馬賽克紙貼自動(dòng)敷貼機(jī)的設(shè)計(jì)

苗艷杰

摘 要：針對當(dāng)前馬賽克紙貼的生產(chǎn)大多是人工作業(yè)，其效率低下，生產(chǎn)質(zhì)量達(dá)不到要求，急需設(shè)計(jì)出一整套全自動(dòng)化的馬賽克紙貼自動(dòng)敷貼設(shè)備解決問題。通過對馬賽克紙貼各個(gè)方面的深入研究探討，構(gòu)想出了一整套馬賽克紙貼的設(shè)計(jì)。本文基于馬賽克紙貼自動(dòng)敷貼機(jī)的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)地講述了馬賽克部分的關(guān)鍵設(shè)計(jì)，包括紙貼的張緊模塊、刷膠模塊、胎膜的敷貼模塊。首次設(shè)計(jì)并制作出可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化，無廢邊正向?qū)д{(diào)的馬賽克紙貼自動(dòng)敷貼設(shè)備。

關(guān)鍵詞：馬賽克紙貼；功能模塊；機(jī)械設(shè)計(jì)

1 前言

馬賽克產(chǎn)品一直是我國的重大產(chǎn)業(yè)，在我國的生產(chǎn)建設(shè)中占據(jù)著重要地位，從上個(gè)世紀(jì)就受到各界人士的關(guān)注。經(jīng)過漫長的歲月，馬賽克也已由從單一的顏色調(diào)轉(zhuǎn)向到豐富多彩的顏色搭配。當(dāng)前馬賽克的消費(fèi)者群體也在逐漸擴(kuò)大，馬賽克產(chǎn)品的形狀更加受到廣大的認(rèn)同[1]。由于馬賽克的生產(chǎn)效率低下，生產(chǎn)環(huán)境較為惡劣，人工耗大，需要設(shè)計(jì)出實(shí)現(xiàn)馬賽克生產(chǎn)的全自動(dòng)設(shè)備。

馬賽克產(chǎn)品的生產(chǎn)過程包括五個(gè)步驟，馬賽克產(chǎn)品的諸多環(huán)節(jié)依舊靠人工完成[2]。當(dāng)前已有好多學(xué)者開始對馬賽克生產(chǎn)進(jìn)行全方面的研究，前人已設(shè)計(jì)出馬賽克顆粒的自動(dòng)鋪貼機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡單，能實(shí)現(xiàn)馬賽克多種顏色的識(shí)別[3-4]。這種設(shè)備也只是馬賽克產(chǎn)品的顆粒鋪貼環(huán)節(jié)，而鋪貼好的馬賽克顆粒還需要進(jìn)行刷膠敷貼。當(dāng)前市場上已有部分成型的機(jī)械設(shè)備能實(shí)現(xiàn)該功能，但設(shè)備還不夠完善。本文在前人的研究基礎(chǔ)上，重新設(shè)計(jì)出一套新的馬賽克紙貼自動(dòng)敷貼機(jī)的設(shè)計(jì)。

2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)及工作原理

2.1 總體設(shè)計(jì)

根據(jù)馬賽克產(chǎn)品的相關(guān)的要求，系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)下面的功能：

（1）紙貼能夠平鋪即有足夠的張緊力；

（2）刷膠部分要能自動(dòng)均勻刷膠保持紙貼的完整性；

（3）胎膜的敷貼有適當(dāng)?shù)膲壕o使敷貼的更好；

（4）胎膜在入料、敷貼、出料要配有相對應(yīng)的傳感器使其在特定位置停止及運(yùn)動(dòng)；

（5）為保證高效率、無廢邊的工作，在適當(dāng)處設(shè)計(jì)相應(yīng)的裁剪裝置。

基于上述的設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過多方面研究，設(shè)計(jì)出一種馬賽克紙貼自動(dòng)敷貼機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖1所示。

