题目

塑料瓶贴标机设计

一、选题背景

贴标是一种很早就运用包装方式，早在十八世纪就出现了简单的手动贴标工具，传统的贴标方式是用人手动贴标，先将打印机打印的标签剥离，然后人工贴在产品上。这样的生产方式不仅工人劳动强度大，而且贴标的位置也不一定能次次都准确，不会出现偏差；而且也不便于生产的管理，由于贴标的位置偏差过大会撕掉重新贴，所以会造成标签的浪费等问题。随着国家经济的改革开放与发展，人们的生活水平不断地提高，塑料瓶商品的种类也越来越多，需要塑料瓶包装的物品也越来越多。但塑料瓶商品的一些信息也规范化，每一种塑料瓶包装的商品都需要注明生产日期保质期等相关信息，商品的包装是信息的载体，对商品贴标是最简单实现的途径。塑料瓶贴标机就是在塑料瓶产品上加上标签的机器，标签上面印有产品说明和图样，其主要内容包括有产品名称、商标、制造商、成分、品质特点、包装数量、使用方法、注意事项等，是现代包装不可缺少的组成部分，它不仅有美观的作用，更重要的是可以对产品生产与销售的追踪和管理，当商品出现问题时可以及时发现那一部分商品不合格并及时的处理销毁。

现代化的生产已经不再可能用人工去手动贴标签了，因为原来简单手动贴标形式已经远远不能满足生产的需要，所以更需要一些功能齐全、产量高、自动化程度高的塑料瓶贴标机来完成这项工作。

二、课题设计

2.1课题的内容

2.1.1塑料瓶贴标机主要性能包括a、对标签进行输送，b、剥离标签，c、对塑料瓶进行输送，d、塑料瓶定位，e、贴标[1]；

2.1.2塑料瓶贴标机设计主要用的是不干胶标签，其主要由送标机构、剥离机构、贴标机构及控制装置组成。

2.1.3完成供标及收标结构设计[5]；

2.1.4完成剥标及贴标机构设计；

2.1.5完成定尺寸2D图纸[10]。

2.2课题的目的意义

我国在塑料瓶贴标机起步较晚，起步阶段是在20世纪80年代末引进、模仿外国已经淘汰的功能不全的贴标机，经过多年的发展，我国在塑料瓶贴标机械的发展已经取得了巨大的进步。但与国外发达国家的先进水平相比，还是存在比较大的差距。其主要的差距表现在贴标机械产品中高新的技术应用少、自动控制水平比较低，在新材料、新技术工艺推广缓慢，总体水平比发达国家的水平落后十多年左右。塑料瓶贴标机在国外的包装、食品和化工等行业已经得到广泛的应用。

现今越来越多的企业需要提高生产效率，而在另方面也要求降低企业的生产成本。自动贴标机的出现，可以解决大批量包装产品的贴标问题。自动贴标机可以实现自动化贴标，不需要任何的人工操作。实现自动化贴标，只需要技术人员维护设备管理，这样大大减轻工人的工作量。现今，自动贴标机的种类越来越多，其技术水平也在不断地提高，正在朝着高速、高精度、高稳定贴标机的方向发展。

2.3文献综述

摘要：随着我国包装行业的快速发展,不干胶自动贴标机在产品贴标中的应用越来越广泛。随着自动化的发展,自动化机械设备慢慢开始取代人工操作,不仅效率高而且成本低,在各个行业中都开始广泛应用,贴标机就是应运而生的产物,本文对贴标机进行了简述,并对其结构、工作原理进行了阐述,还提出一些贴标机的设计思路,以供探讨。 研究设计了塑料瓶不干胶标签的贴标系统,其主要由送标机构、剥离机构、贴标机构及控制装置组成。

关键词：贴标机、自动化、塑料瓶

在世界范围内，贴标机械的发展史是比较短，在科学技术发达的欧美各国大体上实在20世纪起步，直到50年代后才加大发展的步伐。50年代的贴标机广泛采用的是以普通电开关和电子管为主要元件的控制系统，开启了贴标机的初级自动化；到60年代，贴标机中采用机电光液气综合技术明显的增多，机种的类别进一步扩大，在这基础上实现了专业的自动贴标机；70年代，由于微电子技术的发展，将微电子技术引入到了自动贴标机，实现了由电子计算机控制的贴标生产过程；现今，在某些贴标包装领域里将微机、机器人更多的应用于供送、检测、管理等方面，并准备向柔性自动包装线和无人化自动贴标包装车间过渡。近几年来，一些发达国家的包装工业的总产值大约占国民经济总产值的2%左右；其中自动贴标包装机械所占比重虽然不是很大，但是发展迅猛，平均每年以10%左右的速度增长，发展成包装联合及自动线的集合，其中以美国、德国、日本等国家为代表。

