多功能自動標簽機機構設計與優化

【摘 要】標簽機是目前工業貼標應用最廣泛的機器，其自動貼標簽機貼標的效率與質量，較人工有著無法比擬的優勢，所以對其設計和優化有著重大的工業革命性意義。本課題就現有的自動標簽機的出標機構，傳送機構等機構進行了優化，如何實現自動標簽機的不間歇運動和多功能貼標等功能做出了論述。

【關鍵詞】自動標簽機；標簽機機構分析；機械原理

Structural Design and Optimization of Multifunctional Automatic Label-making Machine

Guo Ji-liang Chen Ai-ping Yang Wan-li Li Cong

（Wuchang Institute of TechnologyCollege of Mechanics and Engineering Wuhan Hubei province 430065）

【Abstract】Labeling machine is the currently most widely used in industrial labeling，whose automatic labeling machine has incomparable advantages over labor force in terms of its efficiency and quality.Thus，the design and optimization of it gains great revolutionary significance. This poject has optimized its label-making and transferring mechanism and has given an explanation of how an automatic labeling machine can label continuously and multi-functionally.

【Key words】Automatic label making machine；Label making machine organization analysis；Mechanical principlesChinese classification number： Reference identifier：AArticle number

0.引言

自動標簽機在包裝行業中應用廣泛。應用自動標簽機相對人力貼標不但可以提高貼標的效率，且產品貼標的位置也可借助機器得到精準控制，因而其貼標質量比較高。更為重要的是自動標簽機減少了產品與人工接觸的一道工序，很大程度的避免了產品被污染的可能。市面上的標簽機針對性較強，效率一般，有很大的改進空間。本課題研究的自動標簽機范圍：平標尺寸要求5cm-40cm寬度；側標尺寸要求5cm-30cm直徑的圓柱型產品。平標針對的類型是矩形的盒類（如藥品包裝的紙盒），側標針對的類型是圓柱狀的瓶類（如圓柱狀藥品）。

1.標簽機工作原理

圖1 標簽機結構圖

電機20啟動，通過齒輪組合將一部分的動力傳遞給傳送帶21，來傳輸產品。另一部分的動力通過軸，帶動凸輪11轉動，從而控制隔離推板14的運動軌跡，使之有規律的做“伸出”—“前行”—“縮回”—“后退”這樣的四個動作。同時通過軸上安裝的斜齒輪組合，帶動另一水平軸轉動，從而使凸輪19轉動，通過這種凸輪機構，使推桿完成“伸出”和“回縮”的動作。水平軸的另一端連接了一個鏈傳動，通過鏈傳動帶動棘輪16的運動.在平標標頭機構中，步進電機通過一組減速裝置后，連接到回收桿12，整個平標機構的動力由回收桿12提供。平標機構中標盤1.2兩個，首先標盤1的標紙進過標簽帶連接器3，標盤2的表頭部分粘連于連接器上壓板。標紙經過導向輥4，7，8后經剝離板對產品進行貼標，后經壓緊輥9對標簽壓緊。廢標紙經張緊輥13到回收桿12處。經回收桿12被回收到廢紙箱。平標工作完成后，產品繼續前行，到達傳送帶另一端，被隔離推板14推上旋轉臺，壓頭15下壓，固定產品。步進電機帶動旋轉臺旋轉，開始貼側標，先摩擦輪上膠，再在標簽盒取標，然后送標到貼標板，對產品進行貼側標。由凸輪推手推出，推向傳送帶，完成整個貼標工作。

2.相關機構設計與優化

根據現有的貼標機的技術，本課題經過研究，針對自動標簽機的不間歇運動和多功能貼標等具體的問題，提出了解決措施。下面就相關的優化和關鍵技術進行闡述。

2.1標簽切換

圖2-1 平標機構示意圖

一般貼標機：標簽辦單一，每次標簽用完都需要停機進行更換標簽盤，然后再開機工作。這樣的工作方式不僅浪費時間，效率不高，而且經常性開關機對機器壽命的影響也是十分大。

本課題對其機構進行了優化：在正常工作的狀態下，進行標簽盤的切換。這樣的改進不僅大大提高了工作效率，同時也提高了機器的工作壽命。

平標機構由標簽機結構圖中的1-13號組成。平標機構運動過程：標盤AB兩個，首先標盤B的標紙進過標簽帶連接器3，標盤A的表頭部分粘連于連接器上壓板處。標紙經過導向輥4，5，6后經剝離板8對產品進行貼標，然后產品被壓標滾筒7進行緊標。廢標紙經張緊輥9到退標紙輥10處。經退標輥10被回收到廢紙箱。這樣一直工作到標盤B的標簽用完，在標盤B的標簽用完時，按下標簽帶連接器的壓桿，壓桿下壓的同時側邊放出膠液，使標帶粘合。標盤A的標帶頭與標盤B的標帶尾連接，實現標盤切換。

2.2 旋轉推送限壓一體

圖2-2 旋轉推送限壓裝置示意圖

一般貼標簽機的曲面貼標，大多是通過間歇齒輪來完成的，對圓柱的直徑有較嚴格的要求，如若需要貼直徑不同的圓柱狀產品，則需要更換一整套配套裝備。所以，現有的標簽機設備仍有許多不足和不符合現代工業要求的。

