長及柱狀商品纏繞式包裝機構的設計

王亦凡，鐘橋，楊旭

（武漢理工大學機電工程學院，湖北 武漢 430070）

長及柱狀商品纏繞式包裝機構的設計

王亦凡，鐘橋，楊旭

（武漢理工大學機電工程學院，湖北 武漢 430070）

現有長、柱狀商品存在包裝過程繁瑣，包裝效率不高的特點。針對此問題，本文設計了一款人工動力的半自動化纏繞式包裝機，腳步踩踏提供動力，通過四桿機構傳遞腳部動力，手輪轉動實現商品的夾緊固定，由齒輪系配合同步帶提供雙向纏繞動力，上、下齒輪驅動不完全齒輪機構提供不等速運動，實現商品包裝材料的纏繞和切斷，三星輪換向機構能轉換纏繞方式實現對商品的快速完整纏繞包裝，有效地提高包裝效率，保護產品安全。

包裝；纏繞；半自動

現階段隨著互聯網的發展，各類商品層出不窮。隨著商品種類多樣化，也遇到了相當多的問題，對于各類商品的包裝就是一個方面。相對于傳統的方形商品，長條形、圓柱狀的商品更是一個比較難以包裝的商品類型。比如小型的植物、花卉、雨傘等各類細長的生活用品,都需要完整的包裝。

現有的對長、柱狀商品的包裝多以人工手動套袋或者纏繞保護材料為主，以小型植物、苗木為例，現有的包裝方式多為人工繞膜，而現行的打包步驟多、過程繁瑣，耗費了大量的人力物力，并且包裝效果對于商品的保護并不理想。

1 纏繞式包裝機的機械結構設計

本項目中半自動纏繞式包裝機主要使用腳步踩踏提供動力，通過四桿機構傳遞腳部動力，由齒輪系配合同步帶提供雙向纏繞動力，手輪轉動實現商品的夾緊固定，推桿改變行星輪與齒輪片的嚙合方向實現反向包裝。

本人工動力的半自動纏繞式包裝機分為夾緊模塊、動力模塊、不等速纏繞包裝模塊。其中夾緊模塊由手輪、蝸輪蝸桿、齒輪齒條、梯形齒同步帶等機構之間的相互配合實現對商品的雙向定位加緊；動力模塊是以人力踩動踏板為動力源，利用四桿機構傳遞動力，結合錐齒輪為齒輪軸提供轉動動力，并通過梯形齒同步帶為對稱部位的齒輪軸提供等速的轉動動力，為上層齒輪系的轉動提供雙向動力源，保證齒輪系的順利轉動；不等速纏繞包裝模塊采用齒數分別為5模24齒與5模20齒的齒輪帶動不完全齒輪機構，達到上、下不完全外齒輪環傳動比差為1的不等速運動，從而使繞膜柱與切膜柱之間存在運動的速度差和距離差，配合三星輪換向機構嚙合外部不完全齒輪實現對商品的雙向纏繞包裝；在包裝完成后繞膜柱與切膜柱達到統一位置實現對膜的切斷，整體結構如圖1。

圖1 整體結構圖

1.1 夾緊機構的設計

夾緊模塊的功能即為固定商品的中心位置以便纏繞包裝。手輪連接齒輪，以手的搖動為動力，帶動蝸輪轉動，通過蝸輪蝸桿機構將手輪的豎直方向旋轉改變為蝸輪水平方向的旋轉，帶動豎直軸轉動將動力傳遞給齒輪齒條機構，通過齒輪齒條機構將齒輪的旋轉運動轉化為齒條直線運動，夾緊柄的一段連接在齒條上隨著齒條向中心運動；齒輪轉動時通過梯形齒同步帶將運動傳遞給對稱的齒輪齒條機構，此時，兩端的夾緊柄同時向中心運動，保證了裝置的夾緊功能和商品包裝的中心位置。

1.2 動力機構的設計

動力機構用以提供整個裝置纏繞包裝的動力。參考縫紉機的踏板供能原理，以人反復踩動踏板提供動力，采用四桿機構原理，踏板帶動連桿使偏心輪轉動，偏心輪為上部裝置提供動力，同時踏板的下部有一復位彈簧，方便人腳的連續踩動，提供持續動力。

