摘要：目前市场虽然出现了部分陶瓷包装机，但其技术还尚未成熟，普遍不能实现全自动化，无法满足市场的迫切需求。因此，全自动瓷砖包装生产线的开发势在必行。包角机是陶瓷砖包装线的主要功能部分，针对瓷砖运输途中四个角由于应力集中容易出现破损的情况，它是将瓷砖四个角用特制的塑料包角保护起来的自动化包装设备。包角机对瓷砖四角包上包角后，瓷砖经由连线部分运送到整线的下一环节折页工位进行纸箱的包装折页，包角机的性能和可靠性决定着整线的包装产量和稳定性。基于此，本文主要对瓷砖包角机的结构与控制系统的设计进行一系列的研究与分析，以供参考。
关键词：瓷砖；包装线；包角机；ＰＬＣ
1瓷砖自动包装线的工作流程
本文主要对本公司型号YDB300×X的墙砖包装线的包角部分进行研究分析，单独包装整线的工作流程如图1所示。
图1单独包装线的工作流程图
待包装的瓷砖由上砖机一次抓取１０片（一箱）到包装线上，包装线的瓷砖输送通过皮带来完成。未包装的一箱瓷砖进入包装线后，由包角机进行整形及包角操作，再由连线装置送入折页工位，纸箱由纸箱仓输送到折页工位，此时一箱已经包角了的瓷砖在纸箱的正下方，折页机对其顶升折页。折页完成后由输送带送至打带机完成打带操作。完成打带后的一箱瓷砖为己包装瓷砖，由码垛机进行码垛后即可出厂进入市场销售。由于采用了模块化设计的思想，本包装线还可以与生产线直接连线形成生产包装整线，提高了生产效率和包装效率，减少了中间环节，节约了电能和厂房空间。与生产线连线后的工作流程如图2所示。
图2连线后包装线的工作流程图
2瓷砖包角机结构设计阶段的方法和步骤
技术设计内容包括各组成部分的运动设计、结构设计、零件强度与刚度校核、动力计算、绘制设计图样和编写技术文件等。
技术设计阶段的目标是产生总装配草图及部件装配草图。通过草图设计确定出各部件及其零件的外形及基本尺寸，包括各部件之间的连接、零部件的外形及基本尺寸。最后绘制零件的工作图、部件装配图和总装图。
为了确定主要零件的基本尺寸，必须做以下工作。
（１）机器的运动学设计。根据确定的结构方案，确定原动机的参数（功率、转速、线速度等），然后作运动学计算，从而确定各运动构件的运动参数。
（２）机器的动力学计算。结合各部分的结构及运动参数，小及特性．此时所求出的载荷，由于零件尚未设计出来，因而只是作用于零件上的公称（或名义）载荷。
（３）零件的工作能力设计。已知主要零件所受的公称载荷的大小和特性，即可作零部件的初步设计。设计所依据的工作能力准则须参照零部件的一般失效情况、工作特性、环境条件等合理地拟定，一般有强度、刚度、振动稳定性、寿命等准则。通过计算或类比，便可决定零部件的基本尺寸。
（４）部件装配草图及总装配草图的设计。根据已定出的主要零部件的基本尺寸，设计成不见装配草图及总装配草图。草图上需对所有零件的外形及尺寸进行结构化设计。在此步骤中，需要很好地协调各零件的结构及尺寸。全面地考虑所设计的零部件的结构工艺性，使全部零件有最合理的构成。
（５）主要零件的校核。由于有些零件具体的结构无法确定，难以进行详细的工作能力计算，所以只能作初步计算及设计。在绘出部件装配草图及总装配草图以后，所有零件的结构及尺寸均为已知，相互邻接的零件之间的关系也为已知。只有在这时，才可以较为精确地定出作用在零件上的载荷，决定影响零件工作能力的各个细节因素。只有在此条件下，才有可能并且必须对一些重要的或者外形及受力情况复杂的零件进行精确交的校核计算。根据校核的结果，反复修改零件的结构及尺寸，直到满意为止。
