包装机设计.doc

天津理工学院毕业论文第一章 包装机概况1-1包装工业概论包装工业作为一门新兴工业，具有明显的时代特征。它既是配套工业，也是当今的主导产业之一。在日益发展的市场经济中，包装工业对其他工业的发展起到了推动作用。主要表现在相关工业的发展方面：从所用包装材料看，它推动了造纸工业、塑料工业、冶金工业和化学工业等部门的发展；从包装技术方面看，它对机械工业、电子工业、印刷工业、新材料工业以及装潢设计等方面提出了更高的要求；从消费领域看，对食品、饮料、粮食、医药及日用化工品等，起到了重要的促进作用。中国的包装工业，由上世纪80年代开始腾飞，经过了十几年时间的发展而初具规模。特别是食品包装业更是飞速发展，取得了长足的进步。这一切主要表现在包装工业不断完善，包装技术不断改进，包装材料不断创新。对于食品包装，其产品已呈现出多品种、多式样及多层次的特点。所谓多品种，包括金属罐、玻璃瓶；塑料制品的多类成型袋及瓶、罐容器；纸制品的多瓦楞纸箱机纸盒软包装、纸袋包装；另外还有一些富有特色的木、竹、瓷制品的包装。所谓多式样是指包装品结构造型紧跟时代潮流，新颖多样、色彩鲜艳、装潢精美。而多层次是指包装品的高、中、低档并存，以适应市场需求。目前应用于食品工业的包装技术可谓多种多样，而且新技术层出不穷。广泛应用的包装技术主要有：适用于熟食的蒸煮食品包装技术；是用于食品防霉保鲜的无菌包装技术；用于蔬菜、水果、生鲜食品的冷藏包装技术；用于方便食品、水产品的速冻包装技术；普通食品的真空包装技术、充气包装技术和热收缩包装技术等等。食品包装技术的应用及其创新，极大地推动着包装机械的发展。应用于现代食品工业的自动化包装大多数以生产线的形式出现，集机、电、气、液控制于一体，成套性强、可靠性高。并且，以模块化组合的形式出现，具备系列化、标准化、通用化的特点。此外，越来越多采用的微机控制、模糊控制等高新技术，是包装机械跃上一个新台阶。1-2包装设备现状自动包装生产线诞生至今虽然只有短短的几十年的时间，但由于其相关技术的突飞猛进，它已经进入了一个相对高速发展的阶段，其特点表现为多种类型的包装设备各展所长，多家公司的产品相互竞争激烈。目前而言，自动包装设备按其对包装产品的封口形式可分为两种类型：ffs型包装设备和缝纫型包装设备。两者在最终的目的上是一致的：就是将粉状或颗粒装的各种产品包装成一定重量包装。但是它们在实现的过程上却各不相同，各有特点。a) 速度。ffs型包装设备就是将薄膜制袋，产品填充和包装密封集中在一台机器内，设备结构紧凑占地面极小，由于其使用的是电热条对塑料袋进行加热封口，因此ffs型包装设备可达到较高的速度，如德国haver公司制造的delta包装设备就已经达到1600袋/小时，从以往经验看，封口质量可能会影响到其较高速的运行；缝纫型包装设备就是将已制好的编织袋或复合纸袋进行产品填充和包装密封操作。其单工位速度多为8001000袋/小时，若要实现高速就要实行双工位，三工位。如英国chronos公司制造的pbs2000型双工位包装设备，理论最大能力为2000袋/小时。但缝纫型包装设备的速度受到了缝纫机的制约，目前国内、外生产厂商多选用纽朗公司ds9型缝纫机，其理论最大转速为2700rpm，但它长期在高速运行时会产生针过热的现象。它的稳定工作速度为1400袋/小时，也就是说目前缝纫型包装设备的生产速度为1400袋/小时。b) 质量。市场经济条件下，任何企业都必须以质量作为生存的手段。包装的封口质量是整个聚乙烯树脂质量的重要环节之一。从我们以往对ffs型包装设备使用的经验看，ffs型包装设备的封口质量受到重包装薄膜质量、封口冷却条件、封口材料、设备调节等多种因素的影响。因此对其控制比较困难，封口质量较难得到保证。但是随着电热材料、技术的飞速发展，随着包装设备制造厂商对封口质量重视程度的加强，ffs型包装设备的封口质量已经有了很大的提高。目前，很多制造厂家在其设备上增加了角封装置，改进了冷却形式，借此来提高封口质量。相比之下，缝纫型包装设备的封口质量仅受到设备调节，操作人员责任心等方面影响，比价其控制。c) 成本。产品质量的提高，可以提高产品竞争能力。产品成本的降低，就可以提高价格竞争能力。ffs型包装设备若依旧使用以z045为原料的重包装薄膜包装，由于原料问题，薄膜的人性不好，袋外还要人工加套编织袋，其每吨的包装成本为：c=重包装薄膜成本+人工费+编织袋成本=7000元/吨*0.16*40/1000+19.8+1.13*40=109.8元/吨但是若使用目前国际上普遍使用得以lldpe为原料制的重包装薄膜包装，就不需要人工加套编织袋，那么它的包装成本就大大的降低了：c=7500元/吨*0.16*40/1000=48元/吨。缝纫型包装设备直接使用塑料编织袋或牛皮纸袋，不需再人工套包，按每只袋2元计，总包装成本为：c=2*40=80元/吨。d) 机械复杂程度。