓷玻璃、机电铸件等产品的集装，提高生产速度，又能使货物在搬运过程相对完好安全，并且在一定程度上保证货物干燥、洁净6。对于形状规整、刚度相对较强的商品来说，裹包机械无疑是很适合进行包装的。它可以分为半裹包式裹包机、全裹包式裹包机、缠绕式裹包机、拉伸裹包机、收缩包装机等多种包装机。裹包机完成包装工作的主要操作有：推料、折纸、扭结、涂胶、热封、切断、成型、缠包等。并且拥有快速缠绕、迅速包装、易于输送、储存等优势。在工厂生产制造中发挥着举足轻重的作用，极大的提高了企业的制造速度、有效的减少了资金支出。（2）枕式包装机械枕式包装机是一种自动连续收缩包装机械，它采用单伺服电机或双伺服电机控制。由于有定位停机功能，所以稳定性更佳，且设有自动检测系统，也使得其自动包装质量更高。枕式包装机不但能用于无商标包装材料的包装，而且能够使用预先印有商标图案的卷筒材料进行商品包装7。其中最常用的普通枕式包装机如下图 1-2 所示。其具有易维修，寿命长的特点。3地毯自动装箱机的设计图 1-2 普通枕式包装机（3）立式包装机立式包装机是将卷筒状的挠性包装材料制成袋筒，充入物料后，进行封口，三个功能自动连续完成的机器8。下图 1-3 所示的 520 立式包装机主要性能和结构特点有：包装速度较快；自动完成制袋，计量，填充，封合切断功能；包装运行数据及调节直观显示在显示屏上，直接操作。图 1-3 502 立式包装机4地毯自动装箱机的设计1.3 课题研究要求和内容1.3.1 课题研究要求本项目的主要目标是实现对地毯自动化生产线中自动装箱的机械系统设计，主要针对方块地毯产品，将一定数量（4-12 片）自动码垛好的地毯自动放进纸箱中，要求装箱的速度为每分钟 5-10 箱。课题具体的研究要求如下：（1）进行文献调研及资料分析，解方块毯的自动化包装线的工艺流程，对现有的包装生产线进行对比分析。（2）根据方块地毯自动包装的生产特性，设计纸箱自动进给/地毯自动移送/地毯自动装箱等环节的设计。（3）对自动装箱机进行建模分析，优化结构，满足生产线的速度要求。（4）完成地毯自动装箱机机械系统的设计和论文。1.3.2 课题研究内容（1）地毯自动装箱机方案的确定提出了一种新型的自动装箱方案，配合地毯自动码垛机的运动，在较短时间内将垛好的方块地毯全自动装箱，解决了目前地毯生产工艺中所需解决的人工装箱难题。使方块地毯生产线具备更强的自动化水平，能在将一定数量的方块地毯自动放进纸箱中。（2）装箱数量的适应性切割完的方块地毯需要进行码垛，针对不同类型的产品，每次装箱的数量也不同，常规的有 4 片/8 片/10 片/12 片/箱，所以码垛好的地毯数量不同当然体积也不同，箱子的规格也不尽相同，设计中通过控制气缸推动导杆的行程的不同来满足产品的适应性。5地毯自动装箱机的设计2 地毯自动装箱机总体方案2.1 设计概述本课题所设计的装箱机器人应具有较强的适应特性，实现对地毯自动化生产线中自动装箱的机械系统设计，能够很好的解决目前比较常见的地毯装箱问题。对本课题的地毯自动装箱机具体的技术要求如下：（1）符合现有的方块地毯的自动化生产线的工艺流程，可以将一定数量自动码垛好的地毯自动放进纸箱中，并自动包装。（2）针对不同的类型的方块毯，每次装箱的数量也不相同，体积也不相同，此时箱子的规格也不相同，由此设计中应满足产品的适应性。（3）装置的设计需要考虑方块地毯材质的特殊性。2.2 地毯自动装箱机具体结构设计2.2.1 裹包机械原理简介根据本课题的地毯自动装箱机的工作环境和要求，结合方块地毯自动包装生产线的基本原理和工艺流程，最简单的解决办法就是采用片式裹包的方式来进行包装。