在结构设计的各个步骤中，近三、四十年来发展起来的优化设计技术，越来越显示出它可使结构参数的选择达到最佳的能力。一些新的结构强度及变形的计算方法，如有限元素法等，可使以前难以定量计算的问题求得极好的近似定量计算的结果。对于少数非常重要、结构复杂且价格昂贵的零件，在必要时还须用模型试验方法来进行设计，即按初步设计的图纸制造出模型，通过试验，找出结构上的薄弱部位或多余的截面尺寸，据以进行加强或减小来修改原设计，最后达到完善的程度。机械可靠性理论用于技术设计阶段，可以按可靠性的观点对所设计的零部件结构及其参数作出是否满足可靠性要求的评价，提出改进设计的建议，从而进一步提高机器的设计质量。上述一些设计方法和概念，应当在设计中加以应用与推广，使之得到相应的发展。
草图设计完成以后，即可根据草图业已确定的零件基本尺寸设计零件的工作图。此时，仍有大量的零件结构细节要加以推敲和确定。设计工作图时，要充分考虑到零件的加工和装配工艺性、零件在加工过程中和加工完成后的检验要求和实施方法等。有些细节安排如果对零件的工作能力有值得考虑的影响时，还须返回去重新校核工作能力。最后绘制出除标准件以外的全部零件的工作图。
按最后定型的零件工作图上的结构及尺寸，重新绘制部件装配图及总装配图。通过这一工作，可以检查出零件工作图中可能隐藏的尺寸和结构上的错误。人们把这一工作通俗地称为“纸上装配”。
3基于PLC的瓷砖包角机的控制分析与硬件接线
3.1控制分析
包角机工作时，首先输送带在电机驱动下运转，利用光电传感器和接近开关控制输送带到顶升机构所在位置时则停止运动。接着顶升机构电磁阀得电，将瓷砖顶起脱离输送带，利用限位开关使顶升机构到整形工位运动。到此时整形装置前后气缸和左右气缸的电磁阔得电，将瓷砖整形与对中。与整形同一时间运砖护包角托盘在电机同步带的驱动下来到包角工位，其中托盘上表面高于输送带上表面且低于瓷砖下表面。整形完后顶升机构电磁阀得电，顶升机构下降，瓷砖落在运砖护包角托盘上，运砖护包角托盘装有光电传感器与接近开关，瓷砖一落在运砖护包角托盘则击加包角气缸电磁阔得电，击打包角仓最外侧的包角使其下落至盖住瓷砖四角并按压住包角顶部，运砖护包角托盘的四个护包角气缸将包角侧面与瓷砖按住。此后击加包角气缸回复至初始位置，运砖护包角托盘在同步带驱动下回到折页工位进行折页。此时输送带将下一包瓷砖运抵包角工位，以后循环工作。整机利用光电传感器和接近开关检测位置并发送信号给PLC电气系统，由PLC控制电机和气缸运动完成自动化包装过程。包角机运动控制工作状态图如图3所示。
图3包角机运动控制工作状态图
3.2硬件接线
本文设计的瓷砖包角机共有一个启动按钮和一个停止按钮，过程实现全自动控制。利用光电传感器和接近开关保证输送带在指定工位停止，瓷砖在托盘上顺利完成包角。利用限位开关保证顶升气缸上升到整形工位停止。利用ＰＬＣ控制瓷砖包角机共有５个输入点和１１个输出点，输入输出点分配表见表4。
表４输入输出I/O点分配表
4结语
综上所述，研究瓷砖包角机的结构设计与控制系统对包装整线的产量与稳定性都有一定的推进作用。随着我国商品经济的繁荣和人民生活水平的提高，包装机械、包装技术的前景十分乐观，我们应该加大对瓷砖包角机及包装产线的研究力度，进而推动我国的包装机械的发展。
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论文作者:关江明
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
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