便捷式膠帶粘貼器的設(shè)計與改進

柳雅文+李濤+殷延山+石復(fù)習(xí)

摘 要：該文介紹了一種新型便捷膠帶粘貼裝置的創(chuàng)新設(shè)計。該裝置能夠方便快捷地完成中小尺寸紙箱的膠帶封口，操作簡單、易學(xué)易用、便于攜帶。設(shè)計中巧妙利用平行四邊形機構(gòu)實現(xiàn)靈活地伸縮運動，通過按壓手柄，膠帶輪在箱體上沿封口拖動，順序?qū)崿F(xiàn)膠帶的撕拉、粘貼、切斷以及壓實。工作中，導(dǎo)向滾輪可同步拉扯膠帶，實現(xiàn)供給；隨動壓輪壓實膠帶，完成紙箱封口的粘貼；帶有刀片的支架在紙箱棱邊處隨紙箱外表面折轉(zhuǎn)，實現(xiàn)膠帶切割。該裝置非工作狀態(tài)時可進行折疊，小巧輕便，封箱速度快，為快遞公司等現(xiàn)場包裝提供了極大方便。

關(guān)鍵詞：便攜裝置 膠帶粘貼 封箱包裝 結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

紙箱包裝對于日常生活來說是非常普遍的。隨著網(wǎng)絡(luò)消費習(xí)慣的流行，日常消費品的電子商務(wù)在近幾年得到迅速發(fā)展，與之相匹配的小件快遞業(yè)務(wù)量也隨之水漲船高，快遞公司如雨后春筍般在數(shù)量和規(guī)模上快速增長。對于以方便、快捷和服務(wù)周到的特點生存和發(fā)展的快遞業(yè)，貨物的攬收速度、包裝安全、遞送效率和領(lǐng)取便捷成為企業(yè)在競爭中生存和發(fā)展的關(guān)鍵。而在貨物攬收包裝過程中，通過使用膠帶實現(xiàn)對紙箱的密封和包裝，已經(jīng)成為最經(jīng)濟、便捷、有效的方法。紙箱包裝是指產(chǎn)品在流通過程中，為了保護產(chǎn)品、方便儲運、促進銷售，采用紙質(zhì)箱體對產(chǎn)品所進行的包裝[1]。紙箱包裝是目前應(yīng)用最廣泛的包裝方式之一，具有取材容易、重量輕、容易印刷、容易設(shè)計成型、成本低廉等特點，廣泛被用于商品的銷售包裝和運輸包裝。然而，快速地進行紙箱手工封裝過程中，頻繁使用膠帶無疑會降低工作效率、增大勞動強度，并且作業(yè)標準不一致、封裝效果不確定，此過程不僅枯燥乏味、耗費時間長，而且也需要大量的人力。因此，針對小件紙箱快遞包裝，設(shè)計專門的便攜式膠帶封箱裝置是提高快遞包裝速度與質(zhì)量的關(guān)鍵。

1 現(xiàn)有封箱器存在的問題

當今市場上最為流行的膠帶封箱器分為2種。

一種是手動型的裝置，又包括簡易型封箱機和手柄式封箱器2種。手持的膠帶封箱器，封箱后，沒有對膠粘的一面進行擠壓固定，封好的箱體膠帶容易脫開，不夠牢固，而且操作過程較為費力費時，人工操作時的勞動量較大，因此極易產(chǎn)生工作疲勞，從而進一步降低工作效率[2]。

另外一種是全機械化的自動封箱裝置。該自動包裝機結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，解決了現(xiàn)有包裝機存在的僅能利用單一型號的紙箱對物品進行包裝和不能自動粘貼快遞單的問題，滿足了企業(yè)利用紙箱對物品進行包裝的使用要求，大大節(jié)省了勞動力，但復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)、昂貴的價格，讓它的普及成為一個難題[3]。

這2種封箱器都有其優(yōu)點，但其人工操作疲勞或者攜帶困難的缺點，限制了其在移動包裝作業(yè)中的普及應(yīng)用。目前，針對便攜式移動包裝方面的產(chǎn)品應(yīng)用國內(nèi)外都有先例，但是都局限于手撕膠帶之后而進行機械剪斷。因此，設(shè)計出一款既能節(jié)省力氣、提高效率而又造價便宜、結(jié)構(gòu)簡單的膠帶封箱器成為了該次科技創(chuàng)新的目標。

