高速膠裝機底膠鍋的改良設計

牛仁紅

COSMOS13000是我公司設計與生產的一臺高速膠裝機，其主要功能就是膠訂書。該機型從2015年開始設計，2016年年初第一臺樣機生產完畢，使用廠商為新華印刷廠。經過近一年的運行，發現該設備的膠鍋設計不夠完美，有不少改良的空間，主要體現在以下4個方面：第一，膠裝機底膠預熱桶位于機器上方，每次倒膠和查看膠水余量時，需要借助梯子或者平臺來爬到機器上面，操作和維修略有不便。第二，底膠膠鍋在維修調試時，需要把膠水轉移到其他容器中，膠水凝固后很難處理。第三，從預熱桶到放膠是間歇式的，膠鍋里的膠水高度不一致，導致膠裝后來的書的質量不穩定；第四，膠鍋的刮膠板是凸輪控制，當書的尺寸需要調整時，操作不方便。

針對以上的不足之處，在滿足高速機的需求以及保證線速度和書速度一致的情況下，提高補膠的速度、滿足用膠速度的前提下，做了初步的改良設計。設計方案主要從以下幾個方面進行改良考慮：第一，線速度要保證高速機，讓膠水能夠堆積在書上。第二，預熱桶放在膠鍋下面，在維修膠鍋時，可以把膠水放進下面預熱桶里。預熱桶體積要大一些，避免工人太頻繁的加膠。第三，膠水從下面用膠泵打到膠鍋，只要達到溫度，一開機膠水就上，而且隨著機器的快慢上膠量自動調節。如果膠鍋里面需要維修，則打開放膠閥，膠水就回流到預熱桶，維修好以后一開機膠水又自動上，非常方便。第四，刮膠板改為氣動刮膠板，結構比凸輪的簡單，操作方便，調整簡單，書的大小有調整時，只需要觸摸屏上面調整書尺寸配置即可。

初步改良設計方案

經過一系列的溝通研討后，改良后的底膠機構運動過程如圖1和圖2所示。

當膠裝機開動時帶動鏈輪1旋轉，鏈輪1帶動鏈輪2，鏈輪2通過齒輪帶動齒輪3轉動，齒輪3和上膠泵4鏈接在一起，所以上膠泵開始轉動，開始通過上膠管5把膠水帶進底膠膠鍋6；因為上膠泵上的膠比實際使用的膠要多，所以多余的膠通過溢膠管7再回流到預熱桶，如此往復實現自動上膠。

當膠裝機開動時帶動鏈輪1旋轉，鏈輪1和膠輪固定在一根軸上的，當書芯過來到膠輥上時，氣缸11拉回，把刮膠板9打開，那么熱熔膠通過膠輪10上到書芯8上；當書芯過了膠輪時，氣缸11伸出，使刮膠板9關閉，把膠輪10上的膠刮掉。

關鍵技術設計點

初步方案確定后，關鍵的技術要點就是3個計算參數的確定及氣動刮膠板的設計，分別是：①上膠輪的線速度；②預熱桶體積；③膠泵的選擇和膠量計算：④氣動刮膠板的設計。下面逐一進行介紹。

1.上膠輪的線速度計算

已知電機轉速=1446轉/分，根據傳動圖（圖3）齒數比得：

主軸轉速=1446×（38/68）×（38/68）=451.56轉/分

主鏈輪轉速=451.56×（18/50）×（30/90）=54.19轉/分

主鏈輪線速度=54.19×606.78×3.14=103242.81毫米/分

主鏈輪的線速度就是鏈條的線速度，又因為書夾子固定在主鏈條上，所以，主鏈輪的線速度也是書夾子的線速度，而書夾在書夾子上，所以書的線速度為103242.81毫米/分。

如果膠輪的線速度和書的線速度一致，那么膠輪上的膠水就會涂在書背上，如果膠輪的線速度比書的線速度高，那么膠輪上的膠就會堆積在書背上，上的膠就比線速度一致的情況下上的厚。