根据各厂家的介绍和实际生产经验，ffs型包装设备由于增加了制袋部分，机械复杂度较高，维修工作较困难；缝纫型包装设备则结构相对简单，机械复杂程度较低。e) 设备移动的灵活性。包装设备的另一个显著的变化就是设备从固定式向移动式发展，移动式的包装设备的移动式有三种：气垫式、轮式和轨道式。他们各有特点：气垫式：对场地的要求比较高，初期投资成本比较大，移动时平稳但较操作复杂。轮式：适合料仓四方排列，对场地要求不高。轨道式：适合料仓一列排列，对场地要求不高，定位较好。1-3包装作业的技术方法包装技术方法可谓形式多样，并且不断有创新技术的出现，但较常用的发放概括有以下几种：1）充填2）灌装3）裹包4）装盒与装箱5）收缩包装6）拉伸包装7）真空和充气包装8）泡罩包装和贴体包装9）热封10）粘合剂粘合11）加盖、卷边接缝12）捆扎13）贴标和打印1-4包装机械体系图1.iso标准包装机械体系表按国际标准化组织定义，完成包装工序的机械统称为包装机械。图1所示是按iso标准绘制的包装机械体系表。包装机械的范畴非常广，种类繁多，根据国家标准主要分为12大类，详细分列如下：1. 充填机械（1）容积式充填机：量杯式充填机、柱塞式充填机、气流式充填机、螺杆式充填机、计量泵式充填机、插管式充填机、料位式充填机；（2）重力式充填机：秤重式充填机、净重充填机、毛重充填机；（3）计数式充填机：单件计数式充填机、多件计数式充填机、转盘计数式充填机、履带计数式充填机；（4）推入式充填机；（5）拾放式充填机。2. 灌装机械（1）负压灌装机；（2）常压灌装机；（3）等压灌装机；（4）虹吸灌装机；（5）压力灌装机。3. 封口机械（1）热压式封口机；（2）熔焊式封口机；（3）折叠式封口机；（4）压纹式封口机；（5）插合式封口机；（6）液压式封口机；（7）卷边式封口机；（8）压力式封口机；（9）旋合式封口机；（10）缝合式封口机；（11）钉合式封口机；（12）胶带封口机；（13）粘合封口机；（14）结扎封口机。4. 裹包机械（1）折叠式裹包机；（2）扭结式裹包机（3）接缝式裹包机；（4）覆盖式裹包机；（5）缠绕式裹包机；（6）拉伸裹包机；（7）贴体裹包机；（8）收缩包装机。5. 多功能包装机（1）充填封口机；（2）开箱充填封口机；（3）开袋充填封口机；（4）开瓶充填封口机；（5）箱成型充填封口机；（6）袋成型充填封口机；（7）冲压成型充填封口机；（8）热成型充填封口机；（9）罐装封口机；（10）泡罩包装机；（11）真空包装机；（12）充气包装机。6. 贴标机械（1）粘合贴标机；（2）收缩贴标机；（3）钉标签机；（4）挂标签机。7. 清洗机械（1）干式清洗机；（2）湿式清洗机；（3）机械式清洗机；（4）电解式清洗机；（5）电离式清洗机；（6）超声波式清洗机。8. 干燥机械（1）热式干燥机；（2）机械式干燥机；（3）化学式干燥机。9. 杀菌机械（1）热式杀菌机；（2）超声波杀菌机；（3）电离杀菌机；（4）化学杀菌机。10. 捆扎机械（1）机械式捆扎机；（2）液压式捆扎机；（3）气动式捆扎机；（4）捆结机；（5）压缩打包机。11. 集装机械（1）集装机；（2）堆码机；（3）集装件拆卸机。12. 辅助包装机械（1） 打印机；（2）整理机；（3）重量选别机；（4）异物检测机；（5）输送机。1-5自动制袋装填包装机的类型自动制袋装填包装机的类型有多种多样，按总体布局分为立式和卧式两大类；按制袋的运动形式来分，有连续式和间歇式两大类。以下介绍几种具体的机型。1-5-1卧式自动制袋装填包装机 1. 卧式间歇制袋三边封口包装机此类机型的包装原理如图1-5-1所示。卷筒塑料薄膜1经导辊2引入成型器3，在成型器3及导杆4的作用下形成u形并由张口器5撑开。当加料器7下行进入加料位置时，横封器6闭合，同时装填物料；随后，横封器6和加料器7复位；紧接着，纵封器8闭合热封并牵引薄膜移动一个袋位；最后由切刀9把包装袋切断。图1-5-1卧式间歇制袋三边封口包装原理1-卷筒薄膜 2-导辊 3-成型器 4-导杆 5-张口器 6-横封器 7-加料器 8-纵封牵引器 9-分切刀 10-成品袋2.横枕式自动制袋装填包装机图1-5-2所示是一种卧式枕型包装机的工作原理。该机集自动裹包物品，封口，切断于一体，是一种高效率的连接式的包装机，广泛应用于饼干，速食面等的自动包装上。其包装材料为塑料或其复合材料，采用卷盘式薄膜供料，由牵引辊松卷，经导辊的导向进入成型器，受成型器的作用，薄膜自然形成卷包的形式。同时，待包物品由供料输送链送入至薄膜卷包的空间。卷包的薄膜在牵引轮的作用下向前运行并被中封轮实施中缝热融封合。物品随薄膜同步运行。包装物品在最后经横封辊刀封合切断，形成一个成品包装，由卸料传送带输出。由于其包装形式呈枕状，故成为枕式裹包或中缝包装。这种包装机采用有色标带包装时，需要随时对纸长进行调整，因此需配备光电检测控制系统，以实现光标的正确定位。