基于半自動的口罩折疊機(jī)的研究

于海城

（長春工程學(xué)院，吉林 長春130012）

傳統(tǒng)口罩成型設(shè)備設(shè)計(jì)制造成本高，調(diào)試?yán)щy，材料利用率低等缺點(diǎn)。我們通過優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，降低制造成本，設(shè)計(jì)簡單易用的交互方式，降低機(jī)器的使用難度，調(diào)試難度，使得我們設(shè)計(jì)的機(jī)器可以更好的適用于現(xiàn)有的生產(chǎn)狀況，來提升口罩產(chǎn)能。

1 概述

2020 年春節(jié)來臨之際，新型冠狀病毒（2019-nCoV）疫情突如其來并肆虐全國。疫情發(fā)生后，民眾對醫(yī)用口罩需求激增，各地口罩迅速斷貨。隨著疫情的發(fā)展，一線臨床口罩出現(xiàn)短缺。現(xiàn)在中國的普通醫(yī)用口罩的口罩產(chǎn)能已經(jīng)在近幾月中得到了極大的發(fā)展，但是作為醫(yī)院最急需的KN95 口罩產(chǎn)能卻沒有得到足夠的增長，所以我們團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)研發(fā)一款半自動的KN95 口罩機(jī)，提高生產(chǎn)效率、優(yōu)化口罩生產(chǎn)線。

2 原有口罩機(jī)缺陷

2.1 全自動口罩機(jī)設(shè)計(jì)缺陷

2.1.1 布料放置架上料機(jī)構(gòu)非常不穩(wěn)定，只要換一卷料，布料張力就無法恢復(fù)到起始，調(diào)試會浪費(fèi)很多料。

2.1.2 打片機(jī)的壓輥調(diào)整機(jī)構(gòu)，既要保證滾筒的壓緊力，還要保證壓輥兩側(cè)的壓緊力，這樣才能避免料帶跑偏，因布料為軟性材料，無法采用機(jī)械糾偏方式。

2.2 手動口罩機(jī)的缺點(diǎn)

2.2.1 手動口罩雖然減少了機(jī)器的調(diào)試時間，但是卻有著生產(chǎn)效率低下，如果雇傭大量工人會失去僅有的價格優(yōu)勢。

2.2.2 設(shè)備精度低，無法適應(yīng)現(xiàn)在口罩產(chǎn)能短缺，急需擴(kuò)大產(chǎn)能的實(shí)際生產(chǎn)需求。

3 新型口罩折疊機(jī)

針對以上技術(shù)中存在的缺點(diǎn)和問題，加以改進(jìn)和創(chuàng)新，經(jīng)過多次研究與實(shí)驗(yàn)，研制成功了一種使用難度低、加工范圍廣且易于調(diào)整的口罩折疊機(jī)。

3.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)整體采用工業(yè)40 系列鋁型材作為框架，其中選用矛釘、端蓋、M14 蹄腳作為過渡器件進(jìn)行整體機(jī)構(gòu)的聯(lián)接；整體工作部分的電力供應(yīng)由機(jī)構(gòu)右下方的配電控制箱控制；工作部分選用氣動小90°ACK 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角下壓夾緊氣缸和口罩機(jī)旋轉(zhuǎn)氣缸搖擺齒輪式90°氣動擺臺各一個進(jìn)行動作的實(shí)行，配合調(diào)壓過濾器通過設(shè)置調(diào)節(jié)彈簧的壓力以及啟動停止按鈕來完成把進(jìn)口壓力降低到所需出口壓力值。在速度調(diào)控機(jī)構(gòu)中應(yīng)用執(zhí)行器電磁閥對機(jī)構(gòu)的動作速度進(jìn)行調(diào)控，因電磁閥可以配合不同的電路來實(shí)現(xiàn)預(yù)期的控制，所以控制的精度和靈活性都能夠保證。工作部分的聯(lián)接因?yàn)槠鋲毫^大所以利用管接頭進(jìn)行各部件的聯(lián)接。

