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附件4
開(kāi)題報(bào)告
題 目： 自動(dòng)粉料包裝機(jī)
一、設(shè)計(jì)選題的依據(jù)及意義：
現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)生活中，絕大多數(shù)產(chǎn)品都需要經(jīng)過(guò)包裝成為商品，才能進(jìn)入流通流域。而粉粒類(lèi)產(chǎn)品的包裝要借助包裝技術(shù)及裝備。所以包裝設(shè)備在包裝過(guò)程中是不可或缺的工藝手段。
粉料自動(dòng)包裝機(jī)是實(shí)現(xiàn)薄膜材料包裝糧食等粉料產(chǎn)品的一種包裝設(shè)備，廣泛應(yīng)用食品、化工、日用品、醫(yī)藥、小五金等部門(mén)。隨著人們對(duì)包裝的需求多樣化、個(gè)性化，粉料自動(dòng)包裝機(jī)的應(yīng)用愈加普遍。目前國(guó)產(chǎn)的設(shè)備大多是對(duì)國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品的簡(jiǎn)單仿制，因此針對(duì)粉料自動(dòng)包裝機(jī)關(guān)鍵部件的深入研究，對(duì)原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)、功能等分析，提供結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、操作方便、自動(dòng)化程度高，應(yīng)用范圍廣的包裝機(jī)是很有必要的。
二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）：
我國(guó)包裝機(jī)械發(fā)展較晚，目前正處于起步應(yīng)用階段，雖然從九十年代后，我國(guó)的制袋充填機(jī)有了較快發(fā)展，通過(guò)參考國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品進(jìn)行消化吸收，自主開(kāi)發(fā)研制，技術(shù)上有了很大的提高，但與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)大多數(shù)產(chǎn)品技術(shù)含量低，產(chǎn)品差異程度低，成熟產(chǎn)品技術(shù)易模仿和抄襲，造成低水平重復(fù)，阻礙了對(duì)包裝機(jī)的技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展。在產(chǎn)品技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)顆粒包裝機(jī)的主要特點(diǎn)如下：
1）速度低，品種少
國(guó)外大多數(shù)制袋充填包裝機(jī)根據(jù)包裝物料的不同和產(chǎn)量的大小，一般在20-100袋/分之間，大多為單列式包裝，封合形式一般是三邊封，四邊封和背封式。
2）精度低
采用螺桿充填的粉料計(jì)量充填系統(tǒng)，當(dāng)充填量為100g～1000g時(shí)，國(guó)外機(jī)器的計(jì)量精度一般<1%，而國(guó)內(nèi)一般在62%～63%之間。
3）可靠性低
國(guó)內(nèi)一些企業(yè)為了能在產(chǎn)品初期快速賺錢(qián)，低價(jià)格傾銷(xiāo)，采用無(wú)質(zhì)量保證的電子元件、控件或低級(jí)的原材料，再加上無(wú)規(guī)范的加工和裝配工藝，沒(méi)有針對(duì)具體情況進(jìn)行改造，導(dǎo)致產(chǎn)品不穩(wěn)定或不適合用戶(hù)使用要求。
4 ）自動(dòng)化和智能化水平低
近年來(lái)，我國(guó)的包裝機(jī)械雖采取了一些PLC和具有智能控制功能的儀表，但總體來(lái)說(shuō)，大多數(shù)還是低水平的機(jī)電控制，還沒(méi)有帶有數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、采集、修正功能的機(jī)器。
三、本課題研究?jī)?nèi)容
本設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容是立式自動(dòng)粉料包裝機(jī)，主要針對(duì)立式自動(dòng)包裝機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，根據(jù)自動(dòng)包裝機(jī)的生產(chǎn)工藝流程將整個(gè)系統(tǒng)分為供袋系統(tǒng)、給料計(jì)量系統(tǒng)、裝袋及封裝系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)等，利用三維軟件完成自動(dòng)粉料包裝機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)粉料全自動(dòng)包裝。只涉及機(jī)械部分。主要研究其供袋系統(tǒng)、給料計(jì)量系統(tǒng)、裝袋及封裝系統(tǒng)。只涉及機(jī)械部分，電氣控制部分只做簡(jiǎn)述。
四、本課題研究方案
1、計(jì)劃階段
對(duì)所要設(shè)計(jì)的立式粉料包專(zhuān)機(jī)的需求狀況作充分的市場(chǎng)調(diào)研和分析，并全面查閱關(guān)于此類(lèi)包裝機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和有關(guān)技術(shù)方面的資料。進(jìn)一步確定設(shè)計(jì)所應(yīng)該具有的功能，最后形成設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)。
2、方案設(shè)計(jì)階段
（1）可行性分析
a) 要包裝哪些產(chǎn)品，采用什么包裝材料，采用何種包裝方式，生產(chǎn)可行性等要求分析
b) 明確設(shè)計(jì)的功能，應(yīng)用范圍和需求達(dá)到的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)
c) 對(duì)比分析現(xiàn)有包裝機(jī)發(fā)展?fàn)顩r，當(dāng)前技術(shù)水平和今后發(fā)展方向
d) 構(gòu)思設(shè)計(jì)方案
3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.傳統(tǒng)包裝機(jī)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)分析?
粉料自動(dòng)包裝機(jī)自上世紀(jì)五十年代開(kāi)發(fā)到現(xiàn)在己有數(shù)十年了，當(dāng)時(shí)開(kāi)發(fā)出的機(jī)種功能單一，應(yīng)用范圍窄，但是容易實(shí)現(xiàn)、可靠，。電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)通過(guò)三角帶(或稱(chēng)為V形帶)或平皮帶輸送給分配軸，再由分配軸分給供送內(nèi)裝物、中封牽引器、端封切斷器、輸出包裝物等，只能對(duì)單一內(nèi)裝物及同一尺寸的內(nèi)裝物進(jìn)行包裝。這樣就存在有如下幾個(gè)問(wèn)題:?
(1)包裝機(jī)的生產(chǎn)能力不可改變;?
(2)包裝機(jī)對(duì)包裝袋尺寸變化的適應(yīng)性差;?
(4)供送粉粒料、供送包裝膜、中封牽引、端封切斷等的最佳配合問(wèn)題;?
(5)當(dāng)有印刷圖案時(shí)，保證圖案的完整性的問(wèn)題。?
2．全自動(dòng)包裝機(jī)包裝袋供送系統(tǒng)設(shè)計(jì)?
粉料自動(dòng)包裝機(jī)采用的是將成卷的塑料薄膜輸送到指定位置進(jìn)行封裝，所以需要持續(xù)穩(wěn)定的供袋裝置系統(tǒng)。針對(duì)該系統(tǒng)最為常見(jiàn)的是卷被牽引供送時(shí)發(fā)生拉伸變形和同輥面打滑，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要妥善考慮并解決這個(gè)問(wèn)題。
3．全自動(dòng)包裝機(jī)給料計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)?
粉料包裝機(jī)上料計(jì)量系統(tǒng)是整個(gè)包裝機(jī)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部分，計(jì)量系統(tǒng)精準(zhǔn)，才得以使 包裝順利進(jìn)行和按時(shí)按量完成。
4。全自動(dòng)包裝機(jī)封口系統(tǒng)設(shè)計(jì)
塑料薄膜通過(guò)側(cè)封及端封完成成袋的過(guò)程，是整機(jī)最主要?jiǎng)幼?。該系統(tǒng)采用的驅(qū)動(dòng) 方式也有多種，其中最為常見(jiàn)的有氣動(dòng)，機(jī)械等結(jié)構(gòu)。
5. 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
通過(guò)運(yùn)動(dòng)循環(huán)流程，進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
五、研究目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度：
1、研究的目標(biāo)
（1）提高設(shè)計(jì)質(zhì)量???
