（机械制造及其自动化专业论文）环保型纸带全自动捆钞机的研究与开发.pdf

r es e a r c ha n dd e v e l o p m e n to f e n v i r o n m e n t f r i e n d l yp a p r et a p e a u t o m 渔t i cc a s h b i n d i n gm a c h i n e at h e s i ss u b m i t t e dt o s h a a n x iu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n tf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro f e n g i n e e r i n g t h e s i ss u p e r v i s o r ：p r o f e s s o r c a o j u i i a n g m a y , 2 0 1 0 环保型纸带全自动捆钞机的研究与开发 摘要 针对目前国内捆钞机普遍采用聚丙烯塑料捆扎带所产生的环境污染、废 纸币回收利用不方便等问题，本文做了两个方面的研究开发工作：一是关于 开发一款环保型纸带全自动捆钞机的工作机理、整机设计方案和关键机构的 研究，二是研究了采用可降解的环保型纸带替代聚丙烯塑料带作为捆扎带的 带头粘结等相关技术问题。我们项目组开发的环保型纸带全自动捆钞机，作 为一类新型捆扎机形式，填补了国内空白。 。 根据捆钞机生产企业要求和市场需求因素，本文首先对广泛使用的立式 k x j 3 2 型全自动捆钞机的捆扎原理和机器结构进行了详细分析，并结合环 保型纸带的特性，提出了环保型纸带全自动捆钞机的工作机理和整机结构的 设计方案：以立式k x j 3 2 型全自动捆钞机为设计原型，吸纳原机器的优点， 采用“横一竖二”五点式的捆扎形式；一次压紧纸币三带同时捆扎；捆扎带 通过送带轮依靠摩擦力扩张式送带；采用热熔焊接方式实现捆扎带粘结，在 有限空间里，增加设计了与纸带相匹配的烫合机构和胶带输送机构。该机器 结构紧凑，操作简便，自动化程度高，整个捆扎过程自动完成。 本文分析环保型纸带全自动捆钞机的送带机构、烫合机构、切带机构等 关键机构；根据研究纸带和胶带的特性，重点研究了烫合机构和胶带输送机 构，发现胶带可以采用与纸带类似的输送方法：由送胶轮依靠摩擦力进行送 胶。根据送胶量的要求设计与胶带相匹配的胶带输送机构。纸带依靠胶带进 行粘结，电热焊接方式不能直接应用于纸带，因此需对烫合机构进行适应性 再设计。提出了烫合机构的两种改进设计方案：一种将原来烫头位置提高， 使烫头隔纸熔胶烫合；另一种在捆钞机的下方重新设计增加烫合机构与动力 装置。在此研究基础上，运用p r o e n g i n e e r 软件，设计了烫合和送胶机 构，并对胶带输送机构和烫合机构进行运动仿真和机构运动学分析，其分析 结果验证了整个方案设计的正确性和设计的可行性。 本文还对关键工艺纸带粘结的工艺问题，采用实验的方法进行研 究。以环保型纸带和热熔胶进行粘结的工艺为实验条件，设计了单因素实验 和正交试验。通过实验理论上确定出了采用9 2 0 1 e 热熔胶粘结过程中加热 温度、保压时间、保压压力、施胶量等几个关键因素的最佳值组合为：1 4 0 的加热温度、7 0 n 的保压压力、4 s 的压粘时间和0 0 5 9 的胶量。实验结果 说明采用环保型纸带和热熔胶进行纸币捆扎的捆扎强度大于金融行业的标 准值，符合使用要求。 课题研究的创新性在于：研究了以环保型的纸带作为捆扎材料的纸带粘 结工艺问题；以立式k x j 3 2 型全自动捆钞机为基础，吸纳原机器的优点， 研究设计了适用于纸带的烫合机构和胶带输送机构，开发出了环保型纸带全 自动捆钞机，不仅解决目前捆钞机使用塑料带作为捆扎材料所产生的一系列 问题，也对于我国绿色环保捆扎机的技术进步作了有益的探索。 关键词：捆扎机，捆钞机，捆扎带，环保，热熔胶 i i _ 。1 。1 。1 。1 。1 。 