□陈金鑫
黑龙江科技大学机械工程学院150028
摘要：对产品进行计数和贴标的工作较为繁杂，若完全由人工完成，则不仅效率低，而且劳动强度大。对此，基于可编程序控制器设计了自动贴标机。介绍了这一自动贴标机的结构，对这一自动贴标机进行了静力学分析。这一自动贴标机具有精度高、成本低、抗干扰能力强、故障率低、操作维护及后期保养简单等特点，具有良好的应用价值。
关键词：贴标机设计分析
中图分类号：TH122文献标志码:A文章编号$1000-4998(2021)05-0020-03
Abstract:The work of counting and labeling products is complicated.I it is completeiy done msuily,it is not oniy ine—icient,but also labor intensive.In this re—ard,an automatic labeling machine was desioned based on PLC.The structure of this automatic labeling machine was introduced,and the statics analysis of this automatic labeling machine was corried out.This automatic labeling machine has the characteristics of high precision,low cost,strong anti-interference ability,low failure rate,simple op e
rating maintenance and subs e q uent maintenance,and has good application velue.
Keywordt:Labeling Machine Design Analysee
1设计背景
20世纪80年代，包装机械在烟草加工、制糖、盐
业行业发展缓慢。20世纪90年代后期，经济迅猛发
展，市场对包装机械的需求不断增加，包装机械发展迅
速。目前，我国包装机械的开发目前仍存在不少问题。
一是缺乏宏观调控，在产品生产和开发上出现低水平无序竞争。二是缺乏资金投入，设备更新迭代速度缓慢，难以进行大量高新技术的开发。三是缺乏专业技术人员，导致自主开发产品和创新能力不足。可见，实现包装机械的自动化或半自动化开发，具有重要意义。笔者设计了自动贴标机，具有良好的应用价值。
2技术路线
贴标机是包装机械的一种，通常在包装结束时用粘合剂将标签粘贴到指定的容器上。市场上贴标机的种类很多，功能各异，但基本原理都相似。市面上常用的贴标机一般可完成平面粘贴、单面或多面粘贴、柱面粘贴、局部或全部粘贴、凹陷及边角部位粘贴等各种作业功能。笔者基于贴标机的技术要求和贴标工艺要求，给出自动贴标机的技术路线，如图1所示。
笔者设计的自动贴标机主要具有三方面功能。自动贴标机的贴标头可以精确地将标签粘贴到容器表 ▲图1自动贴标机技术路线
面。自动贴标机的贴标头有一定的运动范围，贴标头可以上下移动，适应不同的贴标高度。维修和安装方便，成本不过于昂贵。所设计的自动贴标机整体结构如图2所示。
▲图2自动贴标机整体结构
3 设计
自动贴标机主要由可编程序控制器、输送机构、贴 标头三大部分组成。
3. 1 可编程序控制器
可编程序控制器具有高实时性和可靠性、系统配
件选择较为灵活等优点，采用模块化结构。选择西门 子S7 -300系列可编程序控制器。S7 -300系列可编
程序控制器属于模块化小型控制系统，能够满足中等 性能要求的应用，具备高速指令运算速度，用浮点数运 算，可以实现复杂的算术运算。S7 - 300系列可编程
序控制器设置有操作方式选择开关，操作方式选择开
关拔出后，不能改变操作方式，可以防止应用程序被非 法删除或改写。
3. 2 输送机构
输送机构结构如图3所示，由链板、伺服电机、置 物平台、导向板等部分组成。可编程序控制器设置速 度参数，以达到控制传送速度的目的。伺服电机通过
弹性联轴器与传动机构连接，弹性联轴器主要起传递 扭矩、补偿轴间安装偏差、吸收设备振动、缓冲载荷冲击等作用
自动贴标机工作时，伺服电机带动传送链运动，机 械手将需要贴标签的容器抓取到传送带的起始位置。
导向板上安装有传感器，根据不同容器的外形，使容器 沿预定路线传送。容器贴标完成后，传送链持续传动。
usb转音频
在传送带末端设置有导向板，能改变已贴标签容器的 前行方向，到达置物平台。最后由人工或者机械手进
行整理、打包。
3.3 贴标头
贴标头结构如图4所示。贴标头是自动贴标机的
关键机构。贴标卷纸安装在料盘轴上，伺服电机通过
带轮驱动放料装置中的主动轴转动，在摩擦力的作用 下，牵引贴标卷纸运动。在贴标过程中，贴标卷纸始终 保持一定的张力，避免出现松弛现象。贴标卷纸带经
过剥标板后，贴标卷纸上的标签与底板分离，标签在惯 性作用下继续向前运动。由于贴标容器与标签之间挤
服电机带动收料轴进行回收，等待贴标工作完成后，人
4静力学分析
笔者以标头底板为研究对象，应用SolidWorks 软 件建立三维模型。在保证分析精度的前提下，为便于
模型处理和分析，对倒角、螺纹、装配孔等结构进行简 化。应用ANSYS Workbench 软件建立标头底板静力
学模型，得到整体变形云图，如图5所示
9.833e-7 Max 8.7405e-7 7.6479e-7 6.5554e-7 5.4628e-7 4.3702e-7 3.2777e-7 2.1851e-7 1.0926e-7 OMin (mm)
0 150 300 (mm)75
225
▲图5标头底板变形云图
标头底板材料选用Q235钢，密度为7 850 kg/m 3，
弹性模量为200 GPa ，泊松比为0. 3，屈服强度为235
MPa 。Q235钢含碳量较低，综合性能较好，强度、塑性
和焊接性能具佳，大量应用于对机械性能要求不高的 机械零件。
网格划分是建立有限元模型的重要环节。模型采 用自由网格划分，各部件采用ANSYS Workbench 软件 中的Bonded 接触单元进行连接。在进行网格划分时，
将单元尺寸控制在4 mm 以内，划分速度选取慢速、平
滑过渡，网格相关度为100，转换比例为0. 272，得到有 限元分析模型包含29 460个单元、16 415个节点。
由图5可以看出，在静态载荷作用下，变形最大的
位置出现在标头底板边缘部位，值为9. 83 \ 10-7 mm ，
能够满足设备的使用性能要求。 标头底板在静载荷作 用下受到影响的部位为中心及边缘，连接孔在载荷作 用下的变形范围为0〜2. 19 x 10 _7 mm ，未发生较大变
形，结构趋于稳定。
压，使标签牢固地粘在贴标容器表面。底板卷纸由伺
（下转第49页）
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(上接第21页)
由以上分析可见，标头底板在正常工作状态下的最大变形在可承受范围内，标头底板能够满足设计要求和正常的工作需要。
5结束语
笔者针对市场上常见的贴标机进行分析与改进，设计了自动贴标机。自动贴标机以可编程序控制器为核心，采用机电一体化系统性设备，既可以在单机小作坊使用，也具备大中型生产车间柔性自动化对接使用的优点。自动贴标机的开发减轻了工人劳动强度，被贴标的容器具有广泛性，适用于形状规则或者贴标区域面积较大的容器，符合现代包装机械的设计要求和理念。
自动贴标机满足客户产品多样化和贴标准确化的需求，具有一定的实用和推广价值。
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作者简介：
李道军(1981—)，男，讲师，主要研究方向为智能化计算机辅助设计、制造，自动控制技术；刘德平(1966—)，男，教授，主要研究方向为先进制造技术、光机电一体化。
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