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1、III书本打包机设计摘 要目前我国对图书的需求日益增加，尤其是在学生入学的季节，与此同时，随着劳动力的匮乏，手工打包的传统生产方法已经不能满足需求。所以，该篇论文就这一问题，设计出一款书本打包机，解决图书需求增加，并提高效率，较少劳动强度。首先本篇论文分析了目前国内外打包机设计的现状，再根据设计打包机具体的参数性能要求，设计打包机的具体机械结构，对关键机构进行设计检验校核，并设计出打包机的控制系统。关键词：打包机，机构，控制系统AbstractBooks demand increased rapidly, especially in the spring and autumn season t
2、wo entrance, will usher in the peak. At the same time, labor shortage problem is more and more serious, the traditional manual packing methods are difficult to meet the requirements of. In order to adapt to this situation, this paper developed an automatic book packing machine, to improve the effici
3、ency of book packaging, reduce the labor intensity of the operator.according to the requirement of design books balers, carries on the design to the book packing machine mechanical structure, introduces in detail the mechanism of part design of the machine, the key part of the mechanism principle di
4、agram is given, the schematic diagram of the function were described. The design of the book packing machine mechanism and control system, the structure of the improvement and optimization. Key words：baler, mechanism, control system目 录第1章 绪论11.1 选题背景及其意义11.2 文献综述（国内外研究现状与发展趋势）11.3 本文研究内容4第2章 书本打包机总体
5、设计52.1主要技术要求52.2书本打包机总体工艺设计52.3机械结构功能分解与分析62.4 本章小结7第3章 推书机构设计83.1机构功能要求83.2运动机构的选择93.3槽型凸轮设计103.4齿轮齿条设计113.5轴的设计133.6连杆的设计143.7本章小结15第4章 打包机其他机构设计164.1送纸机构设计164.2包角机构设计194.3捆扎机原理224.4辅助设备244.5 本章小结24第5章 书本打包机控制设计255.1 电控的选择与优点255 . 2 书本打包机 工 作 流 程275.4 I/O口分配275.5 PLC梯形图295.6 安全保护装置295.7 抗干扰系统设计305
