第 1 章 绪论 1.1 花炮的历史及其发展 1.1.1 花炮的由来 古时烟花又名爆竹、爆仗、炮仗，称鞭炮是宋以后的事从《诗经．小雅．庭燎》 中，我们可读到这样的诗句：“庭燎晰晰，君子至止庭燎，是古人将竹子、草或麻 杆，捆绑在一起燃放使夜晚耀如白昼，有照明与驱邪的作用这可能是中国燃放爆竹的 雏型，距今已两千多年以前了古书《周礼》有岁终驱疫鬼即“驱傩”的活动汉代， 燃放爆竹，也为了驱鬼辟邪，时间在正月初一汉东方朔的《神异经．西荒经》说，深 山中有山臊（后人称山魈） ，人接触到它，往往染寒热病它好偷人食盐来吃虾蟹，遇 见它“人尝以竹着火中爆州（形容声音）而出，臊皆惊惮南朝梁的宗懔在《荆楚岁 时记》也说：正月初一“鸡鸣即起，先于庭前爆竹，以避山臊恶鬼山魈怕爆竹，民 间便将山魈演变成一个叫“年”的怪物，年年从海里爬上岸来害人，后来它被一个穿红 衣的小孩燃放爆竹吓跑了这样除夕或正月初一燃爆竹驱邪，就渐成一种习俗 开初的爆竹只是用火烧竹子，使之燃火发声随着纸的发明与广泛使用，加上炼丹 家逐渐发现硝、硫磺与炭是易燃物质到唐代，爆竹的燃放发展为人们将一支长竹竿点 燃，或将一串串竹节挂在长竹竿上燃爆，当时被称作“爆竿”。
唐诗人来鹄在《早春》 中写道：“新历才将半纸开，小庭犹聚爆竿灰”药王”孙思邈(公元 581—682 年) 最早记叙了把硝石、硫磺、含炭物质混合在一起创造火药的“硫磺伏火法”火药用于 爆竹也就逐渐开始，最初是将火药装入竹筒里燃放，后改进为用卷纸裹火药来燃放，爆 竹也改名为“爆张”或“爆仗”到宋代，不仅纸制爆仗兴盛，而且烟花成为节日必需 之物孟元老《东京梦华录》说：“是夜禁中爆竹山呼，声闻于外南宋宋孝宗时， 元宵节夜晚在宫中一次要放烟火百余架到明代，藩王、权贵之家，节日也以放烟火来 争奇斗胜，促使爆竹烟花规模、花样不断翻新1.1.2 花炮的发展 1、最早的“花炮” 、“爆竹”，是火烧竹子所发出的爆裂声 《荆楚岁时记》载： “燃火投竹，爆破有声，能辟恶魔” 2、唐朝初年，“药王”孙思邈（公元 581-682 年）最早记叙了把硝石、硫磺、含 炭物质混合在一起创造火药的“硫磺伏火法”传说孙思邈曾隐居浏阳浏阳城东历来 有“孙隐崖”、“洗药桥”等地名，有“升冲观”（前两年重修） 如今还新建有“思 邈公园” 3、唐初，浏阳大瑶人李畋（生于公元 601 年）为驱除瘟疫，将火药装在竹筒中， 用引线点燃起爆，发出更大的响声和浓烈烟雾，驱散山岚瘴气。
这是“装硝爆竹”的雏 形李畋因此被奉为“花炮始祖” 4、宋代，民间开始用纸筒装裹火药，并用麻茎编结成串，做成“编炮”这种传 统工艺一直延续近千年 5、清康熙《浏阳县志》记载：“后人卷纸作筒，实以硝磺，名为大爆竹，馈遗者， 号曰春雷往岁小除夕，响声不绝——在此，爆竹已广泛用于送旧迎新、婚丧嫁娶 等场合 6、清末民初，浏阳县城商人李熙雅“恢复和发展先祖失传技艺”，制作出焰火四 射的“烟花”当时一个名为“地老鼠”的品种，一直流行到上个世纪末 7、 20 世纪 80 年代初期， 浏阳开始研制出具有国际水准的“礼花弹”， 完成了由“玩 具烟花”到“大型烟花”的飞跃此后，“浏阳花炮”频频亮相于国内国际的大型烟火 表演， 让这个世界黑色的夜空光芒四射1.2 花炮的生产现状和发展趋势 1.2.1 花炮的生产现状 目前，国内大多数烟花还是依靠手工操作，除了鞭炮生产有一些设备外，其他产品 很少有设备生产，花炮的传统工艺均系手工操作，工艺繁琐，据说须经过 12 道流程、 72 道工序，不仅劳动强度大，工效低，不安全，生产企业习惯于、仍处于传统作坊式手 工生产和加工，机械化程度低，装备水平和工艺设施落后，而且产品的质量难以保证。