裹包机的工作原理是通过对铝箔、纸制品、复合薄膜及塑料薄膜等较薄的包装材料进行扭结、折封等方式，来实现对块状商品进行包装的一种设备9。裹包机主要完成的裹包动作有：推料，即将码垛好的物料用推料板移送到进行包装的特定；折纸，即按纸板上的压痕进行折叠，将进行包装的材料围绕被包装的商品进行折叠裹包（根据折叠部位的不同，可分为不同的折纸方法）；扭结；涂胶；热封；切断；成型；缠包等10。裹包方式机械结构先进，采用变频控制，可以进行自动调速，且尺寸进行变更时操作简单便捷。2.2.2 基于裹包机械原理的地毯自动装箱机整体方案设计本课题所设计的地毯自动装箱机的主要目标是实现对地毯自动化生产线中自动装箱机的机械系统的设计。装箱时先把预先准备好的片状的压好痕迹和切好6地毯自动装箱机的设计角的包装纸箱单张吸取出放置在传送带上，并通过固定在传送带上的挡板将纸箱折成直角形，然后将码垛好的方块地毯用抓手移送到纸箱的特定位置上进行折叠裹包。本次地毯自动装箱机主要实现的三个内容为：（1）将包装材料即纸箱放置到进行包装的传送带上；（2）将码垛好的方块地毯用抓手移送到纸箱的特定位置上；（3）将码垛好的方块地毯进行折叠包裹。在 2.2.1 节中提到的裹包机械的包装方式的前提下，选择合适的机构和零件即可实现地毯自动装箱的既定功能。对整个生产装箱流程进行了总体方案模块化设计，模块图如图 2-1 所示。图 2-1 地毯自动装箱机模块图模块化设计可以条理化复杂庞大的工作内容。进行地毯自动装箱机参数计算前，根据实际的生产需要，对该设备要实现的功能进行了模块化设计11。地毯自动装箱机械机构主要包括主要由纸箱输送装置 、地毯移送装置、地毯裹包装置三个部分12。地毯自动装箱机实现了地毯码垛之后到包装完成的所有工作，实现了生产线装箱自动化。7地毯自动装箱机的设计2.3 地毯自动装箱机各个部分方案的选取2.3.1 纸箱移送装置方案当方块地毯经过自动码垛之后，需要进入下一级传送带，为后续的装箱工作做好准备。装箱时需要用纸箱来进行包装地毯，这时就需要设计一种装置将片状的纸箱放到传送带上。为了实现这一功能，设计了纸箱移送装置，完成纸箱变形如下图 2-2 所示。图 2-2 纸箱形状变化图纸箱抓取装置主要构成部分可分为由机架、九十度旋转气缸、吸盘三项。当光电开关检测到下一片纸箱需要开始放到传送带时，九十度旋转气缸开始工作，活塞杆推动吸盘板进行九十度转动由上向下的旋转移动。吸盘吸着片状纸箱放到传送带上的特定位置，由于传送带上设计有固定的挡板，当片状纸箱被吸下来时卡在传送带的固定挡板处，就会被折成直角形13。2.3.2 移送地毯机械设备原理及方案码垛好的地毯通过传送带在输送，需要将地毯放置到纸箱的特定位置才能进行包装。这时就要设计一种地毯抓取设备来将码垛好的地毯移送至包装线特定位置。（1）方案的选择设计抓取地毯机械设备时首要工作就是传动方案的确定，只有将传动方案确定下来，总体布局才能进一步确定。而确定传动方案的两大主要任务分别是：驱动方式的确定、运动轨迹的确定14。主要的驱动方式有气压、电动和液压三种。其中液压驱动系统故障的诊断较8地毯自动装箱机的设计之其它两者相对比较困难，制造成本比较高，且在传动过程中能量损耗较大，远距离传动不宜使用，而地毯在移动过程中是有一定移送距离的，故舍弃15。气压驱动由于空气的可压缩性大，由此产生的声音污染较大，且系统的运动平稳性较差16，而地毯移送时位置一定要准确，故舍弃。电动较之气压驱动和液压驱动，更为节能、可控性高、维修较方便、占地面积更小且运转效率高、成本低廉、运作迅速17。