环保型捆扎机的设计与研究*

李晓星，钱德明，李志明

（浙江温州轻工研究院，浙江 温州 325003）

环保型捆扎机的设计与研究*

李晓星，钱德明，李志明

（浙江温州轻工研究院，浙江 温州 325003）

伴随着环保型捆扎带的诞生，以微型捆扎机KZB-160为例，设计了一种与环保型捆扎带相匹配的捆扎机，借助Pro/ENGINEER软件对设计方案进行了建模，通过机构运动分析，验证了设计机构之间的合理运动关系及与原捆扎机的相互兼容性，论证了捆扎机设计方案的可行性。

环保；捆扎机；设计；研究

引言

随着社会经济的快速发展，捆扎机广泛应用于食品、外贸、百货、印刷、医药、邮政等行业，聚丙烯塑料捆扎带成型方便、价格低廉且强度较好，而被大量用作各种产品的捆扎材料。聚丙烯是高分子材料，是不可降解的，一方面会对环境造成长期污染[1]，这些包装物在拆包后，除纸质包装物和部分包装带被回收外，其余成为白色污染，大部分通过填埋来处理，填埋场可谓是“坑满为患”,经雨水冲刷后又会出现在人们生活中，也有部分采用焚烧处理，但是产生大量的氨气、呋喃等毒性物质，带来了严重的环境问题，且焚烧设备昂贵[2]；另一方面聚丙烯塑料捆扎带依靠电热熔融粘结，属于热熔搭接，热合过程中会产生塑料特有的烟雾和难闻气味，危害操作人员的身体健康，所以研发可降解的环保捆扎带势在必行[3]。

浙江温州轻工研究院通过三年的精心研究，研制出了高强度环保型捆扎纸带，与环保型捆扎带相匹配的捆扎机的设计成为了捆扎环保化的关键问题。

1 粘结方式的确定

高强度环保型纸质捆扎带因没有热粘性，无法依靠本身烫合粘结，故应对热合方式进行改进，需要依靠一种粘结剂，以减少或消除噪音污染或气味污染。若烫头直接对粘结剂进行加热，一方面产生大量的烟雾，危害操作人员健康；另一方面烫头容易带走部分粘结剂，胶量难以控制，进而影响接头的粘结质量，故采用隔捆扎带热合。

图1 送带及捆紧机构示意图

采用单因素试验法，优选出9201E型热熔胶作为环保型捆扎带的粘结剂。采用单因素试验与正交试验相结合，研究确定出了环保型捆扎带的粘结工艺为：每个粘结点使用胶量为0.05g；在140℃的温度下隔纸带熔胶，经90N压力的冷压及4s的保压[4]，其强度达到292.717N。超过国家标准要求的200N[5]，从而解决了环保型捆扎带的接头粘结的技术难点，烟雾和有害气体的排放大幅度减轻，为环保型捆扎机的设计与研制提供了有力的技术保障。

2 环保型捆扎机设计

2.1 环保型捆扎机设计分析

环保型捆扎机的设计宗旨是对原机器进行尽可能少的改动，以缩短环保型捆扎机的研发周期，减少生产成本，使得环保型捆扎机能够尽快的用于生产实践，实现了资源的最大回收利用。

通过试验确定了纸质捆扎带具有足够的强度、挺度和硬度，完全可以用样机的送机构进行送带、捆紧和切断。由于粘结工艺发生改变，需改变样机的烫头位置，增加送胶机构等。

2.2 送带、抽紧机构的设计

环保型捆扎机的送带、抽紧机构为样机原机构，如图1所示，主要由送带轮组、上压轮架、退带轮组、轨道架、导带轮、下压轮架、摆块组成。送带时，电磁铁吸合使得上压轮架绕摆块7做小角度摆动，送带轮组按照图中箭头所示方向运动，摩擦力驱使捆扎带沿着轨道架前行，送带长度由电磁铁吸合时间来控制。同理，拉紧凸轮控制上压轮架顺时针摆动可实现退带抽紧。

图2 送胶、烫头机构组件示意图

2.3 送胶、烫头机构组件

送胶烫头机构组件示意图如图2所示，主要由烫头、胶带轨道、滑块、拉杆组件、烫头凸轮、摇杆等组成，其中摇杆10和机架5通过固定座7相连，凸轮轴4依靠轴承固定于机架上。工作时，烫头凸轮8驱动摇杆组件10中的滚轮9，使得摇杆组件10驱动烫头3水平运动，烫头3间接拉动滑块2，依靠特殊设计的滑块底面与热熔胶带之间产生的足够摩擦力，使胶带实现定距即定量输送，随后烫头隔捆扎带熔胶。