6、.8 本章小结30第6章 结论31参考文献32致 谢34 3书本打包机设计第1章 绪论 1.1 选题背景及其意义我国对印刷品的需求量正在增长迅速，长期以来，我国的各地的印刷部门对图书的打包方式基本都是人工打包的形式，但是结合实际，传统手工打包的方法已经不再适应当前现状，为了提高生产效率以及质量，我们必须要设计出工作稳定，快速，便捷，经济，性能优越，成本较低的打包机。这种打包机是一种可以完成推书送纸裹书折上边折下边及折后角折上下角及前角捆扎于一体的图示自动打包系统，本篇论文致力于设计出一种将书本自动搬运、包装纸自动折叠、书本的自动打包和捆扎等多种功能的自动打包系统，推动我国图书自动打包机及包装工
7、业自动化的发展。1.2 文献综述（国内外研究现状与发展趋势） 1.2.1 国内发展现状我国包装机械起步较晚，因此，在此之前，只有对火柴盒、纸袋等简单的生活用品进行简单的包装。改革开放以后，包装行业发展迅速，广泛运用于各个行业，据不完全统计，我国国内的包装行业在近几年里总产值突破六千多亿，而且每年的增长速度一般维持在15%左右。有紫宏、新邵和飞达等知名企业。图1-1 现有书本打包机河北省石家庄市内燃机配件厂自主设计出一款SDBJ打包机，平装书籍。该设备可以自动出纸，并且当没有本书或者没有包装纸的时候，机器会自动停止，并且有过载保护功能，即有过载情况也会自动停止。主要性能为：包装速度：10包min
8、；用纸量：定量为70克分钟，为牛皮纸，卷筒送出，包装纸宽度390420mm；卷筒纸最大直径约为490mm；给纸高度：690790mm；包装高度：180210mm；包装规格：平装32开本。上海紫宏机械有限公司自主生产出的SK20型书刊打包机，这台书本打包机内部会有很多组凸轮进行转动，再带动各个机构的运动来实现打包功能的。 该台打包机的输送部分：首先将需要打包的书本放在传送带上，并且为防止书本掉落，传动带上会设置导向杆。送纸部分：两对摩擦轮通过转动将包装纸从上至下送出，并且为保证纸张能平整送出，下方的摩擦轮的速度会比上方的摩擦轮速度要快。主机部分：底部设有开槽，并设有光电开关，来感应纸张是否到位，
9、再通过圆角辊，折板,压板来进行折角，折边的功能。该机器主要性能指标：可包书本规格：180mm110mm，200mm130mm，235mm190mm，300mm210mm；每包高度：220mm；打包速度：16-22包/分钟。但是，上面两家企业的设备会经常出现卡纸，工序转接停顿，效率低、噪声大和操作不灵便等缺陷。所以并没有得到市场的认可。因此，在解决书本的自动打包的问题上，依然还要有很大的改进1.2.2 国外发展现状目前，在国外的自动包装机械水平，打包技术较为成熟的国家有德国，日本，美国。在这三国之中，技术比较领先的为美国。如美国的Barry-wehmillre公司等。其中Barry-wehmil
10、lre公司的书本打包机外部结构简单，所占空间较小，效率高等。但其内部结构复杂而且体积偏小，在各个机构执行配合时有问题，经常出现包纸张褶皱的现象。在技术方面，德国处于领先地位，该国生产的打包设备自动化水平高，效率较高，并且性能也相对稳定，使其成为世界上最大的包装设备出口国。例如德国MSK，该公司生产的打包机，与美国Barry-wehmillre公司生产的打包机相比，其每个动作相对独立，协调性很好，在生产过程中，可以同时对多摞书进行打包，大大提高了打包效率，但是其缺点是所占面积比较大。图1-2 美国Barry-wehmillre包装机械目前，德国是最大的包装机械的出口国，其工艺和性能均较为先进，特
11、色是完整、速度快、机械化程度高等优点。其中SETIZ、MSK品牌较为知名4，如图，为德国MSK书本打包机，这台机器的每个操作都是比较独立的，每个动作都能有很好的协调性，可同时进行多个书本的打包。图1-3 德国MSK书本打包机日本的包装机械是后来发展起来的，他们善于模仿和创新的能力，使其发展速度较快，日本本国较强的制造装备业以及使用电气控制及传感器器件，使其操作简单，并且具有好的稳定性。富士油压精机株式会社是日本比较有名的打包机械制造商。日本富士油压精机会社研发的AP-7BV型自动书本打包机，其性能指标：打包速度：10包/min，其包装最大质量25kg，自动910kg，包装高度：90mm280m