圖1 口罩折疊機(jī)裝配圖

3.2 工作流程介紹

動作開始，將半成品至于工作槽內(nèi)。啟動雙手啟停按鈕，氣動小型90°ACK 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角下壓夾緊氣缸工作，搖臂進(jìn)行順時針90°旋轉(zhuǎn)隨后液壓桿進(jìn)行下沉完成對半成品的固定；隨后旋轉(zhuǎn)氣缸搖擺齒輪式90°氣動擺臺進(jìn)行翻折運(yùn)動使半成品完成折疊過程；氣動小型90°ACK 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角下壓夾緊氣缸搖臂進(jìn)行逆時針90°旋轉(zhuǎn)的同時液壓桿進(jìn)行上升；隨后旋轉(zhuǎn)氣缸搖擺齒輪式90°氣動擺臺復(fù)位整個動作完成。

3.3 PLC 程序設(shè)計(jì)

圖2 PLC 語句表

3.4 硬件解釋

結(jié)構(gòu)選用氣動小型90°ACK 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角下壓夾緊氣缸和口罩機(jī)旋轉(zhuǎn)氣缸搖擺齒輪式90°氣動擺臺完成整體動作對機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行極大的簡化有利于控制成本及調(diào)試難度。同時機(jī)身開關(guān)使用雙手啟停開關(guān)預(yù)防安全事故的發(fā)生。

3.5 程序解釋

程序設(shè)計(jì)時采用自鎖結(jié)構(gòu)對整體進(jìn)行控制，同時可以通過調(diào)整定時器的時間設(shè)置間接控制對整個機(jī)構(gòu)工作的速度。根據(jù)程序順序：啟停開關(guān)打開，氣動小型90°ACK 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角下壓夾緊氣缸順時針旋轉(zhuǎn)并下壓完成對半成品固定，同時定時器開始計(jì)時；0.5s 后口罩機(jī)旋轉(zhuǎn)氣缸搖擺齒輪式90°氣動擺臺進(jìn)行順時針旋轉(zhuǎn)同時另一定時器啟動。0.5s 后壓緊氣缸逆時針旋轉(zhuǎn)并上升復(fù)位，定時器開始計(jì)時0.5s；最后旋轉(zhuǎn)氣缸復(fù)位。整個動作在程序的控制下僅需2s 極大的縮短口罩折疊過程中的時間，有助于大批量的口罩生產(chǎn)工作。

3.6 本設(shè)備優(yōu)點(diǎn)

本新型口罩折疊機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)械故障少、噪音小，操作簡單、產(chǎn)品廢品率低。利用旋轉(zhuǎn)氣缸和旋轉(zhuǎn)壓緊氣缸相互配合，在優(yōu)化了整體的機(jī)械結(jié)構(gòu)的同時保證機(jī)器的可靠性，提升了生產(chǎn)效率。簡化使用流程，降低人工的培訓(xùn)成本，減少設(shè)備調(diào)試時間。

4 課題展望

由于本次實(shí)驗(yàn)的時間和條件有限，我們的研究仍有很多后續(xù)的發(fā)展控制。

4.1.后續(xù)可以繼續(xù)研究傳統(tǒng)口罩的生產(chǎn)線，使我們設(shè)計(jì)的產(chǎn)品可以更好的融入現(xiàn)有的口罩生產(chǎn)線，減少生產(chǎn)廠家對原有設(shè)備的更換。

4.2.繼續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)使其能夠做到裁剪成型一體化的口罩機(jī)。

5 結(jié)論

我們設(shè)計(jì)生產(chǎn)的口罩折疊機(jī)能夠減少口罩機(jī)的調(diào)試時間，降低人力成本，具有低成本、高效率的優(yōu)勢，來吸引口罩生產(chǎn)廠商擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，以此來提高KN95 口罩的產(chǎn)能。