經(jīng)過研究，首先采用S型導(dǎo)向結(jié)構(gòu)使其紙貼處于張緊狀態(tài)，其結(jié)構(gòu)簡單，原理易懂，制造方便；在此結(jié)構(gòu)中安裝一組張力檢測裝置，能夠在此檢測紙貼相對應(yīng)的張緊狀態(tài)，以此也可做出相對調(diào)節(jié)。其次在馬賽克敷貼模塊采用氣壓缸的裝置，使胎膜在敷貼過程中一直處于壓緊狀態(tài)。本系統(tǒng)在馬賽克敷貼的整個(gè)過程中利用相互的運(yùn)動(dòng)和光電傳感器實(shí)現(xiàn)馬賽克胎膜的快速、穩(wěn)定工作。

2.2 工作過程

基于馬賽克敷貼的各種要求，所設(shè)計(jì)出的馬賽克紙貼自動(dòng)敷貼機(jī)的工作過程如下：

初始點(diǎn)設(shè)備皆是靜止?fàn)顟B(tài)，開始啟動(dòng)電源；首先傳送帶I開始轉(zhuǎn)動(dòng)，胎膜1經(jīng)傳送帶I傳送至傳感器B處，傳感器B檢測到胎膜1后，傳送帶II開始轉(zhuǎn)動(dòng)（下壓料滾筒隨之轉(zhuǎn)動(dòng)），胎膜1經(jīng)上下壓料滾筒進(jìn)行紙貼（S型導(dǎo)向后經(jīng)刷膠機(jī)對其刷膠）的敷貼，傳送至傳送帶II；當(dāng)處在敷貼過程中，傳感器B一直檢測到有胎膜，后面的胎膜2傳送至傳感器A，檢測到胎膜，傳送帶I將停止轉(zhuǎn)動(dòng)；胎膜1在敷貼過程完成作業(yè)，傳感器B檢測不到胎膜后，傳送帶I、傳送帶III開始轉(zhuǎn)動(dòng)；胎膜1傳送至傳送帶III上，胎膜2經(jīng)敷貼傳送至傳送帶II，胎膜3在傳送帶I上；當(dāng)胎膜1傳送至傳感器C處時(shí)，檢測到胎膜，傳送帶II、傳送帶III將停止轉(zhuǎn)動(dòng)，裁剪裝置啟動(dòng)氣缸將對待裁剪部分（胎膜1和胎膜2的相連接處）進(jìn)行裁剪，將連接的紙貼剪斷后，傳送帶II、傳送帶III將繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)；胎膜1經(jīng)傳送帶III出料，胎膜2傳送至傳送帶III上，胎膜3將進(jìn)行敷貼；以此過程循環(huán)作業(yè)。

3 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

3.1 張緊模塊的設(shè)計(jì)

紙貼在傳輸過程中，需經(jīng)過一定的傳輸來控制其運(yùn)動(dòng)。為保證紙貼在敷貼過程中的穩(wěn)定，達(dá)到對馬賽克產(chǎn)品的要求，需要控制紙貼的速度。由于機(jī)械的運(yùn)動(dòng)或輕微的振動(dòng)，馬賽克紙貼敷貼機(jī)上的紙貼的傳輸速度就會(huì)發(fā)生改變，導(dǎo)致紙貼在敷貼過程中發(fā)生斷裂或產(chǎn)生褶皺。即決定采用S型導(dǎo)向裝置來控制紙貼的傳輸方向和速度。如圖2所示。

如圖所示，紙貼在經(jīng)過放卷機(jī)后， 通過導(dǎo)向滾輪多次轉(zhuǎn)向來實(shí)現(xiàn)紙貼的張緊狀態(tài)；而紙貼的張緊力通過張緊檢測裝置進(jìn)行檢測。紙張的張緊力是要滿足敷貼的適宜值，除了通過敷貼過程中上下敷貼滾輪的轉(zhuǎn)速控制外，還需再放卷機(jī)上來加以控制，則將通過磁粉制動(dòng)器來對放卷機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3.2 刷膠模塊的設(shè)計(jì)