因此根据方块地毯制造厂的工作环境、生产节拍和生产工艺流程采用电动驱动方式。地毯抓取机械手需要实现抓取方块地毯的动作要求，可以把码垛好的方块地毯移送到纸箱的特定位置上。在进行运动路线的确定时，要求运动路线尽量最短结构紧凑、可靠、简单。可以将复杂的运动分解为简单明了的来回往复直线运动来设计。（2）地毯移送装置方案构架最终确定的机械手为龙门机械手方案，主要部件有纵向驱动装置、横向驱动装置、滚动龙、横梁和机架等。其中横梁的两头装配有滚动轮。可以多自由度运动，每个自由度方向之间角度为直角。采用丝杠传动：电动机联轴器滚珠丝杠。下图 2-3 所示为一种机械抓手机构简图。2-3 机械抓手机构简图图中 1 为机械抓手，可进行左右两侧的直线运动，实现抓地毯的功能；图中 2 为可进行上下直线运动的丝杠，可以实现地毯升高及下降的运动；图中 3 为可进行前后运动的滚轴丝杠，可以实现地毯的前后直线运动，将地毯从初始放置位置向前移至进行纸箱上。其中丝母旋转在丝杠上，丝杠安装在机架上，移动齿轮铰接在丝母上，固定9地毯自动装箱机的设计齿条与丝杠同向固定安装在丝杠一侧15。由于方块地毯纵横切之后的运输速度较快，地毯的移送必须保证准确，移送之后地毯的位置要精确，否则对后续的工作造成影响。这种机械手方案可以较为精确的将方块毯移送到纸箱上。（3）地毯移送装置运动步骤当检测到码垛好的地毯运送来时，抓手向左右两侧移动（见图 2-4），然后向下运动到设定高度，随后向左右两侧收缩夹紧地毯18（见图 2-5）。图 2-4 地毯移送步骤图一图 2-5 地毯移送步骤图二接下来抓手夹紧地毯向上移动到设定高度（见图 2-6），之后向前运动到纸箱上，紧接着向下把地毯放到纸箱上（见图 2-7）。图 2-6 地毯移送步骤图三图 2-7 地毯移送步骤图四紧接着抓手向左右两侧运动松开地毯，再向上运动，之后向后运动（见图2-8），回到原位（见图 2-9），如此往复完成地毯的移送功能。10地毯自动装箱机的设计图 2-8 地毯移送步骤图五图 2-9 地毯移送步骤图六2.3.3 裹包地毯设备原理（1）纸箱包装方法对比纸箱的包装方法有很多种，与装盒机比较相似，只是包装容器是纸箱。下图 2-10 为常规的纸箱包装方式：图 2-10 纸箱包装类型图上图图(A)所示为压叠式箱坯，经常在工厂得以大量的制造，以容易在生产线上自动打开，强度相对较高；图(B)为纸板箱坯，相对于上一种包装方式少了一道封装底部的工艺，箱坯库容量比其它包装方式要大很多，从而有效避免了反复加坯的情况，但只适于从上部装人物品；图(C)为托盘式扣箱形式，一些比较贵重精美的产品的包装通常会选择此种包装方法，装箱设备较为繁琐，其中扣箱常采用人工方法实现19。由于实际生产中纸箱规格不一，且要包装的物品不同，包装方式选取也会有区别。主要可以分为以下三种：立装立封式、裹包式、侧装侧封式20。考虑到方块地毯的材质、设备占地面积的大小、加箱坯频率的高低、经济成本的多少及包装工序的简易程度，本设计采用裹包式装箱方法。即由一摞纸箱中抽出一张片式11地毯自动装箱机的设计纸箱，预折成直角，然后将被装商品推进纸箱内，再依次折起纸箱的其它角。（2）纸箱包装步骤根据方块地毯的材质和体积，本地毯自动装箱机方案采用图 2-10 中的（B）方案，如图：纸箱向前移动时经过固定挡板，原本竖直的上侧面被压下来，纸箱形状变化如图 2-11 所示。图 2-11 纸箱形状变化图一接下来纸箱经过机架时，传送带暂停，左右两边下侧的两个气缸带动推板将纸箱下底面的两侧边推起,纸箱变化为如图 2-12 所示形状。