专利名称：一种手帕纸包装机的包装轮和摆臂同步的装置及设计方法
技术领域：
本发明涉及手帕纸包装机技术领域，即采用本发明对经过折叠的手帕纸纸叠压 缩，再同步推入手帕纸包装机的包装轮轮槽中进行包膜和封口。
背景技术：
随着人们生活水平的不断提高，手帕纸由于使用和携带方便逐渐成为日常生活必须 品。手帕纸的后期加工一般要经过折叠和包装流程，分切、压花、折叠、层叠等工序由 手帕纸折叠机完成，包膜、封口及贴标签等工序由手帕纸包装机完成，包膜是在手帕纸 包装机的包装轮轮槽中进行的，包膜前必须将经过手帕纸折叠机折叠后再输送到托板上 的手帕纸纸叠(一般7 10片手帕纸为一叠)随包装轮的转动同步推入包装轮轮槽，此过 程就是由包装轮和摆臂同步控制装置完成的。半自动的手帕纸包装机的包装轮是间隙转动的，当纸包插入的时间段包装轮停 止转动，插入完成后包装轮转动。这种方式的优点是纸包插入时只要插入导槽和包装 轮槽对正就不会出现纸包与轮槽边缘碰擦而起皱和打折现象。缺点就是速度不能提高， 因为纸包刚性不好，瞬时完成动作要求对纸包的作用力较大，容易使纸包受损，如有压 痕、错位、变形等。
发明内容
本发明提供一种手帕纸包装机的包装轮和摆臂高速同步连续包装的方案，和一 种的包装轮勻速转动角速度和摆臂摆动角速度近似相同(即包装轮和摆臂高速同步)的 设计方法。一种手帕纸包装机的包装轮和摆臂同步的装置，包含包装轮、摆臂、拉杆部分 三部分，结构示意如图1所示。在图1中，这种同步控制装置的机械部分主要由包装轮1、摆臂机构2、拉杆机 构3组成，包装轮1与摆臂机构2同轴安装，包装轮1勻速转动，摆臂机构2绕包装轮1 的轴心往复摆动，拉杆机构3通过由曲柄303、连杆304和摇杆305组成的连杆机构将伺 服电机209的圆周运动转化为相对摆臂机构2的直线往复运动，包装轮1每转动1/n圈， η为包装轮1的包装轮槽102数量，摆臂机构2往复摆动一次，拉杆机构3完成一次相对 摆臂机构2的往复直线运动，同时托板401随着摆臂机构2的摆动而随向摆动，使输送到 托板401上的手帕纸纸叠被摆臂机构2压缩，进而被拉杆机构3推入包装轮槽102中。包装轮1由包装轮心轴101驱动；拉杆307由摇杆306拉动，摇杆306的动力 是由齿轮箱体内由曲柄303、连杆304和摇杆305组成的连杆机构通过心轴101传递过来 的；摆臂201由其下面曲柄205、连杆203和横梁202组成的连杆机构驱动。连杆机构 使摆臂201摆动，摇杆306拉动拉杆307，拉杆307在摆臂201中滑动，摆臂201作上下 摆动。而摆臂201和摇杆306周期相同，即摆臂201摆动一次，摇杆306摆动一次。因 此推板312在空间中作周期性运动，它的运动就是以上所说的两个运动的合成，它配合 包装轮1使纸包顺利进入包装轮槽102。
这个运动中，按合成运动分析固定机架为定参考系，摆臂201为动参考系。摇杆306摆动，使拉杆307相对摆臂201在其导轨213中作往复直线运动，这是相对运 动；动参考系(摆臂201)作绕中心O1的上下摆动，这是牵连运动；所以推板312相 对于固定机架作合成运动，推板312作这个合成运动，目的是绕过直线输送过来的待包 装的纸包，再把经过压缩的纸包推进包装轮槽102。为了达到纸包顺利地进入包装轮槽 102，这里就要求在推进纸包这一时间段摆臂201角速度和包装轮1角速度相同，即同 步。很显然，四杆驱动的摆臂201和勻速圆周运动的包装轮1完全同步是达不到的，因 为包装轮1勻速转动的角速度和摆臂201摆动的角速度只有可能瞬时相等，在一定时间段 内完全相同是不可能的。怎样达到理想的同步效果呢？
这里只需要研究包装轮1勻速转动的角速度和摆臂201摆动的角速度或包装轮槽102 和摆臂201上进纸通道口相对位置。推板312在整个包装周期内的位置变化为时间参考， 讨论时间段为推板312推纸前端面距包装轮槽102为纸包宽度53mm时刻开始(t(l)，到 推板312推纸前端面距包装轮槽102为2mm时刻结束(T)。保证如下两条件就可以达到很好的同步效果