紙貼在敷貼前要對其進(jìn)行刷膠過程，則需滿足對紙貼刷膠的膠量控制、刷膠過程中對紙貼的自動(dòng)傳送、膠水的方便送入等。經(jīng)過各方查找及市場上的調(diào)研，設(shè)計(jì)出多套刷膠模塊的方案；經(jīng)過多方案的研究比較，將在進(jìn)入敷貼前設(shè)置一套如下圖3所示的刷膠模塊。

整體上通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)刷膠滾筒及壓紙滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了對紙貼的刷膠及紙貼的傳送功能。在刷膠中，刷膠驅(qū)動(dòng)電機(jī)與傳送帶II同步作業(yè)，防止了紙貼的累積；刷膠滾輪實(shí)現(xiàn)對紙貼的刷膠，膠量調(diào)節(jié)滾筒則用來調(diào)節(jié)刷膠滾筒上膠的均勻性，壓紙滾輪使紙貼很好地附在刷膠滾筒上，使刷膠滾筒上的膠均勻地涂刷在紙貼上。

3.3 敷貼模塊的設(shè)計(jì)

基于胎膜在敷貼過程中是全自動(dòng)化的敷貼過程。而胎膜在敷貼過程中，需加一個(gè)力使紙貼很好地敷貼在胎膜上。但胎膜在此過程中可能會(huì)遭到破壞或敷貼不嚴(yán)（紙貼易脫落）現(xiàn)象，考慮到此現(xiàn)象，故設(shè)計(jì)出一種氣缸式的敷貼裝置。如下圖4所示。

如圖所示，此模塊單元主要由上下敷貼滾筒、氣缸、滑動(dòng)軸承座組成，氣缸可帶動(dòng)上敷貼滾輪上下移動(dòng)，能滿足不同規(guī)格的馬賽克敷貼要求。在胎膜的敷貼過程中，隨著下敷貼滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，胎膜將進(jìn)入敷貼狀態(tài)，進(jìn)而胎膜將頂起上敷貼滾筒，對氣缸一個(gè)力；氣缸加載有高壓氣體，相對應(yīng)的氣缸也會(huì)給上敷貼滾筒一個(gè)阻力，使刷膠后的紙貼緊緊地敷貼在胎膜上。此模塊結(jié)構(gòu)簡單、方便，并且很好地避免了對胎膜的破壞。

4 建模

根據(jù)設(shè)計(jì)出的機(jī)械結(jié)構(gòu)及其工作過程，針對各個(gè)模塊單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；利用Solidworks三維軟件建模出一種全自動(dòng)化的馬賽克紙貼自動(dòng)敷貼機(jī)。如圖5所示。

5 總結(jié)與展望

在當(dāng)前的馬賽克行業(yè)中，馬賽克的生產(chǎn)廠家較多，且馬賽克圖案也一直受到廣大人們的喜愛，市場需求很大；當(dāng)下馬賽克的紙貼技術(shù)還不能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化或存在缺陷，而馬賽克產(chǎn)品的生產(chǎn)一直是馬賽克產(chǎn)業(yè)急需待解決的難題。本文設(shè)計(jì)出的馬賽克紙貼敷貼機(jī)較為規(guī)整、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便；能夠很好地實(shí)現(xiàn)馬賽克產(chǎn)品快速、穩(wěn)定的自動(dòng)敷貼；效率高、成本低，能夠很好地滿足市場的需求，并且很好地解決了我國馬賽克產(chǎn)品的生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

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Abstract： For the current production of mosaic paper stickers are mostly manual operations， the efficiency is low， the production quality cannot meet the requirements， it is urgent to design a set of fully automated mosaic paper stickers automatic application equipment to solve the problem. Through in-depth research and discussion on all aspects of mosaic paper， a series of mosaic paper stickers were conceived. This paper is based on the design of the mosaic paper sticker automatic applicator and systematically describes the key design of the mosaic part， including the paper application of the tension module， the brushing module， and the application of the fetal film. For the first time， a mosaic paper sticker automatic applicator， which can realize full automation without waste scraps and forward adjustment， was designed and manufactured.

Keywords： Mosaic paper sticker； Functional module； Mechanical design