t r es e a r c ha n dd e v e l o p m e n to f e n v i r o n m e n t f r i e n d l yp a p r et a p e a u t o m a t i cc a s h b i n d i n gm 【a c h i n e a b s t r a c t p o l y p r o p y l e n ep l a s t i ct a p ew h i c hc o u l dc a u s ep o l l u t i o np r o b l e mi sw i d e l y e m p l o y e da ss t r a p p i n gt a p ef o rc a s h - b i n d i n gm a c h i n ec u r r e n t l y , a n dt h ew a s t e b a n kn o t ei sh a r dt or e c y c l e i no r d e rt os o l v et h ep r o b l e m s ，t h i sp a p e rm a k e s r e s e a r c hi nt h ef o l l o w i n gt w oa s p e c t s ，o n ei st h es t u d yo fw o r k i n gp r i n c i p l e ， o v e r a l ld e s i g na n dk e ym e c h a n i s m so fd e v e l o p i n ga ne n v i r o n m e n t - f r i e n d l yp a p e r t a p ea u t o m a t i cc a s h b i n d i n gm a c h i n e ，t h eo t h e ri st h es t u d yo ft h et e c h n i c a l p r o b l e m sr e g a r d i n gt ot a p e s b o n d i n gw h e nb i o d e g r a d a b l ee n v i r o n m e n t - f i i e n d l y p a p e rt a p e r e p l a c e sp o l y p r o p y l e n ep l a s t i c t a p e a s s t r a p p i n g t a p e e n v i r o n m e n t f r i e n d l yp a p e rt a p e a u t o m a t i c c a s h - b i n d i n g m a c h i n et h a ti s d e v e l o p e db yo u rp r o j e c tt e a mf i l l st h ed o m e s t i cg a pa san e wt y p eo fb i n d i n g m a c h i n e a c c o r d i n gt ot h ec a s h - b i n d i n gm a c h i n em a n u f a c t u r e r sr e q u i r e m e n t sa n d m a r k e td e m a n df a c t o r s ，t h i sp a p e rc o m p r e h e n s i v e l ya n a l y z e st h em a c h i n e s t r u c t u r ea n d b i n d i n gp r i n c i p l e o ft h ev e r t i c a l k x j 一3 2 - t y p e a u t o m a t i c c a s h b i n d i n gm a c h i n ew h i c hi sw i d e l yu s e d ，a n dp r o p o s e st h ew o r k i n gp r i n c i p l e a n dt h ed e s i g n so fw h o l es t r u c t u r eo f e n v i r o n m e n t - f r i e n d l yp a p e rt a p ea u t o m a t i c c a s h - b i n d i n gm a c h i n ec o m b i n i n ge n v i r o n m e n t f r i e n d l yp a p e rt a p e sp r o p e r t y t h e p r o p o s a lb a s e do nt h ev e r t i c a lk x j - 3 2 一t y p ea u t o m a t i cc a s h - b i n d i n gm a c h i n e ， a b s o r b st h ea d v a n t a g e so ft h eo r i g i n a lm a c h i n e ，e m p l o y