通過(guò)采用優(yōu)化設(shè)計(jì)手段實(shí)現(xiàn)在保證包裝質(zhì)量的前提下，提高打包速度，減小整機(jī)體積。?
（2）降低產(chǎn)品成本?
本課題優(yōu)化參數(shù)合理減小整機(jī)體積，降低產(chǎn)品制造成本和工程施工成本，提高經(jīng)濟(jì)效益
2.研究的主要特色?
（1）.在設(shè)計(jì)中盡量采用系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的工業(yè)要求，采用簡(jiǎn)單有效的結(jié)構(gòu)和常用的材料以降低產(chǎn)品成本。?
（2）.該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的模塊化，包裝速度快，通用性好以及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、操作方便、自動(dòng)化程度高的設(shè)計(jì)目的。
工作進(jìn)度計(jì)劃
序號(hào)
各階段工作內(nèi)容
起訖日期
備注
1
下達(dá)任務(wù)書(shū)
2016年12月27日-2016年12月30日
2
撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告并交指導(dǎo)老師批閱。
2017年01月10日-2017年01月15日
3
完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及三維模型搭建
2017年01月16日-2017年2月28日
4
完成論文定稿及圖紙?jiān)O(shè)計(jì)并交老師批閱
2017年03月01日-2017年04月30日
5
論文交叉評(píng)閱及審核
2017年05月08日-2017年05月14日
6
學(xué)生根據(jù)主審老師的意見(jiàn)修改論文
2017年05月15日-2017年05月21日
7
論文答辯
2017年5月22日-2017年05月28日
六、參考文獻(xiàn)：
1．《機(jī)械零件設(shè)計(jì)》清華大學(xué)出版社；
2．《機(jī)械精度設(shè)計(jì)與檢測(cè)基礎(chǔ)》哈爾濱工程大學(xué)出版社；
3．《機(jī)械設(shè)計(jì)教程》清華大學(xué)出版社；
4．《數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與應(yīng)用》機(jī)械工業(yè)出版社；
5.何南至.中國(guó)食品和包裝機(jī)械發(fā)展之路.食品工業(yè)科技，2004，(3):8
6.陳學(xué)益劉毅娃.新世紀(jì)頭十年我國(guó)包裝機(jī)械設(shè)備開(kāi)發(fā)重點(diǎn).中國(guó)包裝，2000，20(6):49一50
7. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).冶金工業(yè)出版社,11～466.
8. 王德璽主編.機(jī)械設(shè)計(jì).煤炭工業(yè)出版社,55～213.
9. 機(jī)械零件手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社,14～362.
10 趙波, 龔勉,浦維達(dá). UG CAD 使用教程. 清華大學(xué)出版，2002.
七、指導(dǎo)老師意見(jiàn)：
6
摘 要
自動(dòng)粉料立式包裝機(jī)適用的場(chǎng)合廣泛，常用于化工、食品、藥品，化肥農(nóng)藥等行業(yè)產(chǎn)品的自動(dòng)化灌裝生產(chǎn)加工。其自動(dòng)化程度高、結(jié)構(gòu)緊湊。自動(dòng)粉料包裝機(jī)的應(yīng)用，減少了人工成本，提升了企業(yè)效益。
自動(dòng)粉料包裝機(jī)主要由供膜機(jī)構(gòu)、定量供料機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、熱封機(jī)構(gòu)、切割機(jī)構(gòu)和電氣控制部分等五部分組成。本課題主要完成傳動(dòng)系統(tǒng)，各機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及總體裝配的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。同時(shí)對(duì)相關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析計(jì)算與校核。最后，利用UG三維數(shù)字化建模， 并完成了粉料包裝機(jī)的三維裝配。
關(guān)鍵詞：粉料立式包裝機(jī)；傳動(dòng)系統(tǒng)；機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；UG建模
I
Abstract
Abstract
Automatic powder vertical packaging machine is widely used in the fields, is often used in the automatic filling and processing of chemical, food, medicine, fertilizer pesticide and other industries. It has high degree of automation and compact structure. The application of automatic powder packing machine reduces the artificial cost and improves the enterprise benefit.
The automatic powder packaging machine is mainly composed of gongmo mechanism, quantitative feeding mechanism, transmission mechanism, heat sealing mechanism, cutting mechanism and electrical control part. This paper mainly completes the transmission system, the design of each mechanism and the structure design of the overall assembly. At the same time, the relevant institutions are analyzed and checked. Finally, ug three-dimensional digital modeling, and completed the three-dimensional assembly of powder packaging machine.
Keywords：Vertical powder packaging machine ；drive system mechanism design；UG modeling
III
目錄
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 國(guó)內(nèi)自動(dòng)粉料包裝機(jī)械現(xiàn)狀 1
1.2 自動(dòng)粉料包裝機(jī)存在的主要難題 3
1.3 本課題主要研究?jī)?nèi)容及參數(shù) 4
第2章 總體方案的設(shè)計(jì) 5
2.1.包裝成袋工藝： 5
2.2.包裝過(guò)程擬定： 6
2.3.包裝過(guò)程分析： 7
第4章 傳動(dòng)系統(tǒng) 8
4.1 傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 8
4.2 傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 8
4.3 確定和計(jì)算有關(guān)動(dòng)力參數(shù) 11
第5章 定量供料機(jī)構(gòu)及供膜機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 15
5.1 定量供料機(jī)構(gòu) 15
5.2 結(jié)構(gòu)方案的選定 17
5.3 量杯容積計(jì)算 17
5.4.供膜機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 18
5.5 供膜裝置的工作原理 19
5.6 本章小結(jié) 19
