书本自动打包机设计Word文档格式.docx

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problemismoreandmoreserious,thetraditionalmanualpackingmethodsaredifficulttomeettherequirementsof.Inordertoadapttothissituation,thispaperdevelopedanautomaticbookpackingmachine,toimprovetheefficiencyofbookpackaging,reducethelaborintensityoftheoperator.

Thispaperfirstdiscussesthestatusquoofmachineathomeandabroadbookspacked,thenaccordingtotherequirementofdesignbooksbalers,carriesonthedesigntothebookpackingmachinemechanicalstructure,introducesindetailthemechanismofpartdesignofthemachine,thekeypartofthemechanismprinciplediagramisgiven,theschematicdiagramofthefunctionweredescribed.Thedesignofthebookpackingmachinemechanismandcontrolsystem,thestructureoftheimprovementandoptimization.

KeyWords:

Books,booksbalers,mechanicalstructure,mechanism

第1章绪论

1.1引言

进入21世纪，基于计算机及电子的自动化技术快速发展，人们对传统设备的自动化性能改进提出了新的要求。

随着生活水平的提高，人们也越来越注重精神生活的追求及子女的教育水平，因此书籍等印刷品的数量迅速增长，2010年年以来，我国图书出版业的年产值已经突破万亿元大关。

出版业的发展，带动了印刷机械、包装机械等设备的需求。

书籍的印刷具有季节性，多集中于大中小学校的开学前的阶段，这就要求，书籍印刷企业必须具备较强的生产能力。

为保证书籍在转运过程不被损坏，业内普遍的做法是将一定规格的书籍进行打包。

书籍的包装是制约书籍生产的一大问题，目前，国内的多数印制厂多采用人工包装的方式，包装质量差，包装效率低，随着用工成本的增加，部分企业还容易出现“用工荒”问题，从而无法满足生产需求。

一些有实力的印刷企业从国外引进了部分全自动包装设备，但是使用和维护成本较高，间接地提高了企业的成本。

因此行业内迫切需要研发性价比较高的自动打包设备。

书本打包设备是一种典型的机电一体化产品，集书摞自动搬运、输送、书摞包装纸

自动折纸、书摞自动裹包和自动捆扎等多种功能于一体[1]。

自动书本打包机的研制具有重要的理论意义和极强的现实意义，不但可以促进包装工业自动化和现代化的发展，还可以提高印刷企业的包装效率和包装质量，降低生产成本[2]。

1.2国内外研究现状与发展

1.2.1国外研究现状

图1.1美国Barry-wehmillre包装机械

国外对包装设备的研究较早，技术已经较为成熟，一些公司已经拥有比较完备的产品系列，并积极来发新品。

美国的包装机械产业历史比较悠久，产品种类和数量居全球之首，其包装工业总产值占国民生产总值的3%[3]。

比较知名的公司，如LantechInc、ITW、ANGELUS、Barry-wehmillre、Beinis、SA-SIBSPA等公司都具有较强的市场竞争力，其设备特点是高精尖，与计算机技术精密结合，但是一般成本较高，价格昂贵。

如图1-1所示，是Barry-wehmillre公司的包装机械，该设备具有自动化程度高，工作速度快等特点，但因结构比较复杂，各执行机构在协调配合时，经常会出现包装纸张褶皱问题。

德国是世界最大的包装机械出口国，包装机械在制造工艺和技术性能等方面都比较先进，其特点是具备成套、高速、自动化程度高，可靠性好。

比较知名的公司有SETIZ、MSK等[4]，如图1-2所示，是德国的MSK书本打包机，该设备每个动作都相互比较独立，动作协调性得到了很好的提升，可以同时打包多摞书本，工作效率较高，但是其占地面积较大，对车间要求较高。

图1.2德国MSK书本打包机图1.3日本富士油压精机书本打包机

日本是包装机械的后起之秀，其设备的主要特点是稳定性好、自动化程度较高、操作简便。

比较知名的公司有古川株式会社、富士油压精机株式会社等，如图1-3所示，是日本富士油压精机会社生产的AP-78V打包机，该打包机其打包速度可达每分钟8包，最大包装质量20吨，设备自动约900KG。

但是该设备使用了空气压缩机，噪音较大。

此外，意大利、韩国等国家的包装产业也具有一定实力。

总起来看，国外对包装设备的研究多集中在机电一体化、结构优化、生产效率提高及提高设备可靠性等方面，其表现出来的主要发展趋势有：

（1）成套设备供应能力增强；

（2）产品适应性好，具有好的柔性和灵活性；

（3）普遍采用仿真设计技术；

（4）包装工艺流程的自动化及智能化程度越来越高。

1.2.2国内发展现状

　我国的打包机从20世纪80年代中期开始发展，最初在书籍、报刊发行部门获得推广，近年来发展异常迅速，已成为十大机械行业之一，产品广泛应用于轻工、食品、外贸、印刷、化工、纺织等行业。