e sb i n d i n gf o r mo fa f i v e - p o i n ts t y l ea n dt h r e et a p e sb i n d i n gs i m u l t a n e o u s l y , d e p e n d so nf r i c t i o nf o r c e b e t w e e nc o n v e y o rt oc o n v e yb i n d i n gt a p e sw h i c ha r ec o h e r e du n d e rh o t m e l t w e l d i n g ，d e s i g n sa n da d d sa d h e s i v ec o n v e y i n ga n dh e a t i n gm e c h a n i s mm a t m a t c hw i t ht h ep a p e rt a p ei nt h el i m i t e ds p a c e t h i sm a c h i n eh a sf e a t u r e ss u c ha s c o m p a c tc o n f i r m a t i o n ，e a s yo p e r a t i o n ，h i g ha u t o m a t i o na n ds oo n ，a n di t c o u l d a u t o m a t i c a l l yc o m p l e t eb i n d i n gp r o c e s s t h i sp a p e ra n a l y z e st h ec o n v e y i n gm e c h a n i s m ，h e a t i n gm e c h a n i s ma n d 1 1 1 c u t t i n gm e c h a n i s mo fe n v i r o n m e n t - f r i e n d l yp a p e rt a p ea u t o m a t i cc a s h - b i n d i n g m a c h i n e a c c o r d i n g t ot h es t u d yo ft h ep r o p e r t yo fa d h e s i v et a p ea n dp a p e rt a p e ， w em a i n l yr e s e a r c ho na d h e s i v et a p e sc o n v e y i n gm e c h a n i s ma n dh e a t i n g m e c h a n i s m w ef i n da d h e s i v et a p ec a nb ed e l i v e r y e db yu s i n gt h es i m i l a rm e t h o d o fp a p e rt a p et h a tr e l yo nf r i c t i o nf o r c eb e t w e e nc o n v e y o r s a n dt h ed e s i g n d i m e n s i o n so fa d h e s i v ec o n v e y i n gm e c h a n i s mi sd e t e r m i n e db ya d h e s i v e d e m a n d p a p e rt a p e sr e a l i z eb o n d i n gb ya d h e s i v et a p e h e a t i n gm e c h a n i s m c a n n o th e a ta d h e s i v ed i r e c t l y , s oi tn e e d st ob ei m p r o v e di no r d e rt om a t c hw i t hn e w s t r a p p i n gt a p e t w oi m p r o v e m e n tp r o g r a m s a r ep r o p o s e d o n ei st om a k e h e a t i n gp l a t eh e a ta d h e s i v ei n d i r e c t l yb yr a i s i n gi t s l o c a t i o n t h eo t h e ri st o d e s i g nn e wh e a t i n gm e c h a