1、当时间t=72T时，包装轮勻速转动的角速度(Olt)瞬时等于摆臂摆动的角速度
(ω2 )。2、当时间t=、时，包装轮勻速转动的角速度(ωη)减去摆臂摆动的角速度 (ω2 0)最小，即Δ ω = ωιΓω2ω 最小。这两个条件的斟辨可通过计算机来实现。把待定位置(摆臂201的驱动轴204 位置X、Y)和长度(曲柄205长度d、连杆203长度L)设成参数。参数在规定范围 内变化每组数据都会计算出Δ ω,最小Δ ω对应的参数组即为所求。本发明提供一种手帕纸包装机的包装轮和摆臂高速同步连续包装的技术方案， 使摆臂与包装轮同向运动，包装轮的轮槽与推杆同步对齐，由推杆推入包装轮轮槽的手 帕纸纸叠不会与轮槽边缘碰擦而起皱，甚至卡包出现机械故障，避免了生产中的停顿， 大大提高了生产速度、产品质量和运行效率。本发明的设计方法避免了调节包装轮和摆 臂的同步时需要反复调整曲柄的角度等大量现场工作，简化了安装调试过程。
附图1本发明的主视图 附图2本发明的摆臂机构示意图 附图3本发明的拉杆机构立体示意图 附图4本发明的拉杆机构后视图
附图5本发明的摆臂201和包装轮1角速度变化图 附图6本发明的推板312和包装轮槽102绝对位置的变化图 附图中1、包装轮，101、心轴，102、包装轮槽，2、摆臂机构，201、摆臂， 202、横梁，203、连杆，204、轴，205、曲柄，206、轴承套，207、齿轮，208、联轴 器，209、电机，210、U型纸槽，211、压板，212、杆，213、导轨，3、拉杆机构， 301、轴承座，302、齿轮，303、曲柄，304、连杆，305、摇杆，306、摇杆，307、拉杆，308、销轴，309、轴承，310、轴承，311、横杆，312、推板，401、托板。
具体实施例方式一、结构详解
在图1中，这种同步控制装置的机械部分主要由包装轮1、摆臂机构2、拉杆机构3 组成，包装轮1与摆臂机构2同轴安装，包装轮1勻速转动，摆臂机构2绕包装轮1的轴 心往复摆动，拉杆机构3通过由曲柄303、连杆304和摇杆305组成的连杆机构将伺服电 机209的圆周运动转化为相对摆臂机构2的直线往复运动，包装轮1每转动1/n圈，η为 包装轮1的包装轮槽102数量，摆臂机构2往复摆动一次，拉杆机构3完成一次相对摆臂 机构2的往复直线运动，同时托板401随着摆臂机构2的摆动而随向摆动，使输送到托板 401上的手帕纸纸叠被摆臂机构2压缩，进而被拉杆机构3推入包装轮槽102中。在图2中，一对摆臂201平行安装在心轴101上，摆臂201的腰形槽内各安装 了两条导轨213，摆臂201内侧由杆212连接，横梁202及压板211也安装在摆臂201之 间，U型纸槽210固定在压板211的下侧并与导轨213的上下表面平行，连杆203的一端 与横梁202下侧的伸出端铰接，另一端与曲柄205铰接，曲柄205的另一端抱紧在轴204 上，齿轮207固定在轴204上并通过轴承套206安装到手帕纸包装机的墙板上，轴204的 另一端通过联轴器208与安装在手帕纸包装机墙板上的伺服电机209连接，电机209的驱 动力通过联轴器208、轴204、曲柄205及连杆203传递给横梁202，使摆臂201绕心轴 101摆动。在图3和图4中，齿轮302通过固定在手帕纸包装机墙板上的轴承座301安装， 并与齿轮207啮合，曲柄303固定在齿轮302侧面，连杆304的一端与曲柄303铰接，另 一端与摇杆305铰接，摇杆305另一端与心轴101抱紧，一对摇杆306分别位于摆臂201 的外侧并抱紧在心轴101上，两个拉杆307的一端通过销轴308与两个摇杆306分别铰 接，另一端分别与横杆311两端的伸出轴铰接，横杆311两端的伸出轴分别安装了两对滚 动轴承310进行上下导轨213的表面定位和导向，一对轴承309安装在横杆311的上面， 使横杆311在导轨213的内侧面定位，L型的推板312固定在横杆311中间。