2011年，全国包装机械数量已达110.8万台（套），产值为443亿元，据中国机械工业联合会公布的数据，在十二五期间，国内包装机械平均增速可达16%，总产值有望突破6000亿元，目前，国内较为知名的企业有紫宏、新邵、飞达等。

但是，我国包装机械企业规模偏小，技术装备不很完善，管理水平比较低，自我发展和技术设计开发能力较弱，产品品种单一[5]。

主要表现在：

生产效率低、能耗高、稳定性和可靠性差，产品造型落后，外观粗糙，基础件和配套件寿命低；

产品的技术含量、附加值较低；

新产品开发周期长，不能及时响应市场的需求，及时提供市场、用户所急需的产品。

石家庄内燃机配件厂开发出一款SBD-J型平装书籍打包机[6]，能实现纸张的自动识别，具有过载保护功能，包装速度可达8包/min，其工作流程如图1-5所示。

上海紫宏机械开发出SK20书本打包机[7]，打包速度可达20包/min，可对四种规格书籍进行包装，如图1-6所示。

但是上述两种产品经常发生诸如卡纸、工序流传不畅等问故障，降低了工作效率，还容易产生噪音，不能从真正意义上解决书籍印刷企业的自动包装问题，因此没能得到较好的推广。

图1.4石家庄内燃机配件厂打包工作机示意图图1.5SK20书刊打包机

包装行业的发展取决于包装机械的发展，相对于国外产品，我国的包装机械还有一定的差距，具体表现在：

（1）包装外观质量得不到保证，捆扎力度控制不好；

（2）诸如搬运、打捆等工序可能会需要人工介入，不能实现完全自动化；

（3）新材料、新工艺推广较少，产品更新速度慢，且可靠性较差；

（4）单机设备多，流水线设备少，智能化控制程度还较低。

纵观包装机械的发展历史，我国的包装机械产业要比发达国家落后将近20年，要想快步追赶，应该从虚拟样机设计、机构功能多元化、结构设计标准化、控制智能化等方面入手，实现包装机械专而精的发展。

1.3本文研究内容

本文的主要研究内容是分析目前国内的包装机械发展现状，在此基础上结合给定的设计参数要求，设计一款新型的包书设备，并分别就该设备的推书机构、取裹纸机构及包角机构进行必要的计算与机构分析，最后绘制出相关部件的二维图。

论文涉及的主要内容如图1-5所示。

图1.5论文主要研究内容

第2章书本打包机总体设计

在进行打包机设计之前，首先要明确技术要求，然后依据要求，构思工序路线，绘制工艺流程图。

最后将各工艺进行功能分解，得到各分步骤的功能要求后，就可以进行详细设计。

2.1主要技术要求

主要技术要求：

1.包装规格：

16开，32开纸

2.包装高度：

50cm左右

3.包装重量：

20kg

4.包装速度：

10包/分钟左右

5.具有自动压书功能，高度可调节；

6.送纸动作顺畅，折角包装棱角分明；

7.可自动对书摞进行捆扎；

8.适用电源：

220V，50HZ交流电，工作温度：

0~40℃。

2.2书本打包机总体工艺设计

根据2.1中确定的技术性能要求，确定打包机具有推书、裹书、折角及捆扎等几大步骤，其中有些工序还需要进一步细化。

比如推书，一摞书传送过来时有可能是整齐的，也有可能是参差不齐的，因此需要推书机构具有纵向和横向两种推书功能。

再如包装纸在裹包前需要将纸张送于书摞旁，因此还需要纸张分离机构。

到折角工序，还需要考虑前后左右几个方位全部能折好，而且为提高机构的可靠性，结构还要尽可能简化。

根据上述分析，将书本打包机的工作流程暂定为如图2-1所示：

推书——送纸——裹纸——折上边——折下边及后角——折上下角及前角——捆扎。

推书机构采用侧向送书，正向推书的机构，使推书机构尽可能简化。

而捆扎则可以借用市场上成熟的捆扎机，比如SD-101型自动捆扎机，减小设计的难度。

图2-1书本打包机的工艺原理图

2.3机械结构功能分解与分析

通过工作流程分析，可以确定需要设计的主要部件有：

推书机构、送裹纸机构、折角机构三大部分。

推书机构计划采用曲柄摇杆机构实现，折角机构计划采用上下及左右折板实现，送裹纸机构计划采用凸轮实现搓纸，并通过一对辊轮的正反转实现分纸功能，其主要结构如图2-2所示。

1—书本；

2—推书机构；

3、下折板；

4、左右折板；

5、捆扎机；

6、送纸机构；

7、上折板

图2-2书本打包机总体结构

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