图1-5-2 横枕式自动包装机工作原理1-卷膜 2-牵引辊 3-成型器 4-物品 5-供料传送链 6-牵引轮 7-中封轮 8-横封辊刀 9-卸料传送带1-5-2立式自动制袋装填包装机1.立式间歇制袋中缝封口包装机此类机型包装原理如图1-5-3所示。卷筒塑料薄膜 3经导辊2被引入成型器4，通过成型器4和加料管5以及成型筒6的作用，形成中缝搭接的圆筒形。其中加料管5的作用为：外作制袋管，内为输料管。封合时，纵封器7垂直压合在套于内筒5外壁的薄膜搭接处，加热形成牢固的纵封。其后，纵封器回退复位，由横封器8闭合对薄膜进行横封同时向下牵引一个袋的距离，并在最终位置加压切断。可见，每一个横封可以同时完成上袋的下口和下袋的上口封合。而物料的充填是在薄膜受牵引下移时完成的。图1-5-3 立式间歇制袋中缝封口包装原理1-供料器 2-导辊 3-卷筒薄膜 4-成型器 5-加料器 6-成型筒 7-纵封器 8-横封牵引器 9-成品袋2.立式双卷膜制袋和单卷膜等切对合成型制袋四边封口包装机此类包装机可制造四边封口的包装袋型。双卷膜制袋包装机采用两卷薄膜进行连续制袋，左右薄膜卷料对称配置，经各自的导辊被纵封滚轮牵引，进入引导管处汇合。薄膜在牵引的同时被封合两边缘，形成两条纵封缝。在横封辊闭合后，物料由加料器进入，随后完成横封切断，分离上下包装袋。单卷膜等切对合成型制袋包装机只采用一卷薄膜制袋，其制袋过程是先将薄膜对中等切分离，然后两半材料复合成型。其成型原理及性能比前者更优异。3.立式连接制袋三边封口包装机此种包装机的包装原理如图1-5-4所示。卷筒薄膜1在纵封滚轮5的牵引下，经导辊进入制袋成型器3形成纸管状。纵封滚轮在牵引的同时封合纸管对接两边缘。随后由横封辊6闭合实行横封切断。同样，每次横封动作可同时完成上袋的下口和下袋的上口封合，并切断分离。物料的充填是在纸管受纵封牵引下行至横封闭合前完成的。这种机型是一种广泛应用的机型，因其包装原理的合理性的科学性而成为较多采用的设计方案。根据这一包装原理可设计出多种袋型。例如，在如图4-5所示的基础上增加一对纵封滚轮，使两对纵封滚轮对称布置在纸管两边缘，同时进行牵引纵封则形成两条纵封缝，经横封后产生的袋型则为四边封口袋。采用这种制袋方法主要是以美观为出发点，因为增加的一条纵封缝在包装袋结构上是“多余”的，称作“假封”，但它却起到一种对称美的作用。另外，把图1-5-4中横封辊旋转90*布置，使纵封的封合面与横封的封合面成垂直状态，则可生产另一种袋型（需配套合适的成型器），如图1-5-5所示。包装薄膜1经成型器被纵封滚轮2牵引纵封，随后经过导板3并被与纵封面成垂直布置的横封辊4封合切断，形成一个中缝对折两端封合的包装袋，也就是平常所说的“枕式包装”。图1-5-4 立式连续制袋三边封口包装原理1-卷筒薄膜 2-导辊 3-成型器 4-加料器 5-纵封滚轮 6-横封辊 7-成品袋图1-5 -5 中缝对接两端封口包装原理1-薄膜 2-纵封滚轮 3-导向板 4-横封辊 5-成品袋第二章 包装机控制系统国产化设计任务2-1. 全自动包装机的主要电气技术指标主要设计粉剂包装设备，它具有速度快（每分钟6570包），称量准确（误差是500g 2g、1000g 4g）的优点。主要电气技术指标：电源电压 3相ac 380 10v 5060hz机器消耗总功率 5.2kw2-2. 全自动包装机电气控制系统2-2-1. 包装机工作原理全自动包装机是用可编程控制器（plc）控制高频热合机将两条聚氯乙烯塑料薄膜热合成包装袋，并将原料封装其中。设计关键是在热合时既为下一原料作袋又为已入袋的原料封口，这样就减少了复杂的机械运动，提高了工作效率。2-2-2. 高频热合机原理包装机的核心部分是高频热合机，如图一所示，其原理是由电子管自激振荡器产生高频电场，利用塑料介质内部分子在高频电场作用下产生热量，在加以压力来达到热合目的。一般来说，产生热量的大小是和电场强度平方、频率以及介质的损耗角正切成正比的。当需要热合时，可编程控制器发出指令使k1闭合，由ne555组成的定时板（由面板上的电位器调节热合时间）得电，k2闭合，同时接触器km闭合，使高压变压器得电，产生3000伏左右高压经整流后给电子管fu-501供电，产生自激振荡，在聚氯乙烯包装袋间产生30mhz左右的强磁场并使其迅速热合，当热合时间到后，k2断开，km也断开，完成一次热合。同时利用km的辅助触点反馈回可编程控制器，使k1触点断开，定时板失电，为下次热合作准备。2-2-3. 设备电气控制原理用plc控制使设备调试，维修方便，减少故障。手动和周期操作主要用于设备调试，维修。在手动时各个输出可独立运动；周期是指按下启动按钮后，一个循环动作结束就自动停止。包装机的自动循环过程是：热合头下热合热合时间到热合头返回料到后推料手推料进袋同时把夹料手夹住的已包好料推下料切刀切断夹料手和推料手返回下一循环。可以看出其过程是顺序动作过程，因此我们用具有顺序控制功能的步指令来编制程序，使程序清晰，易于调试和修改。2-3. 包装机工艺流程2-3-1. 