第6章 側(cè)封機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 20
6.1熱封裝置概況 20
6.2側(cè)封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21
6.3 本章小結(jié) 24
第7章 端封機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 25
7.1端封機(jī)構(gòu) 25
7.2 工作原理 26
7.3熱熔原理 26
7.4 凸輪軸段的設(shè)計(jì)計(jì)算 26
7.5彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 31
結(jié) 論 34
參考文獻(xiàn) 35
致 謝 37
V
第1章 緒論
包裝是產(chǎn)品進(jìn)入流通領(lǐng)域的前步條件，如實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品包裝，其主要手段是靠包裝機(jī)械。時(shí)代的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步促使著我們不斷的進(jìn)取和努力，希望包裝機(jī)械在流通領(lǐng)域中正起著越來(lái)越大的作用。而本次粉料包裝機(jī)的設(shè)計(jì)意義在于使粉狀小顆粒物品，容易攜帶方便，且外形美觀，所以隨著社會(huì)的發(fā)展以及人們?nèi)找婢康纳罴妓?，一些小包裝，多樣化的包裝就不斷的發(fā)展起來(lái)，包裝品種種類(lèi)的繁多和日新月異的變化，使得小型自動(dòng)粉料包裝設(shè)備有了長(zhǎng)足的進(jìn)步和更加優(yōu)化且寬泛的使用。自動(dòng)粉料包裝機(jī)是將有熱塑特性的塑料薄膜經(jīng)熱合制成包裝容器，在一臺(tái)自動(dòng)化設(shè)備上可自動(dòng)完成制袋成型，裝袋，分剪切袋等全過(guò)程。
1.1 國(guó)內(nèi)自動(dòng)粉料包裝機(jī)械現(xiàn)狀
由于我國(guó)工業(yè)起步就比較晚，所以國(guó)內(nèi)自動(dòng)粉料包裝機(jī)還處于剛起步階段，再經(jīng)過(guò)一階段的消化吸收國(guó)外的先進(jìn)產(chǎn)品后，通過(guò)自身的技術(shù)改進(jìn)及自主開(kāi)發(fā)，在此行業(yè)技術(shù)上我國(guó)也有了一定的突破和較為可觀的進(jìn)步。當(dāng)然，相比國(guó)外技術(shù)還有一定的差距，但從現(xiàn)階段飛速發(fā)展的中國(guó)來(lái)看，相信差距會(huì)越來(lái)越小，甚至?xí)幸惶斐^(guò)國(guó)外的技術(shù)水平。經(jīng)查閱資料分析，國(guó)內(nèi)該類(lèi)型設(shè)備在技術(shù)方層次，相比國(guó)外具有以下缺點(diǎn)：
1.效率低，適用范圍小。
根據(jù)物料不同，產(chǎn)量大小的不同國(guó)內(nèi)一般大多數(shù)制袋充填包裝機(jī)的效率為20-100袋/分之間，且大多為單列式包裝，封合形式一般是三邊封，四邊封和背封式。此種機(jī)械的效率不高，試用范圍單一。
2.精度低
國(guó)內(nèi)的物料計(jì)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較粗糙，精度比較低，當(dāng)充填量為100g～1000g時(shí)，而國(guó)內(nèi)一般在62%～63%之間。而國(guó)外采用螺桿充填的粉料計(jì)量充填系統(tǒng)，機(jī)器的計(jì)量精度同比情況下一般<1%。
3.穩(wěn)定性低低
由于國(guó)內(nèi)一些企業(yè)為了保證能在產(chǎn)品初期得到很好的效益，進(jìn)行低成本低價(jià)格銷(xiāo)售，所以采用劣質(zhì)價(jià)格低廉的電子元件、控件或低級(jí)的原材料，再加上加工和裝配工藝不規(guī)范，涉及具體問(wèn)題沒(méi)有很好解決，導(dǎo)致產(chǎn)品穩(wěn)定性差，生產(chǎn)效率偏低。
4.自動(dòng)化與智能化水平一般
幾年來(lái)，隨著控制技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，國(guó)內(nèi)的自動(dòng)包裝機(jī)械也采取了一些PLC等先進(jìn)的控制系統(tǒng)和智能化控制功能的儀表，但總體來(lái)看，應(yīng)用程度不夠，應(yīng)用層次比較淺，有很多還是低水平的機(jī)電控制，卻乏帶有數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、采集、修正功能的閉環(huán)自控的機(jī)器。
粉末自動(dòng)包裝機(jī)是一種集機(jī)械、電、儀器于一體的高新技術(shù)產(chǎn)品[1]。具有效率高、產(chǎn)量高，自動(dòng)化程度比較高，成本優(yōu)勢(shì)高的特點(diǎn)，可用于化學(xué)工業(yè)、醫(yī)療食品等行業(yè)，其完全可以實(shí)現(xiàn)像顆粒物糧食，谷物，肥料，粉裝料，水泥等包裝，還可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)稱(chēng)量、裝袋，折疊，密封袋，倒塑料袋、金屬檢測(cè)、重量測(cè)量等功能。包裝生產(chǎn)線是由傳感器信號(hào)檢測(cè)，PLC的邏輯控制信號(hào)是由PLC產(chǎn)生的輸出通道控制繼電器和電磁控制閥，交流接觸器等一些設(shè)備來(lái)控制執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)粉末包裝。同時(shí)，幾個(gè)PLC還可以通過(guò)總線通信的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)進(jìn)程的綜合控制。
全自動(dòng)粉體包裝生產(chǎn)線是基于機(jī)電控制的發(fā)展而設(shè)計(jì)的。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,國(guó)外粉末自動(dòng)包裝機(jī)的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)很先進(jìn)了。例如,日本公司的ds產(chǎn)業(yè)功能實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)封裝;瑞士蘇黎世梅特萊爾集團(tuán)開(kāi)發(fā)的重量復(fù)檢,可以完成重量超差的自動(dòng)識(shí)別和剔除。然而,我國(guó)自動(dòng)包裝機(jī)在70年代初開(kāi)始研究,國(guó)產(chǎn)包裝機(jī)的自動(dòng)化程度不夠高,與國(guó)外有差距。然而,總的來(lái)說(shuō),我國(guó)粉末包裝行業(yè)經(jīng)過(guò)近30年的摸索取得了初步成果。如國(guó)內(nèi)公司的迅捷機(jī)械公司生產(chǎn)的dxl定量包裝機(jī),是一種人工輔助上袋、自動(dòng)稱(chēng)重、夾帶、灌裝、自動(dòng)密封;東莞金屬檢測(cè)設(shè)備有限公司生產(chǎn)的sa型皮帶輸送機(jī)，主要用于食品、玩具、服裝、鞋、化工、皮革、針織等行業(yè),檢測(cè)金屬雜質(zhì)混入生產(chǎn)過(guò)程中。這些公司的發(fā)展為我國(guó)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)包裝生產(chǎn)線奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
包裝機(jī)械是包裝行業(yè)的重要基礎(chǔ)，目前如果沒(méi)有現(xiàn)代包裝機(jī)械沒(méi)有現(xiàn)代包裝行業(yè)。 包裝機(jī)械的未來(lái)是各種高科技，創(chuàng)新的制度，創(chuàng)新的控制手段的綜合體。 只有高質(zhì)量，高品質(zhì)，且注重發(fā)展方向?qū)⒓又?jié)能，才能達(dá)到性能穩(wěn)定可靠，控制水平先進(jìn)，結(jié)構(gòu)緊湊，噪音低，效率高，操作簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單，質(zhì)量高，品質(zhì)高，不但外觀更注重美學(xué)設(shè)計(jì)，控制和操作也需要更人性化。國(guó)內(nèi)自動(dòng)粉料包裝機(jī)械預(yù)計(jì)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)總結(jié)如下：
