摘 要

贴标是包装工程中重要的一环，它承载了商品的大部分产品信息，是实现包装规范化必不可少的一个途径，所以贴标机械在包装机械中也有着举足轻重的地位，是实现包装自动化、机械化的保障。本次设计主要以一定尺寸范围内的水果为对象，设计了一种以空气喷射法为基础贴标方法的贴标头，并介绍了贴标机的基本工作原理和结构。本贴标机贴标头可以通过送标收标机构实现标签的自动输送和收取，贴标机构可以实现标签的吸取和贴附，在系统的控制下完成贴标工作。

关键词：贴标机；贴标头；空气喷射法；水果

Abstract

Labeling is an important part of the packaging engineering, it carries most of the product information.It is an indispensable way to realize packaging standardization. So the labeling machine also has the pivotal status in the packaging machinery, and it is the guarantee of to realize the automation and mechanization of packing.This paper is designed to object to the fruit within a certain size range, and designed a sticker that is based on the air injection method.Also,the basic working principle and structure of the labeling machine are introduced.The head of the labeling machine can automatically deliver and collect with the label collecting and sending equipment.The labeling mechanism can realize the suction and attaching of labels, and finish labeling work under the control of the system.

Key Words: Labeling machine; Labeling machine head; Air injection; Fruits

目 录

第1章 绪论 1

1.1 国内外贴标机械的现状与发展 1

1.2 自动贴标机概述 2

1.2.1 功能与适用范围 2

1.2.2 主要结构和特点 2

第2章 贴标机的总体原理设计 5

2.1 设计要求 5

2.2 工作原理设计 5

2.3 空气喷射法贴标机贴标头原理设计 6

2.3.1 标签传送装置的原理设计 6

2.3.2 空气喷射贴标机构的原理设计 7

2.4 其它工作机构原理设计 8

2.4.1 上料机构原理设计 8

2.4.2 供送机构原理设计 9

第3章 贴标头的设计与计算 10

3.1 贴标装置的设计与计算 10

3.1.1 真空吸力计算 10

3.1.2 真空气泵的选择 12

3.1.3 贴标装置的结构设计 13

3.1.4 贴标效率计算 13

3.2 收标送标装置的设计与计算 14

3.2.1 收标送标装置电机功率计算 14

3.2.2 皮带传送设计计算 15

3.2.3 标签收送装置的结构设计 16

第4章 重要零件的校核 18

4.1 驱动轮轴的校核 18

4.1.1 驱动轮轴的受力分析 18

4.1.2 驱动轮的有限元分析 19

4.2 轴承寿命校核 21

4.2.1 轴承类型选择 21

4.2.2 轴承的寿命计算 22

第5章 总结 24

参考文献 25

致谢 27

第1章 绪论

1.1 国内外贴标机械的现状与发展

随着包装在人们生活中的作用越来越高，商品也越来越离不开包装，包装机械也在包装工业中扮演了越来越重要的角色，充当了轻工业甚至机械工业中至关重要的一环。包装机械的相关技术为包装工业的发展提供了关键的支持，是包装工业的基础环节。包装机械在食品行业、日化行业和医药行业的生产中也成为了不可或缺的组成部分。正是包装机械的存在，这些产品或商品才能实现了生产的机械化、高速化和自动化。

包装机械的生产能力比一般的手工包装能力高成百上千倍，可以大幅提高生产效率。同时，它还可以使工人摆脱繁重的重复劳动，减少劳动强度，改善工人的工作条件，有利于包装产品的卫生。而且工业生产自动化可以对材料的使用精确计算，降低浪费，节约成本，保护环境。另外，由于包装机械的计量精度高，产品的外观质量得到保证，延长了保质期，方便商品流通。

目前，世界上有四大包装机械强国，它们按照排名分别是美国、日本、德国和意大利。

从20世纪90年代到现在，毋庸置疑，美国一直是世界上最大的包装机械生产强国和消费强国，其生产的机械处于世界最先进的水平，早已实现机电一体化的控制。日本的包装机械制造是中小企业的主流，品种规格繁复，同时也向中国出口了大量包装机。德国的包装机以计量、制造和性能反面领先世界，尤以啤酒饮料灌装设备享誉闻名。

中国的包装机起步较晚，80年代以前发展缓慢。只有在烟草、糖、盐等行业中，有几种包装机械的水平很低，此时的包装机械行业还没有真正形成。直到改革开放以后，经济的快速发展，包装机械迎来了巨大的机遇，快速发展。目前，我国机械行业的十大产业中已经有了包装机械的一席之地。我国已成为世界上最大的包装机械生产和消费大国之一。

