一种用于皮革材料分切的小型设备

摘  要：本文研究了皮革分切机的分切方案，实践证明其能保证设备运转时的平稳性，以及刹车时的安全性。同时设计了可调节压紧力的双滚筒输送系统，给出了皮革输送工艺图。采用可移动的伺服电机和滚筒组合结构，以及测量传感器，进行了皮革纠偏系统设计。该皮革材料分切样机在仿真环境下实现了皮革的均匀、连续输送。基于分切原理，提出了采用变频电机驱动气涨轴上的圆刀;滚刀结构设计有防护罩，不仅提高了設备的安全性，还为设备的维护、换刀、清理碎屑提供了便利。

关键词：皮革分切机;气涨轴;纠偏系统;开卷机

中图分类号：TH145     文献标识码：A       文章编号：2096-6903（2020）11-0000-00

0引言

分切设备在日常生产中应用广泛，如制鞋企业、胶带生产企业等。特别是在制鞋行业中，存在着皮革分条宽度、样条曲线的分切需要。但是，现有的皮革材料分切设备由于分切刀架结构限制，能分切的最小宽度约为20 mm。由于分切设备的整机尺寸、技术参数等客观因素的影响，致使小型皮革材料分切机在功能上不能满足客户对于6 mm分切宽度的要求。

国外的皮革材料分切设备技术成熟，且性能较高。目前国际上主要的高精度以及高速分切机生产公司主要集中在欧美及日本等地区。已经生产出了2 m以上独立臂中心收卷分切机。皮革材料的分切机在国内的发展晚于国外[1]。

本文从节约成本的角度出发，研究了小型皮革材料分切机及其分切方式[2]，为本分切机选用了圆刀分切的方式。通过创建分切机的3D模型、动态仿真模拟以及样机试制的方式，验证了该设备设计的合理性。

1小型皮革分切机的设计

1.1分切机送料结构

本设计的创新之处在于：气涨轴上安装三根硬度较高的橡胶键来实现圆刀的定位，如图1所示。从图中可以看出，皮革分切机结构采用双滚筒输送进料。红色圆刀固定在气涨轴上，气涨轴放气后，胶键缩回槽内，此时可以进行圆刀的安装和定位，为了实现快速的刀具调节和定位，设计了标准厚度为2 mm的间隔板，该不锈钢面板既保证了皮革的平整，还具有导向作用。

皮革分切机对圆刀和轴的加工精度要求较高，否则会出现甩刀现象;同样地，对皮革的涨紧力大小也有较高要求，如太松会造成皮革会偏移[3]。这些现象将会导致切割出来的皮革边沿有毛刺而不平滑。

1.2皮革分切机设计

小型皮革分切机的整体结构如图2所示，主要包括卷料辊、气涨轴分切机构、机架、纠偏系统、开卷机五部分。该皮革分切机作业面积较小，呈规则长方形的不锈钢面板区域。机架是梯形结构，左右两个固定板对称设计，来保证同心度，以便于安装。整个切割关键组件安装在固定板上，减小了对机架尺寸的精度要求，降低了制造难度。

卷料辊电机和圆刀驱动电机均固定在机架上，通过“V”带传递扭矩，一旦出现卡死情况可以保护电机和设备，提高了皮革分切机的安全性能。为保证驱动滚筒同步转动，设计了同步齿轮。另外，上滚筒部位设计了四个矩型弹簧支撑，当旋转手轮压紧上滚筒时，即可实现压紧力的调节。

由分切机的中间剖视图可以看出，相邻导向滚筒之间的间隔距离较小，有助于减少皮革原料的浪费。为了简化控制系统，圆刀气涨轴和卷绕辊分别由一个电机独立驱动，并各自配有一个变频器调速，以便根据实际情况，确定一个合理的匹配速度，达到最好的切割效果。