n i s mb e n e a t ht h em a c h i n e b a s e do nt h i ss t u d y , p r o e n g i n e e rs o f t w a r ei sa d o p t e dt oc o n s t r u c tt h r e e d i m e n s i o n a lm o d e la n d c a r r yo u tt h es i m u l a t i o na n dk i n e m a t i ca n a l y s i so fc o n v e y i n gm e c h a n i s ma n d h e a t i n gm e c h a n i s m t h er e s u l t sv e r i f yt h ec o r r e c t n e s so ft h eo v e r a l lp r o p o s a la n d f e a s i b i l i t yo f t h ed e s i g n t h i sp a p e ra l s os t u d i e st h ec r i t i c a lp r o c e s st h a tt h ep a p e rt a p e sb o n d i n g p r o c e s sb ye x p e r i m e n t a lm e t h o d t a k i n gb o n d i n gp r o c e s so f h o tm e l ta d h e s i v e a n de n v i r o n m e n t - f r i e n d l yp a p e rt a p ea st h ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n s ，s i n g l ef a c t o r e x p e r i m e n t sa n do r t h o g o n a lt e s t a r ed e s i g n e dt od i s c u s st h eb e s tt e c h n o l o g i c a l p a r a m e t e r s t h er e s u l ts h o w st h a tt h ei n f l u e n c ef a c t o r so np a p e rt a p e sc o h e s i o n a r eh e a t i n gt e m p e r a t u r e ，p r e s s u r e ，a d h e s i v e su s a g ev a l u ea n dt i m ep r e s e r v a t i o n t h eo p t i m a lc o m b i n a t i o na r eu s i n g9 2 0 1 eh o tm e l ta d h e s i v e ，w i t h0 0 5 9 a d h e s i v e su s a g ev a l u e ，a t14 0 h e a t i n gt e m p e r a t u r e ，a n d4 sb y7 0 np r e s s u r e t h ee x p e r i m e n t a ld a t ai l l u s t r a t e sp a p e rt a p e sc o h e s i v ep r o p e r t yc a nm e e tt h e r e q u i r e m e n t so ff i n a n c i a ld e p a r t m e n t t h ei n n o v a t i v e n e s so ft h i st o p i c si ss t u d y i n gt h eb o n d i n gt e c h n o l o g i c a l p r o b l e m s o fe n v i r o n m e n t f r i e n d l y p a p e rt a p e u s e da ss t r a p p i n gt a p e ，a n d p r e l i m i n a r i l yd e v e l o p i n gt h ee n v i r o n m e n t - f r i e n d l yc a s h - b i n d i n gm a c h i n eb a s e d o nv e r t i c