1.整體綜合自動(dòng)化程度根據(jù)發(fā)展趨勢(shì)分析會(huì)變得更高
包裝機(jī)械發(fā)展最重要的前提是提高綜合自動(dòng)化程度。 美國(guó)高度重視包裝機(jī)械和電腦控制的密切聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化控制以及自動(dòng)化操作程序。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)更較多地被用于包裝機(jī)械。日本的包裝機(jī)械控制系統(tǒng)也非常先進(jìn)完善，其先進(jìn)程度可以達(dá)到無(wú)人值守操作。在測(cè)量方向，在制造和技術(shù)性能等方面有優(yōu)勢(shì)的德國(guó)也十分度重視關(guān)于包裝機(jī)械的自動(dòng)化程度。多幾年前，德國(guó)包裝系統(tǒng)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在整個(gè)包裝系統(tǒng)的運(yùn)行和運(yùn)行中也僅占30％，現(xiàn)占50％以上。
2、提高生產(chǎn)效率，提高穩(wěn)定性
目前處于前列的世界的幾大包裝機(jī)械強(qiáng)國(guó)有美國(guó)、日本、德國(guó)、意大利，他們都及時(shí)把握和掌控市場(chǎng)及用戶(hù)的需求，把產(chǎn)品的高效作為衡量設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)。
3、模塊化組合的靈活性
隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，產(chǎn)品更換周期越來(lái)越短，包裝機(jī)械具有很好的靈活性才會(huì)滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)要求。 許多專(zhuān)家預(yù)測(cè)，多功能，高效，簡(jiǎn)單，模塊化，移動(dòng)，更小，更靈活的將是未來(lái)包裝機(jī)械發(fā)展的重要方向。 為了使包裝機(jī)械具有好的包裝范圍，還需要進(jìn)一步提高包裝機(jī)的自動(dòng)化程度，應(yīng)該采用大量的計(jì)算機(jī)機(jī)技術(shù)，通過(guò)模塊化的技術(shù)和單元組合才能使機(jī)械變得更強(qiáng)大。
4、成套與配套關(guān)系
包裝機(jī)械設(shè)備的包裝與配套功能之間的關(guān)系被業(yè)界引起關(guān)注，目前一些廠家只關(guān)注主機(jī)生產(chǎn)，不考慮整機(jī)設(shè)備，從而使功能無(wú)法播放。 所以，相關(guān)配套設(shè)備的進(jìn)展，財(cái)能使主機(jī)的主要功能加大，由此才能提高設(shè)備和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
5、設(shè)計(jì)方法與理念的先進(jìn)和技術(shù)的采應(yīng)用
世界包裝機(jī)械需要滿(mǎn)足市場(chǎng)不斷變化的需求,力求提高設(shè)計(jì)質(zhì)量,縮短設(shè)計(jì)周期,廣泛使用較為先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法理念和設(shè)計(jì)技術(shù)。先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法是優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)、可靠性的設(shè)計(jì)和并行設(shè)計(jì)-并行工程。先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) CAD ,并正在促進(jìn)計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用。
1.2 自動(dòng)粉料包裝機(jī)存在的主要難題
資料總結(jié)，我國(guó)的自動(dòng)化水平有所提高，自動(dòng)控制技術(shù)被眾多領(lǐng)域使用相信以后的應(yīng)用也會(huì)變得越來(lái)越廣泛。包裝行業(yè)歷史悠久，在一般的手工稱(chēng)重、繼電器的控制、稱(chēng)重儀表的控制、PLC的控制等技術(shù)已應(yīng)用到其中。中國(guó)的包裝行業(yè)的發(fā)展大致可以分為三個(gè)部分，一是包裝材料和包裝機(jī)械設(shè)備工業(yè)，資本比較密集和技術(shù)比較密集的行業(yè)，附加值高的產(chǎn)業(yè)，其行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)壁壘的門(mén)檻也相對(duì)較高。二是由紙包裝的制品，塑料制品，金屬，四的包裝和包裝印刷工業(yè)玻璃，大型企業(yè)基本上屬于勞動(dòng)密集型企業(yè)，加工行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，隨著成本的地理優(yōu)勢(shì)，進(jìn)入門(mén)檻低，生產(chǎn)附加值也會(huì)相應(yīng)變得比較低。如今市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)非常激烈。三是由包裝代理、科研、管理機(jī)構(gòu)和其他服務(wù)的包裝和包裝是知識(shí)密集型產(chǎn)業(yè),附加值高、進(jìn)入壁壘低,發(fā)展迅速,但總體發(fā)展水平不高,
全行業(yè)還沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化。這三塊的發(fā)展構(gòu)成了中國(guó)包裝行業(yè)的整體發(fā)展。
包裝品種多樣化與包裝效率高是檢驗(yàn)包裝設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)，雖然設(shè)備占地面積小，成本較低，但目前國(guó)內(nèi)自動(dòng)粉料包裝機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)方面都不盡如人意。
像粉末類(lèi)型的產(chǎn)品，其微小顆粒在包裝過(guò)程中很容易產(chǎn)生粉末“反擊”的現(xiàn)象?！胺磽簟爆F(xiàn)象的產(chǎn)生將會(huì)導(dǎo)致包裝的松動(dòng)，污染環(huán)境程度上升，由于包裝設(shè)備是垂直切割，底部的口袋和底部的袋子較大，而在包裝中同時(shí)包裝，在切割材料的過(guò)程中將包裝材料“滑動(dòng)”到袋中，導(dǎo)致粉末升起，進(jìn)一步會(huì)污染密封，使密封不能被密封，造成產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題和效果不好。
其次在進(jìn)行混合材料的生產(chǎn)包裝時(shí)，包裝設(shè)備因?yàn)檠b置不能在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行加工，所以在填充材料之前需要混合材料才能使用，但實(shí)際生產(chǎn)中一般是因?yàn)榛旌锨暗牟牧蟼鬏斶^(guò)程不均勻，使實(shí)際產(chǎn)品混合比例和配方不符合要求，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量事故。
顆粒物質(zhì)飛濺嚴(yán)重，粉塵飛揚(yáng)，空氣污染嚴(yán)重，工作條件惡劣，對(duì)人體有害的粉塵超標(biāo)。 而食品，醫(yī)藥，手工包裝等行業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品是對(duì)人體有害的或者人體不能直接接觸的，所以就更需要自動(dòng)化，無(wú)人包裝。
如給料系統(tǒng)的好壞，也會(huì)直接影響測(cè)量結(jié)果，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致甚至設(shè)備不能使用嚴(yán)重的后果。 如果進(jìn)料系統(tǒng)不穩(wěn)定，則處于不穩(wěn)定狀態(tài)，測(cè)量結(jié)果將不穩(wěn)定。 因此，盡快解決粉粒料高速，高精度自動(dòng)定量包裝技術(shù)問(wèn)題具有重要意義。另外，在粉料包裝機(jī)中還可能存在夾料、包裝袋錯(cuò)邊或起皺、包裝袋封口不嚴(yán)、包裝袋外形不正等難題需要開(kāi)發(fā)者們解決。
