毕业设计开题报告.docx
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毕业设计开题报告
中北大学
毕业设计开题报告
学生姓名：
***
学号：
08020143**
学院、系：
机械工程与自动化学院机械工程系
专业：
机械设计制造及其自动化
设计题目：
ZYHD490B混合式折页机给纸机设计
指导教师:
李瑞琴教授
2012年3月13日
毕业设计开题报告
1．结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：
文献综述
1.1本课题的研究目的和意义
近年来，国内外印刷行业处于快速发展阶段，企业和个人对印刷产品的实时性和个性化的要求愈来愈高。
为了满足这些需求，大量的前沿科学技术被应用到印刷设备的设计和生产中。
在上世纪90年代，数家国外印刷工业中的大公司连手推出了一种先进的印刷设备——数字印刷机，并提出和制定了事实上的国际数字化行业标准。
从此，国外印刷行业逐步进入了数字化印刷时代。
但是，与国外印刷设备生产行业相比较，我国在印刷设备制造设计方面还有很大的差距，目前生产的主流设备多为传统设备，尚没有数字化接口功能，其产品在市场上受到了日益严峻的挑战[1]。
本课题研究的ZYHD490B混合式折页机，旨在借鉴国内外印刷行业关于折页机的优秀设计方案，对现有方案中存在的不足进行改进，使折页机给纸机能够更好地适应市场需求，提高印刷设备的生产效率。
1.2国内外折页机的技术研究现状
1.2.1国际上折页机的技术研究现状
在高新技术的支持下，印后发展趋势逐渐呈现出多样化，技术应用也日趋成熟。
因此，为迎合印刷市场的高速发展，高端折页设备制造商以实现活件从印前到印后的无缝转换为目标，推出了高自动化的折页设备及适应CIP3/CIP4标准的折页机生产线。
除日本、瑞士、美国及中国等少数几个国家生产折页机外，折页机的主要生产厂家都集中在德国。
德国的STAHL公司的和MBO公司所生产的折页机在品种和产量上均占绝对统治地位，在产品水平和制造技术上也堪称世界折页机之佳品。
两家公司所生产的折页机都以其精美的造型、可靠性享誉世界印后装订行业。
STAHL和MBO折页机给纸机的结构特点：
1.积木式模块设计
采用积木式模块设计是这两家公司折页机的共同特点，分别由输纸机，第一折组，第二折组，第三折组，第四折组和收纸机等各自独立的单元组成。
各个独立单元都有多种结构形式以适应用户的各种不同需求。
如输纸机备有堆积式，机外垛纸框架式，圆捆式等等，而且任何一种输纸机都可以跟其相同规格的第一折组相匹配。
第一折组形式专一，从第二折组起，其结构形式既可采用折刀式和第一折组合，以构成K系列混合式折页机；也可采用栅栏式和第一折组组合以构成T系列栅栏式折页机，并且还可以第二折组采用栅栏式而第三折组采用折刀式，以构成另一种形式的混合式折页机。
收纸机和输纸机一样，也有多种形式，多种型号供用户选择，充分显示了积木式模块设计灵活多变，功能多样，能根据用户订货要求快速组合等诸多优点。
2.采用特殊结构和工艺手段保证机器的可靠性和稳定性
在特殊结构和特殊工艺方面，这两家公司各有妙招，其效果也可谓并驾齐驱。
（1）两家公司所制造的纸张分系统均相当可靠，但结构原理却截然不同。
STAHL公司采用全气动自动分纸和送离纸堆，其特点是对气动元件的制造精度要求相对很高。
在输纸频率很高的情况下，二者的稳定性都很好。
（2）STAHL公司的折辊和纵分轴采用斜齿轮传动，提高了齿轮的啮合系数，同时保证了折辊的线速度一致；而MBO是采用平皮带传动，降低了传动过程中所产生的噪音。
二者各自的缺点都可以通过提高制造精度来得到最大限度的克服，高精度齿轮可极大限度地降低噪单，而高精度的平皮带轮和轻松灵活的折辊由承以及质地优良的平皮带亦能使折辊间的失速减小到对于折页机来说可以忽略不计。
这在STAHL和MBO两家公司所生产的折页机上得到了充分的证实。
（3）两家公司都采用钢质细齿聚氨酯折辊，但STAHL公司采用环式聚氨酯套，钢套间开，而MBO公司则采用钢质细齿螺旋形聚氨酯带。
