高速膠裝機(jī)底膠鍋的改良設(shè)計(jì)

牛仁紅

COSMOS13000是我公司設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的一臺(tái)高速膠裝機(jī)，其主要功能就是膠訂書(shū)。該機(jī)型從2015年開(kāi)始設(shè)計(jì)，2016年年初第一臺(tái)樣機(jī)生產(chǎn)完畢，使用廠商為新華印刷廠。經(jīng)過(guò)近一年的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)該設(shè)備的膠鍋設(shè)計(jì)不夠完美，有不少改良的空間，主要體現(xiàn)在以下4個(gè)方面：第一，膠裝機(jī)底膠預(yù)熱桶位于機(jī)器上方，每次倒膠和查看膠水余量時(shí)，需要借助梯子或者平臺(tái)來(lái)爬到機(jī)器上面，操作和維修略有不便。第二，底膠膠鍋在維修調(diào)試時(shí)，需要把膠水轉(zhuǎn)移到其他容器中，膠水凝固后很難處理。第三，從預(yù)熱桶到放膠是間歇式的，膠鍋里的膠水高度不一致，導(dǎo)致膠裝后來(lái)的書(shū)的質(zhì)量不穩(wěn)定；第四，膠鍋的刮膠板是凸輪控制，當(dāng)書(shū)的尺寸需要調(diào)整時(shí)，操作不方便。

針對(duì)以上的不足之處，在滿足高速機(jī)的需求以及保證線速度和書(shū)速度一致的情況下，提高補(bǔ)膠的速度、滿足用膠速度的前提下，做了初步的改良設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)方案主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改良考慮：第一，線速度要保證高速機(jī)，讓膠水能夠堆積在書(shū)上。第二，預(yù)熱桶放在膠鍋下面，在維修膠鍋時(shí)，可以把膠水放進(jìn)下面預(yù)熱桶里。預(yù)熱桶體積要大一些，避免工人太頻繁的加膠。第三，膠水從下面用膠泵打到膠鍋，只要達(dá)到溫度，一開(kāi)機(jī)膠水就上，而且隨著機(jī)器的快慢上膠量自動(dòng)調(diào)節(jié)。如果膠鍋里面需要維修，則打開(kāi)放膠閥，膠水就回流到預(yù)熱桶，維修好以后一開(kāi)機(jī)膠水又自動(dòng)上，非常方便。第四，刮膠板改為氣動(dòng)刮膠板，結(jié)構(gòu)比凸輪的簡(jiǎn)單，操作方便，調(diào)整簡(jiǎn)單，書(shū)的大小有調(diào)整時(shí)，只需要觸摸屏上面調(diào)整書(shū)尺寸配置即可。

初步改良設(shè)計(jì)方案

經(jīng)過(guò)一系列的溝通研討后，改良后的底膠機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程如圖1和圖2所示。

當(dāng)膠裝機(jī)開(kāi)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)鏈輪1旋轉(zhuǎn)，鏈輪1帶動(dòng)鏈輪2，鏈輪2通過(guò)齒輪帶動(dòng)齒輪3轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪3和上膠泵4鏈接在一起，所以上膠泵開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，開(kāi)始通過(guò)上膠管5把膠水帶進(jìn)底膠膠鍋6；因?yàn)樯夏z泵上的膠比實(shí)際使用的膠要多，所以多余的膠通過(guò)溢膠管7再回流到預(yù)熱桶，如此往復(fù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上膠。

當(dāng)膠裝機(jī)開(kāi)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)鏈輪1旋轉(zhuǎn)，鏈輪1和膠輪固定在一根軸上的，當(dāng)書(shū)芯過(guò)來(lái)到膠輥上時(shí)，氣缸11拉回，把刮膠板9打開(kāi)，那么熱熔膠通過(guò)膠輪10上到書(shū)芯8上；當(dāng)書(shū)芯過(guò)了膠輪時(shí)，氣缸11伸出，使刮膠板9關(guān)閉，把膠輪10上的膠刮掉。

關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)點(diǎn)

初步方案確定后，關(guān)鍵的技術(shù)要點(diǎn)就是3個(gè)計(jì)算參數(shù)的確定及氣動(dòng)刮膠板的設(shè)計(jì)，分別是：①上膠輪的線速度；②預(yù)熱桶體積；③膠泵的選擇和膠量計(jì)算：④氣動(dòng)刮膠板的設(shè)計(jì)。下面逐一進(jìn)行介紹。

1.上膠輪的線速度計(jì)算

已知電機(jī)轉(zhuǎn)速=1446轉(zhuǎn)/分，根據(jù)傳動(dòng)圖（圖3）齒數(shù)比得：

主軸轉(zhuǎn)速=1446×（38/68）×（38/68）=451.56轉(zhuǎn)/分

主鏈輪轉(zhuǎn)速=451.56×（18/50）×（30/90）=54.19轉(zhuǎn)/分

主鏈輪線速度=54.19×606.78×3.14=103242.81毫米/分

主鏈輪的線速度就是鏈條的線速度，又因?yàn)闀?shū)夾子固定在主鏈條上，所以，主鏈輪的線速度也是書(shū)夾子的線速度，而書(shū)夾在書(shū)夾子上，所以書(shū)的線速度為103242.81毫米/分。

如果膠輪的線速度和書(shū)的線速度一致，那么膠輪上的膠水就會(huì)涂在書(shū)背上，如果膠輪的線速度比書(shū)的線速度高，那么膠輪上的膠就會(huì)堆積在書(shū)背上，上的膠就比線速度一致的情況下上的厚。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，倒算出從主軸到膠輪的齒數(shù)比，如圖4所示。