12、m，总重910kg，包装高度：86mm280mm。但成本较高，并且维修费用业较高，其噪音也较大。图1-4 日本富士油压精机书本打包机通综合上面几国书本打包机，国外在书本打包机中运用了以下技术： （1）适应性高，生产一台打包机，即可完成不同规格书本的打包，适应性高； （2）对打包机进行优化改进，使操作者更加容易上手，避免因外部因素引起的操作者的不适，往他们能够更加轻松高效的完成工作； （3）打包机运用传感器技术，能使机器更加精确稳定。我国打包机械装备与国外技术相比，还是有一定的差距：（1）自动化程度有待改进 将书本送进机器和将其拿出来还需要人工来完成； （2）包装纸不稳定 经常会出现纸张送不出或
13、者多送纸张的现象，并且可能会有褶皱。（3）设备占地面积较大 对机械传动依赖较高，因为其只是想通过机构的传动来实现全自动打包机的所有功能。 1.3 本文研究内容本篇论文的主要研究内容是在目前的机械包装的基础上，结合给的技术要求以及参数等，再设计出一款书本打包设备，再对此书本打包设备的推书机构、取纸机构及包角机构来进行机构分析与计算，然后再对相应机构画出CAD二维图，为实现书本打包机的自动化工艺，我们将设计PLC程序来控制整个过程。其主要工艺内容如图1-5所示。图1-5 主要工艺过程5书本打包机设计第2章 书本打包机总体设计如下，为书本打包机所需的技术参数与技术，再根据要求，设计出包装思路，设计工
14、艺流程。再对各个步序进行详细的分析，得到其数据，功能等后，再进行下一步的设计。 2.1主要技术要求1. 包装规格：大小16、32开纸2. 包装高度：80110cm3. 包装重量：1525kg4. 包装速度：8包/分钟5. 送纸进纸动作流畅，折边与折角，包装棱角清晰，不损坏书本；6. 装有自动压书板结构，将书本压实压紧，且具有缓冲减震功能，当书本的高度不同时，可自动调节。7. 可自动对书摞进行捆扎；8. 适用电源：220V10%，50HZ，工作温度：050。 2.2书本打包机总体工艺设计依据2给出的技术参数与要求，可知书本打包机有推书、包书、上折角、下折角等及捆扎等几大步骤，再对一部分步骤进行详
15、细的设计与计算。例如推书机构，再例如一摞书推过来的时候有的是整齐的，但也有的是不齐的，所以在设计推书机构时要考虑横向和纵向的整齐，也就是要有横向和纵向两种推书功能。然后还需要装置将包装纸输送下来与指定位置，进行包三面的操作，所以此处就应该有需纸张分离机构。再进行折角工序，要能使上下前后左右的几个方位能完全折好，还要为节约成本以及考虑结构的稳定性，要使打包机结构合理可行，尽可能方便。综上所述，我们将书本打包机的工艺流程分为如下图所示：推书对中送纸裹纸折上边折下边折后角折上下角及前角捆扎。推书板机构我们运用正向推书，侧向松鼠的结构，从而简化整个推书过程。图 2-1 书本打包机的工艺原理图 2.3机
16、械结构功能分解与分析通过上述工艺过程来看，我们确定该书本打包机的主要部分有：推书机构、送纸及裹纸机构、折角机构三部分。推书机构我们用曲柄摇杆机构来设计，送纸及裹纸机构主要运用凸轮进行搓纸操作，然后再用一对辊轮的转动来实现送功能，当送出多张纸的时候，可反转将多出来的纸送回去。折角机构可用上折板，下折板及固定挡板等来实现，主要结构如下图所示。1书本；2推书机构；3、下折板；4、左右折板；5、捆扎机；6、送纸机构；7、上折板图2-2 书本打包机总体结构分析各部件所实现的功能，（1）书本1由推书机构2推送到指定的位置；（2）纸盒内的纸张由送纸机构6分离并取出，将纸张送到指定位置；（3）推书板前进，将书