a l k x j - 3 2 - t y p e a u t o m a t i cc a s h - b i n d i n gm a c h i n eb ya b s o r b i n gt h e a d v a n t a g e so ft h eo r i g i n a lm a c h i n ea n dd e s i g n i n gt h ea d h e s i v ec o n v e y i n ga n d h e a t i n gm e c h a n i s mt h a tm a t c hw i t ht h ep a p e rt a p e a s ar e s u l t ，i tn o to n l y r e s o l v e sas e r i e so fp r o b l e m st h a ts p r i n gf r o mu s i n gp o l y e t h y l e n ep l a s t i ct a p e ， b u ta l s om a k e sau s e f u le x p l o r a t i o nf o re n v i r o n m e n t f r i e n d l yb i n d i n gm a c h i n e s i v t e c h n o l o g i c a la d v a n c e k e yw o r d s ：s t r a p p i n gm a c h i n e ，c a s h - b i n d i n g m a c h i n e ，s t r a p p i n gt a p e ， e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ，h o tm e l ta d h e s i v e v v i 目录 摘! 1 2 l ：】【 a b s t ra c t i l 绪论1 1 1 课题研究的目的和意义l 1 2 我国捆钞机的现状与发展趋势2 1 2 1 捆钞机的现状2 1 2 2 捆钞机的发展趋势2 1 3 捆钞机研究动态和水平3 1 4 课题研究的主要内容5 1 4 1 课题研究的主要内容5 1 4 2 课题的创新点5 1 4 3 技术难点和拟采取的解决办法5 2 环保型全自动捆钞机的技术分析及方案设计一7 2 1 立式k x j 3 2 型全自动捆钞机性能剖析7 2 1 1 立式k x j 3 2 型全自动捆钞机优缺点分析7 2 1 2 立式k x j 一3 2 型全自动捆钞机的基本参数一8 2 2 立式k x j 3 2 型全自动捆钞机捆扎的工作原理分析8 2 2 1 捆扎带带头粘结机理分析9 2 2 2 捆扎带交叉点粘结机理分析1 1 2 3 立式k x j 3 2 型全自动捆钞机的机构分析一1 3 2 3 1 凸轮组机构1 3 2 3 2 送带轮机构1 4 2 3 3 切刀与压头1 6 2 3 4 烫头1 7 2 4 环保型纸带捆钞机的研究一l8 2 4 1 整机方案18 2 4 2 纸带粘结工艺问题1 9 2 4 3 机构设计分析1 9 2 5 本章小结一2 0 3 纸带粘结工艺的研究2 1 3 1 实验设计2 1 3 2 纸带粘结强度影响因素测定实验2 2 3 2 1 影响纸带粘结强度的因素2 2 3 2 2 捆扎带拉伸实验2 3 3 2 3 单因素实验2 4 3 3 正交试验：2 9 3 4 本章小结3 2 4 送胶机构和烫合机构的研究与设计3 3 4 1 送胶和烫合方案的确定3 3 4 2 送胶机构和烫合机构的设计( 捆扎带带头粘结点) 3 6 4 2 1 送胶机构和烫合机构的总体结构设计3 7 4 2 2 送胶机构和烫合机构的零件结构设计3 8 4 3 送胶机构和烫合机构的结构设计( 捆扎带交叉粘结点) 4 0 4 3 1 送胶机构和烫合机构的总体结构设计4 0 4 3 2 送胶机构和烫合机构的零件结构设计4 1 4 3 3 机构三维设计4 6 4 4 本章小结4 7 5 送胶机构和烫合机构的运动分析4 9 5 1 机构运动仿真4 9 5 2 机构运动仿真的数据测量一5 3 5 2 1 设置测量参数5 4 5 2 1 测量结果及分析5 5 5 3 本章小结5 5 6 总结与展望5 7 6 1 研究工作总结一5 7 6 2 研究工作的技术前景展望5 8 致谢5 9 参考文献一6 1 攻读学位期间发表的学术论文目录6 3 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明6 5 i i l 绪论 1 1 课题研究的目的和意义 随着我国经济的迅速发展，资金的流通速度大大加快，回收周期明显缩短，在金融 流通业务中，每年有新纸币出版发行和废残旧纸币回收，其中废残旧纸币的回收与利用 越来越得到相关部门的重视。