包装机动作工艺流程（薄膜）2-3-2. 工艺流程（物料）2-4. dxdk70全自动包装继电器系统设计要求2-4-1. 主控制部分dxdk70控制系统由一台80点继电器输出西门子plc，4通道热电偶输入模块，4通道模拟量输出模块组成，单色人机界面，2台变频调速器控制系统组成。2-4-2. 辅助控制部分所有辅助电机运行必须在机器处于运转或运转暂停状态，由plc输出控制点机动作。辅助电机有：a. 放膜电机 m3（控制薄膜输送）b. 纠偏电机 m4（调整薄膜输送时出现的偏差，由纠偏传感器检测每n*包纠偏一次）。n*在人机界面上可调，纠偏时间可调。c. 量杯调整电机 m5（上下调整量杯位置，以控制包装物的中量）d. 搅拌电机 m6（调整料斗内物料的状态，以便于物料能很好的传送）e. 成品袋输送电机 m8（当成品包装出后，控制传送皮带）f. 吸尘电机 m9（负压吸尘）2-4-3. 电热控制机器由上横封电热，下横封电热，纵封电热，打印字头加热4路电热控制。由plc中4通道热电偶输入模块检测温度变化，设定温度和实测温度在人机界面上显示和调整。2-4-4. 输出部分的控制（1） 模拟量输出：机器共有两路模拟量输出控制，一路为控制牵引电机变频器az1（010v）；另一路控制充填电机变频器az2（010v）（2） 电机控制输出：控制辅助电机的输出（3） 电热控制输出：机器共有四路电热控制输出，分别为：上横封电热控制；下横封电热控制；纵封电热控制；打印电热控制（4） 气动电磁阀控制输出：电磁法的动作配合电机在要求动作位置完成，机器要求电磁发动作位置及动作时间在人机界面上可调。a. 牵引皮带闭合动作：当机器运转时牵引皮带闭合拉膜，当薄膜故障时，牵引皮带打开，以便操作人员处理故障。b. 横封器闭合动作（热封合包装袋的上下端口）c. 切刀动作（当横封器闭合时，切刀动作切断两个包装袋的连接部分）d. 纵封器动作（热封合包装袋的纵向开口）e. 放膜摆架动作（当薄膜从安装导辊传送后，放膜摆架气缸调节薄膜的输送速度及放膜电机的动作位置）f. 打印装置动作（当薄膜从涨紧导辊传送至打印包装袋字头打印位置后，打印动作气缸电磁阀，打印包装日期）g. 二次夹紧动作（减缓物料落下对刚封合的包装袋的冲击） 2-4-5. 输入部分的控制（1） 模拟量输入：机器的电热部分采用热电偶模拟量输入信号，分别为：上横封热电偶输入；下横封热电偶输入；纵封热电偶输入；日期打印热电偶输入（2） 机器的输入检测传感器包括：a. 料位检测sq11监控料斗内的物料情况，当料斗内物料低于料位检测时，延时（时间可随时调整），留出接口控制上料机b. 量杯调整检测sq12（当量杯调整电机运行时，监控量杯运转情况，当给出电机动作信号，但传感器未检测到时为故障）c. 横封器动作检测sq4（当横封器每动作一次，应有一个输入，以控制切刀动作）d. 放膜电机气动sq1（当sq1有输出时，放膜电机m3启动）e. 放膜电机停止sq2（当sq2有输出时，放膜电机m3停止）f. 无膜检测sq3（sq3有输出时，表示薄膜已用完或放膜摆架为调整到位。正确位置应为摆价水平时，sq3在中间位置，摆架向上至sq3边缘位置，但sq3仍亮，sq1应在反向刚亮位置；摆架向下至sq3边缘位置，sq3仍亮，sq2应在反向刚亮位置）g. 安全检测isq1，isq2，isq3（安装在各处防护门上）h. 纠偏限位 isq4、isq5（当纠偏位置向任意方向偏移过大时，位置限定检测）i. 量杯上、下限限位isq6、isq7（量杯调整位置限定检测）j. 打印检测isq10（打印色带检测）k. 色标检测b4（当机器使用薄膜色标定长时，用以检测薄膜色标）l. 纠偏检测b1（检测薄膜边缘，控制薄膜输送平行，当出现偏差时，发出信号，及时纠正） 2-4-6. 旋转编码器输入控制（角度控制）a. 袋长编码器b2（当机器不使用色标定长时，编码器检测长度，长度在人机界面上可调，同时编码器的运转角度在人机界面上可监控）b. 充填编码器b10（与袋长编码器配合，在人机界面上可调整角度，以达到调整落料与包装袋成型的时间） 2-4-7. 人机界面显示内容a. 运行画面：显示包装机设定速度、运行速度；包装产量；编码器的旋转状态；机器运转状态信息条。b. 主画面：设定包装机运转速度；设定包装袋长；色标修正量；封合与冷却时间比；包装数量（可以修改回零）光电检测色标范围百分比。c. 温度画面：上横封温度设定值与实测值；下横封温度设定值与实测值；纵封温度设定值与实测值；打印温度设定值与实测值；上横封补偿温度设定值；下横封补偿温度设定值；纵封补偿温度设定值。d. 时间设定画面：设定部分功能和配合角度和时间（当设定角度为0时，为取消该功能）；开闭器打开位置及时间；二次下料夹持位置及时间；吸尘启动位置及时间；送膜角度及时间；吹气角度及时间；（单膜设置）选择编码器定长0还是时间定长1；（带材料时为0）选择采用气冷0还是不用气冷1；（带材料时为0）选择采用开闭器0还是不用开闭器1；选择是否采用成品输送皮带；（采用0）e. 