17、本推进纸张内，实现裹三面功能，当三面裹好之后，上折板7压下，此时上面就折好了；（4）上边折好后，下折板3向上翻折，实现折下边及折后角的功能；（5）上下边以及后角都被折后后，推书板2推着书本1通过固定折板4，来实现折上下角以及前角的功能。（6）至此，书本包裹完成，在通过捆扎机5进行捆扎即可。 2.4 本章小结本章通过对书本打包机的数据参数以及技术要求，拟定了工艺流程以及设计总体结构方案。并画出示意图，以后再进行详细的分析计算。13书本打包机设计第3章 推书机构设计 3.1机构功能要求推书机构是将书本推送到指定位置，在实现书本自动捆扎的过程中，起到很重要的作用。其工艺步骤可分为：首先主控会发出命令
18、，通过主传动系统来使槽形凸轮7转动，再由凸轮带动摆杆9再经过连杆1带动齿轮5运动，其沿着下齿条进行滚动，此时齿轮会带动上齿条进行水平运动，当要实现推出功能的时候，上齿条就会向左进行水平移动，至此，推书过程完成。机构示意图如下图所示：图3.1 推书机构示意图 推书机构设计（1）推书机构的运动周期循环:推书机的一个循环周期为主轴回转一周。所以推书机构的运动时间可以用主轴的转角大小来表示。推书占主轴旋转的120，也就是整个推书动作的1/3周期。退回动作占小于主轴旋转的100，即1/3个周期。静止的动作占主轴转角的140，大于1/3个周期。每个动作的工艺与主轴转角的关系如下图3.2所示。 主轴转角推书
19、机构执行滑块的动作主轴转角推书机构执行滑块的动作0120 推书前进120220滑块退回220360 滑块静止 图3.2 纵向推书机构运动循环图（2）推书机构要采用加速，减速相等的速度来进行推书前进和退回。 3.2运动机构的选择 由于推书机构推书的过程是一个较为缓慢的过程，而退回时为空载退回，所以设计过程要使退回时的速度比推书的过程要快，所以，如图3.3三种方案所示，整个过程要有急回的过程和等速的过程。 (a) 间歇运动机构 (b) 传动运动机构 (c) 直线运动机构图3.3 三种运动方案这三种运动方案中，第一种，间歇运动机构由凸轮机构、槽轮机构组成。第二种，由涡轮蜗杆，圆柱齿轮，圆锥齿轮组成传
20、动运动机构；第三种由凸轮机构或曲柄滑块织成直线运动机构。其特点见表3.2。表3.2 三种机构比较 三种机构间歇运动机构传动运动机构直线运动机构槽轮机构不完全齿轮凸轮机构圆柱齿轮圆锥齿轮蜗轮蜗杆曲柄滑块凸轮机构简单、易实现，成本低运动精确运动精确，无冲击易实现同向变速不同方向传动和变速垂直方向传动加工简单成本低运动精确，无冲击运动不精确冲击，加工复杂，成本高易磨损，加工成本高只可同向传动加工复杂成本高，角度不易改变占空间，对杆长要求高易磨损，加工成本高对比以上三种推书机构，再结合设计需洲旋转带动其平稳旋转，通过来回摆动槽形凸轮来实现往复运动，再通过连杆带动齿轮求，我们选用间歇运动机构，其中选择槽
21、形凸轮机构。我们设计其工艺过程：凸轮由株齿条做间歇的往复运动。将推书板固定在上齿条上，通过连杆跟着上齿条做往复循环运动。运动简图如图3.4所示。图3.4 推书机构运动简图 3.3槽型凸轮设计凸轮机构是由机架，从动件，凸轮三部分组成，三者之间的运动是相对的，并且具有很好的适应能力，性能稳定，并且结构较为简单并且能准确的进行控制等，并且其能很好地和其他机构进行配合，来实现复杂的运动。其被广泛的运动于纺织机，印刷机，内燃机等各种自动机器中。并且要求推书机构在一个推程中要先进行等加速运动，再进行等减速运动所以该凸轮机构为一偏置槽形凸轮机构。下面我们将对推书机构进行设计，并且要其传动性能较好，能实现匀速
22、推书和快速退回的功能，机构凸轮的轮廓线是否可行，也会影响该机构的正常工作，因此我们将对该机构的工作要求和工作原理进行分析，再用解析法，按照其工作要求，来解析并绘制凸轮轮廓曲线方程，并画出其轮廓线。我们可以建一个如图3.5所示的坐标系xNy：图3.5 机构安装及轮廓尺寸简图由封闭向量三角形NKM得矢量方程式：，以复数形式表示：，写成欧拉形式则为：，。消去得：。所以，理论上，该凸轮轮廓方程：。是凸轮的向径，为摇杆摆角，是中间变量。的求解方法可用如下方法。图3.5中四边形NABC为封闭的，其矢量方程式为：，将其用复数的形式表示为：，的确定是由机构的安装尺寸来决定的。展开得：，。消去得：，其中，为对应