正如两家公司各自宣扬的各自折辊的优点一样，在提高折页精度，减少纸张打滑、降低折辊运动噪音等方面都发挥了很好的作用。
（4）另外如聚氨酯吸纸轮，除静电齐纸台，高精度的传动轴承、带万向联轴节的传动齿轮板，精致的栅板以及轻巧灵活的折刀等等，对高精度折页都提供了稳定，可靠的保证。
（5）数字式控制系统在折页机上已经得到应用。
（6）STAHL公司和MBO公司都已在各自的产品上局部采用了数控技术。
STAHL公司的数控系统取名为DCT2000，它通过逆变器以及传感器技术进行传动控制，吸纸周期控制，纸张监测控制，计数控制及故障诊断显示等等，是智能化的控制软件与先进的驱动系统相结合的产物。
MBO公司的数控系统取名为“MPC系统”，它设置了纸张测量、纸张监测控制等。
方便可靠的电子技术大大提高了机器的生产效率，降低了劳动强度，同时也提供了更多的附加功能。
1.2.2国内折页机的技术研究现状
国内生产折页机的厂家目前有湖南第二人民机器厂，上海紫光，紫宏，第二印机厂，力顺等企业，这些厂有均生产ZYH系列混合式折页机。
此外，唐山玉印、长春印机、宜宾印机等厂家也生产其它系列的折页机，但产量较小。
目前，国产折页机跟国际知名产品相比，在造型、品种、性能上仍有较大差距。
湖南第二人民机器厂作为专业生产折页机的厂家，现有主导产品ZYH600C对开混合式折页机，被业内认为是适合国情产品。
我国书刊四折页帖子较多，为迎合手工折页的需要，不管是双联还是单联，大都为正折。
既能实现双联正折，又能实现单联正折的对开混合式折页机，国外还没有，但是国内的ZHY660C则可以实现。
为了赶上国际先进水平，湖南第二人民机器厂通过半年的努力，目前已完成高速折页机关键技术的研究工作，并应用于ZHYD490B混合式折页机上，使机器速度达到180米/分钟，可靠性和稳定性得到很大的提高，且噪音控制在84DA以下。
样机在实际使用中，4开纸以240贴/分钟的速度正常走纸，情况极好。
该机有以下特点：
采用带万向联轴节的齿轮啮合板与折辊，刀轴活性连接，使折辊（刀轴）间隙调整与齿轮啮合无关，始终保持齿轮的正常啮合精度，提高了机器的可靠性和稳定性。
采用钢与非金属齿轮相间啮合，以降低噪音。
采用数字式电磁控制折刀，提高了机器的可靠性和稳定性及机器的操作性能。
采用国家最新科研成果——一种特殊高分子聚乙烯材料制作折辊环套，以增加折辊的耐磨性；改善折辊制作工艺，提高折辊制造质量，从而提高了机器的可靠性和稳定性[2]。
1.3折页机的发展趋势
折页机是书刊装订的必备设备。
为适应印刷市场的需求，特别是在客户要求生产周期短，质量要求高，个性化印刷品越来越多的情况下，传统的手工折页及低速折页机已不能满足印刷品装帧质量要求[3]。
折页机作为印后的关键设备,其重要性源自于它所作业对象的昂贵。
作为最后的工序,它所作业的印品已经投入了大量的精力和财力,如纸张、油墨、印前制版、印刷费用。
因此,一旦折页装订中某个环节有所偏差,其结果是可想而知的。
况且,在当今市场经济中,短周期、小批量、高质量、个性化的印刷品越来越多,这就要求折页设备质量要更稳定,速度要更快,产品要更精[4]。
新一代的折页机给纸机的发展趋势：
①更注重细节
②功能得到了进一步的扩展
③向高速、高稳定性方向发展
④幅面多变、大幅面折页机的踊跃出现
⑤低噪音桌面折页机将得到发展
⑥逐渐融入一体化流程，更加智能化[5]
目前，折页机一般还是单机操作，由于其工艺特点，生产效率不如其他装订设备，所以还没有实现与其他装订机械的联动化生产。
但是随着印刷机械向大型、高速的方向发展，为了减少印刷与装订过程的不平衡，应使折页机与印刷机直接相连，使印刷与折页连续进行，以利于装订机械的联动生产[6]。
为适应市场需求，北人凭借在印刷界几十年的经验，结合国内外先进技术，全新研发出一系列高性能折页机。
运用其中的新技术有高寿命折页辊、高精度栅栏板、领先电控刀制造技术、多功能电控系统[7]。
1.4折页机的分类
根据折页机构技术性能的不同，折页机可分为刀式折页机、栅栏式折页机、栅刀混合式折页机和塑料线烫订折页机。