1.3 本課題研究主要內(nèi)容及參數(shù)
本次課題的主要內(nèi)容是粉料立式包裝機(jī)，根據(jù)工藝流程分模塊化設(shè)計(jì)各個(gè)部分結(jié)構(gòu)。粉料包裝機(jī)是專(zhuān)為粉狀物料自動(dòng)包裝而設(shè)計(jì)的單輥多組態(tài)包裝機(jī)械。粉料立式自動(dòng)包裝機(jī)是針對(duì)粉末狀或者顆粒狀物料的包裝機(jī)械，能夠?qū)崿F(xiàn)供袋、開(kāi)袋、稱(chēng)量、下料、封口等包裝過(guò)程的自動(dòng)化，廣泛應(yīng)用于食品和化工包裝行業(yè)。
粉料包裝機(jī)擬設(shè)計(jì)參數(shù)：
1． 包裝速度100~180袋/小時(shí);
2． 包裝容量5~27ml/袋；
3． 電源電壓220V 50Hz；
4． 整機(jī)功率0.75kw;
第2章 總體方案的設(shè)計(jì)
2.1 包裝成袋工藝
包裝成袋的工藝即是將粉末類(lèi)型的料、半液體的料裝入到用柔性材料-塑料制成的袋形容器中,同時(shí)根據(jù)包裝內(nèi)容需求作排氣和充氣處理,最后進(jìn)行袋口封緘與切斷,從而完成物料包裝。一般制袋工藝分如下幾種：
圖2-1制袋工藝
以上是根據(jù)不同類(lèi)型的產(chǎn)品而區(qū)分的不同工藝措施，根據(jù)本次設(shè)計(jì)要求選擇三邊封平裝，縱封兩端封的形式。
2.2 包裝機(jī)結(jié)構(gòu)擬定
包裝原理：塑料薄膜經(jīng)供膜機(jī)構(gòu)被引送至指定位置，供料機(jī)構(gòu)將料分好至固定量杯中，供料機(jī)構(gòu)閥門(mén)打開(kāi)，粉料滑落至塑料薄膜中。側(cè)封是由壓板和一對(duì)滾輪來(lái)完成，端封及切斷由凸輪機(jī)構(gòu)控制完成相應(yīng)動(dòng)作。整體傳動(dòng)一體化。
電氣控制采用優(yōu)質(zhì)電氣元件。封壓溫度控制采用智能溫控儀。
根據(jù)包裝原理及整體性能要求，將整個(gè)包裝過(guò)程分為以下幾個(gè)模塊：如圖所示
定量供料機(jī)構(gòu)模塊
供膜機(jī)構(gòu)模塊
側(cè)封機(jī)構(gòu)模塊
電氣控制模塊
端封切割機(jī)構(gòu)模塊
圖2-2包裝機(jī)模塊結(jié)構(gòu)示意圖
(1) 供膜機(jī)構(gòu)模塊
供膜機(jī)構(gòu)模塊主要作用是實(shí)現(xiàn)塑料薄膜定時(shí)定量的供給。主要結(jié)構(gòu)為回轉(zhuǎn)桿及支架類(lèi)零件。
(2) 定量供料機(jī)構(gòu)模塊
該機(jī)構(gòu)用于被封裝物料的定量，保持被包裝物品的質(zhì)量恒定。主要結(jié)構(gòu)有量杯，回轉(zhuǎn)撥盤(pán)，和料倉(cāng)開(kāi)閉機(jī)構(gòu)等。
(3) 側(cè)封機(jī)構(gòu)模塊
是封袋一道側(cè)封工序，同時(shí)兼顧引膜的作用，側(cè)封開(kāi)閉機(jī)構(gòu)和齒輪嚙合引薄膜機(jī)構(gòu)。
(4)端封切割機(jī)構(gòu)模塊
主要用于兩端面封和切斷工序，端面封與切斷同時(shí)進(jìn)行。
(6)電器控制裝置模塊
分為操作和控制系統(tǒng)部分，用于人工參數(shù)設(shè)定。
2.3包裝過(guò)程分析
送料機(jī)構(gòu)定期送粉料輸送到包裝機(jī)上部的料斗容器內(nèi)，送進(jìn)速度由光電傳感器定位檢測(cè)控制，整卷的塑料薄膜經(jīng)幾個(gè)導(dǎo)輥被引至翻領(lǐng)成型器位置，薄膜被折彎成型后再由縱封器搭邊接成為圓筒形狀，物料此時(shí)被稱(chēng)重計(jì)量后落到制成的袋內(nèi)，橫封器進(jìn)行熱封切割，同時(shí)將袋整體間歇地向下部牽引，最后形成三面封口的完整袋，從而完成整個(gè)包裝過(guò)程。
第4章 傳動(dòng)系統(tǒng)
4.1 傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介
傳動(dòng)系統(tǒng)是整個(gè)設(shè)備的核心組成部分，它是由執(zhí)行過(guò)程的各個(gè)部分根據(jù)工藝要求決定的。傳動(dòng)系統(tǒng)的精度會(huì)直接影響裝袋效率和質(zhì)量，同時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)和噪聲來(lái)源也主要是電機(jī)振動(dòng)地噪聲，傳動(dòng)系統(tǒng)的復(fù)雜度也直接影響到機(jī)器得性能及維護(hù)，所以傳動(dòng)系統(tǒng)尤為重要。
4.2 傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)
采用的是分路傳動(dòng)，系統(tǒng)有多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，且只有一個(gè)原動(dòng)機(jī)。
4.2.1擬定運(yùn)動(dòng)方案
4.2.1.1供膜機(jī)構(gòu)模塊
減速電機(jī) 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
4.2.1.2定量供料機(jī)構(gòu)模塊
主傳動(dòng) 料盤(pán)分料定量撥盤(pán)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
步進(jìn)電機(jī) 料倉(cāng)開(kāi)閉機(jī)構(gòu)
4.2.1.3側(cè)封機(jī)構(gòu)模塊
主傳動(dòng) 側(cè)封開(kāi)合凸輪連桿機(jī)構(gòu)
步進(jìn)電機(jī) 回轉(zhuǎn)
4.2.1.4端封切割機(jī)構(gòu)模塊
主傳動(dòng) 端封開(kāi)合凸輪連桿機(jī)構(gòu)
4.2.2機(jī)構(gòu)綜合
4.2.2.1繪制傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖
圖4-1 傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖
4.2.2.2傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意
整體包裝過(guò)程，需要實(shí)現(xiàn)包裝的牽引走膜，進(jìn)料及封合，切斷。所以從塑料卷筒到最終包裝成品要經(jīng)過(guò)以下的過(guò)程：
動(dòng)力機(jī)減速后輸出，經(jīng)由齒輪組帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，經(jīng)主軸分配至各個(gè)執(zhí)行部分，主要形成三路傳動(dòng)，分別是驅(qū)動(dòng)定量裝置、縱封裝置以及端封裝置。相關(guān)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4-2.
齒輪2
齒輪1
供膜
定量供料器
凸輪
凸輪
主軸
側(cè)封滾輪
端封
圖4-2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖
三路傳動(dòng)如下：
1）主軸上連接的齒輪1帶動(dòng)齒輪2，齒輪2與主軸相連接，同時(shí)使定量供料器回轉(zhuǎn)。
2）主軸通過(guò)凸輪連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)側(cè)封開(kāi)合牽引。
3）主軸凸輪連桿機(jī)構(gòu)使端封器開(kāi)閉
4）側(cè)封滾輪通過(guò)兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)相對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行側(cè)封；
作用在縱封滾輪上的牽引力等于滾輪受到塑料薄膜的力等，所以塑料才會(huì)勻速下滑。
4.3確定和計(jì)算有關(guān)動(dòng)力參數(shù)
4.3.1主電機(jī)的確定
計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率：
＝
＝
：連桿傳動(dòng)功率?。?９６（兩對(duì)）