我国的贴标机发展历程大概经历了以下几个阶段：第一阶段为引进阶段，这个阶段主要引进国外部分功能不完整的贴标机[12]。通过模仿，这个阶段的贴标机生产企业只能生产简单的贴标机。初级引进阶段，我国贴标机设备还处于初期的发展，不管是在性能、功能还是贴标精度与质量等方面与国外的设备相比都有相当大的差距，所以这个阶段市场上是以进口贴标机占主导地位；第二阶段为贴标技术快速发展阶段，这一阶段是我国贴标机发展的转折点。此阶段发展出了大量国内的贴标机企业，这些企业相互竞争，同时也与国外贴标机企业进行竞争，依托国内的巨大市场，我国的贴标机发展水平取得了快速的进步。第三阶段是自主研发阶段，2006年孙智慧、岳亚东等人对卷状包装材料的连续供送恒张力控制系统进行研究和设计，刘敏杰等人对贴标机的取标凸轮的过渡曲线进行了研究设计，2008年贺兵等人利用AMDAMS软件对六连杆供标机构进行了设计和仿真等。但我们研发的贴标机设备与国外的相比，在整体技术水平上还是存在比较大的差距。例如在贴标机设备流水线生产速度慢，设备运行的不够稳定，贴标精度低等问题。虽然我们起步晚，技术水平还比较低，但我国的贴标市场巨大，只要我们企业能够把握好市场，进行产品结构调整、技术升级、产品换代，就一定能开拓出自己的市场。《高精度自动贴标机的研究与应用》[1] 让我清楚地了解到贴标机主要实现动作及部件的结构，让我对贴标机有了初步的认识，进而对之后的设计提供了参考与借鉴。《混联贴标机构运动学分析及工作空间研究》[2]让我了解到混联机构集并联机构高速、高精度及串联机构灵活性好、工作空间大的优点于一身,所以这类机构可以很好的用在贴标机上；《通用不干胶标签贴标机设计与研究》[3]让我了解贴标机的制造实现标准化、通用化方面给了很大的帮助，贴标机结构可以实现平面或曲面形物体外表面或无盖箱型物体内表面的贴标；《全自动平面贴标机的系统设计与实现》[4]给我了解贴标机的驱动电机由一般的步进电机换成伺服电机, 步距更加准确, 使贴标机出标速度、输送速度更稳定, 更高。

经过对国内外贴标机的发展进行分析研究可知，在未来，我国的贴标机的发展方向是高柔性、高灵活性、高生产效率、高稳定性、高度智能化、高效率、绿色环保[11]。当达到产品及包装更换时，只需对贴标机做适当的调整，仍然满足产品贴标的需要。在未来，增加贴标机与整个生产线的工业物联网的互通，增加机械视觉，对产品贴标质量进行检测，剔除不合格的产品；人们对环保的要求越来越高，因此贴标材料尽量采用绿色环保材料，贴标高效率，避免出错而二次贴标。

三、课题研究现状

3.1国外研究现状

在世界范围内，贴标机械的发展史是比较短，在科学技术发达的欧美各国大体上实在20世纪起步，直到50年代后才加大发展的步伐。50年代的贴标机广泛采用的是以普通电开关和电子管为主要元件的控制系统，开启了贴标机的初级自动化；到60年代，贴标机中采用机电光液气综合技术明显的增多，机种的类别进一步扩大，在这基础上实现了专业的自动贴标机；70年代，由于微电子技术的发展，将微电子技术引入到了自动贴标机，实现了由电子计算机控制的贴标生产过程；现今，在某些贴标包装领域里将微机、机器人更多的应用于供送、检测、管理等方面，并准备向柔性自动包装线和无人化自动贴标包装车间过渡。

近几年来，一些发达国家的包装工业的总产值大约占国民经济总产值的2%左右；其中自动贴标包装机械所占比重虽然不是很大，但是发展迅猛，平均每年以10%左右的速度增长，发展成包装联合及自动线的集合，其中以美国、德国、日本等国家为代表。