23、的杆长，的尺寸由安装时的尺寸决定。通过上面公式，联合求解，即可求出凸轮的轮廓线方程。极位夹角我们假设为（的求解由确定的形成速度变化系数来确定），将设定为推书齿轮的工作行程，再讲的推书齿轮工作行程和凸轮向径角度平均分成N，那么=，可将推书齿轮的位移表示为，式中，设其等分数为，其范围（0，N）。然后再根据和从动件的位移方程，画其廓线图，如图3.6。 （a）理论轮廓线 （b）实际轮廓线图3.6 凸轮轮廓线和运动规律 3.4齿轮齿条设计在机器中，其传递动力的一种主要方式就是齿轮传动，在旋转运动和实现直线运动的转换方面，会起到很好的作用。其传动地优点有：由于齿条齿廓为直线，所以在齿廓上的每个点的压力角都
24、一样，并且在整个运动过程中，都会有相同的标准齿形角，根据推书机构的要求，选择选择齿轮齿条传动机构，齿轮选择圆柱直齿轮，其如下表3.3所示。 表3.3 齿轮齿条参数名称符号齿数（）齿条（）模数22齿数z21287压力角2020齿顶高系数11顶隙系数0.250.25 3.4.1几何尺寸计算（1） 齿顶高：；（2） 分度圆直径：；（3） 分度圆齿厚：;（4） 齿顶圆直径：；（5） 齿根圆直径：；（6） 基圆直径：。 3.4.2重合度校核齿轮齿条传动的优点有结构较为紧凑，并且其重合度的大小也会有严格规定。因此，我们要对其重合度进行校核。 根据参数的要求，我们可知，所以重合度为： 因为齿轮齿条重合度一般
25、在1.52.0之间即可，所以计算出的重合度1.78满足要求。 3.4.3齿轮强度校核 因为该齿轮齿条传动机构应用在推书机构中，其运动速度较低，并且工作具有季节性，故循环次数小，齿轮接触疲劳强度忽略不计，点蚀，弯曲疲劳强度等问题，并且相对于齿轮传动，该传动方式的单齿受力较小，重合度较高，所以，我们只对齿轮受力进行分析校核。选40Cr，硬度300HBS，调质处理，取，再取，因其单项传动，所以取。因为，取，弯曲应力。齿数，。，则：，所以齿轮弯曲强度符合要求。 3.5轴的设计由第二章可知，设计的打包速度为8包/min，因此，齿轮轴的转速为8r/min，且包装纸最大重量m=25kg，推书板及相应组件质量
26、约为M=45kg，总质量为70kg，其摩擦系数约为=0.5，齿轮齿条啮合系数一般为=95%，所以推动其需要的力F=mg=350N，推书机构所需速度也不用太快，所以选择电动机额定转速为970转，功率7.5KW，电机型号为Y160M-6即可满足要求，采用变频器控制转速。 3.5.1确定最小轴径轴的扭转强度条件为：其中：扭转切应力，单位Mpa；抗弯截面系数，单位mm3； 扭矩，单位Nmm；功率，单位kW；转速，单位r/min； 扭转切应力，单位Mpa；截面处轴的直径，单位mm；求得直径，材料选45钢，调质处理，查表取，将转速及功率带入得轴径。根据设计需求，将齿轮轴的最小轴径定位20mm，长度50mm
27、。 3.5.2轴的校核在通常的校核中，一般去轴上最大承受的扭矩和弯矩的界面强度，这里取， 用公式计算轴的应力：， 其中： 弯矩，单位Nmm； 计算应力，单位Mpa； 抗弯截面系数，单位mm3； 扭矩，单位Nmm； 对称循环变应力时轴的许用弯曲应力，单位Mpa； 由图3.7可以看出，齿轮端或连杆端为危险截面，通过设计数据易知，所形成的扭矩为：，由于弯矩应力，此处扭转切应力为对称环应变力，取折合系数，则：，查表得可得抗扭界面系数：，则：。满足=60Mpa的条件，所以满足条件，并且刘有一部分余量。图3.7 齿轮轴的受力 3.6连杆的设计图3.8 连杆机构示意图如图3.8所示，B是连杆的一般位置，A和