计时器画面：设置牵引薄膜滞后于横封器闭合动作的时间；设置报警铃响持续时间；传送带滞后停机时间比。f. 薄膜对中功能设定画面：设定n*包薄膜卷桶对中一次；设定薄膜对中持续时间。g. 横封器设定画面： 设定连包切断数量h. 充填设定画面：充填量杯定位高度；量杯旋转（编码器数值）*；量杯自动调整；充填停机位置*；包装机再启动位置*；无料包装滞后停机包数。* 当显示此信息条时，按动设定按钮充填电机应运行。* 充填停机位置与包装机再启动位置所设定角度，是相对于横封器闭合位置而定。包装机再启动位置应滞后于充填停机位置最少50i. 停止画面：设定是否有薄膜到终点检测功能；设定是否有光电、译码器检测功能；设定是否有料斗内物料检测功能；设定是否有打印袋检测功能；设定是否有纸箱装盒机检测功能*。* 工作时除纸箱装盒机为on外，其余为off。j. 语言转换画面： 将人机界面语言设置为中英文可转换。中文为1，英文为0。k. 在所有画面中必须有：横封器控制按钮；色标检测控制按钮；牵引皮带控制按钮；充填电机通断控制按钮；机器运行信息条。l. 信息条显示内容：00 机器正在运行01 气压低03 无包装材料04 横封器无法闭合05 测量袋长故障06 色标定位故障09 无打印色带13 检测金属物（未设置，作为扩展功能）14 暂停（机器只有在暂停状态时，辅助功能控制才能起作俑，人机界面上的参数才能修改）15 缺少物料停机16 外接设备停机（未设置，作为扩展功能）19 包装机停机24 薄膜牵引电机m1过热28 24伏电压及电机过载44 薄膜牵引电机驱动异常47 未关上安全防护罩48 薄膜牵引电机过载57 电气柜内温度过高68 充填驱动系统故障69 薄膜对中的限位开关73 24伏电压或热过载74 量杯充填电机故障2-4-8. 控制按钮的设置：a. 电气柜侧面（即机器操作人员所在方向）应有控制按钮7个，分别为：机器停止（红色蘑菇头自锁按钮）机器运行（绿色按钮）暂停（转换开关1通）参数设定（钥匙开关）量杯调整开关（转换开关2通）搅拌电机开关（转换开关1通）吸尘电机开关（转换开关1通）b. 人机界面上的按钮：在界面的任一画面上都有：横封器控制（打开时为横封器动作，闭合时横封器打开）光电控制（打开时光电有效，闭合时光电无效）牵引皮带控制（打开时牵引皮带动作，闭合时牵引皮带打开）人机界面上的按钮： 横封器控制按钮 光电控制按钮 牵引皮带动作控制按键 牵引皮带旋转控制按键 纠偏电机左移按键 纠偏电机右移按键 参数选项按键（上移，下移） 参数修改按键（增加，减少）确认按键2-4-9. 国产化电气柜与外部接口： 国产化后电气柜与外部接线按照原进口机接线方式：所有检测开关选型为dc24v pnp常开型，旋转编码器选择dc12v增量型编码器，气动电磁阀选择dc24v控制电压电热管：横封电热为ac15v，150w两根串联，控制电压为ac50v纵封电热为ac24v，400w一根，控制电压为ac24v打印电热为ac24v，150w一根，控制电压为ac50v电机：牵引电机m1变频器控制3相220v 750w充填电机m2变频器控制3相 220v 250w放膜电机m3接触器控制3相 380v 180w纠偏电机m4接触器控制3相 380v 180w量杯调整电机m5接触器控制3相 380v 180w搅拌电机m6接触器控制3相 380v 550w电气柜风扇继电器控制单相 220v 20w成品输送带电机 m9接触器控制3相 380v 180w吸尘电机 m10接触器控制3相 380v 250w静电消除器继电器控制单相 220v2-4-10. 电气元件的选型 电气元件选型必须遵从性能可靠，外观漂亮，物美价廉的原则。保证机器性能，防腐蚀。2-4-11. dxdk70全自动包装机电气系统国产化设计原则 dxdk70全自动包装机电气系统国产化后要求与原进口机器在外部操作上一样，机器性能应与原机器相符。并预留可扩展功能的空间。第三章 包装机热封及其调整3-1热封装置塑料薄膜及其复合材料是自动制袋包装机中最常见的包装材料，特别是多层复合薄膜，因其气密性良好以及高强度而广泛应用于食品包装中。塑料薄膜的封口采用热融封合的方法，具体操作是：对塑料薄膜的两个接触面加热，使其处于熔融的热塑化状态，再给封接部位施压，使薄膜两个封接面融合密封牢固。影响封口质量的因素主要是加热温度，封合压力和作用时间。热融封合的方法有多种形式，最常见的是电阻加热法和脉冲加热法，另外还有高频电加热封合，超声波加热封合，电磁加热封合和红外线加热封合等。每种方法均适用于一定品种范围的塑料材料。在自动制袋装填包装机中，广泛应用电阻加热的热融封合方法，因其具有结构简单，控制方便的特点。而且，用于食品包装的薄膜主要是聚乙烯及其复合材料居多，也就是说主要以聚乙烯为热封合材料，因此用电阻加热封合法是完全能满足要求的。