根據以上計算結果，倒算出從主軸到膠輪的齒數比，如圖4所示。

線速度計算完之后，還需要進行進一步的驗證，確保計算結果符合實際的需求。

膠輪的轉速=主軸線速度×（26/52）×1×（51/38）×（38/42）=274.16轉/分

膠輪線速度=274.16×120×3.14=103304.55毫米/分

膠輪線速度103304.55毫米/分大于103242.81毫米/分，結論是齒數比和膠輪直徑合理。

2.預熱桶體積的計算

書本的厚度為5～10mm，膠裝機的最高速為13000本/時，書本的長度為210mm～297，書本上膠的厚度為1mm～1.5mm，如果書本的厚度為10～20mm的時候，膠裝機的最高速為10000本/時，書本長度和上膠厚度不變。

每小時最小用膠量=5×210×1×13000=13650000立方毫米/時

每小時最大用膠量=20×297×1.5×10000=89100000立方毫米/時

初步設計的預熱桶毛裝膠的體積=836×426×323=115031928立方毫米

預熱桶中的加熱棒的體積=截面積×高度×數量=2624×323×24=20341248

純裝膠的體積=毛裝膠體積-加熱棒的體積=94690680立方毫米

加膠時間1 =純裝膠體積/每小時最小用膠量=94690680/13650000=6.94時

加膠時間2 =純裝膠體積/每小時最大用膠量=94690680/89100000=1.06時

通過以上計算得出，膠裝機按照最高速運轉，加膠的時間間隔，最短為1.06小時，最長為6.94小時。

3.上膠泵的選擇和上膠量計算

上膠泵是安裝在預熱桶里，膠水的溫度為160℃～180℃，膠水的黏度很高，一般的泵根本打不上去。經過多方搜集資料、實地考察，最終選了一款熱熔膠齒輪泵。這種泵根據每轉泵出的體積不同，分多種具體的型號。根據外形尺寸和體積，初步選擇了JR18膠泵，也就是說每轉可以上膠18毫升。下面核算這個型號的泵是否滿足上膠量。

由于結構位置比較小和環境溫度比較高，所以膠泵不能采用電機帶動，只能采用從膠鍋的其他部位傳動過來，最終確定從上膠輪用鏈條傳到膠泵。

根據上面的計算結果，膠輪的轉速為274.16轉/分=16449.6轉/時。

如果膠泵和膠輪的轉動比為1∶1，那么每小時的上膠量=16449.6×18×1000=296092800立方毫米/時，是最高速最厚書用膠量89100000的3.3倍，顯然上膠太多，一個是浪費，一個是膠水用不完還要回流。

如果膠泵和膠輪的轉動比為1∶3，那么每小時的上膠量= 1 6 4 4 9 . 6×（1 / 3）×18×1000=98598902立方毫米/時，是最高速最厚書用膠量89100000的1.1倍，這樣比較合適，還留了0.1倍的安全余量。

4.氣動刮膠板的原理和動作過程

原來膠裝機的刮膠板都是用凸輪控制的，結構復雜，安裝、調整不方便。改成氣動控制以后，上膠的長度只需要在觸摸屏里設定就好了。氣缸每次動作接近開關5要閃亮一次，如果接近開關在一個周期內沒亮，即氣缸出了問題，機器停機或者報警。

刮膠板的氣動設計如圖5所示。

當書芯過來到膠輥上時，氣缸1拉回，通過旋轉軸3帶動刮板6打開，那么熱熔膠通過膠輪7上到書芯上；當書芯過了膠輪時，氣缸1伸出，使刮膠板6關閉，把膠輪7上的膠刮掉。通過調整限位螺釘2，可以調節刮膠板關閉時到膠輪的距離，調節手柄4可以調節刮膠板打開的大小。

結束語

經過改良設計后的設備，在方便性和可操作性方面都得到了極大的改善。2016年底，改良后的設備加工完畢，在浙江新華印刷集團開始投入使用。經過半年多的運行，目前這臺膠裝機的速率可達11200本/時，設備的用戶體驗良好，可靠性高，得到了客戶的極大滿意和一致好評。

作者單位：上海英厚機械科技有限公司endprint