塑钢瓦片自动打包机研究

马昌武，黄爱芹，段元旭

（滨州学院 机电工程学院，山东 滨州 256603）

1 研究背景及意义

随着瓦片需求量的增加，瓦片打包的问题也随之出现。目前国内有多企业进行过瓦片打包的研制工作，例如，上亿有限公司生产了一台SY-125 半自动栈板打包机，在1992年西安航空发动机公司与台湾喜镁工业股有限司公联合研制成SM—401 型自动打包机。但此类瓦片打包的机器普遍存在造价高、对打包带要求高等问题，所以还需要不断研究改进瓦片打包等一系列工作。

近几年，对于国内外的瓦片打包机的发展情况来说,虽然打包技术上有所成熟、整体系统更加完善,但是成本过高、性价比低,而且不能适应国内小型加工企业的需求，所以，适合国内需求的瓦片打包机还需要一步步不断改进。

2 设计方案

整台机器由STM32 单片机控制核心系统，共分为计数、传动和热熔三个工作机构，通过电动热熔法完成瓦片打包过程，这种设计让瓦片打包更加方便快捷，适用性强。瓦片的计数机构由红外线发射管、红外线接收传感器、红外线感应计数器等组成，传动机构由传送带、挡板、近距离感应器、步进丝杆以及电动推杆等组成，热熔机构由加热片、温度控制器等组成。加工完成后的瓦片落到传动系统上，此过程红外线传感器对瓦片进行计数，瓦片送到指定打包地点后，通过电动热熔法（对于不同的打包带可调节温度旋钮将热熔温度调节到对应打包带的熔点）自动完成打包带的聚带、黏合、切断、出带过程。这种全新的瓦片打包机捆扎瓦片整齐美观，大大提高了它的实用性。

3 打包机的整体设计

3.1 机器整体结构图

图1 整体结构图

3.2 计数机构设计

瓦片计数机构主要包括红外线发射管、红外线接收传感器、红外线感应计数器2。当瓦片进入红外线感应区域后，红外线发射管发出的红外线由于瓦片遮挡反射到红外线接收传感器上，通过集成线路内的微电脑处理后的信号发给红外线感应计数器，瓦片每通过红外线感应区域一次红外线感应计数器数值就会加1，完成计数的瓦片将会依次落到载物台上等待下一打包流程。

3.3 传动机构设计

瓦片传动机构主要包括传送带1、挡板、近距离感应器10、载物台、步进丝杆7 以及电动推杆3 等，可以实现瓦片在二维空间内任意移动。将步进丝杆通过铆钉固定在打包机底部，通过步进式电机进行驱动其前后运动；把行程为300MM 的电动推杆通过方形底座与步进丝杆相连接，电动推杆上方有自制的载物台和挡板，可以承载瓦片，保证瓦片可以稳定运输。

红外线感应计数器随着瓦片经过示数不断增加，同时L298 模块控制电动推杆随之上升或下降来调节接收瓦片的高度，当示数达到一定值以后，红外线感应计数器通过信号反馈给继电器从而控制传送带停止输送工作，当步进电机检测到传送带停止工作后紧接着带动载物台上的瓦片平稳向前运动，在将要到达输送终点处会有一个近距离感应器，在一定范围内当感应到有物体时，感应器会将信号传送给步进电机的驱动模块使丝杆停止运动，同时也可以保证瓦片运输的安全问题。当丝杆停止运动后步进驱动模块通过集成电路处理后的信号发送给L298 驱动，L298 驱动模块控制推杆电机下降，将瓦片准确地放置在打包架上等待打包。

3.4 热熔机构设计

机械手4 抓取打包带，双曲柄滑块11 在减速电机8 的作用下带动机械手左右运动，当打包带第一次从瓦片下方经过后，硅橡胶加热板6 立刻伸出但此时加热程序并未启动；在多个舵机5 的相互配合下，机械手继续向上、向左进行绕绳，当经过硅橡胶加热板的上方时双曲柄滑块停止运动，此时小挡板（与加热片相互平行）向外伸出，硅橡胶加热板开始工作稍微热熔两打包带的上下表面，随后马上回到原始位置，下方的舵机控制施力块向上一顶，两打包带相互融合在一起；双曲柄滑块带动机械手回到初始位置，打包带旁边的切割刀通过上下剪切力将打包带剪短，最后将打包完成的瓦片运送到指定位置。

热熔机构中的硅橡胶加热板可外接数显温控器，根据打包带种类的不同可在短时间内实现0～90℃的调节，大大提高了打包带的利用效果。

3.5 控制系统

在电路控制方面，首先根据控制系统所需要的主控芯片STM32(ARM Cortex-M3),完成外围电路的设计、ISP 模块的设计、电源模块的设计，绘制出整体电路图和PCB 板图，刻成电路板，将相应的电子元件焊接在上面，形成整个控制系统电路板，连接好电路，进行程序调试；利用MSCOMM32 组件设计人机交互界面时，用Port-Helper 设计上下位的串口通信，利用MFC 完成界面外观及各种组件功能的设计。

图2 控制系统图

4 结语

中国市场出现很多关于瓦片打包的机器，虽然可以实现其基本功能，但是普遍存在体积过大、造价高、适用范围小等问题。本产品的优势在于体积小、性价比高，使用温度可调的热熔方式固定打包带，增大产品适应范围，此方法简单、快捷、捆扎连续可靠，可用于小型企业。该产品不仅可以缩短打包时间，提高工作效率，节约成本和完善现有装置的不足之处，还能适应国家的经济发展，提高工作效率，预计将会有广阔的市场前景。