氣球自動充氣封口設備的研發*

劉 健，邢昆明，王靜婷

（1.天津工業大學工程教學實習訓練中心，天津 300387；2.西安翻譯學院工程技術學院，陜西西安 710105）

0 引言

現在市場上的氣球充氣工具有手持式或腳踏式打氣筒和自動充氣泵，充氣完成后一般還需要兩個人的配合來完成系扣封口工作，所以在需要使用大量氣球的進行渲染氛圍時，將會耗費大量的勞動力和體力完成氣球封口任務。

為了解決氣球自動封口的問題，申請號為“200420120819.3”的實用新型專利申請提出了一種氣球封口裝置，該裝置由外套管、封閉膜、充氣管構成。將封閉膜套在充氣管上，氣球套在封閉膜上，氣球口套在充氣管上，外套管套在氣球口外側，外套管內的凹形卡環與充氣管外的凸形卡環相配合，使氣球固定且鎖閉；充氣時，氣體從充氣管腔經充氣管上的通氣孔進入封閉膜袋內，由封閉膜上的透氣孔進入氣球腔內，當氣球腔內氣壓大于封閉膜袋內氣壓時，封閉膜袋自由端被壓扁，透氣孔封閉，同時充氣管壁上的通氣孔也被關閉，氣體不能外泄。該裝置可實現氣球的自動封口，但結構復雜，且每個氣球都要配一個該裝置才行，不經濟。

基于上述問題，設計了一套簡單易用、便攜式的自動充氣并能對氣球進行自動封口的設備，一個人便可以輕松完成大量氣球的充氣任務。

1 工作原理

該設備采用HT46RU232作為主控芯片控制鍵盤輸入模塊、數碼管顯示模塊、電機控制模塊、自動計時模塊等外圍設備[1]，實現充氣時間輸入、充氣時間顯示、自動充氣、自動擰緊、自動封口等功能。

1.1 各模塊介紹

（1）鍵盤輸入模塊完成不同充氣用品不同的充氣時間預設。

（2）數碼管顯示模塊采用共陰四位數碼管對充氣時間輸入值的顯示，用移位寄存器和譯碼器與數碼管連接分別控制其未選與段選。

（3）自動充氣模塊通過控制直流電機齒輪嚙合組成的曲柄滑塊機構帶動活塞進行充氣工作。

（4）自動擰緊及封口模塊采用直流電機帶動圓環旋轉將氣球擰緊，轉到一定程度后電機控制中斷程序開始執行自動點膠器控制程序進行封口。

1.2 工作過程介紹

圖1 設備整體結構圖

如圖1所示，使用時，利用手持氣球桿1將氣球嘴橡皮圈套在特制充氣嘴3的卡槽中；按下啟動充氣泵及自動計時按鍵，記錄氣球充滿氣時所需時間；將第一個充滿的氣球撒氣后重新套到充氣嘴的卡槽中；拔下滴液管壁上小孔的塞子，利用注射器2往滴液管5中注入適量502膠水，插入塞子；利用鍵盤輸入模塊設定第一次試驗獲得的氣球充氣時間，并在數碼管顯示模塊顯示出來，按下主控芯片控制板7的啟動按鈕，充氣泵開始工作，同時計時開始，當達到充氣時間后，充氣泵停止工作，氣球完成自動充氣，充滿氣的氣球正好卡在自動擰緊機構的橡膠圈4內；自動擰緊機構中的直流電機開始工作，通過齒輪傳動機構帶動橡膠圈旋轉，由于橡膠圈與氣球的摩擦作用帶動氣球開始旋轉，達到預設時間2秒時，直流電機停止工作，氣球嘴被擰緊；在自動擰緊機構開始工作的同時，自動封口機構的直流電機開始工作，通過偏心輪6帶動滴液管中軸的細針上下運動，使502液體從滴液管口流下并滴在擰緊的氣球嘴上將氣球封口。

2 設備硬件介紹

（1）自動充氣裝置

根據活塞式打氣筒的工作原理，基于曲柄滑塊機構設計了自動充氣裝置，如圖2所示，該裝置由直流電機作為主動件驅動，通過連桿實現活塞的往復移動。

（2） 自 動封口裝置

自動封口過程包括自動擰緊和自動封口兩個步驟，裝置的整體結構如圖3所示。

①氣球擰緊機構。在氣球內部壓力達到額定值之后，充氣電機停轉。圖3中自動擰緊機構中的電機帶動小齒輪，小齒輪與大齒輪嚙合。當氣球已經膨脹得很大時，由緊固在大齒輪上的支架帶動旋轉，使氣球的口徑10 mm左右處的橡膠，擰成較緊的麻花狀。從開始到旋轉結束的這段時間，由控制電機的單片機控制。

②自動封口機構。在氣球快要擰緊時（這個時間由實驗調試測得），由單片機控制的電機啟動，使封口裝置點膠封口。

電機帶動連桿做圓周運動，使帶針尖的光軸上提，在膠管里的502膠液體便沿著膠管的下口豎直流出，滴到需要封住的的地方。

圖2 自動充氣裝置的工作原理圖

圖3 自動封口裝置

此結構有一個很大的創新點：解決了502膠液堵住點膠口的一大難題。具體過程如下：502膠水在密閉的環境中是不容易凝固的，所以在滴液管的頂部用橡膠圈密封，滴液管中軸的細針穿過橡膠圈和滴液管底部的小孔，細針跟滴液管底部的小孔過盈配合，滴液管壁上開有小孔且由塞子封住，構成了相對密閉的環境。光軸下端伸出點膠口一段距離（膠液已經加到點膠管中），當電機帶動后，光軸上提14 mm，這個距離正好使光軸下端處在點膠管中，膠液豎直流下，滴到需要封口處，此時帶著氣球旋轉的電機仍然在轉動，完成封口。由于光軸端部帶針尖，所以可以起到通口的作用。拔下滴液管壁上小孔的塞子，利用注射器往滴液管中注入適量502膠水，插入塞子。

3 設備軟件介紹

該設備的程序控制整體流程圖如圖4所示。

圖4 控制流程圖

4 總結

本設備的創新點是在充氣完成后可以自動將氣球點膠封口，這樣可以省去大量的勞動力和勞動量。

該設備可以給小到氣球、足球、籃球，大到自行車、電動車等的輪胎進行自動充氣，特別適用于大量氣球的充氣工作，當給氣球充氣后可完成自動封口，這樣可以省去大量的勞動力和勞動量。本設備具有模塊小、功能全、成本低等特點，所以具有廣闊的市場前景。

［1］盛群公司.盛群半導體股份有限公司HT-IDE3000使用手冊［Z］.2006.

［2］童詩白，華成英.模擬電子技術基礎［M］.北京：高等教育出版社，2001.

［3］鐘啟仁.HT46XX單片機原理與實踐［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2008.

［4］顧繩谷.電機及拖動基礎［M］.北京：機械工業出版社，2008.

［5］譚浩強.C程序設計［M］.北京：清華大學出版社，2005.

［6］張鵬.HOLTEK HT46系列單片機語言實例教程［M］.北京：北京郵電大學出版社，2010.