試卷自動(dòng)分頁(yè)裝訂一體機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)

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摘要：為了減輕教師繁重的工作壓力和提高教學(xué)效率，本文在分析試卷的人工分頁(yè)裝訂過(guò)程基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)試卷自動(dòng)分頁(yè)裝訂一體機(jī)的機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)。通過(guò)設(shè)計(jì)進(jìn)紙模塊、分頁(yè)整理模塊、裝訂模塊，實(shí)現(xiàn)試卷自動(dòng)分頁(yè)、自動(dòng)整理、自動(dòng)裝訂等功能，使該裝置在電控程序的作用下，各模塊之間緊密配合，實(shí)現(xiàn)試卷分頁(yè)和裝訂工作的無(wú)人化、自動(dòng)化。

關(guān)鍵詞：教學(xué)效率；一體機(jī)；機(jī)電傳動(dòng)

教育領(lǐng)域一直受到國(guó)家高度關(guān)注，教學(xué)質(zhì)量在近幾年呈井噴式的提高，各學(xué)校試卷需求量隨之大幅度增長(zhǎng)。目前我們了解，教育領(lǐng)域面臨著兩方面難題：一方面需要大量的教師人力進(jìn)行試卷分頁(yè)、裝訂，速率極低且不能及時(shí)滿足試卷量需求；另一方面人工分頁(yè)準(zhǔn)確性低。在未來(lái)教育領(lǐng)域發(fā)展過(guò)程中，人工分卷方式將無(wú)法滿足對(duì)試卷的大量需求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大多數(shù)高校試卷的印刷設(shè)備都使用速印機(jī)，因其具有印刷效率快、成本低和耐用性高等優(yōu)勢(shì)［1－2］。但其也存在不足之處：它只能完成復(fù)印而不能將試卷分類(lèi)整理。為解決以上問(wèn)題，我們研發(fā)了試卷自動(dòng)分頁(yè)裝訂一體機(jī)。

1總體設(shè)計(jì)方案

試卷分頁(yè)裝訂一體機(jī)機(jī)械系統(tǒng)由進(jìn)紙模塊、分頁(yè)整理模塊和裝訂模塊構(gòu)成。減速電機(jī)采用內(nèi)包式，在進(jìn)紙裝置的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了試卷自動(dòng)分頁(yè)裝訂一體機(jī)的規(guī)整性。進(jìn)紙模塊由六臺(tái)進(jìn)紙器構(gòu)成，在程序的控制下可實(shí)現(xiàn)試卷智能進(jìn)紙／退紙，且程序可控制每一臺(tái)進(jìn)紙器進(jìn)紙的時(shí)機(jī)與速度，此模塊設(shè)有槽型光耦可實(shí)現(xiàn)對(duì)試卷實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，避免卡紙，缺紙等情況；進(jìn)紙模塊可帶動(dòng)分頁(yè)整理模塊的運(yùn)動(dòng)［3］。分頁(yè)整理模塊是以滾筒電機(jī)帶動(dòng)傳送帶完成。在程序控制下，當(dāng)?shù)谝慌_(tái)進(jìn)紙器輸出試卷到達(dá)傳送帶時(shí)，滾筒電機(jī)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。傳送帶每移動(dòng)450mm時(shí)便輸出一頁(yè)試卷，傳送帶所需停止位置可由紅外傳感器準(zhǔn)確測(cè)量，從而完成試卷的分頁(yè)整理；裝訂模塊對(duì)分類(lèi)整理好的試卷進(jìn)行裝訂，通過(guò)電磁加力方式快速實(shí)現(xiàn)試卷的不間隙裝訂。

2機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2．1進(jìn)紙模塊的機(jī)械結(jié)構(gòu)

