小型红薯粉打捆机的设计论文

小型红薯粉打捆机的设计(湖南农业大学东方科技学院,长沙 410128)摘 要: 由于我国绿色环保食品行业的迅速发展,食品机械越来越受到人们的关注,捆扎包装机械对食品销售、储藏、运输显得尤为重要。本文在相关捆扎机械理论的基础上，运用一般常用机械的传动控制系统，对红薯粉丝进行单带式捆扎，其机械原理设计分为四个部分：送带、收带机构的设计；红薯粉丝间歇步进输送机构的设计；压带、热合、剪切凸轮机构的设计；捆扎带引导槽机构的设计。应用现代ADA 、 进行运动分 得 凸轮 ， 现对红薯粉丝的捆扎 。关键词：捆扎；间歇；凸轮；引导槽； Design of A Small Sweet Potato Powder Binding Machine(Orient Science & Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract: Due to the rapid development of Chinas green food industry, food machinery draws more and more peoples attention, package tying machine attaches much importance on food sale, storage, and transport. This article is on the basis of package tying, makes use of common mechanical drive control system, straps sweet potato starch noodles with one band, the principle of its mechanical design is divided into four parts: the design of the system of carousel and machine reel, sweet potato starch noodles intermission step conveyor, the cam mechanism for pressure, thermal sealing, shearing and bind guiding trough. It applied by modern modeling and simulation ADAMS, VB sports analysis cam parameters, therefore realized the package of sweet potato starch noodles.Key Words: Tying； Intermission； Cam； Bind guiding trough； Modeling and Simulation1 前言在 的 ，包装 业迅速 。人 进行包装 动的 ，到人 currency1“，包装 上fi为行业的fl间 长。尤其 为现代包装行业，在 业 ， 本” 、 、机械、currency1 、 发现代科技应用于 发品包装，20 0代 的。现代包装 业的 ， 个 1 。 ， 现代品 速发展，大 现于 的一切品， 要fl的包装 2 。 现代包装 业 本”品 的 速相应发展，我国的现代包装 业，进 20 0代 ， 的 、 ，于80代“ 迅速发展。由于 步 、基础 ， 技人 理人 乏， 大大落于 先进水平。目前，在我国的包装 业 ，包装机械一个 环节。已用的包装机械，无论在 上、品种上 少。包装机械的currency1满足了包装 业的日益增长的 求。包装 业的发展， 推动包装机械的更快的发展。进 WTO，我国的包装 业面临 更严峻的挑战，大力研制包装机械fi了1目前迫切的任务。现代各行各业发展 迅速，国家支持的西部大 发取得了一些进展， 要包装美观、 用，又要快速、 。