然而中国的包装机械行业与世界先列水平仍然有较大差距，受先天起步较晚的影响，质量和技术上不去。为了满足行业的需求，我国的一部分相关部门都在致力于研究和模仿国外先进的标签机械。在此基础上，研制出了大量国产的贴标机。近年来，我国的标签机械在制造质量、性能和设备技术水平等方面都取得了很大的进步，提升了不少的开发能力，而且发展速度也在加快，一批又一批专业化的制造企业如雨后春笋般出现。同时可以看到，随着和计算机相关的电子化新兴技术的普及，世界包装机械正逐步向着资源利用率高、技术高新实用化、科研成果商品化、生产效率高以及产品环保的趋势转型。当然这也是我国目前包装机械行业的发展方向。对于中国的包装机械生产企业来说，不应追求产品的数量，而应该努力提高生产技术的水平，精益求精，追求更高等级的专业化，这样的技术进步才能促进产业健康发展。

1.2 自动贴标机概述

1.2.1 功能与适用范围

随着经济的发展，贴标成为现代包装生产行业一个必不可少的过程，流通中的每一种商品应包括制造商、产品名称、商标、成分、质量特点、使用方法、包装数量、储存通知、生产日期和保质期等相关信息。标签既可以保障消费者获取商家的信息，又可以帮助商家树立起良好的品牌，促进销售。而所谓标签机就是使用不同胶水将标签附贴到产品或包装表面的机械。

水果贴标作为水果商品化的重要一环，自动化趋势越来越明显，已经从过去的人工或半自动的贴标方式向着全自动贴标的方向发展。目前，贴标机种类繁多，功能齐全，技术相对成熟。根据产品类型可分为直线贴标机和旋转贴标机；根据粘胶涂布方法的不同，可分为非干胶贴标机、糊贴机、胶贴机和热熔胶贴标机几种类型。根据自动化程度，可分为手动贴标机、半自动贴标机和自动贴标机几种类型。根据不同标注功能的实现，可分为平面标号机、双面贴标机、边标机和圆标号机。这些产品可以贴在一个平面上，在包装的一个或多个侧面，在圆柱形表面上，在部分覆盖或完全覆盖的圆筒上，在凹陷或角落位置，等等。

本次设计的目标对象是水果，应当具有一定的泛用性，能够给不同大小的水果进行贴标作业，并且达到自动化的水平。由于水果种类繁多，表面强度较低，形状不可精确控制，给贴标的工序带来了不小的麻烦，因此需要针对这一点采取特殊的方法，否则，过多的功能和应用将使机器的结构变得复杂和昂贵，以及生产率自动化率降低。因此本次设计的适用范围将包括直径500-1000mm的水果。

1.2.2 主要结构和特点

贴标机的主要工作机构主要包括以下几个部分组成：标签供给装置、标签收取装置、信息打印装置、涂胶装置、传动联动装置等。

标签供给装置所谓供标装置是指在贴标之前，根据一定的速度和角度将标签纸以指定形状供送到指定位置的装置。一般，它由标签箱和供标机构组成，其中，标签箱是储存标签的部位，也称标盒。目前在自动贴标机上都是将压敏胶标签纸收卷起来，形成盘状。在制造和打印标签时，印刷机会使用刀具预先根据设计好的形状将面纸面进行裁切。在移走多余不需要的纸后，底纸上便会留下一个个可以撕开的标签，标签卷起来制成卷筒时就可以使用了。

本次设计所用的不干胶标签由标签和底纸组成，标签背面已经被涂上了胶水，而底纸为了保证标签能方便撕下还在表面涂布了一层硅油。通常不管大如西瓜还是小如橘子的水果所用的标签尺寸都差不多大小，大部分都是圆形或椭圆形，宽度在20mm以上，30mm以下。标签底纸为了承载标签，尺寸一般要比标签大，但都做成了带状，方便在滚轮之间传送。值得一提的是，应用在水果的标签纸要注意以下几点：

（1）安全性，所用的不干胶黏结剂和标签纸都要达到食品级，保证食品安全。

（2）防水性，很多水果为了保鲜都会冷藏，长时间下来就需要标签可以防水防潮湿了。

（3）粘结性，水果的表面多有果蜡或者果毛，标签粘结性不好就容易掉落。

（4）易撕性，在外力以外的因素下，标签不与水果自行分离，并保证一定的强度，但是当使用时，标签与水果要方便揭下并不残留胶水，即在食用时消费者需要将标签剥离干净，换句话说就是标签既要与水果粘得牢固又要容易揭下。