2 便攜式膠帶粘貼器設(shè)計方案及優(yōu)化

2.1 一代設(shè)計

一代設(shè)計方案中框架設(shè)計為豎直放置的2組對稱的四桿機構(gòu)，用2根簡單的支架代替了復(fù)雜的四邊形伸縮鉸鏈伸展機構(gòu)。框架為2條支架在頂端用鉸鏈連接在一起，類似于圓規(guī)的原理，只不過為了其穩(wěn)定性利用了雙側(cè)的平行四邊形機構(gòu)。外面是用金屬結(jié)構(gòu)打造的箱體外殼，以增強其美觀性及其穩(wěn)定性，封箱器的整體是對稱的，膠帶圈放置于兩側(cè)大輪處，膠帶頭通過下方小輪伸至下方中部，2個膠帶放置在兩邊箱體的兩端并固定，按壓上方手柄可以使得2條支架向兩側(cè)分開，帶動膠帶向兩側(cè)拉扯實現(xiàn)兩端膠帶的相對運動，撕拉膠帶，粘貼在箱體上，完成封箱任務(wù)，然后兩端的刀片對其進行切斷。該框架實現(xiàn)了力的充分利用——既能推動膠帶運動，又能壓實膠帶。但由于伸縮鉸鏈是接近豎立的狀態(tài)，下壓的過程需要費很大力（見圖1）。

該裝置的工作過程為：步驟1：豎桿結(jié)構(gòu)2、四桿鉸鏈機構(gòu)1伸縮運動，實現(xiàn)將膠帶拉扯至兩端的目的；步驟2：通過2個滾輪及其彈簧結(jié)構(gòu)7使膠帶向下轉(zhuǎn)彎達到包裝側(cè)面的目；步驟3：在轉(zhuǎn)彎后通過兩邊刀片6切割作用完成封箱任務(wù)；步驟4：通過彈力（彈簧）使裝置回位進行下次工作。

2.2 二代設(shè)計

一代設(shè)計比較容易實現(xiàn)，但是當所有都按規(guī)格組裝好后，運行起來很難保證兩端得以完全同步運動。針對于以上的設(shè)計缺陷進行改進和優(yōu)化，總體的設(shè)計方案如圖2所示，最底下的是帶滾輪的底座機構(gòu)5，把箱子放于底座上完成封箱操作。最上方的是手柄，通過按壓此結(jié)構(gòu)完成封箱。膠帶圈放置于大輪3處，膠帶頭通過下方小輪伸至箱體一端上。

二代裝置的工作過程分為四步：步驟1：鉸鏈機構(gòu)2伸縮運動，實現(xiàn)膠帶粘貼部分移動的目的。而且此鉸鏈機構(gòu)不僅可以水平拉伸還可以豎直拉動，因此可以粘貼更高更長的箱子。步驟2：通過伸縮結(jié)構(gòu)，以及對膠帶有導(dǎo)向作用的尼龍輪6，使膠帶3伸長達到封箱的目的。步驟3：在膠帶拉至箱體邊緣處時，通過彈簧壓力把膠帶貼實箱體側(cè)壁并進行刀片對膠帶3的切割。步驟4：鉸鏈機構(gòu)2的孔之間用一根大彈簧連接，通過彈力（彈簧）使裝置回位進行下次工作，使其運行起來更加緊湊、靈活。

3 總體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計

為增加二代設(shè)計裝置的適用性，以及能在大多數(shù)的箱體上進行使用，根據(jù)包裝業(yè)務(wù)中待包裝箱體的尺寸范圍，對該裝置的結(jié)構(gòu)尺寸進行了設(shè)計優(yōu)化。

通過分析人手掌尺寸，確定手柄長度；綜合考慮金屬材料的強度、質(zhì)量、價格，確定框架結(jié)構(gòu)材料；根據(jù)在售箱子的常用尺寸，確定機構(gòu)的整體大小；通過試驗和測試確定彈簧機構(gòu)尺寸；通過刀片的切割力測試，確定膠帶切斷采用傾斜角度為10°的薄刀片。

經(jīng)樣機制作和測試后，確定該裝置的尺寸和材料如下：（1）為了使用者單雙手均可使用，以成年人雙手的尺寸為標準，設(shè)計手柄長度為230 mm；（2）裝置總質(zhì)量不會超過10斤，因此頂部手柄的固定部分采用1 mm鋁合金板，強度足夠；（3）裝置的主體受力部分是伸縮鉸鏈部分，在進行了拉壓、彎曲測試后，選用2 mm的鋁合金條作為伸縮鉸鏈的材料；（4）為了使膠帶不會粘在起導(dǎo)向和傳遞膠帶作用的輪子上，輪子的材料選用尼龍，并制作成表面有齒的形狀；（5）膠帶粘貼部分和伸縮鉸鏈部分間需要拉簧，作用是便于收回，經(jīng)過試驗確定拉簧受力大概在20 N，選用直徑1 cm，長15 cm的拉簧2根；（6）常用的箱子長為30 cm、40 cm、50 cm，通過測量計算，鉸鏈總伸長量為94 cm，最大能封口60 cm的箱子；（7）刀片需要一個突然的彈力來割斷膠帶，這個彈力由裝在刀片和外殼間的彈簧來提供，這個力的大小不好直接測出，于是使用不同的彈簧，改變聯(lián)接位置，在進行了多次試驗后，選定長為3 cm，直徑6 mm的拉簧，彈力足夠；（8）鉸鏈和底座之間用鋁合金片配合螺栓聯(lián)接，鋁合金片受軸向和橫向上的力都有一部分被鉸鏈在伸縮過程中分擔，選取的1 mm厚鋁合金片滿足強度要求。