连接式自动制袋装填包装机中有两个封合装置：纵封装置和横封装置，分别实现包装袋的纵缝封接和横向封合切断。它们均采用电阻加热封合方法，以下分别详述各个结构。3-1-1滚轮纵封装置在连续式自动制袋装填包装机中，由于薄膜连续输送，因此其纵缝封接是连接进行的。为此采用一对滚轮式电阻加热的热融封接器来实现连续纵封。在此，热融封接滚轮不仅完成包装薄膜制袋的纵向热封，同时还起到对包装薄膜的牵引输送作用。也就是说，牵引和纵封是同时进行的，牵引滚轮同时也是纵封滚轮。如图3-1所示是纵封牵引滚轮的结构。图3-1 纵封装置1-安装板 2-座套 3，4-纵封滚轮 5-发热元件 6-支架 7-锁母 8-封板 9-调节套筒10-调节螺杆 11-圆螺母 12-小弹簧 13-大弹簧 14-可调轴承座 15，16-纵封轴17-支承座 18-调心球轴承 19，20，21-齿轮如图示，纵封装置主要由一对滚轮3和4组成，滚轮的外圆周表面紧密压合，压合力来自弹簧力的作用。纵封滚轮3和4分别安装在轴15和16的左端，由螺母固定，使滚轮可随轴转动。轴15的两端轴承固定安装；而轴16的左边轴承座14可滑动其右边的固定轴承座装置一个调心球轴承，因此轴承座14可在安装板1的滑槽内作滑动微调。由于受弹簧力的作用，可调轴承座14受压内移，使滚轮3和4紧密压合。两滚轮间的压力可以调整，当拧紧调节套筒9时，弹簧12和13压缩，使压力增大，放松调节套筒则压力减小。圆螺母11用来锁紧调节套筒。两个纵封滚轮的圆筒内均装有加热器，加热器由发热元件5和支架6组成。发热元件一般采用电阻发热线圈，绕装在支架上，再通过支架安装在轴承座或安装板上。当纵封滚轮随轴旋转时，加热器固定不动，持续的对滚轮的圆筒壁均匀加热。加热温度通过测温器测量，并由温控表控制其变化范围。纵封滚轮的动力来自齿轮21，由传动机构带动齿轮21旋转，并通过相互啮合的齿轮20和19同时驱动轴15和16，使纵封滚轮实现相对旋转。在纵封滚轮的封合圆柱面上都加工有均匀细密的网纹，以增加封口的牢固度，使热封缝美观而且质量保证。另外，由于纵封滚轮在工作中长时间处于加热状态，并作连续相对滚压运动，因此需要有较好的综合力学性能。在实际生产中可采用合金结构钢加工，如40cr等钢材制造。3-1-2横封装置横封装置用于复合薄膜包装袋的横向热融封合，在热封的同时起到分切包装袋的作用。当然，有些包装机设有独立的分切装置，但采用横封同时分切的方式是连续式自动制袋装填机的共同趋势。因为横封切断合二为一不但简化了传动机构，而且对有色标薄膜带的分切更准确，封切质量更高，生产效率更高。图3-2是横封装置的结构，图中的一切横封辊1和2都具有两个封合面，对称布置，相对旋转一周则可封切两次，完成两袋包装。图3-2 横封装置1，2-横封辊 3-滑动轴承座 4-圆螺母 5-调节套筒 6-调节螺杆 7-封板 8-小弹簧9-大弹簧 10-齿轮 11-双联链轮 12-轴承 13，14-双联齿轮 15-小轴 16-安装板17-轴瓦套 18-滑套轴承 19-电刷环 20-支承座 21-电热管 .横封辊1的两端装有滑套轴承18，通过轴瓦套17固定在支承座20和安装板16上。横封辊2两端的滑套轴承装配在滑动轴承座3上，左右两个滑动轴承座可以在支承座20和安装板16的滑槽内移动。受弹簧力的作用，横封辊2向横封辊1压合，两辊的左右圆环部分的周围面保持紧密接触。两辊压合力可以调节，当旋紧调节套筒5时，弹簧8和9的压缩，使压力增大，放松调节套筒则压力减小。圆螺母4用来锁紧调节套筒。动力由双联链轮11输入，经中间双联齿轮14带动横封双联齿轮13，然后由相互啮合的齿轮驱动两个横封辊作相对回转，实现封切。横封辊的发热源来自电热管21。电热管从横封辊的轴端穿入，其穿入长度应比横封辊的封切面稍长，以确保封切面受热均匀。由于在运行过程中电热管随横封辊一起旋转，因此需要在横封辊轴端装配电刷环19，通过电刷导入电源。横封辊的温度，通过测温头测定，再由温控表调节，测温头可装配在滑动轴承座3或轴瓦套17上。横封辊的结构有两种形式，分别是整体加工式和装配式。整体加工式的横封辊是将回转轴和热封板加工成一体，如图3-3所示。由图示可见，切刀3和刀板2分别装嵌在两辊的槽隙内，由螺钉固定。图3-3 整体加工式横封辊结构1，4-辊体 2-刀板 3-切刀 5-电热管装配式的横封辊则将回转轴和热封板分别加工，然后再固装在一起，如图3-4所示。图示横封辊只有一个封切面，也就是每转一周封切一袋。热封板2和6分别安装在回转轴1和8上，由螺钉固定。热封板内装配有电热管3，其热封面中间槽隙内装嵌有刀板4和切刀5，由螺钉固定。调节螺杆7的作用是调整切刀5突出的高度，当放松螺母9以及切刀紧定螺钉时，旋转调节螺杆7，可以顶动切刀，调整其突出高度，使其与刀板紧密配合，以便顺利切断薄膜。调整结束后应再锁紧螺母和螺钉。图3-4 装配式横封辊结构1，8-回转轴 2，6-热封板 3-电热管 4-刀板 5-切刀 7-调节螺杆 9-螺母横封辊的封合面同样加工有花纹，样式与纵封辊一致。