3.2国内研究现状

我国的贴标机发展历程大概经历了以下几个阶段：第一阶段为引进阶段，这个阶段主要引进国外部分功能不完整的贴标机。通过模仿，这个阶段的贴标机生产企业只能生产简单的贴标机。初级引进阶段，我国贴标机设备还处于初期的发展，不管是在性能、功能还是贴标精度与质量等方面与国外的设备相比都有相当大的差距，所以这个阶段市场上是以进口贴标机占主导地位；第二阶段为贴标技术快速发展阶段，这一阶段是我国贴标机发展的转折点。此阶段发展出了大量国内的贴标机企业，这些企业相互竞争，同时也与国外贴标机企业进行竞争，依托国内的巨大市场，我国的贴标机发展水平取得了快速的进步。第三阶段是自主研发阶段，2006年孙智慧、岳亚东等人对卷状包装材料的连续供送恒张力控制系统进行研究和设计，刘敏杰等人对贴标机的取标凸轮的过渡曲线进行了研究设计，2008年贺兵等人利用AMDAMS软件对六连杆供标机构进行了设计和仿真等。

依靠国内巨大的包装市场，经过多年的研发发展，我国贴标机的种类在逐渐增加，在技术水平方面也不断提高，在市场上的贴标机已经从手动、半自动贴标的落后局面，转向了自动化和高速化贴标机局面。在我国目前市场上贴标机可分为三大类：手动贴标机、半自动贴标机、全自动贴标机；输送带的形式分为两大类：直线式、回转式等。

但我们研发的贴标机设备与国外的相比，在整体技术水平上还是存在比较大的差距。例如在贴标机设备流水线生产速度慢，设备运行的不够稳定，贴标精度低等问题。虽然我们起步晚，技术水平还比较低，但我国的贴标市场巨大，只要我们企业能够把握好市场，进行产品结构调整、技术升级、产品换代，就一定能开拓出自己的市场。

图为国内贴标机

四、项目方案：

4.1贴标机的种类：

4.1.1：直线式贴标机就是输送带为一条直线，产品直来直往，也是市面上应用最广的一款贴标机，简单操作、价格实惠。

4.1.2：旋转式贴标机速度较快，用于日化、酒水行业的快速贴标，可是不干胶贴标机，也可以是热作方式区分。

4.1.3：半自动贴标机，最大的特点是不可以对接生产线，需要人为操作。人工拿着需要贴标的产品放到贴标机工位，再通过触动开关按钮来驱动贴标。主要针对小批量产品或自动化贴标难。

4.1.4：全自动贴标机对接生产线，无需人工操作，产品自动进入贴标工位，自动贴标，自动检测，自动添加条码追溯系统，自动传输到下道工序。大产量和需要对接生产线的环境就需要用到全自动贴标机。

在这里我选择的是直线式贴标机。因为直线式贴标机结构简单、操作简单、成本低、适用性高、易检修。旋转式与全自动贴标机机构复杂、操作也复杂、成本高；半自动贴标机不可以对接生产线，还需要需要人为操作，增加用工成本，没有实现自动化。

4.2贴标的方法：

4.2.1：擦贴法贴标，当贴标机标签的前缘部分粘贴到产品上后，产品马上带走标签。这种方法的优点是贴标速度快，而贴标精度取决于产品通过贴标机的速度与标签分配的速度，如果两者速度一直，那么贴标精度高，否则，贴标机精度将受到影响。

4.2.2：吸贴法贴标，当贴标机标签纸离开传送带后，被吸到真空垫上，真空垫连接到一个机械装置的末端。当这个机械装置伸展到标签与产品接触后，就收缩回去，此时标签贴附到产品上。这种方法的优点是精度高，而且适用于高难度包装产品的贴标工艺；缺点则是贴标速度慢，而且贴标质量不好。

4.2.3：吹贴法贴标，在吸贴法基础上有所改进，区别在于真空垫的表面保持不动，标签固定和定位在一个“真空栅”上，“真空栅”是一个平面，上面布满几百个小孔。小孔用来维持形成“空气射流”。由这些“空气射流”吹出一股压缩空气，压力很强，使真空栅上的标签移动，让它贴附到产品上。这种方法的优点是精度较高而且具备可靠性；缺点则是过程复杂。

三种贴标方法对比发现，擦贴法能够使贴标机的工作速度得到很大的提高，而且方法简单便捷、机构简单，机构符合追求高效率的发展趋势。因此在这里选择擦贴法进行贴标。

4.3贴标电机的种类：

4.3.1：步进电机，选用步进电机作为执行电机，多用于速度要求不高、精度要求较高的情况。步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步的情况[7]。

4.3.2：伺服电机，选用伺服电机控制，多用于贴标速度与精度要求较高、标签较小或者负载比较轻的情况。伺服电机为闭环反馈控制，驱动器直接对电机编码器进行采样，所以控制性能更可靠稳定[9]。

