試卷自動分頁裝訂一體機的機械結(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裝訂過程基礎(chǔ)上，設(shè)計試卷自動分頁裝訂一體機的機電傳動系統(tǒng)。通過設(shè)計進紙模塊、分頁整理模塊、裝訂模塊，實現(xiàn)試卷自動分頁、自動整理、自動裝訂等功能，使該裝置在電控程序的作用下，各模塊之間緊密配合，實現(xiàn)試卷分頁和裝訂工作的無人化、自動化。
關(guān)鍵詞：教學(xué)效率；一體機；機電傳動
教育領(lǐng)域一直受到國家高度關(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。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行試卷分頁、裝訂，速率極低且不能及時滿足試卷量需求；另一方面人工分頁準確性低。在未來教育領(lǐng)域發(fā)展過程中，人工分卷方式將無法滿足對試卷的大量需求。據(jù)統(tǒng)計，大多數(shù)高校試卷的印刷設(shè)備都使用速印機，因其具有印刷效率快、成本低和耐用性高等優(yōu)勢［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整理。為解決以上問題，我們研發(fā)了試卷自動分頁裝訂一體機。
1總體設(shè)計方案
試卷分頁裝訂一體機機械系統(tǒng)由進紙模塊、分頁整理模塊和裝訂模塊構(gòu)成。減速電機采用內(nèi)包式，在進紙裝置的內(nèi)部實現(xiàn)了試卷自動分頁裝訂一體機的規(guī)整性。進紙模塊由六臺進紙器構(gòu)成，在程序的控制下可實現(xiàn)試卷智能進紙／退紙，且程序可控制每一臺進紙器進紙的時機與速度，此模塊設(shè)有槽型光耦可實現(xiàn)對試卷實時監(jiān)測，避免卡紙，缺紙等情況；進紙模塊可帶動分頁整理模塊的運動［3］。分頁整理模塊是以滾筒電機帶動傳送帶完成。在程序控制下，當(dāng)?shù)谝慌_進紙器輸出試卷到達傳送帶時，滾筒電機開始運動。傳送帶每移動450mm時便輸出一頁試卷，傳送帶所需停止位置可由紅外傳感器準確測量，從而完成試卷的分頁整理；裝訂模塊對分類整理好的試卷進行裝訂，通過電磁加力方式快速實現(xiàn)試卷的不間隙裝訂。
2機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
2．1進紙模塊的機械結(jié)構(gòu)
進紙模塊是試卷自動分頁裝訂一體機的核心組成部分，為了實現(xiàn)將印刷好的試卷快速輸入傳送帶中，其總體機械結(jié)構(gòu)采用桌面水平式結(jié)構(gòu)工作形式。由六臺進紙器組成，分別編號為A、B、C、D、E、F，在傳送帶兩側(cè)對稱放置，使A、B、C次順序放置并分別對應(yīng)D、E、F。且相鄰進紙器最左端之間的距離均為450mm。在程序控制下，六臺進紙器以相同時間間隔來可實現(xiàn)分頁順序的正確性，且間隔時間可由程序柔性化設(shè)計。其中傳動齒輪組的作用是改變傳動比。主動輪連接電機，從動輪連接離合器，同時連接凸輪機構(gòu)。12V直流電機作為系統(tǒng)動力源，進紙摩擦軸是進紙模塊的重要部件。12V電機啟動后，帶動主動輪逆時針轉(zhuǎn)動，根據(jù)齒輪傳動原理［4］，連接離合器從動輪被驅(qū)動，方向與主動輪相反，即順時針。同理，連接凸輪的從動輪逆時針轉(zhuǎn)動，壓下紙擋，紙張迅速被抬升并與搓紙輪接觸，從動輪以順時針方向傳遞紙張進入進紙器。進紙離合器的作用是控制進紙摩擦軸止動與旋轉(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時，電磁鐵線圈中有電流流過，產(chǎn)生電磁場吸合銜鐵，凸輪釋放，由傳動齒輪帶動搓紙輪一同轉(zhuǎn)動，搓紙輪表面有橡膠層，隨著搓紙輪旋轉(zhuǎn)，凸輪前緣帶動一張試卷進入進紙器，然后重復(fù)循環(huán)。凸輪作用是控制搓紙輪的快速升降，實現(xiàn)自動供給紙張；紙托作用是存托試卷；紙壓翻板作用是通過試卷的重力檢測來驅(qū)動檢測器檢測是否有試卷存在；紙擋作用是使紙張規(guī)整進入進紙器［5］。六臺進紙器在控制電路驅(qū)動下可實現(xiàn)精準、高效進紙，同時可避免進紙器產(chǎn)生試卷連帶現(xiàn)象。