图 2-12 纸箱形状变化图二然后水平放置的气缸带动推板将纸箱在第二步中推起的两侧边中的小舌边再推过去，纸箱变化为如图 2-13 所示形状。图 2-13 纸箱形状变化图三12地毯自动装箱机的设计接下来左右两边上侧的两个气缸带动推板将纸箱上底面的两侧边推下来，纸箱变化为如图 2-14 所示形状。图 2-14 纸箱形状变化图四之后水平放置的气缸带动推板将纸箱在第五步中推起的两侧边中的小舌边再推过去，纸箱变化为如图 2-15 所示形状。图 2-15 纸箱形状变化图五最后机架前侧安装的气缸带动推板将纸箱纸箱上底面中的前侧边压下，完成裹包，纸箱变化为如图 2-16 所示形状。图 2-16 纸箱形状变化图六13地毯自动装箱机的设计3 地毯自动装箱机机械系统设计3.1 纸箱输送装置设计通过 90 度旋转气缸带动吸盘(见图 3-1）将片状的纸箱吸到传送带的挡板上（见图 3-2）。图 3-1 吸盘图 3-2 带挡板的传送带其中，当控制系统检测到要输送纸箱时，90 度旋转气缸开始工作，带动吸盘将片状的纸箱吸下来，竖直立着的纸箱被吸到输送带上的挡板位置处，同时输送带上的挡板一卡住纸箱，纸箱即被折成了 90 度21。纸箱输送装置三维模型图如下图 3-3 所示。图 3-3 纸箱输送装置三维模型14地毯自动装箱机的设计3.2 地毯移送装置设计地毯移送装置为龙门机械手方案，主要部件有纵向驱动装置、横向驱动装置、滚动龙、横梁和机架等。其中横梁的两头装配有滚动轮22。具体设计三维模型图为下图 3-4 所示。图 3-4 地毯移送装置三维建模图当检测到码垛好的地毯运送来时，抓手向左右两侧移动，然后向下运动到设定高度，随后向左右两侧收缩夹紧地毯后再向上运动，接下来向前运动到纸箱上，紧接着向下把地毯放到纸箱上，抓手向左右两侧运动松开地毯，再向上运动，如此往复完成地毯的移送功能。3.3 地毯裹包装置设计本设计采取的地毯装箱方式采用的是裹包方法，三维模型如图 3-5 所示。图 3-5 地毯裹包装置模型具体包装时，首先纸箱向前移动时经过固定挡板（见图 3-6），原本竖直的15地毯自动装箱机的设计上底面被压下来。图 3-6 压折纸箱上底面的挡板接下来，当装着地毯的纸箱经过机架时，传送带暂停，左右两边下侧的两个气缸带动推板将纸箱下底面的两侧边推起。然后水平放置的气缸带动推板（见图3-7）将纸箱在上一步中推起的两侧边中的小舌边再推过去。图 3-7 推折小舌边的装备紧接着，安装在机架左右两边上侧的两个气缸（见图 3-8）带动推板将纸箱上底面的两侧边推起。图 3-8 推折上底面两侧边装置最后，水平放置的气缸带动推板将纸箱在第五步中推起的两侧边中的小舌边16地毯自动装箱机的设计再推过去，最终通过机架前侧安装的气缸（见图 3-9）带动推板将纸箱纸箱上底面中的前侧边压下，完成裹包。图 3-9 推折上底面两侧边装置3.4 地毯自动装箱机三维造型经过文献调研、方案确定、草图设计、参数确定、三维建模及方块地毯自动装箱机论文撰写，设计出了以下方案：如下图 3-10 所示为用 solidworks 软件所建的方块地毯自动装箱机的模型图片。图 3-10 地毯自动装箱机三维建模图17地毯自动装箱机的设计4 地毯自动装箱机部分的设计计算4.1 设计基本参数参照普通方块地毯的设计标准，可知：（1）方块地毯一般为 50X50cm 或者 60cm*60cm 的尺寸规格；（2）方块毯的厚度为 5-10mm；（3）切块速度为 60 片/分；（4）将一定数量（4-12 片）自动码垛好的地毯自动放进纸箱中，要求装箱的速度为 5-10 箱/分。4.2 电机选择与计算4.2.1 电机的计算与选择本次课题设计的地毯自动装箱机，传送带和机械抓手都需要进行电机的选型。