2.4 送胶滑块复位机构组件

送胶滑块复位机构组件示意图如图3所示，主要由复位凸轮、复位摇杆、顶块、机架等机构组成，复位摇杆轴通过机架上的定位孔。工作时，复位凸轮8驱动复位摇杆上滚轮9运动，复位摇杆12推动顶块2沿拉杆组件3上的滑动槽4上下运动，使得送胶滑块与胶带的分离，避免滑块复位时将胶带带回。

图3 送胶滑块复位机构组件示意图

2.5 切带、切胶机构组件

切带、切胶机构组件如图4所示，切胶刀具安装在刀具固定组上，依靠中刀5和切胶刀具4来完成切胶，切带依靠中刀5和右刀6实现。

2.6 环保型捆扎机关键机构

相对于捆扎机样机，环保型捆扎机新增机构和改动机构如下图5所示机构。工作过程为：送带后，右刀上升，压住环保型捆扎带带头，捆扎带抽紧，烫头凸轮驱动摇杆带动烫头沿轨道平移，运动一定距离后，烫头间接拉动送胶滑块7向前移动，利用滑块与胶带轨道之间的足够摩擦力，使得胶带沿胶带导轨8向前运动，送胶到位后，中刀上升，与右刀及切胶刀具4配合将捆扎带及胶带切断；同时，复位凸轮控制摇杆9摆动，推动送胶滑块7沿拉杆6上的滑槽向上移动，使得滑块与胶带分离，此时，烫头带动拉杆回撤至原始位置，滑块依靠弹簧3和自重的作用复位，完成整个捆扎过程。

3 关键机构运动分析

通过对环保型捆扎机的关键机构进行动画仿真，得到如图6和图7的机构运动分析图。

图4 切胶机构组件示意图

图5 环保型捆扎机关键机构

其中：图6中曲线由上往下依次为烫头运动曲线、加热台运动曲线、右刀运动曲线、左刀运动曲线、下滑片运动曲线、左刀运动曲线、压力柱运动曲线。图7中上方曲线为滑块运动曲线，下方曲线为烫头运动曲线。将其与捆扎机工作循环图对比进行分析，可以得知，环保型捆扎机实际工作情况满足使用要求。

4 小结

图6 机构分析图

图7 烫头与滑块机构分析图

本文是伴随着环保型捆扎带的诞生，以微型捆扎机KZB-160为例，设计了一种环保型捆扎机，在一定程度上实现了捆扎过程的环保性，它的推广能够有效的节约资源，极大程度地减少了环境污染，对循环经济和可持续发展是非常必要的举措，具有显著的经济效益和社会效益。

[1] 吕桂英,屈媛,刘煦晴,林安.白色污染及其防治技术的思考[J].环境科学与技术,2005(06):178－180.

[2] 邢艳红,胡莹.“白色污染”及废旧塑料的综合治理[J].青海师范大学学报,2003(4):65－67.

[3] 丁素珍.新型捆钞机及捆扎带的发展趋势[J].浙江工贸职业技术学院学报,2005(12):27－29.

[4] 李晓星,党新安,钱德明,等.纸质捆扎带粘接特性的研究[J].包装工程,2010(01):13－16.

[5] JB/T3790.2-1994,机械式半自动捆扎机[S].中华人民共和国机械工业部,1994.

（责任编辑：王文深）

The Design and Research of Environmental-Friendly Binding Machine

LI Xiao-xing, QIAN De-ming, LI Zhi-ming
(Zhejiang Wenzhou Research Institute of Light Industry, Wenzhou 325003,China)

Along with the birth of environmental-friendly binding machine, a kind of binding machine matching environmental-friendly binding strap is designed with KZB-160 micro binding machine for example. The design is modeled based on Pro/ENGINEER. Through mechanism movement analysis, the reasonable movement relationship among design mechanisms and the mutual compatibility with the original binding machine is proved and the feasibility of the binding machine design scheme is demonstrated.

environmental-friendly; binding machine; design; research

TB486

A

1672-0105（2010）03-0071-05