除此之外，在卷筒纸印刷机上还装有配套专用折页机构，以及与骑马联动机配套的折搭机等折页机构[8]。
1.5折页机的折页方式
版面排列方式随折页方式不同而变化。
折页方式[9]可以分为平行折、垂直交叉折、混合折三种，如图1所示。
（1）
（2）（3）
图1折页方式
（1）平行折
（2）垂直交叉折（3）混合折
1、平行折:
相邻两折的折缝相互平行的折页方式称为平行折页法。
平行折页法适用于纸张结实的儿童读物、图片等。
平行折包括扇形折、卷筒折（即卷心折）。
（1）
（2）
图2扇形折、卷筒折和对对折
（1）扇形折
（2）卷筒折
2、垂直交叉折:
相邻两折的折缝相互垂直的折页方式称为垂直交叉折页法。
大部分印张都采用垂直交叉折页法进行折页。
3、混合折:
在同一书帖中,折缝既有相互垂直的,又有相互平行的。
这种折法称为混合折页法。
1.6混合式折页机的工作原理
图3自动混合式电控刀折页机主要结构
电控刀折页机给纸机[10~15]（如图3所示）主要由堆纸平台、纸张分离系统（分纸飞达头）、送纸系统、弯曲平行折页系统（栅栏板）、垂直折刀折页系统（电控刀）、伺服电机、双张控制机械、光电检测头、吸纸风轮、电器控制系统[16~17]（自动化程序）、触摸屏及独立的收帖机等各自相对独立的零部件组成。
设备调试因纸张关系一般由用户自带纸张样品或安排在用户生产现场进行。
该机与其他同类产品相比，一是折页速度快（260折／分钟），生产效率高。
二是可折页纸张薄（339折／m2）。
三是具有白纸报警功能，提高了出书质量及产品合格率，减轻了劳动量。
其主要结构特点：
经堆积式给纸机纸张分离系统进行单张分离，后经栅栏板，电控刀折页，进行控制模块化设计，用户可以按需进行任意折页次数组合，以形成各种不同系列的电控刀折页机。
该结构不仅大大缩短了装配工作量和交货时间，而且能满足用户的各种需要，方便设备维修。
电控刀折页机由1组4（或6）根折辊和1组栅栏板组成。
其工作原理（如图3所示）是折辊利用纸张表面的摩擦力把纸张送至栅栏板表面，再到达挡规，折辊再利用纸张在栅栏表面上伸直时产生的刚性。
当旋转的折辊继续向前送纸，纸张的前面被挡规挡住不能向前时，纸张在刚性的作用下，在折辊与栅栏板下唇部交汇三角区产生反向运动弯曲，从而形成折页机的第1折。
依此类推，不断重复上述方法形成所需折页。
其工作过程和步骤如下：
由分纸飞达头吸嘴从纸堆中吸起纸张，经吹嘴在纸层问吹气，实现纸张的单张分离，并使吸起纸张的另一边飘向风轮，提升到位后的单张纸的真空度在气阀限位放气的作用下，失去了吸附纸张的吸力而下行。
此时，电磁阀开启，吸纸风轮在真空吸力作用下，把由分纸飞达头吸起的纸张传送过来送入输纸带。
送纸系统经双张控制机构保证单张输纸，在输纸带与拉规（安装斜度为2。
）所产生的横向分力作用下，纸边紧贴拉规前进，从而保证纸张垂直进入栅栏板。
在栅栏板前进口处装有转向条，根据折页需要调整转向条即可控制栅栏折页，最多能进行4次平行折页。
折线位置由栅栏上的档规来控制，完成栅栏折页后，纸张自动进入垂直折刀折页系统，光电检测合格后伺服电机动作。
第1折刀垂直下行折页并迅速返回：
如光电检测不合格，折页机会自动停机并报警，避免折刀误折。
折刀共有3套，根据制程序控制可使3套折刀分别工作，完成所设定的折页顺序，最后由收帖机把完成折页的书帖收回。
根据折页的需要，收帖机位置可安装在整机的前、后、左、右，收帖机可移动，高低可调、角度可调、纸帖大小可调，完全能满足客户对各类书帖收集、整理的需要。
混合式折页机控制系统软件由上位机（工控机）软件和下位机（PLC）软件组成。
上位机软件主要完成人机交互、控制数据的生成和管理以及数据处理；下位机软件主要完成变频器的速度控制、挡规位置控制、机器运行状况的监测及信号的输入与输出。
根据自定义的通讯协议实现上、下位机软件数据的交换[18~19]。
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（1）:
36～39
毕业设计开题报告
２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：