操作注意事项在于简化了该分切机的设计，重量较轻，两台电机在运转过程中，很可能产生振动，甚至是共振的情况，因此运转前一定要把设备调水平，并且固定好地脚螺栓。

2皮革分切机的关键组件设计

2.1气涨轴

小型皮革分切机可靠运行的前提是气涨轴能够保证分切刀的间距及其稳定性。小型皮革分切机的直接旋转机构是气涨轴，它的动平衡性决定了平台的安全性。气涨轴的主要功能一是传递扭矩和运动，二是固定圆刀。由于轴的设计一般需要计算强度，所以本分切机所设计的气涨轴内胆为橡胶管，膨胀键为三条硬度较大的橡胶条，内充气体压力为 0-3 bar。充气设备设置有压力表，可根据实际需要设置压力数值。

2.2收料系统

该系统由一台0.75 kW的三相交流减速电机驱动，通过“V”带传递扭矩带动下侧滚筒转动。下侧滚筒外面包覆一层PU材质可以产生较大的摩擦系数。当皮革放置在上下滚筒之间时，调整手轮，进而压紧上滚筒。手轮两侧安装有滚筒位置千分表，以便使滚筒两侧的压紧力相等，避免皮革产生偏移。分切后的皮革自然堆积在设备前方的集料区域。

上下侧两滚筒由具有自动调心功能的轴承座支撑。上滚筒轴承座固定在导向板上，导向板可以在导向槽中实现上下滑动，以便于灵活调整和布料。上滚筒有四个模具弹簧支撑，弹簧的选用需要根据上滚筒的重量和移动行程确定，选用四组弹簧的目的是为了力的平衡，避免出现卡阻现象发生。为了实现很好的收料功能，滚筒的一侧设计有同步啮合的齿轮，使得上下滚筒转速相同。

2.3纠偏系统和开卷机

纠偏系统装置。交流伺服电机通过同步带驱动与之相连接的梯形丝杠，丝杠的转动推动收卷部分水平方向滑动。纠偏系统在收卷部分设有传感器以检测皮革材料跑偏信号。然后通过电路控制交流伺服电机，推动收卷部分的支架移动，从而达到纠偏的控制。由于检测装置安装在纠偏滚筒和分切刀之间，从而保证了分切效果。

在皮革放卷过程中，为了使皮革更加平整，分切性能更好，本文设计了开卷机。作为分切机的组成机构。放卷辊轴端安装摩擦片，摩擦片的压紧力用于控制弹簧压缩，力的大小通过手轮进行调节。根据现场实际需要调整放卷阻尼，进行初步的涨力控制。通过实际分切效果找到最好的涨力状态并做好记录，多次分切后，根据数据制作分切表格以指导生产。辅助涨力辊安装在纠偏系统上，其由重力和弹簧的弹性力调节，从而实现涨紧力的恒定。

3结语

本文所设计的小型皮革分切机设有驱动双压辊、气涨轴、固定圆刀、辅助调节间隔片等组成，实现了不需要拆卸轴就可以对刀定位的功能。该皮革材料分切机降低了制造成本，简化了机械设计结构。气涨轴固定和控制圆刀能够很好的实现圆刀的定位要求。重力涨紧辊确保了涨力的稳定。此外，该皮革分切机适用于不同的作业环境，具有转场运输灵活方便、安装和拆卸方便、空间占用率低等优点。

参考文献

[1] 余智胜，赵燕伟.皮革数控裁剪机伺服进给系统的设计与仿真[J].机电工程，2013，30（4）：464-467.

[2]葛惠民，蔡炯炯.皮革类专用冲裁设备的控制策略和关键算法[J].轻工机械，2008（4）：70-72.

[3] 林智慧，史伟民，杨亮亮.电脑皮革切割机控制系统的研究[J].机电工程，2012，29（8）：937-940.

收稿日期：2020-10-03

作者简介：郑志伟（1987—），男，山东菏泽人，学士，研究方向：机械设计制造及其自动化。