1.3 不等速纏繞包裝機構的設計

1.3.1 不完全齒輪機構（圖2）

不完全齒輪機構如圖所示包括上傳動齒輪1、2，下傳動齒輪3、4，上不完全外齒輪5、下不完全外齒輪6、固膜柱7、繞膜柱8、切膜柱9。

圖2 不完全齒輪機構圖

不完全齒輪機構對應相應的傳動機構能實現兩個相同的齒輪做同向旋轉運動，并與中空的不完全齒輪嚙合，帶動不完全齒輪轉動，借此保證每一商品在水平方向上的單向直線運動。通過帶傳動轉動的對稱齒輪軸以相同轉速帶動不同齒數的上、下齒輪轉動，使相同齒數的上、下不完全外齒輪轉動，實現上、下不完全外齒輪的傳動比差為1不等速運動。包裝膜固定在繞膜柱上，一段固定在固膜柱上，其中固膜柱固定不動，繞膜柱與上不完全外齒輪相連接，切膜柱與下不完全外齒輪相連接。固膜柱與繞膜柱一同完成保鮮膜的預緊與纏繞功能，繞膜柱與切膜柱上、下齒輪的傳動比差為1產生運動的速度差和距離差，當輸入軸初始速度一定時，經過若干圈后，內部切膜柱比上部供膜柱多轉一圈，最后實現對膜的切割。

1.3.2 三星輪換向機構（圖3）

三星輪換向機構包括齒輪1、齒輪2、齒輪3、上行不完全內齒輪4和下行不完全內齒輪5。

圖 3 三星輪換向機構下行圖

上不完全外齒輪帶動三星輪換向輪系整體運動，當齒輪1與上行不完全內齒輪嚙合時，此時纏繞膜固定在托盤上隨著絲杠的轉動向上運行；當齒輪2與上行不完全內齒輪嚙合時，此時包裝膜固定在托盤上隨著絲杠的轉動向下運行，從上往下對商品的下部進行纏繞包裝，實現對商品的雙向包裝。

2 部分機構尺寸設計

四桿機構的設計如下。

我們采用偏置曲柄滑塊機構，為本包裝機提供動力。根據已選工件的尺寸及定位要求，設底板中心為坐標原點，傳動軸離中心的距離為225mm，以成人腳踩行程為15cm為標準，進行設計，以傳動桿為機架點，根據實際生活中人踩動腳踏板的工作情況，取另一機架點的離地高度約為180～230mm。考慮到本裝置應傳動平穩，行程系數比K不應過大。結合對踏板的力矩平衡分析，當搖桿長度約為踏板長度一半時，相對符合人的工作習慣。故搖桿長度為300mm，行程系數比K約等于1，對桿長進行計算，根據計算得到曲柄長度為66mmm，連桿為473，極位夾角為1.23deg，最大傳動角r為65度。

3 結語

在互聯網急速發展的今天，網絡經營商中的非常規尺寸商品的產量巨大并現有的人工手動包裝方式效率不高，過程繁瑣，耗費了大量的人力物力，需要快速有效的包裝方式。本裝置人工動力的半自動纏繞式包裝機，貼合當前包裝行業的發展，針對長、柱狀特殊商品包裝存在的各種問題結合現有的塑料膜纏繞，紙盒保護等包裝技術，設計了適合于特殊商品的包裝裝置，實現對商品的快速纏繞包裝。

通過半機械化、標準化的方式提高商品包裝、封箱、出貨效率，便于在最快的時間內完成貨物的訂單發貨流程處理，符合當今商家要求的快速、便捷特點，有效解決了部分商家包裝作業量大、人手少的問題。

[1]張海濤. 半自動吸塑包裝機的設計及應用[D].華南理工大學,2015.

[2]唐金松主編.簡明機械設計手冊[M].上海：上海科學技術出版社，1992.

[3]劉鴻文.材料力學I(第4版)[M].北京：高等教育出版社，2004,1.

[4]黃鶴汀.機械制造裝備(第1版)[M].北京：機械工業出版社，2004.

[5]朱建萍,王鵬主編.包裝機械設計方法研究[M].南京：南京財經大學出版，2007.

[6] 賀兵,劉揚主編. 模塊化設計在包裝機械設計中的應用[M].湖南：湖南工業大學，1992.

[7]王東愛，王嶺松主編.包裝機械的模塊化設計研究. 包裝工程，2008.

[8]曲藝主編.面向包裝機械的可適應性設計方法研究.汕頭大學，2004,1.

[9]劉守謙主編.現代包裝機械的創新設計. 輕工機械，2007.

[10]郝玉龍，徐泰燕主編.現代包裝機械設計方法[J].湖北水利水電職業技術學院學報，2011.

TB486

A

1671-0711（2017）06（下）-0169-02