正是由于企业自身安全投入不足，安全保障能力难以提高，无跨地区、跨行业的企业集 团，产品竞争力低，这势必严重影响我国烟花爆竹行业健康发展特别是彩纸拉炮，目 前还没有相应生产设备的任何资料记载 1.2.2 花炮生产的发展趋势 调查得知， 我国多数花炮生产企业以生产低档烟花爆竹为主， 工艺落后， 产能较低， 人员众多，标准不高企业所使用的生产机械如结鞭机，插引机，包括近年来引进的自 动装配药机等机械设备，对于刚刚实现从作坊到工厂转变不久的生产企业来说，在产能 和安全方面，已取得了长足的进步但是同时我们也注意到这些机械设备大多为本行业 自行研发制造，其结构比较简单，工艺水平不高，尤其是在安全性和可靠性方面，几乎 没有经任何国家权威部门进行产品合格鉴定，许多还需要进一步的改进和提高，因此， 研发自动化生产设备，提高生产效率，确保安全生产和稳定产品质量是必然趋势1.3 彩纸拉炮的传统生产方式 1.3.1 彩纸拉炮的简单介绍 彩纸小拉炮属手持式烟花类，喜庆场合应用较多，烘托节日的气氛，特别是国外的 圣诞节，彩纸拉炮可称是必须品 如图，将下端白色绳子拉出，拉炮会喷出漂亮的彩纸，在婚礼、Party 或庆典现场 施放，产生喜庆的气氛。
无浓烈火药味，不伤人（小孩也可操作使用） ，深受人们喜爱 图 1.1 现有产品炮壳外形尺寸如下图： 图 1.2 炮壳外形尺寸 内部结构如下图： 图 1.3 拉炮内部结构 proe 效果图1.3.2 彩纸拉炮的传统生产及现状 随着我国花炮产业快速发展，安全生产压力也在增大，拉炮生产方式属于季节性生 产，生产期受限制，特别装药期较短，虽然工人在上岗前也要经过培训，但技术不熟练、 基本功不扎实、安全意识淡薄、违反劳动纪律、不严格遵守行业规程与政策法规等问题 普遍存在，且一直以手工型、作坊型为主要生产方式,属典型劳动密集型产业传统生 产多为手工作业,如切纸、扯筒、洗筒、腰筒、褙筒、钻眼、和药、装药、筑药……等, 不仅劳动强度大,工作环境差,工效低,质量难以保证,而且安全系数小，加之从业人员素 质低,自我保护的意识差， 生产工艺、 生产技术的传承从来就是师傅怎么教,徒弟怎么做， 生产机械化程度不高且工艺十分落后，研究开发相关生产机械前景十分光明，紧紧依靠 科技进步，加快机械设备研发生产，提高机械设备在生产过程中的比重，减少操作员工 数量，实现人机分离，提高劳动效率，不断改进安全生产条件，是提升企业产能和提高 企业产品质量的根本途径。
第 2 章 彩纸拉炮纸片自动安装设备整体设计 2.1 彩纸拉炮纸片自动安装设备简介 彩纸拉炮纸片自动安装是在拉炮内装好火药、拉线之后的一道工序，目的是将火药 和彩纸隔开以及密封，由于拉炮中有少量的火药，有纸片，且拉炮壳本身材料为塑料， 故彩纸拉炮纸片自动安装设备设计时需考虑其易燃易爆的特征，且要求每一个拉炮壳动 作时有一定的平稳性，否则将会导致拉炮半成品倾倒，造成火药、纸片等的浪费，因此 我们的动力都采用气动元件，不但能够实现精确的定位，而且具有环保，安全，噪音小 等优点 2.2 设计目的 在本次设计中， 主要解决的是拉炮在穿线， 装药环节之后，将纸片自动压入 1 处，把火药 和彩纸分隔开，最后用两层纸片分别放到 2 和 3 处将火药和彩纸固定在外壳内用机器代替 传统的手工作坊，不但提高了生产效率，而且 降低了生产的危险性 图 2.12.3 第一部分：纸盒设计 2.3.1 纸盒结构设计 纸盒的主要功能是装坯料纸条，将一打一打的半成品纸条成堆装放，送入到送料机 构的吸纸槽内，等待下一步工作下图为纸盒轴侧图： 图 2.2 纸盒轴测图 纸盒的设计结构简单可行，类似于抽屉样式，能顺利把纸条推入到相应的位置，完 成原料的运输工作。
