一種自動化橡膠管夾布纏繞機設計

摘要：對一種新穎的立式環體的自動化橡膠管夾布纏繞機進行了研究，首先分析了該機的研究意義、發展方向和性能特點，然后介紹了該裝備的結構形式，最后分別對機械結構和控制部分的工作原理和運行原理進行了分析。該機代替了傳統手工纏繞運動，速度快，效率高，成本低，提升了企業的競爭力。

關鍵詞：自動化;行走裝置;放料裝置;纏繞機

中圖分類號：TH112收稿日期：2022-06-03

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.07.018

1 自動化橡膠管夾布纏繞機的研究意義、發展方向和性能特點

1.1 研究自動化橡膠管夾布纏繞機的意義

本文研究的一種新穎的立式環體纏繞機，代替了傳統的手工纏繞運動，運行速度快，操作方便，安裝維修保養方便，大大提高了生產效率，減輕了工人的勞動強度，降低了人工成本。隨著市場的需求，在現有技術上增加行走裝置和放料裝置，從而實現夾布在模芯上自動纏繞的目的，確保夾布纏繞均勻和美觀。該機構具有運行安全可靠，提高了產品質量和生產效率，減少了占地面積和生產人員，減輕人員疲勞強度，杜絕了安全事故的發生，也提高了企業的競爭力。

1.2 自動化橡膠管纏繞機的發展方向

a.模塊化。模塊化是指拼裝的機械結構比整裝置機和組合導向驅動裝置更具靈活性、經濟性、時效性和拆裝性。集成電路接口、電纜及液壓氣動技術驅動系統，使機械結構運動靈活、穩定、自如、移動方便。由于模塊化自動化機械結構的驅動部件采用了特殊設計、模芯旋轉軸承（用于定位角度）和行走裝置的驅動齒輪與齒條的齒部嚙合的方式（用于機構的移動），使它具有高剛性、高強度，以及精確的導向精度和優良的定位精度。

b.機電一體化。本機構為“可編程序控制器PLC～傳感器（包括視覺的應用）～機械結構”。PLC控制技術是智能化、自動化技術的重要方面。發展與電子技術相結合的智能化、自動化控制機械結構，使自動化技術從簡單的“開關控制”時代進入到高精度的“反饋控制”時代。集成應用控制系統，不僅減少配線、配管和其他元件，而且拆裝簡單，大大提高了系統的穩定性和可靠性。1.3 自動纏繞機的性能特點

a.系統參數配置優良，采用PLC可編程控制系統;b.變頻控制，可根據需要任意調整夾布的重疊度;c.手動和自動兩種工作模式供選擇;d.托輥和護輥采用包膠處理和張緊力調節;e.自動斷帶功能，自動計算纏繞時間;f.夾布松緊度可調;g.安全、穩定、便捷、占地小;h.安裝維修方便。

2 自動纏繞機結構形式設計

橡膠管夾布纏繞機作為自動化設備的一種，它具有結構簡單、重量輕、動作迅速、平穩、可靠、節能和不污染環境、易實現無級調速、易實現過載保護、易實現復雜的動作等優點。所以，他被廣泛應用于汽車制造業、半導體及家電行業、精密儀器和軍事上?，F代汽車制造工廠的生產線，尤其是橡膠管類包裝的生產線，大多逐漸開始用自動化纏繞包裝設備代替傳統的手工纏繞包裝。

行走裝置在每個工序上可移動;自動放料裝置在指定工位的夾緊、定位和纏繞，實現了整個工序過程的自動化。自動化橡膠管夾布纏繞機包括纏繞機本體，其特征在于：纏繞機本體的一側上設有行走裝置，行走裝置能沿纏繞機本體上的模芯軸向移動，行走裝置的頂面上設有放料裝置，放料裝置上的夾布通過模芯的旋轉力實現自動放料。

行走裝置其特征在于：由工字梁、導軌、支撐架、滾輪、支撐輪、驅動裝置組成，工字梁固定在纏繞機本體的一側面上，兩個導軌分別固定在工字梁上下翼面上，支撐架的內端通過滾輪與導軌滑動連接，支撐輪固定在支撐架的底面上，驅動裝置固定在支撐架上，驅動裝置用于驅動支撐架沿纏繞機本體上的模芯軸向移動。

驅動裝置包含齒條、伺服電機、滑動取電系統，以及驅動軸、驅動齒輪。齒條固定在工字梁上，伺服電機的輸出端通過驅動軸與驅動齒輪連接，驅動齒輪與齒條的齒部嚙合。放料裝置通過平面軸承與行走裝置連接，在行走裝置的頂面上圓周均布多個鎖止插銷。放料裝置由旋轉架、夾布輥筒、漲緊輥筒組成，旋轉架通過平面軸承能作水平面內轉動，夾布輥筒固定在旋轉架的外端上，多個漲緊輥筒在旋轉架的內端內沿夾布輸送方向呈間隔分布。

3 機械結構工作原理及運行原理分析

3.1 設計目的

如圖1所示，現有的夾布纏繞機1主要由床身101、旋轉機頭102、模芯103組成，旋轉機頭驅動模芯繞軸線旋轉?，F有的夾布纏繞工序：由于模芯長度為20m，一般采用軌道式滑車或工人憑手工經驗在模芯纏繞夾布，重復精度不高，容易造成工傷及時間成本高等，夾布纏繞不均勻，夾布脫層，廢品率較高，質量不達標。而采用自動化橡膠管纏繞機解決了現有夾布纏繞機存在廢品率高、質量不達標的問題，可以大大節省人力物力，減少社會資源的浪費，方便運營，提高企業單位效率和市場競爭力。為了解決上述問題，纏繞機本體的一側設有行走裝置，該行走裝置能沿纏繞機本體上的模芯軸向移動，便于準確完成纏繞機夾布工作。行走裝置的頂面上設有放料裝置，放料裝置上的夾布通過模芯的旋轉力實現自動放料，大大節約了人力成本。