：滾動(dòng)軸承 ０.９９?。▋蓪?duì)）
：齒輪傳動(dòng)效率?。?９７（一對(duì)）
＝0.75ＫＷ
＝０．876
則
由于整機(jī)相關(guān)動(dòng)力參數(shù)要求都比較小，所以可以適當(dāng)選擇小型的電機(jī),但電機(jī)要帶變速功能。經(jīng)上述條件分析，查閱有關(guān)資料選用型號(hào)為Y80M2-2的三相異步電動(dòng)機(jī)，其主要性能如下:
表4-1 電機(jī)的主要性能
功 率
電 流
轉(zhuǎn) 速
功率因數(shù)
效 率
起動(dòng)電流
1.1KW
2.5A
2830r/min
0.86
77%
6.5A
4.3.2 總體傳動(dòng)比分配
已知機(jī)器的包裝速度要求是100~180袋/min，所以需要實(shí)線供料裝置每分鐘轉(zhuǎn)180轉(zhuǎn)，即中心軸的轉(zhuǎn)速為180r/min。由于本次設(shè)計(jì)定量供料裝置有1個(gè)定量容器孔，所以縫合嚙合次數(shù)也應(yīng)該達(dá)到180次/min。
根據(jù)任務(wù)書(shū)要求使用袋長(zhǎng)80~140mm,根據(jù)產(chǎn)量計(jì)算縱封器的轉(zhuǎn)速α，計(jì)算如下：
αmax:
140×180=2R×3.14×αmax
R―縱封器壓輥半徑，為R=29mm
140×180=2×29×3.14×αmax
αmax=138.37r/min
根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的軸的轉(zhuǎn)速設(shè)定如下傳動(dòng)計(jì)算框圖：
圖3-3傳動(dòng)計(jì)算框圖
4.3.3 主軸轉(zhuǎn)速計(jì)算
主軸轉(zhuǎn)速計(jì)算如下：
n主軸=n電機(jī) ×i減速器
其中nmax電機(jī)=2830 r/min
∴n主軸=188.6r/min
4.3.4主軸功率計(jì)算
P主軸=P電機(jī) ×η帶×η減×η聯(lián)
其中 η帶 —連桿傳動(dòng)效率，取為0.96
η減—速器效率，取為0.8
η聯(lián)—聯(lián)軸器效率，取為0.99
P主軸=1100×0.96×0.8×0.99=836.352W
4.3.5 主軸最小直徑估算
d0A==19.81mm
在進(jìn)行軸設(shè)計(jì)時(shí)候，鍵槽會(huì)影響軸的強(qiáng)度，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該根據(jù)槽的個(gè)數(shù)來(lái)相應(yīng)增大軸直徑尺寸，根據(jù)公式計(jì)算如下：
d=d022.2823mm
因?yàn)橹鬏S連接減速器時(shí)通過(guò)聯(lián)軸器連接，所以查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選擇聯(lián)軸器的復(fù)合最小軸直經(jīng)為d=25mm。
所以主軸最小直徑為 dmin=25mm
功率分配
需要分配功率的整機(jī)共有三條傳動(dòng)線，一條是橫封機(jī)構(gòu)，一條是縱封機(jī)構(gòu)，一條是定量供料裝置。相對(duì)力不是很大的橫封機(jī)構(gòu)分配到的功率為總功率的1/5，其余兩個(gè)占總功率的4/5；縱封對(duì)比定量供料裝置來(lái)說(shuō)需要的力較大，所以它分配到剩下功率的1/5，
則：
P橫封=P主軸 ×=840×=168W
P縱封= P主軸××=403.2W
P定量= P主軸××=268.8W
4.3.6軸的強(qiáng)度校核
4.3.6.1求軸的載荷
首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖。
因?yàn)樵撦S是垂直安裝的，因此不存在受彎矩影響。M=0N.mm,取=0.3
===0.3*55870=16761N.mm
2) 校核軸的強(qiáng)度
軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表4-1查得=650N/mm2,則=0.09—0.1,即58—65 N/mm2，取=60 N/mm2，軸的計(jì)算應(yīng)力為
根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，該軸的強(qiáng)度足夠，其滿(mǎn)足要求。
49
第5章 定量供料機(jī)構(gòu)及供膜機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
5.1 定量供料機(jī)構(gòu)
填充機(jī)構(gòu)是指將一定量的包裝材料放入包裝容器中的包裝機(jī)構(gòu)。
灌裝機(jī)構(gòu)分為容積灌裝機(jī)構(gòu)、稱(chēng)重式灌裝機(jī)構(gòu)和計(jì)數(shù)器灌裝機(jī)構(gòu)。根據(jù)灌裝的物理狀態(tài),可分為粉末灌裝機(jī)構(gòu)、顆粒灌裝機(jī)構(gòu)、體灌裝機(jī)構(gòu)、膏體充填機(jī)構(gòu)、液體灌裝機(jī)構(gòu)。如果根據(jù)灌裝機(jī)的功能,可分為制袋充填機(jī)、成型充填機(jī)、只完成灌裝功能等。本部分介紹了幾種典型充填機(jī)的結(jié)構(gòu)原理。
5.1.1容積式充填機(jī)構(gòu)
容積灌裝機(jī)是根據(jù)預(yù)定的容量將包裝材料裝入包裝容器中,這種灌裝機(jī)適用于干燥或比較的狀體材料。主要類(lèi)型有:量杯、螺旋、柱塞式、插管式、定時(shí)式。
圖5-1 固定武量杯計(jì)量裝置示意圖
容積式充填結(jié)構(gòu)比較適合于小粒物料、碎片類(lèi)及微細(xì)粉末狀等流動(dòng)性能比較好的物料填充，但物料的比重不穩(wěn)定則會(huì)影響到生產(chǎn)效率，設(shè)計(jì)時(shí)候要考慮。此種結(jié)構(gòu)形式的量杯可分為可固定式和可調(diào)節(jié)式兩種。
可固定式量杯容積充填機(jī)構(gòu)的定量結(jié)構(gòu)的工作原理是：圓盤(pán)口上裝有幾個(gè)均布的量杯和相對(duì)應(yīng)可活動(dòng)打開(kāi)的的活門(mén)底蓋4，同時(shí)圈盤(pán)的上部為物料罩2。當(dāng)物料從供料斗1自由落到量杯內(nèi)，支軸11帶動(dòng)圓盤(pán)12旋轉(zhuǎn)，粉物料刮板9與供料斗1固定在一起將刮去量杯3上面多余的物料,當(dāng)量杯轉(zhuǎn)到卸料工位時(shí),活門(mén)4打開(kāi),此時(shí)物料在自重作用下落到封裝位置。
5.1.2螺桿式充填計(jì)量機(jī)構(gòu)
螺桿式充填機(jī)構(gòu)有如下工作原理：通過(guò)螺桿的螺旋糟的間隙-容腔（蛟龍）計(jì)量輸送的物料。螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)候的每個(gè)螺距都會(huì)旋帶出一定量容積的物料,所以，對(duì)螺桿進(jìn)行轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)數(shù)的控制，就可以做到精確計(jì)量。該裝置比較使用于的物料類(lèi)型為流動(dòng)性良好的細(xì)顆粒、粉末類(lèi)型的，也可用于比較粘稠的，一般不宜用于容易碎的片、塊狀物料或視比重變化較大的料。
圖5-2 蛟龍充填機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖
5.2 結(jié)構(gòu)方案的選定
本次設(shè)計(jì)結(jié)合上述的兩種計(jì)量機(jī)構(gòu)，特定設(shè)計(jì)出符合要求的結(jié)構(gòu)方案，具體結(jié)構(gòu)如圖：
量杯
回轉(zhuǎn)撥片
罐體
閥門(mén)電機(jī)
導(dǎo)料板板
圖5-3 結(jié)構(gòu)示意圖
本結(jié)構(gòu)由計(jì)量罐體，回轉(zhuǎn)撥片，量杯，閥門(mén)和閥門(mén)電機(jī)組成。
工作原理：將粉料裝入罐體料槽內(nèi)，回轉(zhuǎn)撥片旋轉(zhuǎn)一周后，將粉料裝入量杯內(nèi)并刮平實(shí)行定量，隨后開(kāi)閉閥門(mén)電機(jī)打開(kāi)閥門(mén)使粉料倒入塑料薄膜內(nèi)。
5.3 量杯容積計(jì)算
容積式量杯計(jì)量裝置的生產(chǎn)能力：
式中—驅(qū)動(dòng)量杯的轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)速（r/min）