本課題改進的標簽機的優點：不用更換設備的情況下，多直徑的圓柱狀產品都可以貼標，較好的克服了現有標簽機的不足。采用的貼標方式也有所不同，現有大多是采用間歇齒輪來調整產品與產品的距離，來確保貼標的時間。傳動的效率較低下。而本課題設計的自動標簽機針對這個問題，進行了創新性的設計，采用限壓旋轉臺裝置來解決這個問題。

旋轉推送限壓裝置是由標簽機結構圖中14—20號組成。

圖2-3 推送裝置結構圖

推送裝置：在產品經過平面貼標過程后，進入側面貼標的過程，在傳送帶和旋轉臺之間有連接兩者的引導槽1，如果沒有推力，產品是無法到達旋轉臺位置。所以設計了推送手凸輪裝置。推送手的功能有兩點，其一，推送產品到旋轉臺；其二，分開前后兩個產品，使其等距的進入旋轉臺。推送手的運動的方位是前后左右，四位的運動，其動力由主動件帶動凸輪運動，從而形成推送手的運動。

圖2-4 限壓裝置效果圖

限壓裝置：產品被推上旋轉臺6，壓頭1下壓壓住產品7，電機步進運動，旋轉臺6轉動，帶動產品7的旋轉，側標裝置進行產品貼標，貼標工作完成后，由推桿凸輪5帶動推桿推送產品上傳送帶。完成側標的工作。通過凸輪5，完成了推桿“伸出”和“回縮”的動作，為了保持隔離推板和推桿同步運動，由同一電機供能。凸輪5同時也同步壓頭裝置，凸輪的運動帶動鏈結構裝置的運動。壓產品的過程，鏈傳動使限壓凸輪4做間歇運動，通過調整搖桿的位置來調節壓頭對產品施加的力。當擺桿的一端卡在限壓凸輪的凹槽中，固定壓頭不再下壓，再通過緩沖裝置緩沖。整個裝置起一個限壓作用，達到對產品的保護作用。

設計凸輪5輪廓過程：

圖2-5 凸輪設計分析圖

2.2.1基圓半徑確定

由圖a作圖可知，P點為推桿與凸輪的相對速度瞬心 ，則有：

VP=W· ①

由①式得：

=V/w=ds/dδ ②

根據實踐經驗，直動推桿取α=30

有基圓半徑計算公式：

r= ③

又e=0，結合①②③式，可求出基圓半徑r0

2.2.2求廓線

經計算分析得：推程角為900，推桿前進150mm；遠休止角為900；回程角為600，推桿后退150mm；近休止角為1200。

對于對心直動滾子推桿盤型凸輪機構，則有凸輪廓線坐標公式：

X=sinδ

Y=cosδ

（1）推程階段δ01=900=π/2代入公式：

S1=h（

δ/δ

）-sin（2π

δ/δ

）/（2π）=h（2

δ/π）-sin（4

δ）/（2π）

δ=0，π/2

（2）遠休止階段δ=900=π/2

S2=150 δ=0，π/2

（3）回程階段δ=600=π/3代入公式：

δ=10δ3/δ3-15hδ4/δ4+6Kδ5/δ5

=27hδ3/π3-1215hδ4/π4+1458hδ5/π5

δ=0，π/3

（4）近休止階段δ=1200=2π/3

S4=0 δ=0，2π/3

綜上：由其運動函數計算，可設計出其凸輪輪廓線如圖2-5b）所示

2.3 標紙回收

圖2-6 標簽回收裝置效果圖

主動件直接和廢紙回收桿相連，貼完標的廢標紙由回收桿回收。為了不影響貼標簽的平面效果，本課題針對廢紙回收桿的結構進行了特別的設計。退標桿的前兩圈的螺距較小，可以滿足正常的貼標工作，后面圈螺距很大，讓標簽帶往下轉，完成廢標簽紙自動回收。

2.4切換可拆卸標簽盒

圖2-7 可拆卸活動標簽盒裝置結構圖

設計的自動標簽機能夠多功能貼標。這一特點標簽機能適應多種型號的標簽。為了符合特點，我們對標簽盒進行了改良的設計。標簽盒左側板1 ，標簽盒上板2，標簽盒右側面3都是活動件，可以隨標簽尺寸的不同做相應的改變。設計思路如同平標標盤的切換，側標部分也可以實現 4標簽盒B 和5標簽盒A 之間的切換。

3.總結

本課題針對平標出標機構，側標機構，推送結構進行了改進和創新，用soildworks軟件進行了仿真運動，肯定了其運動的合理性。較傳統的標簽機，貼標效率高。而且本課題研究出的自動標簽機結合了平標標簽機和側標標簽機兩種標簽機的功能，實現多功能貼標。對出標機構標盤切換裝置，設計出兩個標簽盤切換，滿足了標簽機的不間歇運動；對于側標機構，本課題采用了限壓旋轉臺裝置代替了原來了棘輪裝置，滿足了多種直徑的圓柱狀產品貼標；并且對其推送裝置的凸輪進行了具體的輪廓設計，使其滿足了推送的距離和時間的要求。同時，對標紙的回收機構進行了改進，實現了標紙的回收。總之，標簽機需要改進的地方還有許多，需要一批有一批的人才去研究和優化標簽機。

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