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一种床垫卷包机预压机构的设计

2023-09-08范桂才

机电信息 2023年17期
关键词:无纺布

摘要:针对床垫卷包机生产过程中会造成弹簧无纺布袋破损,且上一张床垫卷包完成后要停机才可投放下一张床垫,不能连续生产,效率低下等问题,根据实际情况分析原因,设计出了皮带预压机构,详细介绍了该机构的具体结构与功能,解决了卷包生产过程中所存在的问题。

关键词:弹簧床垫;卷包机;无纺布;预压

中图分类号:TH122    文献标志码:A    文章编号:1671-0797(2023)17-0044-04

DOI:10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.17.012

0    引言

从设计到生产,再从生产到改良和优化,如今各行各业的机械化生产越来越普及[1]。床垫卷包机主要是在无纺布袋装弹簧床垫生产厂家中使用,作用是把袋装弹簧粘胶机粘接出来的半成品床垫进行多张压缩,卷包为一卷(比如10张2 000 mm×2 000 mm×200 mm的半成品床垫可以压缩卷包为1卷外径700 mm×2 000 mm长的圆柱体),很大程度上方便生产厂家的存储、运输,从而节省仓储空间,降低运输成本。

1    床垫卷包机的工作原理

床垫卷包机改良前结构如图1所示,卷包工作主要有以下三个动作流程:

(1)卷包前动作流程:无纺布卷开卷后从主机架内穿过,通过主机架内部安装的无动力滚筒缠绕减少无纺布的松弛,绕到床垫入料平台上,在卷包主轴上缠绕数圈,使无纺布绕紧卷包主轴不会松脱。卷包气缸把卷包皮带升起到贴近卷包主轴的位置,压板气缸把压板升起。准备就绪,开始投放床垫进行卷包。

(2)卷包时动作流程:操作员把床垫投放到入料平台上,床垫压着无纺布,把床垫推到贴着卷包主轴,压板机构的气缸推动压板下压床垫,卷包主轴机构转动,拖动无纺布移动,同时无纺布把床垫带入主轴,开始卷包床垫。卷包过程中,卷包气缸机构保持顶升状态,卷包越卷越大,卷包的压力大于气缸的推力,倒推卷包气缸降低。床垫弹簧被卷包压缩后有很大的反弹力,卷包气缸始终顶着卷包皮带,使卷包被压紧不会返松。当每张床垫的前段进入卷包后,压板机构气缸推动压板上升,一张床垫卷包完成后,操作员继续投放下一张床垫,压板机构气缸推动压板下压,重复以上流程继续卷包。

(3)卷包后动作流程:当要卷包的床垫卷包完后,卷包主轴转动数圈,让无纺布把卷包缠绕紧,无纺布裁切机构把无纺布切断。卷包主轴继续转动把无纺布收卷完,操作员在无纺布上缠绕多圈透明胶带防止卷包返松,完成卷包。开始脱料,卷包主轴表面安装有链条,床垫是卷包在主轴链条上的,链条移动,把床垫卷包推出,完成脱料。主轴链条退回零位后,重复以上流程继续下一卷包。

2    床垫卷包机存在的问题与解决方案

2.1    存在的问题

根据生产使用部门的反馈,总结出改良前床垫卷包机在卷包过程中存在以下主要问题:

(1)压板机构下压床垫时,有时会把床垫弹簧的无纺布袋压破,损坏床垫。

(2)每次卷包一张床垫的前端部分时,床垫是被绕在卷包机构上的无纺布拖动,而压板是不移动的,造成开始卷包时是床垫的下面先移动,再带动上面移动,床垫就会倾斜,造成不是垂直压缩,有时弹簧过度倾斜会挤破无纺布袋,损坏床垫。

(3)完成前一张床垫卷包,主轴要停机等待,等投放下一张床垫,压板重新下压后,才能继续卷包,停机投料降低了生产效率。

2.2    解决方案

根据改良前卷包机生产过程中出现的问题,研究了对应的解决方案,总结出以下几点:

(1)压板下压床垫时,容易把床垫弹簧的无纺布袋压破,是因为压板与床垫接触面积小,而且是直接压缩到位的。如果是逐渐增加压缩量,并且增大接触面积,可解决此问题。

(2)床垫不是垂直压缩,导致弹簧过度倾斜时会挤破无纺布袋,如果床垫的上下面都以相同速度移动,床垫就可以垂直压缩,从而解决此问题。

(3)停机投料,生产效率低,如果压板面积大,上一张床垫未卷包完成前即可投放下一张床垫,就可以连续生产,解决此问题。

根据以上方案的分析总结,取消原有压板机构,通过设计增加皮带预压机构来解决存在的问题。

3    皮带预压机构的结构分析与具体结构设计

3.1    皮带预压机构的结构分析

结合解决方案总结,皮带预压机构主要由以下4个部分组成:

(1)皮带机构:选型普通平带,其特点是抗拉强度较大,预紧力保持性能较好,带长可根据需要截取,价廉[2]。皮带安装在两根辊轴上,一根主动,一根从动。主动辊轴表面增加网纹滚花,滚花的实质是用滚花刀在原本光滑的工件表面挤压,使其产生塑性变形而形成凸凹不平但均匀一致的花纹[3],用于增加辊轴摩擦力以驱动皮带。为防止皮带跑偏,在皮带两侧各增加一条导条。为承受皮带压缩床垫弹簧的较大压力,皮带内部安装支撑架,由空心型钢焊接为骨架,表面平铺2 mm厚经过折弯加工的Q235钢板,使整个支撑架能够平整地支撑皮带。皮带与入料平台呈倾斜结构安装,左低右高,床垫从右边进入皮带预压,预压好后从皮带左边出来,进入卷包主轴卷包。设计皮带入口高270 mm,可满足高260 mm以下的床垫使用。

(2)电机驱动机构:因为要保证预压皮带速度实时变化,选用伺服电机作为驱动。为与卷包的速度匹配,选用蜗轮蜗杆减速机。为适合整体结构,减速机出来后通过链条驱动皮带主动辊轴,选用10A链条。

(3)编码器机构:因为皮带预压后的床垫都是供应给卷包主轴卷包的,床垫卷包越卷越大,而主轴转速不变,外径越大的床垫卷包,对应的线速度也越大。要使床垫能够垂直压缩不倾斜,要求预压皮带要能够实时调整速度与卷包线速度相等,床垫的上下面以相同速度移动,这样床垫就可以垂直压缩,预压机构供应给主轴卷包的床垫也不会产生拉拽或堆挤,實现平顺卷包。所以增加编码器机构来保证速度相等,安装一根随动辊轴浮动靠压着卷包主轴,当主轴卷包转动时,随动辊轴就会贴着卷包跟随同速转动,无论卷包的大小,随动辊轴的线速度都与卷包外径的线速度一致。在随动辊轴的一端安装编码器,实时读取辊轴转速,然后通过PLC控制预压皮带的伺服电机,从而实现预压皮带与卷包速度的一致。

(4)气缸机构:预压机构需要保持靠近卷包,才能够保证预压后的床垫弹簧没有多余的回弹空间就已进入卷包。卷包是越卷越大的,所以设计整个预压机构浮动靠近卷包。整个预压机构通过直线轴承安装在两根直径50 mm的镀铬硬光轴上,选用两个SAU63气缸将整个预压机构推向卷包主轴。编码器机构的随动辊轴靠压在卷包上,卷包转动时也就带动随动辊轴转动而读取速度。当卷包卷大后,卷包的力大于气缸的推力,会倒推随动辊轴后退,整个预压机构也就后退。此时两个气缸也是一直把整个预压机构往卷包主轴方向推,只是气缸推力小于卷包倒推随动辊轴的力,所以整个预压机构虽然后退,但也还是会被两个气缸推着浮动压着卷包。

3.2    皮带预压机构的具体结构设计

经过以上对皮带预压机构的分析,用三维软件装配模拟,设计皮带预压机构如图2所示,具体结构设计如下:

(1)皮带机构:皮带安装在两根辊轴上,辊轴两端各安装一个带座轴承,均安装在两个内侧板上。两个辊轴中间增加由空心型钢焊接而成的皮带托架,用来承受压缩床垫时的压力,皮带托架两端安装在内侧板上。皮带托架是焊接而成,两端面会因为焊接应力与焊接误差而无法保证平行度;螺栓锁紧后,两内侧板的平行度也无法保证。辊轴两端的带座轴承是调心轴承,保证辊轴可以正常运转。皮带托架焊接两层空心型钢,下层支撑皮带,两侧避空皮带导条。主动辊轴的两个带座轴承,其对应的内侧板上加工出长槽孔,用于皮带张紧。

(2)电机驱动机构:电机工作时是单向运转,此结构要求精度不高,选蜗轮蜗杆RV减速机比较经济适用,伺服电机与减速机的安装法兰不匹配,不能够直联安装。故增加一个减速机座来过渡安装,因为减速机座同心度加工精度不够高,且电机与减速机价格相对较高,可增加安装联轴器防止因不同心而损坏。减速机是孔输出,设计一根台阶轴,一端安装在减速机上,另外一端安装在主动链轮上,台阶轴两端都增加键槽安装平键来传递动力。从动链轮安装在主动辊轴的台阶轴头上,安装一个隔套,用螺栓垫片把从动链轮通过隔套一起压紧在带座轴承的内圈上。增加一个链轮来张紧链条,链轮设计为带台阶轴,台阶轴安装两个深沟球轴承,轴承外圈安装一个轴承套后用螺栓锁紧在内侧板上,通过在内侧板上增加长槽孔来调节链条张紧。链轮链条处为防止伤人增加防护罩。

(3)编码器机构:随动辊轴两端安装调心轴承,设计轴承安装座低于辊轴面,避免摩擦卷包。辊轴一端加工螺纹孔,设计一根带外螺纹的小轴,为防止编码器轴因不同心容易损坏,小轴通过一个小联轴器连接编码器,编码器安装在钣金支架上。钣金支架与轴承座统一安装在由空心型钢焊接而成的固定件上,固定件两端通过螺栓锁紧在两内侧板上,这样随动辊轴安装在了整个预压机构的最前端,与卷包接触后跟随转动。

(4)气缸机构:内外侧板通过销轴与隔套安装连接,这样可以将皮带倾斜角度微调至与主轴匹配,再用螺栓锁紧。外侧板安装两个直线轴承座,轴承座内直线轴承使用端盖压紧。镀铬硬光轴由两个支撑座安装在入料平台上。入料平台上安装气缸座,通过可摆动角度的A座与B座安装气缸,气缸轴安装Y型接头,外侧板安装伸出板,与气缸接头连接,这样整个皮带机构通过气缸推动可以在光轴上往返运动。

4    应用效果

根据存在的问题,通过设计增加皮带预压机构,床垫卷包机改良后如图3所示。改良后应用效果显著,主要体现在以下几点:

(1)进入主轴卷包前的床垫,用皮带来进行卷包前预压,预压皮带左低右高的倾斜口,可以缓慢递增床垫弹簧的压缩量,解决了压板机构压破床垫弹簧无纺布袋的问题。

(2)控制预压皮带的速度与耗材无纺布被收卷的速度相同,床垫上下两面的线速度相同,实现床垫弹簧的均匀垂直压缩,解决了彈簧被拖拽倾斜的问题。

(3)预压皮带是持续运转的,床垫可以连续投放至入料平台上连续预压,实现了卷包主轴不停机连续卷包,提高了生产效率。

(4)卷包质量稳定,根据卷包生产部门反映,没有再出现挤破无纺布袋的情况。

5    结束语

本文主要针对床垫卷包机生产过程中容易出现弹簧无纺布袋破损,且停机投料效率低的问题,设计出了能够解决上述问题的皮带预压机构,改良了床垫卷包机,提高了卷包机的生产质量与效率,也为同行业此类设备的结构设计提供了理论参考与实践案例支持。

[参考文献]

[1] 王芳.机械自动化中的运动控制技术应用研究[J].中国设备工程,2022(19):207-209.

[2] 北京英科宇科技开发中心.机械工程师设计手册:电子版[M].北京:电子工业出版社,2016.

[3] 杨家富,陈美宏.工程训练[M].南京:东南大学出版社,2019.

收稿日期:2023-05-08

作者简介:范桂才(1988—),男,广东清远人,助理工程师,研究方向:机械设计。

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