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试卷自动分页装订一体机的机械结构

摘要:为了减轻教师繁重的工作压力和提高教学效率,本文在分析试卷的人工分页装订过程基础上,设计试卷自动分页装订一体机的机电传动系统。通过设计进纸模块、分页整理模块、装订模块,实现试卷自动分页、自动整理、自动装订等功能,使该装置在电控程序的作用下,各模块之间紧密配合,实现试卷分页和装订工作的无人化、自动化。

关键词:教学效率;一体机;机电传动

教育领域一直受到国家高度关注,教学质量在近几年呈井喷式的提高,各学校试卷需求量随之大幅度增长。目前我们了解,教育领域面临着两方面难题:一方面需要大量的教师人力进行试卷分页、装订,速率极低且不能及时满足试卷量需求;另一方面人工分页准确性低。在未来教育领域发展过程中,人工分卷方式将无法满足对试卷的大量需求。据统计,大多数高校试卷的印刷设备都使用速印机,因其具有印刷效率快、成本低和耐用性高等优势[1-2]。但其也存在不足之处:它只能完成复印而不能将试卷分类整理。为解决以上问题,我们研发了试卷自动分页装订一体机。

1总体设计方案

试卷分页装订一体机机械系统由进纸模块、分页整理模块和装订模块构成。减速电机采用内包式,在进纸装置的内部实现了试卷自动分页装订一体机的规整性。进纸模块由六台进纸器构成,在程序的控制下可实现试卷智能进纸/退纸,且程序可控制每一台进纸器进纸的时机与速度,此模块设有槽型光耦可实现对试卷实时监测,避免卡纸,缺纸等情况;进纸模块可带动分页整理模块的运动[3]。分页整理模块是以滚筒电机带动传送带完成。在程序控制下,当第一台进纸器输出试卷到达传送带时,滚筒电机开始运动。传送带每移动450mm时便输出一页试卷,传送带所需停止位置可由红外传感器准确测量,从而完成试卷的分页整理;装订模块对分类整理好的试卷进行装订,通过电磁加力方式快速实现试卷的不间隙装订。

2机械系统结构设计

2.1进纸模块的机械结构

进纸模块是试卷自动分页装订一体机的核心组成部分,为了实现将印刷好的试卷快速输入传送带中,其总体机械结构采用桌面水平式结构工作形式。由六台进纸器组成,分别编号为A、B、C、D、E、F,在传送带两侧对称放置,使A、B、C次顺序放置并分别对应D、E、F。且相邻进纸器最左端之间的距离均为450mm。在程序控制下,六台进纸器以相同时间间隔来可实现分页顺序的正确性,且间隔时间可由程序柔性化设计。其中传动齿轮组的作用是改变传动比。主动轮连接电机,从动轮连接离合器,同时连接凸轮机构。12V直流电机作为系统动力源,进纸摩擦轴是进纸模块的重要部件。12V电机启动后,带动主动轮逆时针转动,根据齿轮传动原理[4],连接离合器从动轮被驱动,方向与主动轮相反,即顺时针。同理,连接凸轮的从动轮逆时针转动,压下纸挡,纸张迅速被抬升并与搓纸轮接触,从动轮以顺时针方向传递纸张进入进纸器。进纸离合器的作用是控制进纸摩擦轴止动与旋转。此装置离合器采用吸引式电磁离合器,当电磁铁接收控制电路脉冲信号时,电磁铁线圈中有电流流过,产生电磁场吸合衔铁,凸轮释放,由传动齿轮带动搓纸轮一同转动,搓纸轮表面有橡胶层,随着搓纸轮旋转,凸轮前缘带动一张试卷进入进纸器,然后重复循环。凸轮作用是控制搓纸轮的快速升降,实现自动供给纸张;纸托作用是存托试卷;纸压翻板作用是通过试卷的重力检测来驱动检测器检测是否有试卷存在;纸挡作用是使纸张规整进入进纸器[5]。六台进纸器在控制电路驱动下可实现精准、高效进纸,同时可避免进纸器产生试卷连带现象。

