胶带分切机自动贴标机构的研究

2017-08-11马立飞位士博田盼盼

绿色包装 2017年6期

关键词：贴标弯曲应力胶带

马立飞，位士博，田盼盼

（北京印刷学院，北京 102600）

胶带分切机自动贴标机构的研究

马立飞，位士博，田盼盼

（北京印刷学院，北京 102600）

胶带是包装行业不可缺少的一部分，而胶带分切机就是将宽幅面的胶带分切成规定宽度的胶带。标签是胶带不可缺少的一部分，也是产品包装的需要。本文主要针对人工贴标、效率低等问题，研究设计了一种直线贴标机构，绘制出三维模型，采用ANSYS对其进行受力仿真，验证其在工作环境下的可靠性。

胶带分切机；贴标机构；三维建模；仿真

近几年，快递行业蓬勃发展。2014年，中国快递业务量达140亿件，跃居世界第一。最多的一天，有超过1亿件快件在寄递途中[1]。据中国电子商务研究中心（100EC.CN）监测，来自国家邮政数据显示，目前中国每天产生的快递包裹数量大约在4500万到5000万之间，预计五年后这个数字将变成每天两亿单[2]。随着包裹数量的增加，胶带的需求量也越来越大，因此提高胶带生产效率已经刻不容缓。

分切机旧设备常采用停机人工贴标，然后人工裁断的贴标方式，操作过程用时较长，大大制约了分切机的工作效率。为了满足高效率的贴标生产，本文借助三维建模软件设计出了一种直动贴标机构，实现了全自动贴标。

1 贴标机构方案设计

考虑到胶带的幅面大小以及机器的大小，标纸盒的长度定为1300mm。贴标机构主要由储标箱壁、储标箱支撑侧板、储标箱架支撑底板、标头纸卡板、标头纸顶板、导杆、储标箱支撑底板、贴标气缸推进板和推进气缸等构成。其贴标机构示意图如图1所示。

图1 贴标机构示意图

图3 贴标机构装配图图

图4 贴标机构的加工实体图

储标箱壁1安装在支撑底板7上，支撑底板7两侧安装储标箱支撑侧板2，固定储标箱，储标箱架支撑底板3安装墙板上，两侧装有推进气缸。在墙板两侧的气缸9推动支撑架底板从而带动标纸盒的上下移动，标头纸卡板4用来限位标头纸。当胶带收卷完成，到达贴标位置，墙板两侧气缸推动储标箱架支撑底板3上移，推动气缸9通过贴标气缸推进板8推动导杆6带动标头纸顶板5上移进行贴标，标签通过粘附力粘在胶带上，完成贴标。

2 贴标零件的三维建模

运用solidworks画出贴标机构的主要零件，其三维模型如图2所示。

运用Solidworks对零部件进行装配，其装配图如3所示。对贴标机构各零部件进行三维实体加工，其加工实物如图4所示。

3 贴标机构的ANSYS有限元分析

根据贴标机构的真实工作状体，针对其受力情况，对标箱壁支撑底板用ANSYS分析软件进行其弯曲强度校核[5]，以保证危险截面的最大弯曲应力σmax小于许用弯曲应力[σ]，即

其弯曲应力的计算公式为

将F=1050N，L=2000mm，b=170mm，h=10mm带入到式3.2中计算出理论最大弯曲应力。

将三维图导入ANSYS,选用SOLID45作为有限元分析的三维块体单元，自动划分网格，如图5所示，对支撑板左右两侧气缸轴固定孔施加约束，自由度为0，在张紧辊接触的位置施加均布载荷，然后对模型进行求解，可得支撑底板的弯曲应变云图和弯曲应力云图，如图6和图7所示。

由应变云图6可以看出，其弯曲变形量达到了0.141mm，对贴标过程并不影响。由图7可以看出支撑板的弯曲应力主要集中在四个孔的内侧和靠近支撑板中间部分，中间截面的应力最大值SMX=184MPa，与理论计算值185.29MPa相近，并且小于材料的许用弯曲应力[σ]=215MPa，基本上满足强度要求，保证了其工作的稳定可靠。

4 总结

本文针对现有胶带分切设备进行了贴标机构的设计，通过SolidWorks绘制出三维模型，分析结构受力情况，并且通过ANSYS软件对支撑底板进行仿真分析，校核了支撑底板的强度，验证了其可靠性。在公司的帮助下加工出贴标机构实物，并进行实验，实验结果良好。随着科技的发展，自动化程度越来越高，分切机越来越人性化、外形美观大方。企业应该积极创新，有自己的独特设计方法，研制出控制先进、操作方便可靠、外形简洁的分切机[3]。

[1]王晓易. 中国快递最多一天超1亿件：仍将高速增长[EB/OL]. http://tech.163.com/15/1014/10/ B5SO1CAM000915BF.html，2015-10-14.

[2]中国电子商务研究中心.目前中国每天产生的快递包裹数量约4500万到5000万件[EB/OL].http://b2b.toocle. com/detail--6260616.html，2015-06-30.

[3]何军锋, 赵庆海.国内分切机的现状及发展趋势[J].今日印刷, 2008, 01:49-51.

[4]马履中. 机械原理与设计：下册，北京: 机械工业出版社. 2009.

[5]冯炳儒. 液压缸试验台加载平台的有限元分析[D]. 沈阳工业大学, 2012.

Analysis and Research on Automatic Labeling Mechanism of Tape Slitter

MA Li-fei, WEI Shi-bo, TIAN Pan-pan

The adhesive tape is an indispensable part of the packaging industry, and the tape cutting machine is used to cut the wide tape into the fixed width tape. Label is an indispensable part of tape, but also the need for product packaging. In this paper, we focus on the problem of manual labeling and low efficiency. We design a linear labeling mechanism, draw out the three-dimensional model, use ANSYS to carry on the force simulation, and verify its reliability in the working environment.

tape cutting machine; labeling mechanism; 3D modeling; simulation