在废残旧纸币的回收过程中，捆扎是一项十分繁重的工作， 耗费巨大的人力物力，效果不甚良好。上个世纪七十年代，我国开始了对捆扎机械的研 究与开发，经过几十年的发展，有了相当大的进步，各种型号和用途的捆扎机相继出现， 应用在相关领域。在金融行业纸币捆扎中，国内曾先后研制了“液压捆钞机“、“机械棘 轮式捆钞机”及“半自动捆钞机 等，一定程度地实现了纸币捆扎的机械化和自动化。 目前使用的捆钞机，其捆扎材料为聚丙烯塑料带，这种带在捆扎时有以下的不足之 处：首先，塑料带带接口接合主要有两种方式【t 】，一是采用热熔式焊接原理，即是将纸 币捆紧后，通过热焊头在捆扎带接口处局部加热，待捆扎带局部熔化后加压粘合。采用 这种原理，要求带子工作温度大大高于其融比温度，因此在焊接中会产生烟雾和难闻气 味，不但有损于操作人员的健康，而且对生态环境也造成无形的破坏；二是高速摩擦塑 料烫合，它虽然不存在气味污染问题，但是却存在摩擦时的高分贝噪音污染的问题。其 次，由文献【2 】可知：聚丙烯塑料( p o l y p r o p y l e n ep l a s t i ct a p e ，简称p p ) ，是难以降解的，” 在废残1 日纸币回收销毁过程中，其有机高分子化合物的破碎颗粒混合在纸浆中会严重影 响纸浆的回收和利用，不但污染环境而且浪费资源。 随着经济的不断发展，捆钞机和其它行业的捆扎包装对聚丙烯捆扎带的需求量在不 断增加，而聚丙烯捆扎带存在的问题又将限制其应用，因此研制新型绿色环保的捆扎带 材料，并辅之以开发全自动化捆扎机对于包装行业，对于循环经济的发展和环境的绿色 保护都是刻不容缓的【，】。 本课题的意义在于：采用新型的捆扎材料一可降解的环保型纸带，来替代有毒难 降解的聚丙烯塑料带，开发研制与之适应的环保型全自动捆钞机，避免和改进现有捆钞 机使用聚丙烯塑料带存在的上述缺点和弊端，使纸币在捆扎性能达到或超过原有聚丙烯 塑料带的同时，节省资源，避免环境污染，更加注重经济性和环保性，彻底实现废残旧 纸币的连续、安全、自动回收，而且这种纸带捆扎也可推广到食品、邮件、小型仪器、 生活用品等其它行业的包装捆扎，对促进循环经济和持续发展是非常必要的，具有重要 的经济效益和社会效益。 该课题是绿色环保捆扎带及其自动捆扎机械的研究中的一部分，绿色环保捆扎 带及其自动捆扎机械的研究是浙江温州轻工研究院的一个技术开发研究项目，并且已 经获批成为温州市市重大对外科技合作交流项目。其主要的研究内容为研发一种环保经 陕西科技大学硕士学位论文 济型捆扎和捆钞机及与之相匹配的环保型捆扎带，使捆扎机械能够达到绿色环保的要求。 1 2 我国捆钞机的现状与发展趋势 1 2 1 捆钞机的现状 捆钞机，是金融系统中的一种办公设备，它的功能是将纸币打把，一般是每一百张 纸币为一把，每十把做为一捆，以便进行纸币的清点、运输和保存【4 1 。捆钞机能够快速 完成对成把纸币的压紧、捆扎、粘切等功能，所以广泛应用于金融、证券等行业成把纸 币的捆扎。 目前，国内生产捆钞机的厂家众多，比较专业的捆钞机品牌主要有：“聚龙牌 、“飞 越牌”、“汇金牌”、“凯丰牌 和“集能牌 等等。主要产品有以下几个大类【4 】： 1 ) 机械式捆钞机。主要工作原理是：利用液压或螺旋机构将待捆纸币压紧，工作人 员进行手工捆扎。因此操作人员劳动强度大，效率低且操作不规范。 2 ) 半自动捆钞机。这类捆钞机应用电脑控制，实现捆钞过程中连续的一个或两个动 作，然后在工作人员的配合下完成捆扎( 一般输送、整理纸币工作由人工完成，压纸币、 捆扎由机器完成，一次只能捆扎一道) ，较第一类捆钞机效率高，但总体而言自动化程度 仍较低。 3 ) 全自动捆钞机。经调查可以得知，市面上存在的全自动捆钞机大部分仍由手工完 成整理纸币、输送纸币的工作，操作人员把纸币送到指定位置后，按下开关，捆钞机自 动进行捆扎系列作业。捆钞完成后，仍需人工取出捆好的纸币。只有一少部分捆扎机能 自动完成全部动作，工作人员只需把纸币放在工作台上，按下自动捆扎键后，电脑控制 机器自动完成捆扎，完成后，工作人员只需取出捆好的钱币。 查阅相关文献 5 h 9 发现，目前，市场上有以下几种自动化程度较高的捆钞机：j u s t l 型全自动大把捆捆钞机、d k - 1 型电脑自动捆钞机及k x 系列全自动捆钞机等。这些捆钞 机具有相同的特点：纸币捆扎由自动机构如压紧机构、送带抽紧机构、烫合机构和切带 机构等来完成，捆扎所采用的材料都是p p 带替代了之前人工进行捆扎时所用的纸绳、 麻绳f 2 】。