至于完成分切动作的刀具，加工及材料有一定要求。一般情况下，带刃口的刀具可用t8a材料加工，刀口热处理hrc5560；而平面刀板可用45号钢加工，不处理。整体加工式的横封辊，一般结构尺寸较小，适合小袋装的包装机。而装配式的横封辊主要应用于较大包装的机型。3-2封合调整 对于连续式自动制袋装填包装机，纵封滚轮以一定值的速度运转，使纵封连续地进行。因此，包装薄膜通过纵封牵引后被连续送进横封装置。由以上分析可知，横封辊在回转一周的过程中，并非如纵封一样每时每刻保持压合热封状态，它只有在封合面对接的时候才进行热封分切。在横封辊对接的瞬间，进行的包装薄膜被压合，此时，必须保证横封辊封合面的线速与薄膜进行速度一致，既横封线速度uh应等于纵封牵引线速uz，只有如此，才能保证封切质量。否则，当uhuz时，会导致薄膜拉伸撕裂；而当uhuz时，会导致薄膜出现皱折。假设纵封牵引速度uz保证在一个封切周期t内内送进一个袋长l，而横封辊以uh均速旋转，并且一周封切两次，于是有 l r vz = = = vh t t式中r为横封辊最大回转半径。由此可见，要生产不同规格的袋长l，横封辊必须要有不同的半径r与之对应，这样的设计是非常不合算也不合理的。为此，在设计中，应使横封辊r不变，采用一个不等速结构，使横封辊在周期t 内作不等速回转，以适应不同袋长的生产，从而使机器的通用性更好。借助于不等速结构，在热封切瞬时，使横封辊对滚的线速与薄膜进行速度达到一致。在完成封切后又迅速退离，让包装物料顺利通过，以免干涉。因此，可保证封切质量和包装工作的顺利进行。要实现横封不等速回转运行，所采用的机构有多种，如偏心链轮机构、转动导杆机构、双曲柄机构、变速链轮机构、椭圆齿轮机构等。在实际生产制造中，根据运行特征，考虑其结构特点及制造工艺等，主要采用偏心链轮结构、转动导杆机构和双曲柄机构三种形式。这些不等速机构的运行特征均符合横封要求，调整方便，能适应不同的包装工作速度和不同袋长，而且结构简单紧凑，制造方便。以下对前两种机构加以详述。 1 偏心链轮不等速机构这是一种结构简单的不等速机构，如图3-5所示。主动轴6上加工有内螺纹，它与调节螺杆4旋合。螺杆的轴向位置由定位环5和旋钮9固定在偏心调整架3上，而偏心调整架3又通过螺钉固定在偏心链轮7上。图示状态，偏心链轮的中心与主动轴中心重叠，即不存在偏心运动。当旋动调节螺杆4时，可控制偏心链轮沿螺杆轴向移动，因此可以改变偏心链轮的中心与主动轴中心之间的距离，形成一个偏心状态。至于偏心距的大小，应根据加工袋长来调节，图示刻度盘数字为袋长尺寸。图3-5 偏心链轮机构1，从动链轮 2，链条 3，偏心调整架 4，调节螺杆 5，定位环 6，主动轴 7，偏心链轮 8，制度盘 9，旋钮 10，轴承座 11，机体 12，弹簧 13，摇板 14，摇板座 15，张紧轮当主动轴等速回转时，将带动偏心链轮等角速回转。由于偏心的作用，使得通过链条带动的从动链轮1的转速发生周期性的变化。当偏心距增加或减小时，将可改变周期中转速快慢之间的差值。从动链轮1通过齿轮传动带动横封辊旋转，由于其转速周期性变化，因此，可以设计成：当横封辊在热封切时获得与送膜相等的速度，在热封切后则快速分离。机构中设置有张紧轮15，通过摇板13和弹簧12保持链条的张紧。3-6 偏心链轮传动示意图图3-6是偏心链轮不等速机构的传动示意图。令主动链轮和从动链轮的节圆半径均为r，两轮回转的中心距为d，主动链轮的偏心距为e，为主动链轮的转角。主动链轮以等角速1均匀旋转，则从动链轮的角速度2颗通过下式计算（推导从略）：2 =1（1+edsin/re2+d2-2edcos） (3-1)对式（3-1）求极值可得2max =1(1+e/r) 即 imax = 1+e/r2min =1(1-e/r) 即 imin = 1-e/r因此变速范围rn为rn = imax/imin = (1+e/r)/(1-e/r) = (r+e)/(r-e) (3-2)（3-2）式表明，变速范围决定于偏心距e和链轮节圆半径r，而与链轮中心距d无关。当r一定时，调整e即可获得不同的变速范围。如不断调整e值，可得到图3-7所示的曲线图。由图可见，调整偏心距e，当其值由大到小变化时，所反映的特性曲线越来越平坦，直到e=0变成匀角速1为止。随着e值的变小，速度极限角1和2分别向/2和3/2趋近，直到e=0时，1=/2，而2=3/2。只要横封辊在1角度位置处进行封切动作，则可满足包装工艺要求。3-8 -曲线图由于e值的改变，使得在切封位置1处的2发生变化，而2的变化正好适应不同袋长l的变化。具体推导如下：薄膜运动的限速v为v = lq/60式中v为薄膜运行线速（mm/s），l为薄膜袋的袋长（mm），q为包装机生产率（袋/min）。而横封辊切封的瞬间角速为 = v/r = i 2式中r为横封辊最大回转半径（mm），i为由从动链轮到横封辊的传动比（定植）。