4.3.3：直流或交流电机，输送带上的动力一般用直流或交流电机。首先要确认输送的负载，就是根据功率，转矩，减速比等来综合衡量。

根据以上三种电动机的对比发现，伺服电机具有速度快、精度高、稳定性高等有点，因此选择伺服电机作为贴标机的驱动电机。

4.4贴标机构的联系：

贴标机的主要机构有送标机构、剥离机构、贴标机构、塑料瓶输送带及控制装置组成[6]。贴标机的贴标过程一般如下：一卷标签安装在贴标机的放卷轮上，一组辊轮卷动标签运动、停止，并控制卷筒标签的松紧张力。各部件的功能如下：

4.4.1：放卷轮。此为被动轮，用于安放卷筒标签。通常安装有可调节摩擦力的摩擦制动装置，其目的是控制卷筒速度及张紧力，保持平稳地输送标签纸。

4.4.2：缓冲轮。与弹簧相连，可往复摆动。其主要目的是当装置启动时能够吸收卷筒材料的张紧力，保持材料同各辊接触，防止标签纸材料的断裂。

4.4.3：导向辊。由上下两组辊轮组成，起卷筒材料的导向和定位作用。

4.4.4：驱动辊。由一组主动的摩擦轮组成。通常一个是橡胶辊，另一个是金属辊，标签纸在其间通过。它的作用是驱动卷筒材料，实现正常的贴标。

4.4.5：剥离板。剥离板的一端有一角度（通常小于30度），目的是使标签底纸在经过剥离板改变方向时，标签便于出标、脱离底纸，从而实现同贴标物的接触[13]。

4.4.6：收卷轮。此轮为带摩擦传动装置的主动轮，作用是复卷贴标后的底纸。收纸轮的转动收纸与驱动轮的办理纸互不干预，同步传动由摩擦装置调节。

4.4.7：贴标板。将脱离底纸的标签均匀、平整地贴敷在塑料瓶上。

塑料瓶贴标机贴标过程框图

五、创新思路：

普通的塑料瓶贴标机只能贴标圆柱形的塑料瓶，贴标的类型单一，不利于标准化、通用化的形成，使用的一般步进电机步距不够精确，而使贴标可能出现偏差，而且速度较慢不够稳定。

而本次设计的塑料瓶贴标机，可以实现平面或曲面形物体外表面或无盖箱型物体内表面的贴标，而且该贴标机的驱动电机由一般的步进电机换成伺服电机, 步距更加准确, 使贴标机出标速度、输送速度更稳定, 更高[8]。

六、论文提纲：

第一章 绪论

1.1 选题的背景及其意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要内容

第二章 塑料瓶贴标机的结构原理分析

2.1 传统塑料瓶贴标机的原理及结构

2.2 传统塑料瓶贴标机的优缺点优缺点

2.3 自制塑料瓶贴标机的设计原理及结构

2.4 自制塑料瓶贴标机的优缺点

第三章 塑料瓶贴标机的各项技术参数计算

3.1 滚动直线导轨副的计算

3.2 标签剥离参数分析

3.3 电动机的选择

3.4 输送带链轮的设计计算

3.5 皮带传动的传动比的计算

第四章 供标装置的设计

4.1 供标的原理及控制图

4.2 供标装置结构设计

4.3 各项参数的选择及计算

第五章 剥离标签装置的设计

5.1剥离标签装置的原理

5.2 剥离标签装置的结构设计

5.3各项参数的选择及计算

第六章 贴标装置的设计

6.1 贴标装置的原理

6.2 贴标装置的结构设计

6.3各项参数的选择及计算

第七章 收标装置的设计

7.1 收标装置的原理

7.2 收标装置的结构设计

7.3各项参数的选择及计算

第八章 目的与建议

8.1 目的

8.2 建议

参考文献

致谢

七、进度计划

八、参考文献

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[2]. 张付祥,刘再,李文忠,黄风山.混联贴标机构运动学分析及工作空间研究[J].机械传动,2019,43(04):7-10.

[3]. 肖鹏,秦奥苹,吴陆林,秦红玲.通用不干胶标签贴标机设计与研究[J].包装与食品机械,2018,36(05):32-35.

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[6].孙恒，陈作模. 机械原理 （6版）[M].北京: 高等教育出版社, 2001.

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[10].徐书浩.包装机械运动仿真系统的研究[J].包装工程.2002.

[11].尚久浩.自动机械设计[M]. 中国轻工业出版社，2003.

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[13].伍志祥.自动取标贴标机的关键技术研究与设计[D].无锡：江南大学，2013：11-20.