2.1本课题研究的内容：
ZYHD490B混合式折页机送纸升降机构
ZYHD490B混合式折页机分纸系统
2.2本课题研究拟采用的手段：
2.2.1ZYHD490B混合式折页机送纸升降机构方案及结构设计
给纸台的升降
现代折页机给纸台的升降方式主要有两种，即自动上升和快速下降。
给纸台自动上升的目的是按照给纸台高度检测装置发出的纸台上升信号，使给纸台自动上升，保证纸张分离和输送的连续性；快速升降的目的是在装纸和卸纸时，能够快速提升或降低给纸台高度，减少辅助时间，提高生产效率。
给纸台的自动上升
随着折页过程的正常进行，给纸台上的纸张不断被分离和输送，纸堆高度逐渐下降。
为了保证纸张分离装置能够连续工作，给纸台必须随着纸堆高度的下降而自动上升。
通常检测纸堆高度的是纸张分离装置中的压纸脚。
给纸台的快速升降
给纸台的快速升降通常采用直接通过按钮启动给纸台升降电机来完成。
并且最终与给纸台自动上升装置汇合到一起，只是检测状态下的只需要自动上升，而直接控制的不仅需要快速上升也需要快速下降。
根据要求，用升降电机传输动力，由于升降电机转速较高，需先减速，可以采用齿轮减速、蜗轮蜗杆减速、或者摆线针轮行星减速机进行减速，考虑到经济因素以及各类减速机的体积，选用摆线针轮行星减速机。
升降电动机通过摆线针轮行星减速机后可用带传动、链传动和齿轮传动。
由于带传动适用于高速低载，且带传动易打滑和疲劳失效，考虑到齿轮造价稍高，所占空间较大，故采用链传动。
通过链传动，带动轴的运转，考虑到有交错轴的场合，采用蜗轮蜗杆传动，再通过与蜗轮同轴的链轮来控制给纸台的升降。
通过Pro/E软件绘制升降机构简图，如图5：
图5ZYHD490B混合式折页机送纸升降机构示意图
送纸升降机构的实现方式
升降电动机通过摆线针轮行星减速机把转矩传递给链轮1，由于摆线针轮行星减速机的速比及效率较高，链传动不必再设计成减速链传动，为简化设计与计算，两链轮设计成同样大小的链轮。
蜗杆与链轮2同轴，带动与蜗杆啮合蜗轮的转动，链轮3与蜗轮同轴，从而通过链轮的转动实现给纸台的升降。
2.2.2ZYHD490B混合式折页机分纸系统结构及方案设计
纸张分离系统（如图6）是该机的关键系统，设计的纸张分离系统具有全自动跟踪及气动程序控制分离纸张的功能。
纸堆由电容式传感器控制调整到预定的工作位置，纸张分离系统按自有的跟踪信息准确测出纸堆纸位的变化，把吸纸头自动调整到合适的工作位置。
2个吹嘴将纸堆尾端中部吹松，由压纸簧片将吹松的纸的边缘压住，开动气泵，被吹松的纸张纸尾与2个吸嘴接触时，在真空吸力的作用下迅速克服弹簧力向上提起。
此时，吸体两吸嘴内侧的气孔内通吸体主气室、外通大气，主气室负压不大，吸纸体不动作。
当吸嘴克服弹簧力上升后堵住吸纸体两吸嘴内侧的通气孔，气泵的真空吸力除泄漏外，全部集中到吸纸体的主气室里，使吸纸体主室产生很大的背（负）压，从而整个吸嘴体迅速克服压簧力向上提起。
同时拧开主吹风嘴，将提起的纸吹起，使其漂浮在纸堆上。
吸嘴体提升到最上端时，同时打开了2个吸嘴的放气阀，破坏2个吸嘴下面吸气孔的真空度，降低了吸嘴对纸张的吸力。
这时送纸风轮开启，风轮的吸力远远大于2个吸嘴的吸力。
从而迅速将纸吸住拉离纸堆，吸嘴失去真空力。
在压簧力与自重的作用下，吸嘴与吸纸体迅速向下运动，进入下一轮工作循环。
毕业设计开题报告
指导教师意见：
该生毕业设计的题目是ZYHD490B混合式折页机给纸机设计。
从开题报告的完成情况来看，该生查阅了较多的有关ZYHD490B混合式折页机给纸机设计的参考文献，对折页机行业的国内外研究现状和发展趋势有了较充分的了解，同时对ZYHD490B混合式折页机给纸机也有了比较深入的认识。
设计方案能正确运行，研究方法及措施可行，研究工作的步骤及进度安排较合理。
该生毕业设计开题报告整体组织逻辑性强，结构清晰，内容充实，有一定的深度和广度。
同意开题。
指导教师：
年月日
所在系审查意见：
系主任：
年月日
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