以带两个封合面的横封辊为例，当从动链轮转一周时，横封辊应转半周，即封切一次，此时i = 1/2。因此可得2 = 2v/r所以：2 = lq/30r上式所示正是同一生产率下不同袋长l所要求的输出角速度2。在结合图3-8分析，可见在封切位置1处，e值由最大值变到最小值时，2亦由最大值变到最小值。而随着2的变化，袋长l同样由最大值变到最小值。因此，袋长l可以通过改变e值大小来适应。若将e值用袋长量标刻在偏心连轮半径上，就能直观地进行调解。为了合理设计机械结构，在偏心链轮上采取偏心值e的调整方法。这样当e=0时，不等速机构的输出角速度刚好能满足不同袋长规格中薄膜袋的中间长度的调整要求。偏心链轮随着转角的变化，其输出的角速度2在发生有规律的变化。如果在调整偏心距e时，主从两链轮处于任意啮合位置，显然不能满足工艺要求。正确的方法应在横封辊处于封切位置，即偏心链轮处于极限角1处时进行调整。在装配和调整不等速机构时，可遵循以下方法：（1） 首先把偏心链轮调解再e=0处，即链轮中心和主轴中心重合。转动偏心链轮，使其偏心线（即调节螺杆轴线）垂直于两链轮的中心连线，同时使最小袋长值得一边靠近链条主动边。（2） 确保横封辊正处于热合状态，即封切刀相互接合状态。（3） 配上链条，完成安装。（4） 按要求调节偏心值e到需要的袋长值，如此即可启动机器工作。偏心链轮不等速机构的优点在于结构简单，精度要求较低，使用调整方便。但其调速范围因为取决于链轮偏心值e，因此受到结构的限制。而且e值则链条张紧轮摆动范围大，其张力波动大，对运动不利。另外，此结构不适于高速运动和可逆传动，速度越高，链条跳动越厉害。2 转动导杆不等速机构如图3-9所示是转动导杆不等速机构结构简图。主动链轮8和导杆7紧固在轴承座上，而从动链轮4和曲柄5连接在一起。动力由主动链轮8输入，使导杆7以匀角速转动，通过其长槽带动滑轮6使曲柄5转动。由于曲柄5和导杆7轴心线偏置，因此使从动链轮4输出周期性的变角速运动。当旋动调节螺杆2时，可令曲柄轴3上下移动，从而改变曲柄轴3和导杆轴9之间中心线的偏移量。在调节前，应先松开锁紧螺母1，调整完毕再重新固紧。图3-9 转动导杆不等速机构1，锁紧螺母 2，调节螺杆 3，曲柄轴 4，从动链轮 5，曲柄 6，滑轮 7，导杆 8，主动链轮 9，导杆轴图3-10所示是转动导杆机构的传动原理图。设导杆以匀角速1旋转，而曲柄输出角速为2，令曲柄回转半径位r，导杆和曲柄回转轴心线偏移量为x, 为导杆的转角，r为曲柄的传动角。因此传动比i可由下式求得:i=2/1=1-xcos/r1-x2sin2/r2 （3-3）当=00时，imin=1-x/r当=1800时，imin=1+x/r于是变速范围rn为：rn=imax/imin=(r+x)/(r-x)可见变速范围取决于偏心距x。由（3-3）式可以作出曲柄工作的特性曲线，如图3-10所示。图示是不同x值时i与导杆转角 之间的关系曲线。由特性曲线可看出，改变偏心距x可得到大范围的速度变化。在 = 0 时，imin =1-(x/r),即imin随x线性变化。当x从r均匀变化到-r时，可以使传动比在02范围内均匀的变化，这样就可以方便的进行调整，以便适应不同加工速度的要求。图3-10 i-关系曲线在 =180 处，曲柄传动角=900，而2又达到最大值（1+x/r），因此适宜在此附近作快速完成封切动作的位置。另外，因为导杆转角由9002700间隔内运转比较平稳，因此适合于速度较高的传动，工作速度可达到300r/min左右。因为在封切位置确定即工作相位角固定时，每一个偏距x值对应输出一个2，而2的变化正可以适应不同袋长的变化。可见袋长l可以通过改变x值来适应。同样，把袋长l的量值标刻在导杆机构中调节螺杆的轴向位置，则可以直观地进行调整。第四章 包装机温度控制设计4-1.pid概述pid是比例，微分，积分的缩写。比例调节作用：是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。积分调节作用：是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数ti，ti越小，积分作用就越强。反之ti大则积分作用弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合，组成pi调节器或pid调节器。微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。因此，可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下，可以减少超调，减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强的加微分调节，对系统抗干扰不利。此外，微分反应的是变化率，而当输入没有变化时，微分作用输出为零。微分作用不能单独使用，需