2.2分页整理模块的机械结构设计

分页整理模块对分别从六台进纸器中输出的试卷进行分页及整理。分页整理模块机械结构由R60mm*450mm的电动滚筒、传送带、挡条和型材框架构成。采用3030和3060型材作为传送带框架,可调速的滚筒电机提供系统工作动力,滚筒与电控部分连接,由主控板程序进行柔性化控制调节滚筒电机转速。传送带采用厚度为2mm的PVC绿色平面材料,其特点防水性好、摩擦小且价格经济和不会损坏试卷。以一份试卷总页数不超过6页计算,则设计传送带长度为3150mm。该长度可由教学需求来改变。传送带上均匀设计7个孔,其作用是通过红外传感器进行探测调节传送带所停留位置。传送带上表面设计了档条,其作用是实现分卷的准确整齐性。分页整理模块采用传送带循环式运行的工作方式,为实现一体化提供了高效性。

2.3装订模块的机械结构设计

装订模块能够精确装订。该模块采用电磁订书机,所使用书钉为12#统一标准书钉。当试卷传送至装订口时,在程序控制下,对试卷进行准确装订,保证试卷整齐性和装订位置的统一性。装订模块通过电磁加力的方式实现试卷的不间断地装订。创新点在于改造了容纳书钉的空间,其可容纳书钉数量是普通订书机的4倍,减少了添加书钉次数。装订模块结构设计大大提高了装订、分页整理速率。

3运动原理分析

在研发试卷自动分页装订一体机基础上,研发了功能性手机端APP应用程序,通过APP可实现远程操作,实现一体化、自动化。该APP应用程序占内存小,普通智能手机便可下载安装。试卷自动分页装订一体机在程序的控制下,通过APP、键盘及无线遥控器等多种方式进行编辑设定通过无线模块将信息传递给主控板,可实时反馈,又将命令传递给进纸模块、分页整理模块、装订模块,三个模块紧密配合完成试卷分页装订[7]。当分页管理模块接收到来自主控板命令时与进纸模块紧密配合实现试卷分页整理,准确地将速印好的试卷进行分类;采用传送带形式将接收来试卷自动运送到指定位置,其特征在于:以3150mm为一周,导条设置为270mm和180mm为一处,实现以450mm为一个工位;装订系统模块完成对试卷的同步装订。整个系统采用循环式运行的工作方式,极大提高分页装订效率及质量。通过计算机将程序导入主控制器中,主控制器将对进纸模块、分页整理模块、装订模块进行协调控制,统一管理。

4总结

试卷分页装订一体机是针对试卷进行智能分页整理并装订的机械传动装置,是一种能够代替手工对试卷进行分页、装订的一体化装置,是为教学定向研发的设备。该系统的研发解决了试卷试题保密性差、人工分类装订费时费力、占用室内空间大、试卷易破损、人为的疏忽等矛盾。随着科技的飞速发展,试卷分页装订一体机的系统会不断的更新升级来顺应社会需求。

参考文献:

[1]濮良贵,纪名刚.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2006.

[2]机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京:北京机械工业出版社,2004.

[3]郑文纬,吴克坚.机械原理[M].北京:高等教育出版社,1997.

[4]陈立德.机械设计基础课程设计指导书[M].北京:高等教育出版社,2002.

[5]陈雪峰,杨胜军,马军星,等.CAE技术在办公设备送纸机构中的应用[J].机械科学与技术,2002,21(6):1020-1022.

[6]孙文虎.蜂鸟系列激光打印机的工作原理及设计[D].济南:山东大学,2004.

[7]王冰,王兆伍.复印机摩擦力分离进纸的数值模拟[J].重庆理工大学学报(自然科学版),2010,24(03):96-99.

作者:李小清 张凤涛 张玉 刘圳岚 樊聪 单位:长春师范大学工程学院

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