2．2分頁整理模塊的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計
分頁整理模塊對分別從六臺進紙器中輸出的試卷進行分頁及整理。分頁整理模塊機械結(jié)構(gòu)由R60mm*450mm的電動滾筒、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)速的滾筒電機提供系統(tǒng)工作動力，滾筒與電控部分連接，由主控板程序進行柔性化控制調(diào)節(jié)滾筒電機轉(zhuǎn)速。傳送帶采用厚度為2mm的PVC綠色平面材料，其特點防水性好、摩擦小且價格經(jīng)濟和不會損壞試卷。以一份試卷總頁數(shù)不超過6頁計算，則設(shè)計傳送帶長度為3150mm。該長度可由教學(xué)需求來改變。傳送帶上均勻設(shè)計7個孔，其作用是通過紅外傳感器進行探測調(diào)節(jié)傳送帶所停留位置。傳送帶上表面設(shè)計了檔條，其作用是實現(xiàn)分卷的準確整齊性。分頁整理模塊采用傳送帶循環(huán)式運行的工作方式，為實現(xiàn)一體化提供了高效性。
2．3裝訂模塊的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計
裝訂模塊能夠精確裝訂。該模塊采用電磁訂書機，所使用書釘為12＃統(tǒng)一標準書釘。當(dāng)試卷傳送至裝訂口時，在程序控制下，對試卷進行準確裝訂，保證試卷整齊性和裝訂位置的統(tǒng)一性。裝訂模塊通過電磁加力的方式實現(xiàn)試卷的不間斷地裝訂。創(chuàng)新點在于改造了容納書釘?shù)目臻g，其可容納書釘數(shù)量是普通訂書機的4倍，減少了添加書釘次數(shù)。裝訂模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計大大提高了裝訂、分頁整理速率。
3運動原理分析
在研發(fā)試卷自動分頁裝訂一體機基礎(chǔ)上，研發(fā)了功能性手機端APP應(yīng)用程序，通過APP可實現(xiàn)遠程操作，實現(xiàn)一體化、自動化。該APP應(yīng)用程序占內(nèi)存小，普通智能手機便可下載安裝。試卷自動分頁裝訂一體機在程序的控制下，通過APP、鍵盤及無線遙控器等多種方式進行編輯設(shè)定通過無線模塊將信息傳遞給主控板，可實時反饋，又將命令傳遞給進紙模塊、分頁整理模塊、裝訂模塊，三個模塊緊密配合完成試卷分頁裝訂［7］。當(dāng)分頁管理模塊接收到來自主控板命令時與進紙模塊緊密配合實現(xiàn)試卷分頁整理，準確地將速印好的試卷進行分類；采用傳送帶形式將接收來試卷自動運送到指定位置，其特征在于：以3150mm為一周，導(dǎo)條設(shè)置為270mm和180mm為一處，實現(xiàn)以450mm為一個工位；裝訂系統(tǒng)模塊完成對試卷的同步裝訂。整個系統(tǒng)采用循環(huán)式運行的工作方式，極大提高分頁裝訂效率及質(zhì)量。通過計算機將程序?qū)胫骺刂破髦校骺刂破鲗M紙模塊、分頁整理模塊、裝訂模塊進行協(xié)調(diào)控制，統(tǒng)一管理。
4總結(jié)
試卷分頁裝訂一體機是針對試卷進行智能分頁整理并裝訂的機械傳動裝置，是一種能夠代替手工對試卷進行分頁、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、人工分類裝訂費時費力、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，試卷分頁裝訂一體機的系統(tǒng)會不斷的更新升級來順應(yīng)社會需求。
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作者:李小清 張鳳濤 張玉 劉圳嵐 樊聰 單位:長春師范大學(xué)工程學(xué)院