其中，j u s t 1 型全自动大把捆捆钞机在三带同时捆扎、粘接点数、自动送理币上 优于其它产品，而立式k x j 3 2 型全自动捆钞机在捆钞质量和捆扎效率方面具有明显的 优势，得到了使用者的广泛好评。 1 2 2 捆钞机的发展趋势 纵观我国捆钞机行业，随着捆扎机械的快速发展，捆钞机也已经过近几十年的发展， 技术日趋成熟，但是在性能方面还与国外相差甚远，存在的问题与不足显而易见。我国 捆钞机的发展趋向主要有以下几个方面【2 l ： 1 ) 采用环保性的捆扎材料 我国于2 0 0 1 年1 2 月1 1 日加入w t o ( 世界贸易组织) 以来，社会经济得到了迅速 2 环保型纸带全自动捆钞机的研究与开发 发展。随着国家g d p ( 国内生产总值) 增长的同时，捆钞机的市场总量越来越多。捆扎 量的增加导致了捆扎材料使用量的增加。目前广泛使用的捆扎材料是p p 带，它难以降 解和回收，在废残旧纸币回收销毁时，其有机高分子化合物破碎颗粒常常混合在残币纸 浆中对残币造浆产生严重影响，降低了纸浆的可利用性，不但污染环境也浪费资源，并 且增加了人工剔除的工作量。可以得出结论：随着金融行业设备和管理的迅速发展，捆 扎材料如果不能解决难降解的关键问题，它将随着使用量的增加而造成更大的浪费和环 境污染【1 0 - d 1 】。 2 ) 捆钞机的标准化 在我国，现在还没有专业权威的捆钞机行业和国家标准，这在一定程度上制约了捆 钞机产品质量的规范与提高，也不利于捆钞机市场和金融设备行业的发展【2 】。究其原因 主要是：捆扎采用的p p 带是有毒难降解的，其难以回收的特性导致环境污染相悖于环 保经济的发展，p p 带的难降解性也对废旧残纸币化学液销毁后的纸质造浆再生利用带来 困难等。以上这些因素均严重影响着捆钞机行业及国家标准的出台。因此，无论从我国 金融行业机器设备的发展方面来看，还是从保护环境节省资源的角度出发，我们需要为 捆钞机行业和国家标准的制订创造条件。 。1 3 ) 废残旧纸币销毁的安全性 当废旧残纸币进行化学药品销毁时，有可能出现因捆扎带所使用的材料无法化解而者j 造成捆扎粘结处的纸币无法彻底消毁，因而有可能致使一部分纸币重新流入社会，带来。 不安全后果。 4 ) 经济性 不但捆扎材料的不环保性相悖与循环经济的发展，而且在对回收废旧残纸币施行批 量粉碎时，p p 带经常粘附于粉碎机器的刀刃上，影响了正常的纸币粉碎，与此同时粘附 在刀具上的p p 带碎粒致使刀具的使用时间缩短，粉碎机器使用的刀具材料比较特殊， 制造成本较高，刀具使用过程中更换时间缩短导致了粉碎成本的提高，经济效益又受到 影响。 1 3 捆钞机研究动态和水平 我国捆钞机行业的发展是随着捆扎机械的发展而发展起来的。2 0 世纪六十年代后， 国内曾经先后出现了“液压式捆钞机”、“机械棘轮式捆钞机”及“半自动捆钞机等类 型的捆钞机，一定程度地实现了纸币捆扎过程中压紧动作的机械化 2 1 。上世纪九十年代 中期前后，国内多家捆钞机生产企业开始自主开发研制自动捆钞机，在捆扎形式、捆扎 原理、捆扎速度上有了很大的进步。上世纪九十年代中期研制成功了第一台国产捆钞机。 随后，自动化捆钞机逐步实现了商品化，捆钞机市场越来越大1 2 1 。近几年，随着控制技 术的快速发展，p l c 技术、微机控制技术逐渐应用到捆钞机中，使捆钞机的控制精度、 陕西科技大学硕士学位论文 动作准确性和捆扎质量以及捆扎效率都得到了很大的提高。 捆钞机的关键参数有压紧力、捆扎速度、接头强度、消耗功率、捆扎范围、外形尺 寸等 2 1 。压紧力作为纸币压紧和捆扎变形的一个重要指标，其值的大小并不能代表捆扎 紧度，捆扎紧度除了决定于压紧力之外，还与反转紧带、切带等技术措旅和使用捆扎带 材料的延伸率等因素有关。因此，需要确定一个合适的压紧力使得纸币捆扎结实牢固， 达到摔打不散张的目的。捆扎速度体现了捆钞机的性价比，并不是一般意义上的速度越 快质量越好，因为捆扎需要一定的强度，速度过快可能使捆扎因为强度不够而致使失效 率较高，因此要在确保捆扎强度满足要求的前提下提高捆扎速度。接头强度直接反应了 捆扎机捆紧能力、捆扎带质量和捆扎带接头粘结质量的好坏。消耗功率与捆钞机使用的 电机功率、捆扎效率等有关。捆扎范围反应了捆钞机的可用范围，目前我国已经出版了 第五套人民币，并且第六套人民币也将出版发行。市场上存在的纸币尺寸稍有不一，能 够适用于各种尺寸纸币捆扎的捆钞机将得到越来越多的青睐。外形尺寸方面，各厂家生 产的捆钞机形式不一，作为金融办公设备，美观、便于放置则成为捆钞机外形的主要要 求。 通过前期对资料的整理和研究，发现国内主要以半自动捆钞机为主，目前市场上现 存的捆钞机虽然有一部分机型已经具备了全自动捆扎的能力( 工作人员只需把需捆扎的 钞票放在工作台上，按下自动捆扎键后，自动捆扎机将完成全部动作) ，但是这些全自动 捆钞机的质量一般都不够稳定，大多数机器故障繁多，生产厂家主要集中在江苏南通和 浙江温州一带，大部分企业生产规模较小，产品性能和质量不齐，价格也相差较大。