進(jìn)紙模塊是試卷自動(dòng)分頁(yè)裝訂一體機(jī)的核心組成部分，為了實(shí)現(xiàn)將印刷好的試卷快速輸入傳送帶中，其總體機(jī)械結(jié)構(gòu)采用桌面水平式結(jié)構(gòu)工作形式。由六臺(tái)進(jìn)紙器組成，分別編號(hào)為A、B、C、D、E、F，在傳送帶兩側(cè)對(duì)稱放置，使A、B、C次順序放置并分別對(duì)應(yīng)D、E、F。且相鄰進(jìn)紙器最左端之間的距離均為450mm。在程序控制下，六臺(tái)進(jìn)紙器以相同時(shí)間間隔來(lái)可實(shí)現(xiàn)分頁(yè)順序的正確性，且間隔時(shí)間可由程序柔性化設(shè)計(jì)。其中傳動(dòng)齒輪組的作用是改變傳動(dòng)比。主動(dòng)輪連接電機(jī)，從動(dòng)輪連接離合器，同時(shí)連接凸輪機(jī)構(gòu)。12V直流電機(jī)作為系統(tǒng)動(dòng)力源，進(jìn)紙摩擦軸是進(jìn)紙模塊的重要部件。12V電機(jī)啟動(dòng)后，帶動(dòng)主動(dòng)輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)齒輪傳動(dòng)原理［4］，連接離合器從動(dòng)輪被驅(qū)動(dòng)，方向與主動(dòng)輪相反，即順時(shí)針。同理，連接凸輪的從動(dòng)輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，壓下紙擋，紙張迅速被抬升并與搓紙輪接觸，從動(dòng)輪以順時(shí)針?lè)较騻鬟f紙張進(jìn)入進(jìn)紙器。進(jìn)紙離合器的作用是控制進(jìn)紙摩擦軸止動(dòng)與旋轉(zhuǎn)。此裝置離合器采用吸引式電磁離合器，當(dāng)電磁鐵接收控制電路脈沖信號(hào)時(shí)，電磁鐵線圈中有電流流過(guò)，產(chǎn)生電磁場(chǎng)吸合銜鐵，凸輪釋放，由傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)搓紙輪一同轉(zhuǎn)動(dòng)，搓紙輪表面有橡膠層，隨著搓紙輪旋轉(zhuǎn)，凸輪前緣帶動(dòng)一張?jiān)嚲磉M(jìn)入進(jìn)紙器，然后重復(fù)循環(huán)。凸輪作用是控制搓紙輪的快速升降，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)供給紙張；紙托作用是存托試卷；紙壓翻板作用是通過(guò)試卷的重力檢測(cè)來(lái)驅(qū)動(dòng)檢測(cè)器檢測(cè)是否有試卷存在；紙擋作用是使紙張規(guī)整進(jìn)入進(jìn)紙器［5］。六臺(tái)進(jìn)紙器在控制電路驅(qū)動(dòng)下可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、高效進(jìn)紙，同時(shí)可避免進(jìn)紙器產(chǎn)生試卷連帶現(xiàn)象。

2．2分頁(yè)整理模塊的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

分頁(yè)整理模塊對(duì)分別從六臺(tái)進(jìn)紙器中輸出的試卷進(jìn)行分頁(yè)及整理。分頁(yè)整理模塊機(jī)械結(jié)構(gòu)由R60mm*450mm的電動(dòng)滾筒、傳送帶、擋條和型材框架構(gòu)成。采用3030和3060型材作為傳送帶框架，可調(diào)速的滾筒電機(jī)提供系統(tǒng)工作動(dòng)力，滾筒與電控部分連接，由主控板程序進(jìn)行柔性化控制調(diào)節(jié)滾筒電機(jī)轉(zhuǎn)速。傳送帶采用厚度為2mm的PVC綠色平面材料，其特點(diǎn)防水性好、摩擦小且價(jià)格經(jīng)濟(jì)和不會(huì)損壞試卷。以一份試卷總頁(yè)數(shù)不超過(guò)6頁(yè)計(jì)算，則設(shè)計(jì)傳送帶長(zhǎng)度為3150mm。該長(zhǎng)度可由教學(xué)需求來(lái)改變。傳送帶上均勻設(shè)計(jì)7個(gè)孔，其作用是通過(guò)紅外傳感器進(jìn)行探測(cè)調(diào)節(jié)傳送帶所停留位置。傳送帶上表面設(shè)計(jì)了檔條，其作用是實(shí)現(xiàn)分卷的準(zhǔn)確整齊性。分頁(yè)整理模塊采用傳送帶循環(huán)式運(yùn)行的工作方式，為實(shí)現(xiàn)一體化提供了高效性。

