图7-78 制件展开图2.排样设计由于该制件板料较薄，为了带料送进的稳定性，在充分分析图7-77冲裁及弯曲特点的基础上，决定采用双侧载体单排排列较为合理，排样如图7-79所示。图7-79 排样图3.模具结构设计安装板多工位级进模结构如图7-80所示。卸料板采用弹压卸料装置，可在冲裁前将带料压平，防止冲裁件翘曲，可保证较高的送料精度。......
2023-06-26
智能纸基夹线水胶带多工位贴合系统
【摘要】：一般5个工人一组，1人负责量取、切断、湿水，2人负责将纸基夹线湿水胶带往纸箱接合处张贴，1人负责拉料翻料，1人负责打包，见图7-7-1。
运输包装用的纸箱、纸盒，后道结合的常用方式有：胶粘、打钉。打钉方式的缺陷是：锋利钉头极易刮坏、刮花内装物，钉头受潮易生锈等，所以化工原料、医药、医疗器械、食品等行业，较多采用胶粘方式。胶粘方式也更适合大批量流水线生产，但当内装物为流动性较好的粉剂、袋式、颗粒状、黏稠液体等形态时，动态运输中内装物会对纸箱侧壁产生较大的径向压力作用，极易导致胶黏结合处崩开或脱胶的现象（见图4-1-3）。
为了消除这个隐患，一般在接舌结合处外侧加贴一层高强黏性的纸基夹线胶带（最先在欧美国家开始盛行，见图3-2-4），胶带的宽度6cm左右，厚度0.15mm，色泽与纸箱一致。
纸基夹线胶带的基材是牛皮纸加玻璃纤维线，湿水后粘力强，基材与胶黏剂不会造成污染，可随包装回收循环再利用。
目前只能靠人工量取一定长度的胶带，美工刀切断，沾水抹布或海绵上水，再贴在包装箱上。一般5个工人一组，1人负责量取、切断、湿水，2人负责将纸基夹线湿水胶带往纸箱接合处张贴，1人负责拉料翻料，1人负责打包，见图7-7-1。
图7-7-1 车间纸基夹线湿水胶带张贴现状
现有这种作业方式的缺陷主要在于：
（1）每组必须配一人负责量取、切割、涂湿夹线胶带，这部分工作没有实现机械替代；
（2）拉料、翻料人员及打包人员的工作简单，效率高，存在人员停工等待的现象，造成人力资源的浪费；
（3）工人手持美工刀作业存在安全隐患；
（4）湿水不均易造成胶粘不良。
如果纸基夹线胶带能够自动输送、精确计长、快速切断、均匀湿水，既可精简人员配备，又可提高生产的自动化程度。因此达成集团研制了集多种功能于一体的智能控制系统及装置，使企业实现自动化管理、降本提效。
1.纸基夹线湿水胶带装置的系统组成
纸基夹线湿水胶带装置系统的组成主要包括：自动输送模块、长度精确控制模块、切断模块、湿水模块、水泵控制模块、加热系统、生产计数等等。该装置的详细组成结构见图7-7-2。
图7-7-2 纸基夹线湿水胶带装置组成结构
1—带卷支撑轴；2—胶带；3—张力轮；4—测纸下轮；5—测纸上轮；6—送纸侧马达；7—测纸光电开关；8—测纸光栅；9—上进纸托盘；10—下进纸托盘；11—切刀马达；12—切刀偏心运动模块；13—切刀；13a—上切刀；13b—下切刀；14—固定架；15—压纸块；16—切刀光电开关；17—接纸托盘；18—出纸侧马达；19—出纸侧压力轮；20—水轮；21—小水箱；22—大水箱；23—水泵；24—加热棒；25—电源支架；26—鱼线；27—出纸上挡板；28—出纸下托盘；29—出纸光电开关；30—电磁加压模块；31—脚架；32—机架；33—数显设置控制面板
3个光电开关传感器分别实现精确计长、精准切断、出口加压的控制。