标签传送装置 标签传送装置是指从标盒或标盘上取下并供送标签的装置，同时在这条输送链上还要能添加涂布胶水和打印相关信息的工步，最后贴到包装件表面。取标和送标装置两个部分共同组成了标签传送机构。具体的工作方式就是取标装置从标签盒中取出标签，再传递给传送装置进行传送，最后粘贴到贴标对象上。按照取标方式的不同可以把取标机构分为：摩擦式，真空式和尖爪式等不同形式。本次设计将采用取标与传送合一的一体化标签传送装置。

目前，常用的一体化自动化贴标技术有以下三种:

(1)“吸贴法”(或“气吸法”)

吸贴法是一种目前应用得最广泛的的真空贴标方式。真空吸标头会把标签从输送带上吸附起来，并通过如转鼓，如收缩机构的方式靠近待贴物体，将标签压上物体表面，此时降低真空度，标签就会粘在物体的表面，同时吸标头做返回运动，开始下一次贴标。这种技术之所以运用广泛，就是因为其可靠，精度高的特点，并且能适应用于有高度变化的顶部贴标包装件以及不便搬动的侧面贴标包装件。但是它也有效率低，速度慢的缺点，而且只适用于平面贴标。

(2)“空气喷射法”(或“吹贴法”)

这种方式的原理与上述吸贴法有些雷同，取标时都是将标签吸附真空表面垫上固定。直到贴附动作开始为止都是类似的。但在贴标动作中，吸取标签的装置表面会有许多小孔覆盖，这些小孔共同组成了真空栅。真空栅中的气体流动形成“空气射流”，即压缩空气的喷出，这些空气的流动压力很强，推动装置表面上的标签“射出”，贴附到被包装件上。这项技术虽然原理简单，但是实现起来却有着许多的困难。但其拥有一个很好的优点，就是可以在凹凸面上进行贴标，本次设计的贴标对象水果比较合适，所以将采用这种方法。

(3)“擦贴法”(或“刷贴法”)

第三种贴标方法即摩擦式的贴标方式，也称为“同步贴标法”、“擦贴法”、“刷贴法”或“接触粘贴法”。这种贴标方法在实际生活中应用得最多，在贴标时，产品随着输送带移动，在接触到标签时会与标签粘粘到一起，随即带走标签，并在之后的输送过程中通过类似刷子和辊子的装置将标签压平整。这种贴标方法对于输送带和标签输送的速度有较高要求，需要达到充分的一致，否则就会出现质量问题。另外，这种贴标方法的连续性较强，因为各部分都在持续运动中。

涂胶装置 涂胶装置的主要作用是直接或间接在标签背面涂布一定量的粘接剂。主要的结构包括了上胶、涂胶和调节胶量的机构。通常有盘式、辊式、泵式、滚子式等不同形式。本次设计采用不干胶式标签，所以涂胶装置将忽略设计。

信息打印装置 为了规范包装产品的信息，包装法等有关规定要求标签上必须印有效日期、出厂日期、产品批号等字码。打印装置就是为了满足这一点，在贴标的时候就设置的装置。这套装置主要由嵌装字码的压头机构，油墨涂抹机构或打印色带传送机构、动力部件等组成。在贴标机的应用中，一般常用的滚压式和打印式。驱动方式有机械驱动、气动驱动和电磁驱动。此外，打印机可以分为滚压式的接触式和激光打印式两大类。

第2章 贴标机的总体原理设计

2.1 设计要求

本次针对水果进行的贴标机设计，由于水果的形状不够规则，贴标的精确程度要求不高。同时水果的数量较多，需要一定的泛用性，所以为实现贴标作业对各部分机构在速度同步方面有较高要求。

标签宽度：20mm～30mm

标签长度：20mm～30mm

水果直径：50mm～100mm

贴标效率：100个/分钟

2.2 工作原理设计

下图2.1为空气喷射法的贴标头贴标机的工作原理框图，整机的结构主要由上料下料机构、贴标头、传送装置、机架、控制系统、送纸机构等组成，协同完成贴标工作。

图2.1 空气喷射式贴标法贴标机的组成原理图

贴标头主要安装的部件包括：电机、送标机构、收标机构、张紧调节机构、贴标机构、吸标机构以及控制系统等。完成标签的贴附和控制。

履带式传送带主要用于安装主驱动电动机、上料机构、下料机构、履带板、负责定位的光电传感器、调整水果位置的拨轮机构。完成水果的输送和位置调整。

单片机控制系统需要由软硬件组成，完成贴标系统的控制，计数，报警。

底座支架起连接支撑贴标头、传送带的作用及实现贴标头的上下左右调整的作用。

2.3 空气喷射法贴标机贴标头原理设计

贴标头是贴标机中最为关键的一部分，因为它直接关系到贴标质量的好坏，所以本次设计将以贴标头为重点进行设计。贴标头可以分为两大部分，即标签传送装置和贴标机构。本次设计所采用的标签为压敏胶标签，也叫不干胶标签。

