基于半自動的口罩折疊機的研究

于海城

（長春工程學院，吉林 長春130012）

傳統口罩成型設備設計制造成本高，調試困難，材料利用率低等缺點。我們通過優化機械結構，降低制造成本，設計簡單易用的交互方式，降低機器的使用難度，調試難度，使得我們設計的機器可以更好的適用于現有的生產狀況，來提升口罩產能。

1 概述

2020 年春節來臨之際，新型冠狀病毒（2019-nCoV）疫情突如其來并肆虐全國。疫情發生后，民眾對醫用口罩需求激增，各地口罩迅速斷貨。隨著疫情的發展，一線臨床口罩出現短缺。現在中國的普通醫用口罩的口罩產能已經在近幾月中得到了極大的發展，但是作為醫院最急需的KN95 口罩產能卻沒有得到足夠的增長，所以我們團隊設計研發一款半自動的KN95 口罩機，提高生產效率、優化口罩生產線。

2 原有口罩機缺陷

2.1 全自動口罩機設計缺陷

2.1.1 布料放置架上料機構非常不穩定，只要換一卷料，布料張力就無法恢復到起始，調試會浪費很多料。

2.1.2 打片機的壓輥調整機構，既要保證滾筒的壓緊力，還要保證壓輥兩側的壓緊力，這樣才能避免料帶跑偏，因布料為軟性材料，無法采用機械糾偏方式。

2.2 手動口罩機的缺點

2.2.1 手動口罩雖然減少了機器的調試時間，但是卻有著生產效率低下，如果雇傭大量工人會失去僅有的價格優勢。

2.2.2 設備精度低，無法適應現在口罩產能短缺，急需擴大產能的實際生產需求。

3 新型口罩折疊機

針對以上技術中存在的缺點和問題，加以改進和創新，經過多次研究與實驗，研制成功了一種使用難度低、加工范圍廣且易于調整的口罩折疊機。

3.1 總體結構設計

結構整體采用工業40 系列鋁型材作為框架，其中選用矛釘、端蓋、M14 蹄腳作為過渡器件進行整體機構的聯接；整體工作部分的電力供應由機構右下方的配電控制箱控制；工作部分選用氣動小90°ACK 旋轉轉角下壓夾緊氣缸和口罩機旋轉氣缸搖擺齒輪式90°氣動擺臺各一個進行動作的實行，配合調壓過濾器通過設置調節彈簧的壓力以及啟動停止按鈕來完成把進口壓力降低到所需出口壓力值。在速度調控機構中應用執行器電磁閥對機構的動作速度進行調控，因電磁閥可以配合不同的電路來實現預期的控制，所以控制的精度和靈活性都能夠保證。工作部分的聯接因為其壓力過大所以利用管接頭進行各部件的聯接。

圖1 口罩折疊機裝配圖

3.2 工作流程介紹

動作開始，將半成品至于工作槽內。啟動雙手啟停按鈕，氣動小型90°ACK 旋轉轉角下壓夾緊氣缸工作，搖臂進行順時針90°旋轉隨后液壓桿進行下沉完成對半成品的固定；隨后旋轉氣缸搖擺齒輪式90°氣動擺臺進行翻折運動使半成品完成折疊過程；氣動小型90°ACK 旋轉轉角下壓夾緊氣缸搖臂進行逆時針90°旋轉的同時液壓桿進行上升；隨后旋轉氣缸搖擺齒輪式90°氣動擺臺復位整個動作完成。

3.3 PLC 程序設計

圖2 PLC 語句表

3.4 硬件解釋

結構選用氣動小型90°ACK 旋轉轉角下壓夾緊氣缸和口罩機旋轉氣缸搖擺齒輪式90°氣動擺臺完成整體動作對機械結構進行極大的簡化有利于控制成本及調試難度。同時機身開關使用雙手啟停開關預防安全事故的發生。

3.5 程序解釋

程序設計時采用自鎖結構對整體進行控制，同時可以通過調整定時器的時間設置間接控制對整個機構工作的速度。根據程序順序：啟停開關打開，氣動小型90°ACK 旋轉轉角下壓夾緊氣缸順時針旋轉并下壓完成對半成品固定，同時定時器開始計時；0.5s 后口罩機旋轉氣缸搖擺齒輪式90°氣動擺臺進行順時針旋轉同時另一定時器啟動。0.5s 后壓緊氣缸逆時針旋轉并上升復位，定時器開始計時0.5s；最后旋轉氣缸復位。整個動作在程序的控制下僅需2s 極大的縮短口罩折疊過程中的時間，有助于大批量的口罩生產工作。

3.6 本設備優點

本新型口罩折疊機的結構緊湊、機械故障少、噪音小，操作簡單、產品廢品率低。利用旋轉氣缸和旋轉壓緊氣缸相互配合，在優化了整體的機械結構的同時保證機器的可靠性，提升了生產效率。簡化使用流程，降低人工的培訓成本，減少設備調試時間。

4 課題展望

由于本次實驗的時間和條件有限，我們的研究仍有很多后續的發展控制。

4.1.后續可以繼續研究傳統口罩的生產線，使我們設計的產品可以更好的融入現有的口罩生產線，減少生產廠家對原有設備的更換。

4.2.繼續優化設計使其能夠做到裁剪成型一體化的口罩機。

5 結論

我們設計生產的口罩折疊機能夠減少口罩機的調試時間，降低人力成本，具有低成本、高效率的優勢，來吸引口罩生產廠商擴大生產規模，以此來提高KN95 口罩的產能。