精确计长：测纸光电开关结合圆形光栅（见图7-7-3），并通过单片机编程算法，实现夹线胶带长度的精确控制。通过光栅一空格一暗格的计数，转换成胶带的长度，0.18mm/格。圆形光栅的无限循环旋转特点，可实现任意长度的精确控制。
精准切断：夹线胶带的长度到达设定值时，单片机控制的主程序会给切刀马达动作信号，在切刀偏心运动模块（见图7-7-4）的作用下，将马达的旋转动力运动转换成切刀的上下运动。偏心轮逆时针向上运动时，滑块向上运动，同时带动下切刀向上运动，上切刀静止不动。精确计算偏心轮的最低点与最高点的距离、上下切刀安装的位置距离，使偏心轮带动滑块运动到最高点时，上切刀与下切刀完成夹线胶带的切断。在切刀光电开关的控制下，偏心轮继续逆时针旋转带动滑块运动至最低点，使下切刀归位。
图7-7-3 圆形光栅的结构
图7-7-4 切刀偏心运动模块
出口加压：出口处的光电开关，结合单片机程序的控制，通过是否给电磁加压模块通电，实现出口胶带的加压夹紧。当出口光电开关感应到切断湿水后的胶带到达出口处，电磁加压模块接到通电信号压头向下运动，夹紧出口处的夹线胶带，以至于夹线胶带不会因为自重或外部风力等作用而掉落、脱离出口处。操作人员将胶带取走往纸箱结合处张贴时，主程序发出电磁加压模块的断电信号，在自回弹簧的作用下压头向上运动归位。同时送纸侧接到信号，进入下一工作循环。
湿水模块：利用包胶水轮，将小水箱内的水均匀地涂在夹线胶带的里面，因这种夹线胶带湿水后，黏性大大增强，为了防止湿水后的夹线胶带粘在水轮上，利用鱼线将夹线胶带引导至出口处，在水轮上面缠绕鱼线。
水泵控制模块：水轮将小水箱中的水转移到夹线胶带上，为保证小水箱中水始终保持额定的水位，单片机程序控制在切刀装置切断动作后，给水泵通电信号，大水箱中的水在水泵的作用下通过软管往小水箱注水，见图7-7-5。
图7-7-5 水泵控制模块
加热系统：夹线胶带湿水后黏性方可增强，但是冬天时，冰冷的水涂在夹线胶带上，因温度较低，夹线胶带上的黏性物质与水的反应时间需要延长，导致夹线胶带的黏性不够，产生不良品，在张贴时，人工至少需要来回按压3～4次方可完全与纸箱贴合，严重影响工作效率。
为了解决这一问题，在小水箱中加装加热棒，在冬天工作模式时，启动加热棒，使小水箱中的水加热升温，加速夹线胶带的起黏速度。
为了适应四季的不同温度，加热控制设置了4个加热档，4秒为一个周期，见图7-7-6。第4档：一直加热，4秒编程控制为“1”；第3档：3秒加热，1秒断电；第2档：2秒加热，2秒断电；第1档：1秒加热，3秒断电。生产计数控制的工作原理是切刀切断一次，程序控制计数器计数1次。计数累计一天的工作数量，数据可传到管理系统，通过复位键归零，以便下次重新计数。一方面可以很好地统计每位工人每天的工作量，另一方面实现精细化的效率生产管理。
单片机程序实现所有逻辑上的控制，通过编程实现智能传递、精确计长、均匀涂水等控制，并将所有程序集成在控制板上，结合输出端口，可将数据传递给PC，用于生产数据的分析、生产管理的优化。
图7-7-6 加热系统4档位控制
2.纸基夹线湿水胶带装置的工作原理
图7-7-7 纸基夹线湿水胶带装置的工作流程图
整个装置的工作流程主要包括：夹线胶带的自动输送→精确计长→切断→继续自动输送→湿水→湿水防粘→加压→出口，对应装置中的详细部位见图7-7-7。
在数显设置控制面板33（见图7-7-2）设定所需胶带2的长度，启动工作开关。胶带2安装在带卷支撑轴1上，在送纸侧马达6的驱动下，通过张力轮3向前输送。胶带2在经过测纸上轮5、测纸下轮4时，通过测纸光电开关7和测纸光栅8能够精确计算控制胶带的长度。达到设定值时，主程序会给切断部分发送切断信号。在送纸侧马达6的驱动下，胶带2继续自动向前输送，经过上进纸托盘9与下进纸托盘10，达到切断部分。