电机209转动，通过联 轴器208将驱动力分别传递给摆臂机构2和拉杆机构3， 使摆臂机构2绕心轴101摆动，同时驱动力通过一对相互啮合的齿轮207和齿轮302传递 给曲柄303，曲柄303与连杆304、摇杆305、心轴101和摇杆308联动，使拉杆307拖动 横杆311上的轴承310沿导轨213的表面移动及轴承309沿导轨213的内侧面移动，连接 在横杆311上的L型推板312完成推纸动作。电机209通过联轴器208将驱动力输送给一对相互啮合的齿轮207和齿轮302， 曲柄205及曲柄303分别与齿轮207及齿轮302的心轴牢固连接，曲柄205的转动通过连 杆203使摆臂机构2绕心轴101上下摆动，同时，曲柄303的转动通过连杆304带动摇杆 305和摇杆306连同心轴101 —起左右摆动，使拉杆307牵连横杆311在摆臂机构2的导 轨上做直线往复运动，连接在横杆311上的L型推板312相对手帕纸包装机的固定机架做 周期性的空间合成运动，向左运动时必须绕过静止在托板上的手帕纸纸叠。摆臂201和 勻速圆周运动的包装轮1完全同步是不可能的，电机209进行勻速转动，使摆臂201与包 装轮1同向摆动过程(即向上摆动)尽可能保持接近的角速度。因此要使整个机构达到较好的同步效果，同步计算尤为重要。二、同步计算
摆臂201的摆动由摆臂机构2驱动。假设摆臂201摆动中心为原点，由于摆臂201绕包装轮1摆动，并在包装轮1外圆上工作，包装轮1直径是已知的，因此可以认定摆臂 201摆杆长度为已知。驱动摆臂201摆动的摆臂机构2只有四个未知待定参数，分别为曲 柄205转动的中心相对原点的位置(设为X、Y)，曲柄205转动半径r，连杆203长度 L。摆臂201摆动的角速度完全随这四个参数的变化而变化。摆臂201摆动的角速度变化规律近似正弦曲线。包装轮1的转动为勻速转动， 其角速度为一定值，如图5。如果在摆臂201最大角速度附近，速度变化比较平缓，在 纸包插进时间段内摆臂201和包装轮1的相对速度很小，单考虑摆臂201和包装轮1转速 接近，这段时间最好，但是这段时间刚好是摆臂201摆动范围内的中间位置，推板312不 能绕过待进包装轮1的纸包。因此只有在如图5所示进纸时间段实现摆臂201和包装轮 1的相对同步。推板312和包装轮槽102绝对位置的变化如图6，进纸开始时相对位置为 零，因为摆臂201此时角速度较包装轮1转速慢，摆臂201相对下移，当摆臂201角速度 等于包装轮1角速度时摆臂201进纸通道相对包装轮槽102不再往下移，当摆臂201角速 度大于包装轮1角速度时，摆臂201进纸通道相对包装轮槽102又靠近。图6上面一根线 所示为摆臂201角速度等于包装轮1角速度时摆臂201进纸通道相对包装轮槽102有Imm 的偏差，当纸包进纸结束时摆臂201进纸通道相对包装轮槽102又回复到进纸开始时的相 对位置了。图6下面一根线所示为摆臂201角速度等于包装轮1角速度时摆臂201进纸 通道相对包装轮槽102有2mm的偏差，当纸包进纸结束时摆臂201进纸通道相对包装轮 槽102还有1.2mm的相对位置偏差。这两种情况对应有不同的四个参数。现在目的是 寻找最好的一组参数使摆臂201角速度等于包装轮1角速度时摆臂201进纸通道相对包装 轮槽102的偏差最小。在计算机中建立摆臂机构2的运动模型，测量当摆臂201角速度等于包装轮1 角速度时摆臂201进纸通道相对包装轮槽102偏差值Δ 1。设定四个参数的变化范围，如 曲柄长度为A士a，即从A-a到A+a之间变化，取步长为b (b<a,且2a/b为整数)，可得 出2a/b+l个数据。同样其他的三个参数也可以得出2a/b+l个数据。这样四个参数的组 合有(2a/b+l) 4组数据。通过计算机批量计算也可以得出(2a/b+l) 4个偏差值Δ 1。 计算机还可以直接给出最小的Δ 1及对应的四个参数，这组数据即为所求。