捆扎机械在飞速发展，捆扎范围增大，动在断提 ，由人 打捆向机械动迈进 逐渐替代人 劳动力。捆扎机械在国民currency1 的用途：1、保护功。它包装 捆紧，扎牢 压缩，增加外包装强，减少散包装 造fi的损失。2、方便。它提 装卸效率，节省运输fl间、空间fi本。3、便于销售、美观、顾客易携带。2 关于红薯粉打捆机的研制开发的可行性报告2.1 红薯粉打捆机的目的和意义近 个来, currency1 流通日益社会、现代,品的包装正崭的面貌 ,受到人们普遍重视。现代包装的基本含”：对批 的品,选用某种 保护性、装饰性的包装材料或包装容器, 借助 的技手段 施包装 业,达到规定的 质 ,fl设法 善外部结构,降低包装fi本,从而在流通直消费的 个 容易储存搬运,防止品破损 质, 环 ,便于 应用 收 料, 引力, 销 ,断 进 大 currency1 1 。 2.2 国内外的红薯粉打捆机的研究现状无论在国 或国外,包装 已 到各行各业,面 大,对人民currency1 、国 易国防 设带来 的 ,在现代currency1 现了 的 : 包装 售的品 得越来越少了,而 包装上的失 会 的品得到fi功的销售 18 。 而 ,在来, 现代的包装 品的currency1销售 先进的 业 科学技的合发展, 现 水平的现代包装。 ,一些科学技发达的国家,在食品、currency1、“ 、 、 、fifl器 业部 ,已 fi了由原料理、 间加 品包装大基本环节 fi的包装 动的currency1 , 的包装材料加 、包装容器fi 包装fi品储存系统系 来fi 效率的流水 业。大 ” fi, 现包装的机械动,尤其 现 性(或 性)的动包装, 现了现代currency1的发展方向,fl得大的 效益5。3 捆扎带材料的选择人们 用捆扎带 来捆扎，装 。 代，各种合fi材料捆扎带相 现。捆扎带的材料分为：捆扎带、 料捆扎带、 捆扎带、 捆扎带、加强捆扎带、人造丝捆扎带。上常用捆扎带 ： 料 、发 、 收缩 、 带。表 1 捆扎带材料性能对比表Table 1 Banding belt material performance contrast table捆扎材料 断 强0.50.02 力的 范围 力 长 率热性 性 理的 易2或130.5mm 大 低目前，国外常用的捆扎材料 、 、 PETP PA 四种。国，常用的 带 带 种，由于 fi本低，来 ，捆扎美观牢， 逐渐fi为国 一种要的捆扎材料。fi1 四种直 捆扎带包装性的捆扎材料的 性。在 捆扎带 ， 料捆扎带的应用、 。在 料带由于 带 fi本低、机械通用性 、带 色 、 收水分消费 便于断 ，对于 重的 ，目前国 外 用 带进行捆扎。，本设计选 带 为捆扎机的捆扎带， PP带。4 小型红薯粉打捆机的机械原理方案设计4.1 机械总体方案设计为了便于运输、包装、销售，红薯粉打捆机的 对定 ，定长的红薯粉进行捆扎，其要包括1图 示部分。图1 小型红薯粉打捆机结构框图3Fig1 Small sweet potato powder binding machine structure diagram4.1.1 打捆机压带、热合、剪切机构压带、热合。剪切机构红薯粉打捆机机械设 比较重要的一个机构，它要完fi对送 的红薯粉丝进行压紧捆扎、热合捆扎 对捆扎带的剪切 。4.1.2 送带、收带机构送带机构把定长的捆扎带送到预定的位置，便于压带、热合、剪切的进行。收带机构 压带机构压紧捆扎带，收带轮 ，捆扎带捆紧红薯粉丝。4.1.3 传送运输带部分部分 间歇的进行，把红薯粉丝传送到捆扎 台， ，捆扎机构对红薯粉丝捆扎，从而完fi对粉丝的捆扎 。根据结构框图 机械 要求完fi的动 ，“定红薯粉打捆机的设计方案结构图2 示：1.二级圆柱齿轮减速器 2.槽轮机构 3.传输带 4.锥齿轮 5.收带摩擦轮 6.送带摩擦轮7.压带凸轮 8.剪切凸轮 9.热合片凸轮 10.热合凸轮 11.链轮 12.