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地毯
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地毯自动码垛机的设计1、背景介绍随着科技的发展和进步，人民生活水平不断提高。方块地毯，作为一种用于 地面铺设的新型地毯，具有使地面效果舒适、美观的效果,在家居生活或是商用 办公装修都被广泛采用。产品规格一般为 50X50cm 或者 60cmX60cm。目前方块地毯的需求量逐年上升，但我国方块地毯产业装备距离高度自动化 还有不少差距，集中体现在在纵横切之后到自动包装之前的后整理工作仍旧依靠 手工完成，严重制约了生产效率和包装质量。生产自动化的发展不仅可以保护工人的安全，获得高质量的产品，而且可以 改善由人力劳动带来的生产效率低下的问题。国内企业从 20 世纪 80 年代开始对码垛技术展开研究,迄今为止经过 30 多年的有条不紊的持续发展，我国的码垛技 术也在快速发展，包装机械自动化程度也达到了一定的高度。综合这些因素，结 合所学的机械设计相关知识，基于现有的码垛技术，取长补短，优化设计一款地 毯自动码垛机，以求改善生产线的自动化水平，从而提高方块毯的生产效率。2、研究现状目前，国内外都在研究并使用自动码垛技术来极高生产效率，创造更多的经 济效益。越来越多的行业开始引入自动码垛设备，人们也感受到了自动码垛带来 的好处。我国码垛技术起步较国外晚，其发展水平还不能与国外的发展水平相抗 衡，仍需继续加大力度研发。2.1 国外码垛技术研究现状(1)20 世纪 60 年代，美国成为首个研制出替代人工码垛的机器(后被称为码 垛机）的国家，而后一些欧洲工业发达地区也意识到码垛技术的重要意义，相继 开始研究半自动及全自动码垛机，随着生产的需求，码垛机在结构和外观上也在 不断改进和完善。(2)国外码垛机器人快速发展，码垛技术逐渐成熟。20 世纪后期，码垛技术 在日本得到推广，首次将机器人和码垛技术结合运用。1993 年，OKURA 公司到 中国进行技术交流时称其包装码垛机的最大处理能力可达 2400 袋/小时。德国5（KUKA）、瑞典（ABB）等国家也研制出了码垛机器人，如图 2-1 所示。图 2-1 码垛机器人(3)码垛技术的未来发展呈智能化趋势，一台机器与多个传感器配合使用成 为重要的一个研究方向。2.2 国内码垛技术研究现状（1）20 世纪 80 年代，国内相关机构或人员开始注意码垛技术并积极开展 研究，到现在国内已经拥有与之相关的专业科技和制造团队，如宜昌机械厂、哈 工大学机器人研究所等。现阶段，我国自主制造的码垛机在产品型号、机器性能 方面都取得了可观的成绩，基本满足生产需要。（2）码垛机器人也在快速发展，其工作效率得到很大的提升。哈工大机器 人研究所研制的码垛机器人，工作效率可达 800 袋/小时。国内自主研制生产的 ZM1000 托盘式全自动码垛机工作效率可达 1000 袋/小时。高速码垛是码垛技术 领域的一个重要研究方向，我国也跟国外一样，正在积极开展研发工作。（3）码垛技术在我国包装行业中是“新生儿”，在化工业、制造业、农业中 均被广泛使用。虽然我国的码垛技术经过了三十几年的发展，但是现在仍然还有 很多企业由于经济能力的限制还未采用自动码垛技术。目前我国的自动码垛技术 在一些特定产品上技术还不够成熟，例如聚丙烯自动码垛机大部分从国外购买。（4）国产码垛机的性能还不及发到国家水平。从生产加工角度来看，由于 国内加工方法有限和加工精度不够，国产码垛机普遍存在使用寿命不足和维修工 作频繁的特点。机器中控制系统的主要元器件也无法同国外先进的元器件相比， 这也在一定程度上影响了设备的性能。3、课题研究内容本课题主要研究的是地毯自动码垛机的设计，该装置可以实现地毯从纵横切 后到自动包箱之前的全部工序，包括地毯的自动翻转/码垛/整理工作。针对这些设计要求，本课题的主要研究内容如下所示：3.1 进行文献调研，了解方块地毯的自动化包装线的工艺流程，对现有的 包装生产线进行分析对比。方块地毯的码垛整理工作完成的效果直接影响着包装产品的质量，所以针对 此情况，需要对方块地毯的包装工艺有一定的了解，有利于地毯自动码垛机的设 计。3.2 根据方块地毯的生产特性，设计翻转/码垛/整理机构，实现方块毯的自 动叠放整齐。任何设计都需要依据产品的实际生产要求进行设计，以更好的满足实际生产 需要。地毯自动码垛机主要包括翻转/码垛/整理机构，以求改善生产线的自动化 水平，从而提高方块毯的生产效率。3.3对自动码垛机进行建模分析，优化结构，满足生产线的速度要求。 设计过程中总体方案确定后，利用三维建模软件进行建模分析以及运动仿真，验证设计方案的合理性。在建模分析的过程中，可以对设计参数进行优化改 进，实现设计经济合理的效果。3.4完成机械系统的设计图纸和论文。4、技术路线4.1文献调研 进行文献的调研，了解方块毯的自动化包装线的工艺流程，熟悉方块毯实际生产加工过程，并根据课题的设计要求，并对后续的设计工作进行规划。4.2方案的构思 查阅国内外方块地毯的码垛装置，借鉴其中重要设计思想及理论，并根据实际设计要求初步构思整个设计方案，如图 4-1 所示。 方块地毯纵横切之后进入地毯抽离段传送带，在该传送带的前端配有一个压紧装置，用于实现地毯的顺利抽离。