2.3.1 标签传送装置的原理设计

下图2.2所示为标签传送装置的原理示意图。标签被涂布上不干胶后安置在底纸上，并卷成盘状安装在送标盘上备用。在电动机的驱动下，驱动轮转动，依靠驱动轮辊子上的摩擦力带动纸带运动，标签带之间则依靠张力实现传动。标签和底纸经过一系列辅助环节被输送到揭示板，由于标签带的急回运动，标签与底纸分离，此时标签被下一机构收取以完成贴标工作，而底纸则被回收，收卷到收标盘上。

力在这一系列的运动中主要靠底纸来传输，如果底纸因强度不足导致断裂，将造成整个系统的崩溃，因此为了控制纸带的张力在安全的范围内，设计了一个具有弹性的摆动板，摆动版通过弹簧和机架相连，以保证在突然启动时的张力变化能有一个缓冲的过程，保证整个过程纸带的张力不会变的太大。同时设置了多个导辊来改变标签带的传送方向，这也是为了能分隔标签带，避免出现过长的一段标签带。

选用一台合适的进步电动机来为整个装置提供动力。驱动轮和收标盘以齿轮组链接，达到线速度一致的目的。驱动轮外部将套上一个使用高摩擦系数的套筒，增大摩擦力，防止纸带打滑，提高传动效率。

图2.2 标签传送装置图

2.3.2 空气喷射贴标机构的原理设计

空气喷射法贴标机的原理如后图2.3所示，贴标机构端面处有许多小孔，孔内有可以形成真空和喷射空气的装置。标签从传送装置上输送下来，到达揭示板的顶端，则被贴标机构的真空所吸取。同时，在光电感应和数控单元的控制下，传送带将待贴水果移送到标签下方，随即，启动喷气管，将标签吹到水果上并使用气压压紧。

图2.3 空气喷射法贴标机构工作原理示意图

1-导辊；2-喷嘴；3-贴标装置；4-压差腔室；5-标签；6-待贴标物体；7-标签底纸

示意图所示为立式的空气喷射法贴标机，本次设计将使用卧式的贴标方法，但基本原理是一样的。需要注意到，改为卧式后，传送带上的水果失去底端的支持，在贴标时容易被空气压力吹开，影响贴标质量，故需要设计一个可满足不同水果大小的缓冲装置。具体如下图2.4所示，在传送带上设置一个可以调节的缓冲挡板。缓冲挡板可以根据流水线上不同水果种类的尺寸调整距离大小，同时采取柔软的弹性材料防止同一种类水果的个体差异导致的机械损伤。

图2.4 贴标机构工作原理图

贴标装置将由三个部分组成，分别是真空泵、两位三通（2进1出）电磁阀和机架。原理如下图2.5所示。两位三通电磁阀的两个阀门（进气口和出气口）分别连接着真空泵的出气口和进气口。

吸标时，两位三通电磁阀进气口关闭，出气口打开，真空泵吸出压强腔内的空气，使贴标装置内部呈负压，外部空气就会透过小孔流入腔室内，当标签贴附到贴标装置外表面上时，就会在大气压力和摩擦力的作用下固定住，实现抓取标签的目的。

贴标时，两位三通电磁阀出气口关闭，进气口打开，开关电磁阀闭合，真空泵将空气泵入装置内部，形成正压，此时的泵本身由于出气口被堵住，在腔室内部会形成高压空气。随后电磁阀通路打开，气体就会快速填满贴标装置的内腔，并向外挤压，空气就会透过小孔流向外界，推送着标签贴到待贴水果的表面，实现贴标。

图2.5 贴标装置结构示意图

2.4 其它工作机构原理设计

2.4.1 上料机构原理设计

如下图2.6所示，上料机构采用带式输送的上料方式。水果的形状不规则，重量也需要一定的搬运成本，而且不能承受较大的摩擦和挤压，使用带式输送机，水果和履带几乎没有相对位移，对水果的磨损和破损都较小。

在电机的动力支持下，带有隔板的履带板会向输送方向横向位移，则可以带动物料运动，实现送料目的。带式输送机的动力消耗相比于其他机构较低，并且传送过程平稳，所以对运载的物料的损伤比较小，这一点对脆弱的水果来说很重要。另外带传动的结构简单，制造方便，有利于降低生产成本。

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