轴器 13.机14.V带轮图2 小型红薯粉打捆机传动方案简图Fig2 Small sweet potato powder binding machine transmission scheme diagram44.2 间歇传送运输机构方案红薯粉要进行捆扎 切断， 须要 传送带送 红薯粉到打捆 台面。 而，传送运输 送 而捆扎 要一定的fl间， 要求传送带够进行间歇 ，来达到捆扎的目的。间歇运动机构的式众，根据其要 性分fi 大 ，步进运动间歇机构 瞬fl停歇 性或停歇区的间歇运动机构。根据常用的间歇机构 ：棘轮机构、槽轮机构、完全齿轮机构、凸轮机构，考虑到槽轮机构一种应用 的转位分机构，在 位动机械 常用到，价格低廉，合低速 合的 ，故选用槽轮机构进行运输带的步进间歇运动。4.3 送带、收带机构方案分 送带机构的任务目的为红薯粉丝进 捆扎 台面，捆扎带送 带道，捆扎送到位，压带凸轮压带压紧，进 收带动 ，红薯粉丝捆扎紧。而，要解决其 送带、收带 现的堵带、送带到位、带头 压紧而收带、捆扎带用完一系问题，对于堵带现 通 带道的设计来减 一现 现的机率；捆扎带传送到位捆扎带收紧问题则通 送带轮定 的运动fl间来控制，通 凸轮机构来 现。送带、收带机构图 示。51.卷带 2.转向轮 3.收带轮 4.紧带轮 5.从动轮图3 送带、收带机构简图Fig3 Send With Winding mechanism diagram上图 捆扎带 压紧轮 送带轮贴合把捆扎送 带道，到达指定位置，待凸轮压带机构压紧捆扎带，1压紧轮松 退 ，2压紧轮压紧收带轮进行收带。4.4 压带、热合、剪切机构方案压带、热合、剪切要由凸轮机构来完fi，动 ，要求， 而传动机构会比较 杂。要的动 压带头、热合片的 加热收 热合片、剪切捆扎带四个， 四个执行动 均在一直上，考虑到空间安排，故四个凸轮 在一个轴上，通 凸轮的相位角来确定动 的先。在捆扎带送到位对捆扎带带头压紧，捆扎带收紧完fi捆扎带热合、压紧、剪断一系的动 ，对于凸轮的结构给 方案，由机械传动机构的方案得知，凸轮轴上 四个动 ，第一步为压带凸轮压紧到位的捆扎带，便于收带轮进行收带动 ；第二步为 捆扎带收紧送加热片凸轮到位，加热片 带间对捆扎带进行加热；第步为 加热完毕够加热片收 热合压头压紧凸轮到位对捆扎带进行热合；第四步热合完毕，剪断凸轮到们，剪断捆扎带，红薯粉丝捆扎完毕，压头退 ，进行下一个循环步骤，图4各凸轮布局方案。图4 凸轮布局图Fig4 Cam layouts由于推杆凸轮触为滚动摩擦，易磨损，传递较大的动力，故凸轮机构 用的滚 推杆，其带头压紧凸轮设计图5 示。6凸轮转动滚 推杆在竖直方向上升下降推杆压块刚性 从而压块发currency1一致的动 。捆扎带送到位，带头位于压带块的上方，凸轮转到大离心距fl， 压块上升到 致其压紧带头。压块 捆扎带通道，捆扎带 带穿 压块，在推杆下方的弹簧推杆凸轮 fl紧密触保证定位 确。. 图5 压带凸轮机构 图6 剪切凸轮机构Fig5 Pressure zone cam mechanism Fig6 Cut cam mechanism图6为剪切凸轮机构的设计方案， 机构的任务 捆扎带 热合压紧对捆扎带进行剪切，便于捆扎完毕的粉丝的取 ，从而进行下一个 循环。其设计的部分压带头的凸轮设计相似。由于要考虑到捆扎带通 又要对捆扎带进行剪断，故在通道口上加了楔 置切断刀片， 剪断凸轮到位，剪断块 下移，由相对运动捆扎带切断。图7 热合片凸轮机构 图8 热合压紧凸轮机构Fig7 Thermal sealing film cam mechanism Fig8 Thermal sealing pressure cam mechanism 热合片的运动方向 凸轮一致， 热合片凸轮机构图7 示，其要任务为： 收带轮完fi收紧任务，通 凸轮的转动带动水平滑块在另一个平面上移动，从而热合片 到 捆扎带间进行加热，完fi对捆扎带的加热 ， 延fl的fl7间到达热合fl，凸轮机构 次转动热合片从捆扎带 退 ，便于面的热合压紧动 ，避免热合片压在捆扎带间。