下面就以传送带的电机选型为例：已知：取皮带辊轮 D=80mm；皮带速度 V=40m/min；传送带上地毯、纸箱与皮带总质量 m=5Kg;摩擦系数选取为 0.3 ；传动效率取为 0.9；选用 Y 系列齿轮减速三相交流异步电动机。4.2.2 电动机转速确定滚轴转速：nw =1000v=1000 40=159.2r/min（4-1）p D3.14 80式中：V: 皮带传输速度；D：滚轮直径取电动机转速 n=1500r/min，减速器传动比 i=1500/159.2=9.434.2.3 电动机容量确定（1）滚轮所需输入功率Pw = FV= Mg mV= 5 9.43 0.3 30 = 424.35w（4-2）18地毯自动装箱机的设计（2）电动机所需功率Pd =Pw=424.35= 471.5 w（4-3）h0.9a4.2.4 电动机技术参数通过查阅电机选型手册，为了安全起见，应留出一定余量，故选取某公司Y801-4 系列电机。参数如下表 4-1 所示：表 4-1 电动机技术参数型号额定功率(w)nwDY801-45501500254.3 光电传感器的选择若采用脉冲控制电机从而来控制纸箱前进，则很难实现精准控制行程距离。因此，此处采用光电传感器控制纸箱的前进距离。图 4-1 对射光电传感器光电开关如图 3-1 所示，为在网上选取的某厂家对射光电传感器光电开关。相关数据如下所示:（1）PCB 两圆孔（点到点中心的距离）为 1.5cm，孔径为 0.3cm；（2）主要芯片：LM393、对射式红外头；（3）工作电压：直流 5V；（4）特点：1）信号输出时有提示；2）信号从单一通道输出；3）输出有效信号为低电平；4）灵敏度不可调；5）可用于工件计数、电机测速；6）电路板输出开关量。19地毯自动装箱机的设计4.4 滚动轴承的选择（1）滚动轴承寿命计算（2）确定滚动轴承径向力Fr=2048.52N（3）确定派生轴向力及轴向力Fd=0N,Fa=0N（4）确定滚动轴承当量动载荷P = XFt + YFa = 1 4063.03 = 4063.03Pa(4-4）（5）校核滚动轴承寿命查机械设计手册得 C=12.1kN根据机械设计公式得，n = 46.62r/mine = 3(球轴承）=106Ce=10612100 3= 9442h（4-5）Lh()()60nP60 46.624063.03寿命为 3.93 年，合格。4.5 气缸的选择地毯自动装箱机的气动系统包括 8 个气缸（5 个垂直气缸，2 个水平气缸，一个旋转气缸）气缸的升降动作由相应的两位五通电磁阀控制，电磁阀的信号则由 PLC 发出。D 当电磁阀得信号后，气缸运动推动活塞杆向特定方向移动指定距离。当包装箱穿过指定位置时，气缸活塞杆反向运动，完成复位。在整个装置中，气缸被大量使用，对于气缸的选型以装置中的气缸为例。纸箱两侧边折叠装置中气缸行程为 400mm，运动速度为 0.2m/s，设定活塞速度负荷率=0.5，负荷质量 M=5Kg，（1）安装方式：前端法兰型（2）气缸所需推力确定：20地毯自动装箱机的设计F(N ) =g M=9.8 5= 98N（4-6）a0.5（3）气缸缸径确定：Dm =F=98= 15.06mm（4-7）0.25 p 0.25 0.55 3.14表 4-2 气缸技术参数型号缸径（mm） 动作方式活塞速度缓冲给油接管口径CDJ2B1616双作用50-750mm/s橡胶缓冲不需要M50.8-1204.6 链传送带轴的结构设计以下以一轴为例进行计算与校核，如图 4-2。