2．3裝訂模塊的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

裝訂模塊能夠精確裝訂。該模塊采用電磁訂書(shū)機(jī)，所使用書(shū)釘為12＃統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)書(shū)釘。當(dāng)試卷傳送至裝訂口時(shí)，在程序控制下，對(duì)試卷進(jìn)行準(zhǔn)確裝訂，保證試卷整齊性和裝訂位置的統(tǒng)一性。裝訂模塊通過(guò)電磁加力的方式實(shí)現(xiàn)試卷的不間斷地裝訂。創(chuàng)新點(diǎn)在于改造了容納書(shū)釘?shù)目臻g，其可容納書(shū)釘數(shù)量是普通訂書(shū)機(jī)的4倍，減少了添加書(shū)釘次數(shù)。裝訂模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大大提高了裝訂、分頁(yè)整理速率。

3運(yùn)動(dòng)原理分析

在研發(fā)試卷自動(dòng)分頁(yè)裝訂一體機(jī)基礎(chǔ)上，研發(fā)了功能性手機(jī)端APP應(yīng)用程序，通過(guò)APP可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，實(shí)現(xiàn)一體化、自動(dòng)化。該APP應(yīng)用程序占內(nèi)存小，普通智能手機(jī)便可下載安裝。試卷自動(dòng)分頁(yè)裝訂一體機(jī)在程序的控制下，通過(guò)APP、鍵盤(pán)及無(wú)線遙控器等多種方式進(jìn)行編輯設(shè)定通過(guò)無(wú)線模塊將信息傳遞給主控板，可實(shí)時(shí)反饋，又將命令傳遞給進(jìn)紙模塊、分頁(yè)整理模塊、裝訂模塊，三個(gè)模塊緊密配合完成試卷分頁(yè)裝訂［7］。當(dāng)分頁(yè)管理模塊接收到來(lái)自主控板命令時(shí)與進(jìn)紙模塊緊密配合實(shí)現(xiàn)試卷分頁(yè)整理，準(zhǔn)確地將速印好的試卷進(jìn)行分類(lèi)；采用傳送帶形式將接收來(lái)試卷自動(dòng)運(yùn)送到指定位置，其特征在于：以3150mm為一周，導(dǎo)條設(shè)置為270mm和180mm為一處，實(shí)現(xiàn)以450mm為一個(gè)工位；裝訂系統(tǒng)模塊完成對(duì)試卷的同步裝訂。整個(gè)系統(tǒng)采用循環(huán)式運(yùn)行的工作方式，極大提高分頁(yè)裝訂效率及質(zhì)量。通過(guò)計(jì)算機(jī)將程序?qū)胫骺刂破髦?，主控制器將?duì)進(jìn)紙模塊、分頁(yè)整理模塊、裝訂模塊進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，統(tǒng)一管理。

4總結(jié)

試卷分頁(yè)裝訂一體機(jī)是針對(duì)試卷進(jìn)行智能分頁(yè)整理并裝訂的機(jī)械傳動(dòng)裝置，是一種能夠代替手工對(duì)試卷進(jìn)行分頁(yè)、裝訂的一體化裝置，是為教學(xué)定向研發(fā)的設(shè)備。該系統(tǒng)的研發(fā)解決了試卷試題保密性差、人工分類(lèi)裝訂費(fèi)時(shí)費(fèi)力、占用室內(nèi)空間大、試卷易破損、人為的疏忽等矛盾。隨著科技的飛速發(fā)展，試卷分頁(yè)裝訂一體機(jī)的系統(tǒng)會(huì)不斷的更新升級(jí)來(lái)順應(yīng)社會(huì)需求。

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作者:李小清 張鳳濤 張玉 劉圳嵐 樊聰 單位:長(zhǎng)春師范大學(xué)工程學(xué)院