权利要求
1.一种手帕纸包装机的包装轮和摆臂同步的装置，主要由包装轮(1)、摆臂机构(2)、拉杆机构(3)组成，其特征在于，包装轮(1)与摆臂机构(2)同轴安装，包装轮(1)勻速转动，摆臂机构(2)绕包装轮(1)的轴心往复摆动，拉杆机构(3) 通过由曲柄(303)、连杆(304)和摇杆(305)组成的连杆机构将伺服电机(209)的 圆周运动转化为相对摆臂机构(2)的直线往复运动，包装轮(1)每转动1/n圈，η为 包装轮(1)的包装轮槽(102)数量，摆臂机构(2)往复摆动一次，拉杆机构(3)完 成一次相对摆臂机构(2)的往复直线运动，同时托板(401)随着摆臂机构(2)的摆 动而随向摆动，使输送到托板(401)上的手帕纸纸叠被摆臂机构(2)压缩，进而被拉 杆机构(3)推入包装轮槽(102)中。
2.根据权利要求1所述的一种手帕纸包装机的包装轮和摆臂同步的装置，其特征在 于，一对摆臂(201)平行安装在心轴(101)上，摆臂(201)的腰形槽内各安装了两 条导轨(213)，摆臂(201)内侧由杆(212)连接，横梁(202)及压板(211)也安 装在摆臂(201)之间，U型纸槽(210)固定在压板(211)的下侧并与导轨(213) 的上下表面平行，连杆(203)的一端与横梁(202)下侧的伸出端铰接，另一端与曲 柄(205)铰接，曲柄(205)的另一端抱紧在轴(204)上，齿轮(207)固定在轴(204)上并通过轴承套(206)安装到手帕纸包装机的墙板上，轴(204)的另一端通 过联轴器(208)与安装在手帕纸包装机墙板上的伺服电机(209)连接，电机(209) 的驱动力通过联轴器(208)、轴(204)、曲柄(205)及连杆(203)传递给横梁(202)，使摆臂(201)绕心轴(101)摆动。
3.根据权利要求1所述的一种手帕纸包装机的包装轮和摆臂同步的装置，其特征在 于，拉杆机构(3)中的齿轮(302)通过固定在手帕纸包装机墙板上的轴承座(301) 安装，并与齿轮(207)啮合，曲柄(303)固定在齿轮(302)侧面，连杆(304) 的一端与曲柄(303)铰接，另一端与摇杆(305)铰接，摇杆(305)另一端与心轴(101)抱紧，一对摇杆(306)分别位于摆臂(201)的外侧并抱紧在心轴(101)上， 两个拉杆(307)的一端通过销轴(308)与两个摇杆(306)分别铰接，另一端分别与 横杆(311)两端的伸出轴铰接，横杆(311)两端的伸出轴分别安装了两对滚动轴承(310)进行上下导轨(213)的表面定位和导向，一对轴承(309)安装在横杆(311) 的上面，使横杆(311)在导轨(213)的内侧面定位，L型的推板(312)固定在横杆(311)中间。
4.根据权利要求1所述的一种手帕纸包装机的包装轮和摆臂同步的装置的设计方法， 其特征在于，研究包装轮(1)勻速转动的角速度和摆臂(201)摆动的角速度或包装轮 槽(102)和摆臂(201)上进纸通道口相对位置，推板(312)在整个包装周期内的位 置变化为时间参考，讨论时间段为推板(312)推纸前端面距包装轮槽(102)为纸包宽 度53mm时刻开始 )，到推板(312)推纸前端面距包装轮槽(102)为2mm时刻结 束(T)；保证如下两条件就可以达到很好的同步效果A、当时间t=72T时，包装轮勻速转动的角速度(《lt)瞬时等于摆臂摆动的角速度(ω2 )；B、当时间t=、时，包装轮勻速转动的角速度(《lt)减去摆臂摆动的角速度(ω2ω)最小，即 Δ ω = ωιΓω2ω 最小；这两个条件的斟辨通过计算机来实现，把待定位置，摆臂(201)的驱动轴(204) 位置X、Y和曲柄(205)长度d、连杆(203)长度L设成参数，参数在规定范围内变 化每组数据都会计算出Δ ω,最小Δ ω对应的参数组即为所求。