而 捆扎机设计主要是针对选用聚丙烯作为捆扎带，研究对现有设备的工艺参数进行优化， 并根据工艺参数的优化结果进行设备局部结构的改进，很少有关于捆扎带材料改进的报 道。也有个别厂家声称拥有纸带捆钞机，但它是对整个纸带双面涂胶，胶液浪费严重， 达不到环保的目的。 在捆扎材料研究方面，国内浙江温州轻工研究院已初步完成了一种高强度可降解再 生捆钞、捆扎带的研制，它由天然可再生纤维和可降解增强材料通过湿法造纸工艺制成， 其抗张强度和撕裂度均达到或超过目前使用的塑料带。同时该可降解捆扎带也适用代替 于目前通用的纸币捆扎带和其它采用聚丙烯塑料带捆扎的包装，比如各种食品、医药、 仪器、电器纸箱捆扎，航空包裹、邮政等包装捆扎，实现包装捆扎带的回收再生使用， 目前该技术已获得国家专利【1 2 1 。除此之外，浙江温州轻工研究院已经开始了绿色环保 捆扎带及其自动捆扎机械的研究项目的研究，该项目旨在研发一种采用可降解的环保 型纸带以及与其相相匹配的环保经济型捆扎和捆钞机。 目前，能够获得的关于国外捆钞机行业发展的有价值讯息较少，国外对废残旧纸币 的回收，大体上是通过化学溶液纸币加工成水溶性聚合物，回收其中的某些成分，比如 4 俄罗斯的科学家就发明了一种回收废残旧纸币中羟甲基纤维素的方法 1 3 1 。对于如何处理 废旧纸币，国内外的方式方法会有所差别，因此课题的研究主要是针对国内捆钞机而言。 1 4 课题研究的主要内容 1 4 1 课题研究的主要内容 基于以上对捆钞机国外内研究现状的回顾与分析，本课题研究的主要内容研究开发 与环保型纸带相适应的捆钞机以及纸带粘结的工艺问题，确保环保型捆扎带与捆钞机的。 匹配以及捆钞机能够达到使用要求。因此主要有几下几个方面的研究内容： 1 ) 捆钞机技术分析，以立式k x j - 3 2 型全自动捆钞机为例对捆钞机机器机构和性能 进行技术分析，在分析和了解机器优缺点的基础之上确定环保型纸带全自动捆钞机的研 究方案。 2 ) 环保型纸带特性及纸带粘结工艺的研究，探究影响纸带粘结强度的影响因素，并 通过实验确定各因素的最佳工艺值组合。 3 ) 捆钞机自动定量送胶机构和烫合机构的研究与设计。纸带粘结需要使用胶粘剂， 设计一套送胶装置，解决纸带粘结过程中的胶粘剂定量、定位输送的问题。 4 ) 送胶机构和烫合机构的三维运动仿真与分析，验证机构设计的正确性。以 p r o e n g i n e e r 软件为设计和分析的基础软件，完成整个设计的三维模型建设，并进行 相应的机构运动仿真和分析，论证设计的可行性。 。“” 1 4 2 课题的创新点 目前，从理论到实践，多数研究人员的重点是放在针对选用聚丙烯塑料带作为捆扎 带，对现有设备的工艺参数进行优化，并根据工艺参数的优化结果进行设备局部结构的 改进，很少有关于采用环保型材料进行环保型捆钞机的研究，本课题根据纸带特性，以 立式k x j 3 2 型全自动捆钞机为基础，在保留原捆钞机大部分机构的基础上研究设计了 适用于纸带的送胶机构和烫合机构，初步开发出了机构紧凑、操作简单，使用方便的环 保型全自动捆钞机，并从理论上验证了其可行性，为彻底解决目前捆钞机使用塑料带作 为捆扎材料所产生的一系列问题( 污染环境，影响纸浆回收利用等等) 提供了一种可行 的解决方法。除此之外，设计单因素实验和正交试验，研究纸带粘结过程的工艺问题， 为纸带包装材料工艺研究提供了理论支撑。 1 4 3 技术难点和拟采取的解决办法 本课题的重点与难点是捆钞机粘结剂输送机构( 送胶机构) 和纸带粘结机构( 加热 烫合机构) 的研究与设计以及纸带粘结工艺问题的研究。将纸带作为捆扎材料，相应的 采用胶来粘结( 这种胶是一种热熔胶，能够在纸带上有一定的渗入深度，以保证粘接质 量，并具有最小的挥发性和无毒) 。纸带带头的粘结，在送带过程完成后，送胶机构能够 准确地在纸带接头部分定量施胶，粘结机构快速地加热粘结、压紧带头，在保证粘结强 陕西科技大学硕士学位论文 度的同时能够在最短的时间内完成整个的粘结动作。在这一过程中要求机构简单可行， 机构的工作精度高( 保证捆扎质量) ，并且要求动作时间短，以保证捆钞机的工作效率。 拟解决方案：认真研究分析已有的各类捆钞机粘结机构，充分了解其工作原理和特点， 并根据环保型纸带的特点，研究热熔胶与纸带的粘结机理，以目前使用最广泛的立式 k x j 3 2 型全自动捆钞机为基础，在尽量保留原机构的前提下，设计出满足要求的粘结机 构，送胶机构根据胶带特性，选取送胶方式并进行机构设计。 6 环保型纸带全自动捆钞机的研究与开发 2 环保型全自动捆钞机的技术分析及方案设计 目前国内生产捆钞机的厂家众多，产品质量