28、C分别为连杆断电的左右极限位置。推书行程，等效曲柄半径R，连杆长度d，当该连杆机构在重合共线和拉直共线的时候，其退成可以去到最小和最大值。由几何关系可列出，根据关系式可取：，。 3.7本章小结本章设计了书本打包机的关键机构，送纸机构，通过计算凸轮机构，以凸轮旋转一周来实现推书板的一个来回的动作。并用齿轮齿条传动机构带动推书板运动，对关键结构零件进行了校核。33书本打包机设计第4章 打包机其他机构设计 4.1送纸机构设计 4.1.1传动原理分析 (a) 纸张输送 （b）分离轮反转1-搓纸轮；2-拾纸轮；3-分离轮；4-电容传感器 图4.1 送纸机构示意图 图4.1为送纸机构，主要就是要将包装纸通
29、过搓纸轮从纸盒中单张出来。无4.1表示了该机构主要的组成部分，外加步进电机组成。采用牛皮纸包装，其摩擦力大，所以在整个过程中，我们可以采用摩擦传动的方式来实现功能。该机构结构简单，稳定可靠，其主要工艺流程为首先用搓纸轮将纸张从纸盒中分离出来，再经过电容检测装置，当出来的是单张纸时，则有上图4.1（a）所示，离合器与分离轮断开，拾纸轮2运动，纸张开始输送。当两张出纸时，分离轮3与离合器结合，反方向运转，将多出来的纸张送回纸盒内。为了控制分离轮的反转与停止，我们在分离轮3上我们安装一个电磁式离合器。 （a）单纸受力分离模型 （b）多纸受力分离模型图4.2 送纸机构纸张分离模型材料之间的转动惯量、摩
30、擦系数、包装纸的质量、轮与包装纸相对运动速度等因素，这些都是送纸机构的传动要综合考虑的。如上图4.2所示，我们对送纸机构数学建模进行分析，其中包括各部分，对单张纸及多张纸的受力进行了分析。单张纸送纸过程的动力学方程： (4.1) 上式中，为送纸轮的角速度，为分离轮的角速度，为送纸轮的转动惯量，为分离轮的转动惯量，为送纸轮的扭矩，分离轮的扭矩，为送纸轮的半径，为分离轮的半径。 每个表面接触方程为： (4.2) 从（4.1）可知，分离轮和送纸轮之间，与方向相反，大小相等，在这里我们使的值趋近于0，这样可以使传动趋于平稳。再使，。根据公式（4.2）得出。所以据上所述，使分离轮和送纸轮的转动惯量达到尽
31、可能的相同，已达到传动平稳的效果。当送至装置搓纸轮送出的纸为两张纸的时候，其力学方程为： （4.3）以下为第一张纸相对送纸轮、第二张纸相对第一张纸、分离轮相对于第二张纸的相对运动方程如下： （4.4） 4.1.2摩擦计算摩擦轮示意图如图4.3所示，主动轮转速，从动轮转速（r/min），主动轴转矩（Nm），滑动率（%），可靠性系数，摩擦系数，传递功率。图4.3 摩擦传动简图传动比：压紧力：作用在轴上的总压力：径向力，轴向力。 4.1.3纸张检测原理分析图4.4 测量示意图 在送纸的时候有可能会出现多张纸一起送出的情况，当出现多张纸的时候，我们可以看做一个整体，那么就是一张纸变厚。所以，通过电容的
32、检测，就能感应出是否出现了重复输送纸张的情况。改变纸张厚度，此处采用平行板式。电容也会改变。图4.4所示为为检测纸张是否重复输出的简图。其电容量公式如下所示： （4.5）其中：包装纸上表面到电极的距离；电容极板面积（单个极板）；包装纸下表面到电极的距离；包装纸厚度；包装纸上表面到电极板之间介质的介电常数；包装纸的介电常数；包装纸下表面导电极之间介质的介电常数；，时，电容量公式（4.5）也可以变成： （4.6）介电常数和为定值的时候，此时包装纸的厚度及介电常数来决定极板电容值。当介电常数为定值的时候，可以通过式（4.6）就可计算出来包装纸的厚度。此处选用两相步进电机KINCO 2S56Q-029
33、76。 4.2包角机构设计 4.2.1裹纸图4.5书本包裹示意图纸张通过上述的送纸机构送出之后，在导纸板的引导下，纸张会向下输送，纸张到达指定位置的时候，传感器会感应纸张到位，发出信号，夹紧电磁铁，使纸张固定。此时推书板推动书本向前前进，以此来对书本进行裹三面的操作，此处用兰达电磁铁有限公司的H2004525吸盘式电磁铁。如图4.5所示。其控制电压为24V，最大吸力为500N，期工作原理为，给电磁铁通电，线圈得电，其内部的铁芯和衔铁会变成两块磁性不同的磁铁，通过两块磁铁之间的吸力来夹紧纸张，其还装有弹簧系统，吸力会大于弹簧弹力，所以当电磁铁断电的时候，电磁铁放开纸张，电磁铁回到初始位置。在这里