5.根据权利要求4所述的一种手帕纸包装机的包装轮和摆臂同步的装置的设计方法， 其特征在于，摆臂(201)的摆动由摆臂机构(2)驱动，假设摆臂(201)摆动中心为 原点，由于摆臂(201)绕包装轮(1)摆动，并在包装轮(1)外圆上工作，包装轮 (1)直径是已知的，因此可以认定摆臂(201)摆杆长度为已知；驱动摆臂(201)摆 动的摆臂机构(2)只有四个未知待定参数，分别为曲柄(205)转动的中心相对原点的 位置，设为X、Y，曲柄(205)转动半径r，连杆(203)长度L ；摆臂(201)摆动的 角速度完全随这四个参数的变化而变化；摆臂(201)摆动的角速度变化规律近似正弦曲线，包装轮(1)的转动为勻速转 动，其角速度为一定值，在摆臂(201)最大角速度附近，速度变化比较平缓，在纸包 插进时间段内摆臂(201)和包装轮(1)的相对速度很小，单考虑摆臂(201)和包装 轮(1)转速接近，这段时间最好，但是这段时间刚好是摆臂(201)摆动范围内的中间 位置，推板(312)不能绕过待进包装轮(1)的纸包；因此只有在进纸时间段实现摆臂 (201)和包装轮(1)的相对同步；推板(312)和包装轮槽(102)绝对位置中，进纸开 始时相对位置为零，因为摆臂(201)此时角速度较包装轮(1)转速慢，摆臂(201) 相对下移，当摆臂(201)角速度等于包装轮(1)角速度时摆臂(201)进纸通道相对 包装轮槽(102)不再往下移，当摆臂(201)角速度大于包装轮(1)角速度时，摆臂 (201)进纸通道相对包装轮槽(102)又靠近；摆臂(201)角速度等于包装轮(1)角 速度时摆臂(201)进纸通道相对包装轮槽(102)有Imm的偏差，当纸包进纸结束时， 摆臂(201)进纸通道相对包装轮槽(102)又回复到进纸开始时的相对位置了，摆臂 (201)角速度等于包装轮(1)角速度时，摆臂(201)进纸通道相对包装轮槽(102) 有2mm的偏差，当纸包进纸结束时，摆臂(201)进纸通道相对包装轮槽(102)还有 1.2mm的相对位置偏差；这两种情况对应有不同的四个参数，现在目的是寻找最好的一 组参数使摆臂(201)角速度等于包装轮(1)角速度时摆臂(201)进纸通道相对包装 轮槽(102)的偏差最小；在计算机中建立摆臂机构(2)的运动模型，测量当摆臂(201)角速度等于包装 轮(1)角速度时摆臂(201)进纸通道相对包装轮槽(102)偏差值Δ1;设定四个参 数的变化范围，如曲柄长度为A士a，即从A-a到A+a之间变化，取步长为b，b<a,且2a/ b为整数，可得出2a/b+l个数据；同样其他的三个参数也可以得出2a/b+l个数据，这样 四个参数的组合有(2a/b+l) 4组数据，通过计算机批量计算也可以得出(2a/b+l) 4个 偏差值Δ1，计算机还可以直接给出最小的Δ 1及对应的四个参数，这组数据即为所求。
全文摘要
一种手帕纸包装机的包装轮和摆臂同步的装置及设计方法，该装置主要由包装轮1、摆臂机构2、拉杆机构3组成，包装轮1与摆臂机构2同轴安装，包装轮1匀速转动，摆臂机构2绕包装轮1的轴心往复摆动，摆臂机构2往复摆动一次，拉杆机构3完成一次相对摆臂机构2的往复直线运动，同时托板401随着摆臂机构2的摆动而随向摆动。本发明还提出了这种同步的装置的设计方法。本发明使摆臂与包装轮同向运动，包装轮的轮槽与推杆同步对齐，避免了生产中的停顿，大大提高了生产速度、产品质量和运行效率。本发明的设计方法避免了调节包装轮和摆臂的同步时需要反复调整曲柄的角度等大量现场工作，简化了安装调试过程。
文档编号B65B35/30GK102020029SQ20101055581
公开日2011年4月20日 申请日期2010年11月19日 优先权日2010年11月19日
发明者祝智斌, 陈勇 申请人:常德烟草机械有限责任公司