当切断部分接收到切断信号时，在切刀马达11的驱动下，切刀偏心运动模块12将马达的旋转运动转换成下切刀13b的上下直线运动。上切刀13a静止不动，下切刀13b在切刀偏心运动模块12的带动下向上运动完成胶带2的切断，然后在切刀光电开关16的作用下，切刀偏心运动模块12带动下切刀13b向下运动归位。切断动作完成后，计数器会自动计数1次。
切刀13、接纸托盘17安装在固定架14上，胶带2在接纸托盘17上。为防止不同种类、位置的胶带2出现卷曲厉害，出现胶带2断送或卡住现象，设计了压纸块15，保证胶带2顺畅地输送到湿水部分。
胶带2在两个出纸侧压力轮19作用下与水轮20充分接触，完成胶带2的湿水。防止湿水后的胶带2黏性增强，会胶粘在水轮20上，在水轮20与胶带2中间加装了鱼线26。出纸侧马达18保证了湿水后的胶带2顺畅输送到出纸上挡板27与出纸下托盘28之间。
防止胶带2在出口处因自身重力、外界环境（如风力）作用下掉落或脱离轨道，在出纸口加装了电磁压纸模块30与出纸光电开关29。当出纸处出现湿水后所需的胶带2时，在出纸光电开关29的作用下电磁加压模块30接到通电信号。此时电磁加压模块30通电压头向下运动加压夹紧压住胶带2。当胶带2被取走，电磁加压模块30接到断电信号，在自回弹簧的作用下，压头自动归位。同时，送纸侧马达会接到工作信号，自动进入下一个循环工作。
3.实际应用
上述装置目前在我集团公司内已有十余套投入规模使用，效果显著。在制箱后道粘箱贴夹线胶带工序一人一台，见图7-7-8。
图7-7-8 后道纸基夹线湿水胶带装置投入使用
装置使用前需有5人进行夹线胶带的手工作业，这种游击式的作业模式，不仅不利于包装企业的后道管理、提升质量，而且工作效率低下，工作人员分散，粘贴质量问题较多。
图7-7-9为纸基夹线湿水胶带装置使用后的流水作业模式。
图7-7-9 装置使用后纸基夹线湿水胶带的流水线作业图
A—纸基夹线湿水胶带装置；T—贴胶带人员；F—翻料、整理人员；D—打包人员；S—送料人员；M—拉料、检料人员
这种流水作业方式既利于人员的规范管理，又利于效率的控制。表7-7-1分析了操作人员在装置使用前后两种作业方式的工作效率，发现使用该装置前，人均时产量为167只，使用该装置后，人均时产量为270只，说明了装置使用后的工作效率，比使用前提升了约62%。而且整个装置的制作成本较低，约为人民币2500元/套。
该装置一次性投入较小，却达到提升较高的工作效率、降低运营成本、提高产品质量的目的，值得在纸箱包装企业后道工序中推广。
表7-7-1 纸基夹线湿水胶带装置使用前后粘箱车间作业效率的对比
4.结语
胶黏结合方式的纸箱、纸盒通过纸基夹线湿水胶带，增加黏结强度是业内惯用方法，基于生产实际需求，借鉴工业4.0思维，运用工业结构、自动化控制原理，成功研制出这种集自动输送、精确计长、切断、湿水于一体的智能纸基夹线胶带装置。
使用该装置后使人工每小时产量提高了61.67%，不仅可以降低企业的运营成本，节省人工，降低劳动强度，提高企业资源的利用率，还可以实现企业人工作业流水规范化，对纸箱厂的自动化管理，降本提效具有显著意义。
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