图 4-2轴的尺寸图轴的弯扭合成强度计算（1）已知链轮的分度圆直径为d3 = mz = 2.5 122 = 305mm(4-8)作用在齿轮上的力Fa= 0=2T=2 858.31 1000= 5628.26 NFt 33（4-9）d305 10-3Fr 3= Ft 3tan an= 2048.52N(2) 轴的计算简图及径向支承反力计算垂直面21地毯自动装箱机的设计FNV 1=Fr+ L1=2048.52 82.5= 677.37 N（4-10）L2 + L1167 + 82.5FNV 2=Fr L2=2048.52 167= 1371.15 N（4-11）L2+ L1167 + 82.5M V= FNV 2 L1 = 1371.15 82.5 = 1.13 105 N.mm（4-12）水平面FNH 1=Ft L1=5628.26 82.5= 1861.05 N（4-13）L1+ L282.5 + 167FNH 2=Ft L2=5628.26 167= 3767.21 N（4-14）L1+ L2167 + 82.5M= F L= 3767.21 82.5 = 3.11 105N.mm（4-15）HNH 21总弯矩M= MV2 + M H2 = (1.13 105 )2 + (3.11 105 )2 = 3.31 105 N.mm（4-16）(3) 轴的弯矩扭矩图，如图 4-3 所示。图 4-3 轴的弯矩扭矩图(4) 轴的弯矩合成强度校核22地毯自动装箱机的设计已知 b=20mm,d=75mm,t=12mm根据机械设计原则，W =pd 3-bt(d - t )2=p 753-20 12 (75 - 12)2= 3.51 10432322d2 75（4-17）s ca=M 2 + (aT )2=3312+ (0.6 858.31)2= 17.46MPaW3.51 104 10-9（4-18）查资料得出s-1 = 55且 sca s -1故此轴的设计满足要求。23地毯自动装箱机的设计5 结论地毯自动装箱生产线由机械、气动、电控等系统组成，代替了传统的手工作业，提高了生产线的自动化水平。面对我国目前方块毯的市场行情以及生产能力，运用自动装箱生产线已经成为了相关企业需要重点考虑的问题。虽然设备初期投入成本高且相对来说占地面积较大，但是若投入生产会节省很多人力、财力、物力，提高生产效率。本文对地毯自动装箱进行了大量的资料调研和深入研究，开展和完成了以下几个方面的工作：（1）本设计提出了一种地毯自动装箱机的机械系统设计方案。运用裹包包装的方式，实现将码垛好的方块地毯自动装箱，改善了现阶段人工装箱的困境。（2）对于方块地毯装箱数量不同的问题，提出了利用气缸推动挡板行程不同而进行不同的纸箱包装的设计方案。（3）利用了龙门式机械手来实现地毯的抓取功能，使码垛好的地毯能够快速、平稳、位置精确的被移送到包装纸箱上，从而进行准确包装。本设计较为成功的研究设计了方块地毯自动装箱机，为了使地毯装箱工作得到更好的优化，因此提出进一步研究的建议：（1） 本次地毯自动装箱机方案为理论设计，相关方面不免有考虑不全面的地方，包括零件的计算与选择、零件的组装、材料的选择与加工等还存在很多不足。因此，在此方案的基础上进行改进设计及开发实验开发，可以进一步实现方块地毯自动装箱的功能。（2）基于裹包机械理论，可以解决更多问题。本课题所研究的方块地毯自动装机是一种基于裹包机械理论，通过裹包的方式来实现地毯装箱运动的。此理论还有待进一步的开发，也许是解决一些包装工程问题的另一个切入点23。（3）高速自动装箱仍然是当今一个研究热点，也成为了发展的必然趋势24。如何对该装置进行