接着方块地毯进入地毯换向装置，该段输送 带为辊道输送带，且辊道输送带的两侧边带挡板，防止地毯掉落。地毯从辊道输 送带进入皮带传送带，该段皮带速度较辊道输送带的速度加快，利用速度差实现 地毯间距的调整，为下一级运动做好准备。由于方块地毯存在次品，紧接着就是 进行方块地毯的检次，主要采用视觉检测进行拍照来检测。考虑到方块地毯的次品率较低，传送带上采用挡板来筛选残次品，让其自动掉入回收箱，从成本角度 出发而不单独再设置残次品的回收传送带。经过检测合格的方块毯继续进入下一 级生产，利用电机带动轴的转动外加传感器实现方块毯的隔一翻一功能。最后翻 转完成的地毯进入最后的码垛装置，完成地毯的码垛、整理。就这样，从方块毯 纵横切之后到码垛的工作实现了自动化。纵横切后的方块毯压实传送带换向装置增速传送带（用于地毯间距的调整）码垛整理装置翻转装置合 格地毯检次装置不合格地毯推出装置回收箱图 4-1 地毯自动码垛机的设计框架4.3 针对每一个功能，分块具体设计机构实现地毯的自动翻转、堆垛、整 理功能。设计过程中采用模块化设计，对地毯自动码垛机要实现的功能进行一个分 解，并针对每一个分解过功能进行方案的设计和选择。例如换向装置由以下两种 方案可供选择：（1）皮带运输线。皮带输送线，又被成为皮带运输机，可以连续或间歇的 运送物料，具有耐油、耐腐蚀、防静电等优点。（2）辊道运输线。辊道运输线主要分为动力式和无动力式两种。该运输线 运输平稳，便于保养，可用于箱体、包状等较大物件的输送。由于方块地毯纵横切之后的运输速度较快，地毯的换向必须保证准确，换向 之后地毯的位置不会发生偏移，否则对后续的工作造成影响。辊道运输线相较于 皮带运输线与方块毯的接触面积小，且摩擦小，换向更为容易，所以选择辊道运 输线作为地毯的换向装置。且考虑到速度 90换向幅度较大，需要将原来的速度 方向瞬间变为 0，此时在辊道运输线的两侧加以挡板以防地毯冲出辊道运输线，影响后续工序。4.4 考虑装置的通用性并优化设计方案，完成相关机械设计图纸，撰写论 文。方块地毯的规格尺寸为 4040cm 和 5050cm 两种，所以码垛机在设计过 程中，需要考虑装置的适用性。在实际生产中，需要码垛的物体很多，还要考虑 该设计是否可以码垛其他物体，实现装置的通用性，使装置的功用最大化。5、关键技术介绍5.1检次装置采用视觉检测 视觉检测技术主要原理是利用机器视觉完成检测。用机器校验产品的质量，检测精度得以优化。视觉检测核心技术主要有图形的自动生成、图形的自动获取、 图形的定位于分割、图形的识别与检测。5.2 从安全、经济、适用角度选择电机带动轴的翻转并结合光电传感器进 行隔一间一的控制机械设计过程中应该满足实际生产安全、经济等条件，翻转过程是隔一间一， 所以翻转过程的控制是设计关键点5.3 收集码垛装置采用横纵向距离可变来适应方块毯尺寸差异，同时该设 计可以实现地毯的后整理，数量的控制采用光电传感器计数5.4 整个流水线的布局从节省占地面积角度设计；电机、减速器等标准件 的采用在满足进本性能要求的前提下，从性价比角度出发；生产节拍的控制严格 从生产的实际需求出发6、要解决的技术问题6.1方块地毯的质检装置 地毯在生产过程中，由于一些不可控因素存在一定的次品率。次品的存在，一方面影响了整个产品的质量，对企业的品牌进行冲击，另一方面可能危害人的 身体健康。针对这些次品，设计地毯检次装置，用于地毯次品的检测和剔除。6.2 方块地毯是以弹性材料或高分子材料为背衬，机制地毯胚毯为表层面 料，特殊材质对隔一间一的翻转机构设计的考验6.3 方块地毯的本身尺寸规格和装箱数量的多样性对方块毯码垛整理机构 增加新的难度6.4整个设备控制系统的精度直接影响着设备的使用效果，需要注重整个 控制系统的设计，包括流水线的布局，电机、减速器等的选择，生产节拍的控制7、日程安排序号各阶段名称起止日期1调研、开题报告、外文翻译2015.12.18-2016.3.112地毯自动码垛机的机械结构方案的设计2016.3.12-2016.4.33地毯自动码垛机的三维建模和工程图纸的绘制2016.4.4-2016.4.164论文的撰写2016.4.4-2016.4.305提交论文、准备答辩2016.5.1-2016.5.208、参考文献1 方块地毯百度百科2 2014-2017 年中国方块地毯市场调研报告3 Benefits of Automated Mechanical Testing Advanced Materials & ProcessesNovember/December 2015：18-214 吴勇自动码垛与物流J现代制造，2003，03：38-405 胡洪国，高建华，杨汝清码垛技术综述J组合机床与自动化加工技术， 000，06：9-11+216 王润球我国中小型企业发展战略的选择分析J中国包装，1999，(4)： 42447 安德鲁曼利食品加工和包装机械设备的最新动态J，西方国家的食品 加工技术 t 2000，(1)：67万雄杰.我国码垛机的发展概况J.硫磷设计与 粉体工程, 1995(1):2-13.8 万雄杰我国码垛机的发展概况J硫磷设计与粉体工程，1995(1):2-139 李晓刚，刘
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