下图为装满纸条的纸盒 3D 效果图: 图 2.3 装纸的纸盒 proe 效果图2.3.2 纸盒具体尺寸设计 纸盒的具体尺寸设计参照图纸 CZ03-00-042.4 第二部分：送纸机构设计 送纸机构的主要功能是对原料纸条的运送，将纸条连续地运送到冲压机构的工作位 置，再利用冲压机构将坯料纸条冲压成小圆片，压入到炮壳内，完成一个工作循环送 纸机构的功能主要包括吸纸和送纸，传动系统为气动元件，空气压缩机、真空发生器、 气缸 2.4.1 吸纸 吸纸是将空气压缩机产生的气压通过真空发生器产生真空，通过吸纸钢条完成吸 纸钢条上安装有 4 个圆吸片，通过真空发生器产生的真空将纸片吸住原理图如下： 图 2.4 吸纸原理图 2.4.2 送纸 送纸分两个过程，第一步是将上一步吸住的纸条送到送纸槽内，该过程只有吸纸钢 条的横向移动，目的是把纸条放入送纸槽 实现送纸第一步的机构如图 2.5 所示，纸条吸附在送纸钢条上，首先通过气缸 1 可 控制升降板沿导向滑竿上下移动，从而可实现送纸钢条的上下运动；其次，通过气缸 2 直接控制送纸钢条的横向往复运动，把纸精确送入纸槽内图 2.5 送纸第一过程内部 proe 效果图 送纸第二步是将上一步送到送纸槽的纸条运送到冲压机构的工作位置，实现原料的 连续传递；此部分通过圆吸片的“吸——送——放——回”连续循环动作，实现纸条的 步进。
图 2.6 送纸原理图图 2.7 送纸 proe 效果图 将第一和第二部分连接，便能实现整个动作，即将坯料纸条送至冲压机构的工作区 域，循环工作整体送纸机构 3D 效果图如下： 图 2.8 送纸机构整体效果图2.4.3 送纸部分动力选择 2.4.3.1 2.4.3.1 气缸的选择气缸的选择 根据本说明书 3.1 气缸的选择方法，参照图 2.8 对于气缸 2，选择笔型气缸，气缸的输出力满足吸纸钢条在直线滑轨上的摩擦阻力 即可，其行程为 40mm 经 proe 软件进行质量分析（图 2.9） ： 图 2.9 proe 对送纸钢条的质量分析特征 可知钢条的质量为 0.598Kg， 4 块圆吸片的质量为 4X0.0156Kg， 忽略小螺钉的质量， 近似得出总质量为，查得滑轨的 [ ] 1 摩擦系数 u 为 0.005，可得出摩擦阻力 0.005 0.660 100.033 fumgN ==⋅⋅=根据计算要求气缸选用笔型气缸 PB16×40（ISO6432 标准） ，理论出力计算公式是： 0 FPAF =? 式中：F——气缸理论输出力（N） P——工作压力(MPa) A——活塞受力面积（ 2 mm ） 0 F ——弹簧复位力（N） 系统压力为 0.3~ 0.5MPa，选用复动型气缸时， 0 F =0 N，取系统压力极小值时(按 拉侧受力面积 2 172.70mm )，推出： 0 51.81 FPAFN =?= 显然满足要求。
参照（ISO6432 标准） ，选用缸径为 16mm，行程为 40mm 的亚德客笔型气缸，代号为 PB-16×40 对于气缸 3，两个相同的气缸同时同步运动，目的是给纸片向上的力，使第一片纸 条接触吸纸钢条，它的力主要来自一打纸的自重，根据要求，选择亚德客笔型气缸 PB-10×80 根据理论出力计算公式 0 FPAF =? 系统压力为 0.3~ 0.5MPa，选用复动型气缸时， 0 F =0 N，取系统压力极小值时(按 押侧受力面积 2 78.50mm )，推出： 0 23.55 FPAFN =?= 两个气缸，故可承受的压力为 2F=47.1N,显然满足要求 参照（ISO6432 标准） ，气缸 3 选用缸径为 10mm，行程为 80mm 的亚德客笔型气缸， 代号为 PB-10×80 对于气缸 1，它的主要功能是控制吸纸钢条的上升和下降，此外气缸 1 的输出力应 大于 2 倍气缸 3 的输出力， 直接控制气缸 3 的行程， 使气缸 3 起到类似于溢流阀的作用 首先，根据设计要求，确定气缸 1 的行程为 25mm 由气缸 3 的输出力 F=23.55N，初步选取亚德客超薄气缸，代号为 ACQ-20×25。
进行验证： 根据设计，气缸 1 回程时，需要将升降板、导轨、吸纸钢条、气缸 2、气缸连接角 钢 等 提 升 所 以 ， 气 缸 在 回 程 过 程 中 ， 其 输 出 力 至 少 要 满 足 要 求 F>Mg=(3.057+0.1+0.66。