3.2 行走裝置

行走裝置2是一種自動化橡膠管夾布纏繞機，包括纏繞機本體1，纏繞機本體的一側設有行走裝置2，行走裝置能沿纏繞機本體上的模芯軸向移動，行走裝置的頂面上設有放料裝置3，放料裝置上的夾布通過模芯的旋轉力實現自動放料;由工字梁201、導軌202、支撐架203、滾輪204、支撐輪205、驅動裝置和滑動取電系統組成如圖2所示的整體結構，工字梁固定在纏繞機本體的一側面上，兩個導軌分別固定在工字梁上下翼面上，支撐架的內端通過滾輪與導軌滑動連接，支撐輪固定在支撐架的底面上，驅動裝置固定在支撐架上，驅動裝置用于驅動支撐架沿纏繞機本體上的模芯軸向移動。此結構的優點為結構緊湊、占地少、能耗低、運行平穩可靠，能顯著提高生產效率。

3.3 齒輪齒條驅動裝置

驅動裝置由齒條206、伺服電機207、驅動軸208、驅動齒輪209組成，齒條固定在工字梁上，伺服電機的輸出端通過驅動軸與驅動齒輪連接，圖3所示為行走裝置和放料裝置的結構示意圖。齒輪齒條轉動相較皮帶或鏈條具有承載力大、傳動精度較高的優點，這就保證了夾布纏繞的質量。平面軸承與行走裝置連接，在行走裝置的頂面上圓周均布有多個鎖止插銷。此結構的優點是能按夾布膠管的工藝要求，對膠管夾布的45°斜交纏繞進行鎖定，裝置具有安全可靠、結構簡單、操作方便的特點。

3.4 放料裝置

放料裝置由旋轉架301、夾布輥筒302、漲緊輥筒3筒組成，放料裝置結構如圖4所示。旋轉架通過平面軸承能作水平面內轉動，夾布輥筒固定在旋轉架的外端，多個漲緊輥筒在旋轉架的內端內沿夾布輸送方向呈間隔分布。放料裝置俯視圖如圖5所示。此結構的優點：能針對生產過程中的各種材料特性，選用不同的材料和不同的漲緊系數，使材料能緊密地貼合在模芯上，確保膠管的質量要求。放料裝置通過平面軸承與行走裝置連接，在行走裝置的頂面上圓周均布多個鎖止插銷，這里的軸承是一種將相對運動限制在所需的運動范圍內并減少運動部件之間摩擦的機械機構元件，主要是提供支撐，減少調節夾布纏繞機纏繞角度過程中的摩擦力。

4 控制部分工作原理及運行原理分析

PLC可編程控制器內部工作方式一般是采用循環掃描方式，該方式是在傳統順序控制器的基礎上引入了微電子技術、計算機技術、自動控制技術和網絡通訊技術而形成的一代新型工業控制裝置，自動纏繞機里配置了控制柜，還有觸摸屏和計算機，控制系統方框圖如圖6所示。

自動化纏繞機代替了傳統的手工纏繞包裝，使自動化技術從開關控制進入閉環比例伺服控制，控制精度不斷提高。由于自動化橡膠管夾布纏繞機需要快速、準確的夾布纏繞，因而對行走裝置或放料裝置提出了更多更高的要求，即必須具有高定位精度、快速反應、有一定的承載能力。

當用戶程序調試完成后，通過編程器將其程序寫入PLC存儲器中。對本設備電路部分進行說明：a.滑動取電，采用如同大型行車吊的取電原理，并加以防觸電改造;b.利用工字梁的槽腔布置滑觸線和滑動取電器。

放料裝置結構運行原理如下：a.通過PLC控制系統設定模芯和驅動裝置的轉速;b.旋轉放料裝置，使放料裝置上的夾布輥筒徑向中心線與模芯軸線呈45°夾角，放料裝置的角度調整好后通過鎖止插銷進行鎖止，即鎖止插銷的頭端插入至旋轉架上的銷孔中，避免放料裝置在放料過程中出現轉動;c.在放料裝置的夾布輥筒上放置夾布卷料，夾布卷料的頭端從多個漲緊輥筒上穿過并固定在模芯的頭端上，多個漲緊輥用于拉緊夾布;d.同步啟動模芯和行走裝置，模芯繞軸線旋轉，行走裝置帶動放料裝置上的夾布卷料向模芯的尾端移動，夾布通過模芯的旋轉力按一定速度和角度均勻地纏繞在模芯上;e.行走裝置上設有行程開關和倒順開關，行走裝置行走到所需的行程后，行程開關實現行走裝置自動停止，并通過倒順開關自動切換行走裝置的伺服電機轉向，行走裝置帶動放料裝置上的夾布卷料完成逆行纏繞后完成生產過程。

5 結語

我國工業發展的速度越來越快，自動化設備技術水平也在逐步提高，對相關行業人才技能要求和崗位的需求也在不斷的增加。本文設計的自動化纏繞機代替了傳統的手工纏繞運動，運行速度快，操作方便，安裝維修保養方便，大大提高了生產效率，減輕了工人的勞動強度，降低了人工成本，減少或杜絕了操作過程中事故的產生，也提高了企業的競爭力。

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作者簡介：

肖德華，男，1984年生，講師，研究方向為機械、數控、加工、軟件。