線速度計(jì)算完之后，還需要進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證，確保計(jì)算結(jié)果符合實(shí)際的需求。

膠輪的轉(zhuǎn)速=主軸線速度×（26/52）×1×（51/38）×（38/42）=274.16轉(zhuǎn)/分

膠輪線速度=274.16×120×3.14=103304.55毫米/分

膠輪線速度103304.55毫米/分大于103242.81毫米/分，結(jié)論是齒數(shù)比和膠輪直徑合理。

2.預(yù)熱桶體積的計(jì)算

書(shū)本的厚度為5～10mm，膠裝機(jī)的最高速為13000本/時(shí)，書(shū)本的長(zhǎng)度為210mm～297，書(shū)本上膠的厚度為1mm～1.5mm，如果書(shū)本的厚度為10～20mm的時(shí)候，膠裝機(jī)的最高速為10000本/時(shí)，書(shū)本長(zhǎng)度和上膠厚度不變。

每小時(shí)最小用膠量=5×210×1×13000=13650000立方毫米/時(shí)

每小時(shí)最大用膠量=20×297×1.5×10000=89100000立方毫米/時(shí)

初步設(shè)計(jì)的預(yù)熱桶毛裝膠的體積=836×426×323=115031928立方毫米

預(yù)熱桶中的加熱棒的體積=截面積×高度×數(shù)量=2624×323×24=20341248

純裝膠的體積=毛裝膠體積-加熱棒的體積=94690680立方毫米

加膠時(shí)間1 =純裝膠體積/每小時(shí)最小用膠量=94690680/13650000=6.94時(shí)

加膠時(shí)間2 =純裝膠體積/每小時(shí)最大用膠量=94690680/89100000=1.06時(shí)

通過(guò)以上計(jì)算得出，膠裝機(jī)按照最高速運(yùn)轉(zhuǎn)，加膠的時(shí)間間隔，最短為1.06小時(shí)，最長(zhǎng)為6.94小時(shí)。

3.上膠泵的選擇和上膠量計(jì)算

上膠泵是安裝在預(yù)熱桶里，膠水的溫度為160℃～180℃，膠水的黏度很高，一般的泵根本打不上去。經(jīng)過(guò)多方搜集資料、實(shí)地考察，最終選了一款熱熔膠齒輪泵。這種泵根據(jù)每轉(zhuǎn)泵出的體積不同，分多種具體的型號(hào)。根據(jù)外形尺寸和體積，初步選擇了JR18膠泵，也就是說(shuō)每轉(zhuǎn)可以上膠18毫升。下面核算這個(gè)型號(hào)的泵是否滿足上膠量。

由于結(jié)構(gòu)位置比較小和環(huán)境溫度比較高，所以膠泵不能采用電機(jī)帶動(dòng)，只能采用從膠鍋的其他部位傳動(dòng)過(guò)來(lái)，最終確定從上膠輪用鏈條傳到膠泵。

根據(jù)上面的計(jì)算結(jié)果，膠輪的轉(zhuǎn)速為274.16轉(zhuǎn)/分=16449.6轉(zhuǎn)/時(shí)。

如果膠泵和膠輪的轉(zhuǎn)動(dòng)比為1∶1，那么每小時(shí)的上膠量=16449.6×18×1000=296092800立方毫米/時(shí)，是最高速最厚書(shū)用膠量89100000的3.3倍，顯然上膠太多，一個(gè)是浪費(fèi)，一個(gè)是膠水用不完還要回流。

如果膠泵和膠輪的轉(zhuǎn)動(dòng)比為1∶3，那么每小時(shí)的上膠量= 1 6 4 4 9 . 6×（1 / 3）×18×1000=98598902立方毫米/時(shí)，是最高速最厚書(shū)用膠量89100000的1.1倍，這樣比較合適，還留了0.1倍的安全余量。

4.氣動(dòng)刮膠板的原理和動(dòng)作過(guò)程

原來(lái)膠裝機(jī)的刮膠板都是用凸輪控制的，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝、調(diào)整不方便。改成氣動(dòng)控制以后，上膠的長(zhǎng)度只需要在觸摸屏里設(shè)定就好了。氣缸每次動(dòng)作接近開(kāi)關(guān)5要閃亮一次，如果接近開(kāi)關(guān)在一個(gè)周期內(nèi)沒(méi)亮，即氣缸出了問(wèn)題，機(jī)器停機(jī)或者報(bào)警。

刮膠板的氣動(dòng)設(shè)計(jì)如圖5所示。

當(dāng)書(shū)芯過(guò)來(lái)到膠輥上時(shí)，氣缸1拉回，通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸3帶動(dòng)刮板6打開(kāi)，那么熱熔膠通過(guò)膠輪7上到書(shū)芯上；當(dāng)書(shū)芯過(guò)了膠輪時(shí)，氣缸1伸出，使刮膠板6關(guān)閉，把膠輪7上的膠刮掉。通過(guò)調(diào)整限位螺釘2，可以調(diào)節(jié)刮膠板關(guān)閉時(shí)到膠輪的距離，調(diào)節(jié)手柄4可以調(diào)節(jié)刮膠板打開(kāi)的大小。

結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)改良設(shè)計(jì)后的設(shè)備，在方便性和可操作性方面都得到了極大的改善。2016年底，改良后的設(shè)備加工完畢，在浙江新華印刷集團(tuán)開(kāi)始投入使用。經(jīng)過(guò)半年多的運(yùn)行，目前這臺(tái)膠裝機(jī)的速率可達(dá)11200本/時(shí)，設(shè)備的用戶體驗(yàn)良好，可靠性高，得到了客戶的極大滿意和一致好評(píng)。

作者單位：上海英厚機(jī)械科技有限公司endprint