34、要注意的是，送纸机构运动的速度一定要比推书机构运动的速度要快。 4.2.2折上页在之前裹三面过后，即要包裹第四个面，当前三个面包裹完成之后，推板后退回到初始位置。之后书本上方的上折板通过凸轮驱动，向下运动，第四页的上半页向下翻折，折板末端会轻微向外翻折，起到导向的作用。折上半页的凸轮采用平底凸轮，压力角为0，避免发生自锁现象，并且能减小摩擦，并且增大传动效率。折板运动要稳定，均匀，速度要适中，在这里我们同样选用两相步进电机两相步进电机KINCO 2S56Q-02976。该电机为两相双极型，其步距角为1.8，相电流为3A。细分为100。步进驱动器选KINCO 2M860。其参数为：表4.1 步进
35、电机参数技术参数2S56Q-030B52S56Q-029762S56Q-020542S56Q-02741步距角1.85%1.85%1.85%1.85%相电流（A）6.03.03.01.5保持扭矩（Nm）2.51.50.90.5阻尼扭矩（Nm）0.120.070.040.02相电阻（）0.510%0.9515%0.6515%1.810%相电感（mH）1.820%3.420%2.520%4.120%电机惯量（kg.cm）0.750.460.260.14电机长度L（mm）115755441引线数量4444绝缘等级BBBB耐压等级660V AC 5mA660V AC 5mA660V AC 5mA660
36、V AC 5mA最大轴向负载（N）15151515最大径向负载（N）75757575工作环境温度-2050-2050-2050-2050表面温升最高80最高80最高80最高80重量（kg）1.51.00.60.42引出线长度（mm）3001030010*30010*30010*所以转一圈所需脉冲数为100*360/1.8=20000。凸轮机构要完成旋转一周来实现折上页功能，即需要20000个脉冲。图4.6为折上页凸轮旋转机构。图4.6 折上页示意图 4.2.3折下页 图4.7 折下页示意图 折下半页及折后角机构设计，下半页采用折板，也是利用步进电机带动折板转动，当折下半页的时候，步进电机逆时针
37、旋转90，此时下半页折上去，会稍微覆盖上半页。然后步进电机继续旋转90，此处同样选用两相步进电机KINCO 2S56Q-02976。由上面对此步进电机的介绍，首先需要10000个脉冲控制下折板逆时针旋转90之后立即再旋转90，然后再需要10000个脉冲来控制其顺时针旋转180回到初始位置。实现将上下页折向书本内侧的功能。折下页控制如上图4.7所示。 4.2.4折前角与上下边图4.8 端面折页示意图图4.8为折前角和上下边的折叠板。折前角和折上下边机构设计，推板推动书本向前运动，先将书本前角向两侧折叠，通过机构固定挡板两边的导向作用来完成，固定挡板末端会向外翻出，起起到一定的导向作用。然后书本再
38、继续向前推进，首先在下开口槽的作用下，书本包装纸的下边向上翻折。再继续向前推进，在上开口槽的作用下，书本包装纸的上边向下翻折。至此，整个书本打包过程已经完成，再进行捆扎操作。 4.3捆扎机原理选择捆扎机及其工作原理，为了使打包好的书本便于保管，运输和装卸，故将其进行捆扎，绳子用PP带，方便使用。在这里捆扎机我们直接选用成品，在这里选用SD-101型自动捆扎机。捆扎机参数：设备尺寸1400mm610mm1550mm弓架尺寸860mm600mm功率0.86KW捆包速度2.3s/次打包尺寸最小95mm35mm；最大860mm580mmPP带宽度10、12、18mm；厚度0.51.0mm此捆扎机的主要