—轉(zhuǎn)盤(pán)上的量杯個(gè)數(shù)
—每個(gè)量杯的計(jì)量重量（g）
式中—量杯的容積（cm）
—物料的視密度（g/cm2）,即粉料堆積的密度，又稱(chēng)堆積密度
固定量杯容積：
式中—固定量杯直徑（cm2）
—上量杯的計(jì)量高度（cm2）
可調(diào)量杯容積：
式中—上量杯內(nèi)直徑（cm）
—上量杯計(jì)量高度（cm）
—下量杯內(nèi)直徑（cm）
—下量杯計(jì)量高度（cm）
固定量杯
D=96*96mm
H=100mm
表5-4 量杯尺寸圖
5.4.供膜機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)
供薄機(jī)構(gòu)主要是由支架，回轉(zhuǎn)電機(jī)和可調(diào)導(dǎo)向桿組成。
支架
可調(diào)導(dǎo)向桿
回轉(zhuǎn)電機(jī)
圖5-4 供膜機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖
5.5 供膜裝置的工作原理
將薄膜裝至在有回轉(zhuǎn)電機(jī)的桿上，經(jīng)幾級(jí)導(dǎo)向桿的稱(chēng)緊和導(dǎo)向后，被引導(dǎo)至封袋前的指定位置。
5.6 本章小結(jié)
本章介紹了粉狀物料的幾種計(jì)量方法，著重闡述了容積式計(jì)量盤(pán)的組成和工作原理，并對(duì)其計(jì)量容積進(jìn)行了計(jì)算。對(duì)供膜裝置進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，并概括了供膜裝置的組成部分和工作原理。
第6章 側(cè)封機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
6.1熱封裝置概況
塑料薄膜復(fù)合材料是自動(dòng)制袋包裝機(jī)中最常用的包裝材料,特別是現(xiàn)代多層復(fù)合膜,廣泛應(yīng)用于食品包裝,具有良好的氣密性和高強(qiáng)度。
熱封原理：一般的包裝材料聚乙烯可以在加熱時(shí)熔化到塑化狀態(tài),通過(guò)加熱將兩層融化成熔融狀態(tài),同時(shí)通過(guò)一定的接觸壓力使熔化狀態(tài)的塑料粘合在一起。這是我們常說(shuō)的熱熔密封。根據(jù)這一原理設(shè)計(jì)了機(jī)器的總封口結(jié)構(gòu)和端面密封。
塑料薄膜的密封采用熱熔的方法,具體操作是:通過(guò)加熱塑料薄膜兩個(gè)接觸面,使其處于熔化狀態(tài),并對(duì)其施加一定的壓力,使兩個(gè)塑料經(jīng)熔化壓緊后封合在一起。影響封合質(zhì)量的因素是加熱溫度、壓力和作用時(shí)間。熱熔封合存在多種形式,最常用的是電阻加熱和脈沖的方法,此外還有高頻加熱頭、超聲波加熱頭、電磁加熱頭、壓線和紅外加熱頭等。每種方法適用于一定范圍的塑料材料。在自動(dòng)制袋充填機(jī)中,廣泛采用電阻加熱的熱熔法,因?yàn)樗哂袡C(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)方便等特點(diǎn)。此外,用于食品包裝的薄膜主要是聚乙烯及其復(fù)合材料,主要是以聚乙烯為熱封材料,因此電阻加熱密封完全符合要求。
本次設(shè)計(jì)的包裝機(jī)均采用電阻加熱的封合方法。
6.2 側(cè)封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
6.2.1結(jié)構(gòu)示意圖
軸承
連桿
凸輪軸
壓板
圖6-1 側(cè)封機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖
6.2.2工作原理
1）主傳動(dòng)通過(guò)凸輪連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行熱封（圖7-1）。
2）電阻絲加熱，熱輥通過(guò)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行中完成熱封，熱輥可以同時(shí)起到牽引的作用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以連續(xù)進(jìn)行，（圖7-2）具體結(jié)構(gòu)原理如圖：
電機(jī)
熱封輪
圖7-2 熱封機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖
6.2.3傳動(dòng)齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算
1.初步計(jì)算齒數(shù)
熱封滾輪以一定值的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，使側(cè)封連續(xù)地進(jìn)行。滾輪通過(guò)單個(gè)電機(jī)一對(duì)齒輪連接來(lái)完成整個(gè)動(dòng)作。
設(shè)定端封牽引時(shí)速度在一個(gè)封切周期內(nèi)送進(jìn)一個(gè)袋長(zhǎng)=180mm，且封輥以做勻速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)一周封切兩次，所以
得出R= 60
式中橫封滾輪最大回轉(zhuǎn)半徑為。
因此，不同規(guī)格的袋長(zhǎng)，橫封輥必須要有不同的半徑，所以要通過(guò)調(diào)速電機(jī)才能實(shí)現(xiàn)
所以齒輪的齒數(shù)為：38齒 模數(shù)為：1.5
2）齒寬度的確定：
初步設(shè)計(jì)齒輪在軸承上為懸臂布置，軟齒面，由參考文獻(xiàn)1表6.6查得，選取齒寬系數(shù)=0.4*60=24mm
3）重合度系數(shù)的確定
對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)外嚙合齒輪傳動(dòng)，端面重合度
式中 、——齒數(shù)
把Z1=Z2=38代入上式得
=1.88-3.2()=1.71
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，確定
4）許用彎曲應(yīng)力的確定
式中 ——計(jì)入了齒根應(yīng)力修正系數(shù)之后,試驗(yàn)齒輪的齒根彎曲疲勞極限應(yīng)力；當(dāng)齒輪雙側(cè)工作時(shí)圖中時(shí)值乘以0.7。
——安全系數(shù)；與疲勞點(diǎn)蝕相比，斷齒的后果更為嚴(yán)重。所以，一般取=1.25。
由參考文獻(xiàn)1圖6.29彎曲疲勞極限應(yīng)力：
齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)可按下式計(jì)算
式中 ——齒輪轉(zhuǎn)速，；
——齒輪轉(zhuǎn)一周，同一側(cè)齒面嚙合的次數(shù)；
——齒輪的工作壽命，
代入數(shù)值，分別有
由教材圖6.32 得，彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù)
故彎曲應(yīng)力
由于
所以
6.3 本章小結(jié)
本章對(duì)熱封裝置進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，并概括了熱封裝置的組成部分和工作原理。
第7章 端封機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
7.1.端封機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)
彈簧
直線軸承
凸輪
導(dǎo)向滾輪
導(dǎo)桿
熱合板
圖7-1 端封機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖
7.2 工作原理
端封主要目的是通過(guò)熱合板的開(kāi)合來(lái)實(shí)現(xiàn)封袋和切袋的。熱合板兩端分別通過(guò)帶有直線軸承的導(dǎo)桿，凸輪在轉(zhuǎn)到大段位置時(shí)候，致使彈簧壓縮并驅(qū)使熱合板開(kāi)閉。
7.3 熱熔原理
熱板熔融式：電阻絲加熱，封接對(duì)象夾在冷卻板中間，熱板周期的向封接部分靠近，使其邊緣融化成球狀封口，封口強(qiáng)度高，適用于熱縮性材料，具體原理如下：
圖7-2 熱熔原理
7.4凸輪軸段的設(shè)計(jì)計(jì)算
按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
設(shè)計(jì)軸的尺寸由參考文獻(xiàn)[1] 公式15－2