39、工作过程为送带，抽带，切烫。捆扎用电机采用直流电机。送带，首先，直流电机带动下滚轮逆时针运动，在摩擦力的作用下，使PP带顺着导槽运动，待其碰到制动器的微动开关时，前端压头会压住PP带的前端，以便接下来的收紧捆扎运动。为了能使PP带在导槽中能够顺畅的滑动，其圆弧半径要尽量大一点，防止PP带在中途缠绕，且为了能使PP带能够捆扎在书本上，其导槽设计成活动式封闭结构，当触动微动开关，电机驱动下滚轮顺时针旋转，PP带受到牵引力作用，会强行挤压柔性带，使PP带顺利从导槽中脱离，PP带脱离后，柔性带又恢复原状。抽带，推书板将书本推到指定位置后，下滚轮顺时针旋转，用摩擦力将PP带从导槽中拉出，并且在拉力的作用
40、下，PP带张紧，缠绕在书本表面，在滚轮的传动轴上装有扭矩传感器，当检测到扭矩突然增大的时候，带轮停止旋转。切烫，目的是将PP带切断，粘结在一起。当滚轮顺时针旋转停止之后，后端压头压住PP带后端，后端压头同时也起到电加热板的作用，在加热的同时，切断压头也对PP带进行加压切断，完成捆扎过程。1-上衬板；2-止动器；3-导向板；4-后端压头；5-切断压头；5-凸轮；7-凸轮轴；8-前端压头；9-捆扎带图4.9 压带凸轮机构原理图至此，一摞书的打包过程就结束了，拿走书本进行下一摞书本的打包。 书本打包机外形设计，书本打包机外形尺寸设计，应考虑到多种因素，方便操作，设备简单，减少成本等。打包机工作空间，
41、打包机的设计要尽量做到人性化，要能使操作者容易上手，操作轻松，减少操作者在操作机器时产生的不适以及劳动强度，并且根据人体的平均尺寸来对机器进行设计。在打包过程中，工作人员在工作的时候要经常搬运书本，操作按钮，并且要经常走动，座椅采用立姿作业，并且机器的高度也要根据人体身高以及作业方式来确定，作业方式分为精密作业，一般作业，重荷作业，该类属于重荷作业，并且男女肘高也不一样，取平均值100cm，因为是重荷作业，所以机器工作台距离地面的 高度H=100-10=90cm。控制面板的位置可以设置在与工作台旁边的位置，并且便于操作，要有一定角度，可以选择与工作平台成40角左右的位置。综上所述，打包机的主要
42、形状基本可以确定了。 4.4辅助设备书本需要经过机器输送到推书板处，这里可以采用上海悦美机械制造有限公司的挡板式爬坡皮带输送机，该机器可以只一个方向运作，防止书本下滑，机器底部配备滚轮，可以进行设备转移，如图4.13所示。 图4.10 SD101型捆扎机 图4.11 挡板式爬坡皮带输送机 4.5 本章小结本章对书本打包机的其他重要结构进行了分析计算设计，包括送纸机构，折上页机构，折下页及后角机构，折前角及上下边机构。并选用步进电机作为驱动。再根据人体工程学，对打包机及工人的操作空间进行了设计，以达到减轻劳动者劳动强度的目的。再对捆扎机进行选型，由于市面上捆扎技术已经较为成熟，所以选用市面上已有
43、的SD101型捆扎机，再选用挡板式爬坡皮带输送机来输送书本到工作台。第5章 书本打包机控制设计 5.1 电控的选择与优点 5.1.1 PLC的基本概念 PLC，即可编程逻辑控制器，为以前的可编程控制器，其主要实现的就是放弃继电器来进行逻辑控制。目前，科技发展迅速，逻辑控制已经远远不能满足要求，利用微型计算机技术来实现控制功能的装置已广泛运用在各类机器中。所以，这种逻辑控制的装置我们成为可编程控制器，即PC，但是，个人计算机常常也被称之为PC，所以为了区分，我们将其简称为PLC，1969年，美国数据设备公司研发出第一台PLC，后来不断发展完善，目前，美国、德国、日本生产研发的的PLC功能较好，可靠性较高。5.1.2 PLC的基本结构 实际上，可编程控制器PLC就是一种微型计算机，其一般用于工业控制机器上，内部的硬件结构与微型计算机也大致相同。其主要组成部分：（1）电源PLC一般需要选用优质可靠的电源，其电源在整个控制系统中至关重要，需要一个好的电源来实现其正常工作，所以，在生产PLC的时候，对电源的选用也较为严格，正常情况下，交流电压的波动在1