由 參考文獻(xiàn)[1] 表15－3取110
所以傳動(dòng)軸D1＝24mm
凸輪軸D2＝32mm
圖7.3 齒輪受力分析圖
1. 凸輪的力分析計(jì)算：
圓周力Ft =
徑向力Fr =
軸向力
2. 對(duì)H面上各力分析
=322N
=4970N
3. 對(duì)V面上各個(gè)力分析
＝
＝
以下圖組為軸受力分析圖：
圖7.5 軸受力總圖
3220
4970
圖7.6 軸H面受力及力矩圖
8190
圖7.7 扭矩圖
4. 當(dāng)量彎矩：
由上述分析，對(duì)當(dāng)量彎矩較大A處進(jìn)行校核
合成彎矩：
當(dāng)轉(zhuǎn)矩T=300000N；取得：
當(dāng)量彎矩：
由參考文獻(xiàn)[1] 公式15－5
由參考文獻(xiàn)[1] 公式15－14
＝0.12
軸強(qiáng)度足夠。
7.5彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算
7.5.1強(qiáng)度約束條件
對(duì)承受軸向載荷的壓縮彈簧的受力情況進(jìn)行分析：
首先進(jìn)行模型簡(jiǎn)化，經(jīng)分析其與拉伸彈簧的簧絲受力情況完全相同，在通過(guò)軸線的剖面上，彈簧絲的剖面為橢圓，但由于螺旋升角一般很小，可近似地用圓形剖面代替。
所以將作用于彈簧的軸向載荷F加載至這個(gè)剖面，此剖面上的轉(zhuǎn)矩為：T=FD2/2和剪切力F。
T和F在彈簧絲剖面上引起的最大剪切應(yīng)力τ為：
式中：K為補(bǔ)償系數(shù)，用以考慮螺旋升角和彈簧絲曲率等的影響，其值可按下式計(jì)算：
則彈簧絲的強(qiáng)度約束條件為：
或
式中：[τ]為許用剪切應(yīng)力；
Fmax為彈簧的最大工作載荷。
圖16
7.5.2剛度約束條件
根據(jù)材料力學(xué)，求得圓柱螺旋彈簧的變形計(jì)算公式的，即：
式中，G為材料的剪切彈性模量。
由此可得剛度約束條件為
或
式中：k為彈簧剛度，表示彈簧單位變形所需的力。
一般n應(yīng)圓整為0.5的整數(shù)倍，且大于2。
7.5.3穩(wěn)定性約束條件
如果作用在壓縮彈簧的載荷過(guò)大，高度和直徑比b=H0/D2超出一定范圍值時(shí)，彈簧就會(huì)產(chǎn)生較大的側(cè)向彎曲導(dǎo)致失穩(wěn)。
為保證彈簧的相對(duì)穩(wěn)定性，經(jīng)查閱資料顯示，兩端固定時(shí)一般取b<5.3；一端固定另一端自由時(shí)，一般取b<3.7；兩端自由時(shí)，取b<2.6。如無(wú)上述條件，按下式進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算：
結(jié) 論
經(jīng)過(guò)這段時(shí)間的鍛煉和辛苦努力，我按計(jì)劃完成了自動(dòng)粉料包裝機(jī)的畢業(yè)設(shè)計(jì)。期間遇到的許多困難是通過(guò)翻閱相關(guān)資料，參照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)以及向老師請(qǐng)教完成的，本次設(shè)計(jì)中包含了該機(jī)的結(jié)構(gòu)原理以及傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，定量分料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，整體裝配圖的繪制以及分各零件部分的繪制。整機(jī)工作原理為：通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)供料系統(tǒng)下料計(jì)量，同時(shí)供膜系統(tǒng)動(dòng)作，使包裝材料經(jīng)過(guò)成型器至膜內(nèi)，在熱封輥的拉動(dòng)下進(jìn)行熱封，最終經(jīng)過(guò)端封和切割裝置輸出成品。
本次設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)是結(jié)構(gòu)方面，其相對(duì)緊湊，外形和操作簡(jiǎn)潔，美觀，各部分調(diào)節(jié)便捷，裝袋的速度和粉料的定量均可調(diào)節(jié)，具有一些啟動(dòng)緩沖功能，速度比較穩(wěn)定，抗干擾能力增加。
其缺點(diǎn)是計(jì)量盤(pán)的調(diào)整和切割角度的調(diào)整都必須是手動(dòng)調(diào)整，不夠精確。此外，由于包裝材料的熱封輥張力直接通過(guò)成型裝置下，包裝膜位置傳輸機(jī)制是一定時(shí)間的拉伸包裝薄膜后自動(dòng)調(diào)整，其張力可能改變，導(dǎo)致沒(méi)有送膜精度。
通過(guò)本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，在所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)方面，促使我重新鞏固了以前所學(xué)的知識(shí)，包括機(jī)械制圖及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)械機(jī)構(gòu)原理，機(jī)械設(shè)計(jì)，材料力學(xué)，互換性等專(zhuān)業(yè)知識(shí)，并能夠?qū)⒏骺浦R(shí)結(jié)合起來(lái)解決問(wèn)題。另外也進(jìn)一步扎實(shí)了機(jī)械制圖的多種輔助設(shè)計(jì)軟件，如AutoCAD、UG等。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，指導(dǎo)老師也給予了多次指導(dǎo)，是整個(gè)設(shè)計(jì)更加正確和完善，從而最終完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。
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[24]《數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與應(yīng)用》機(jī)械工業(yè)出版社；
致 謝
大學(xué)生活最重要的組成部分就屬于畢業(yè)設(shè)計(jì)了，在即將過(guò)去的大學(xué)時(shí)光里，存在著美好的回憶也懂得了知識(shí)的寶貴。畢業(yè)后校園時(shí)光的結(jié)束，從此也代表進(jìn)入了人生的另一步，此時(shí)所有幾年的大學(xué)所學(xué)的知識(shí)將被整合在這篇畢業(yè)設(shè)計(jì)論文中，它可能是一張圖紙，一張論文稿，看著慢慢的收獲自己也深刻的感受到了到任何時(shí)候我們都應(yīng)該用知識(shí)完成任務(wù)，加強(qiáng)和敦實(shí)實(shí)踐的能力是我們今后每一步的所必須遵循的。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)論文中，整合了我大學(xué)生活中的所學(xué)，其中包括機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，關(guān)于包裝方面的知識(shí)以及制圖軟件CAD和UG制圖工具等。
食品工業(yè)機(jī)械化發(fā)展是人民生活水平提高的首要因素，食品工業(yè)中機(jī)械設(shè)備的普及率也越來(lái)越高，機(jī)器是生產(chǎn)力，食品行業(yè)如想得到長(zhǎng)足的發(fā)展，也需要技術(shù)有創(chuàng)新和進(jìn)步，只有共同完善才能實(shí)線現(xiàn)代化。
經(jīng)過(guò)本次的設(shè)計(jì)，我才感覺(jué)到有些不足之處，很多知識(shí)掌握的不扎實(shí)，未能做到學(xué)以致用，一些問(wèn)題，還需要查閱以前的數(shù)據(jù)，把相關(guān)知識(shí)再?gòu)?fù)習(xí)一遍。并且通過(guò)電腦的應(yīng)用，會(huì)在很多軟件被拋棄之前拿起，重新掌握它的技巧和要領(lǐng)。一半的時(shí)間似乎吸收了四年的知識(shí)，雖然忙碌，但充實(shí)，快樂(lè)，充滿(mǎn)了成功的喜悅。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主離不開(kāi)老師的細(xì)心的指導(dǎo)，在這里衷心感謝老師在設(shè)計(jì)中對(duì)我的幫助與指導(dǎo)，以及其他各位老師和師傅對(duì)我的指導(dǎo)。同時(shí)在這里向所有在設(shè)計(jì)過(guò)程中幫助我的同學(xué)表示感謝，謝謝你們！