热合压紧机构比较单，其凸轮机构图8 示。热合压紧凸轮热合片完fi对捆扎带的热合达到粘合的温，热合片收 ，凸轮马上到位，热合压头压紧捆扎带，捆扎带粘合而紧密的触在一 热合。 凸轮机构设置捆扎带的带道， 为 机构的动 在剪断凸轮机构的面，设置带道， 收带凸轮完fi收带收紧 ，热合片进 热合片下面捆扎带间会 阻隔，无法对下面的捆扎带加热，从而热合无法达到理 的效，或无法完fi对捆扎带的热合理。4.5 导向槽的设计方案由于捆扎带 要围绕红薯粉丝一周，到达指定位置， 进行压紧、热合、剪切动，为达到对捆扎带动 的 确性，故 要设计专 的导向槽，得捆扎带预定的轨道运动， 设计为 字导向槽机构， 于送带动 fl，捆扎带会沿导向槽前进，到达指定位置，第一压头压带，收带轮动 ，由于收紧力的 用，弹 挡板，从而达到送带到位，收紧 确的目的。图9为导向槽传动原理图。图9 导向槽机构Fig9 Guide channel institutions5 电机的选择业上一般选用Y系相交流异步动机，而对红薯粉打捆机来，载荷比较稳定，故选Y笼相异步动机。查料得打捆机 要的功率0.8kW，故取打捆机功率为PW=0.8kW.传动装置的总效率为(1)机械设计课设计fi2-2确定各部分的效率为：83765242332281 =V带的传动效率为；滚动轴承每一对 效率为；圆柱齿轮传动效率为；卷筒轴滑动轴承效率为 ；圆锥齿轮的传动效率为 ；平摩擦轮传动效率为；滚 链传动效率为；齿式轴器的传动效率为。则：由式 (2) 载荷平稳，动机的 定功率大于 ，由机械设计课设计手 6fi12-1选 Y90L-4动机， 定功率为1.5kW。一般选用步转速为1000r/min或1500r/min的动机 为原动机。通常V带传动常用传动比范围；二级圆柱齿轮传动比范围在；链传动常用的传动比则动机转速选范围为：合 一步转速的范围 1000 ,1 00 , 000 ,根据前 选用996.01 = 992 9734 945 896785859.096.089.094.096.097.099.099.096.0 32232=kWPP wd 365.15859.08.0 = edPd421 =i 4082 =i 63 imin960032010)4064822(n 321 riiinwd = 000 步转速动机，则齿轮的传动比较大，机构 大，1000 、1 00 的动机，从其重 、价格 传动比考虑，选 0 4动机，动机的要性 、 fi2表2 电动机主要性能参数、尺寸2 动机 定功率 机满载转速 轴 动转 定转大转 定转0 4 1. 1400 24 2. 2. 6 传动装置的总传动比及分配各级传动比6.1 传动装置的总传动比由前面的计得输送机卷筒的转速，则总传动比为( ) 6.2 分配各级传动比根据fi1 8推传动比范围，选取圆锥齿轮传动比，V带的传动的传动比 ，链传动的传动比为；则二级圆柱直齿轮减速器的传动比为：对于展 式二级圆柱直齿轮减速器，在 级齿轮材质 齿系 近的 下，10min10n rw =140101400 = wm nni总1i =锥 3=v 3链( ) 556.1533140i = 链总减 iii v 级齿轮的传动比下式分(4) ( )计分得，计传动装置的运动 动力 0轴currency1currency1动机轴 1轴currency1currency1 速轴 2轴currency1currency1 速轴 11减 ii 5.13.1减低 iii =714.4= i 3.3=低ikWPP d 365.10 =min14000 rnn m =mNnPT = 314.91400365.195509550000kwPP 3104.196.0365.1101 = min67.466101 rinn =mNnPT = 816.2667.4663104.195509550111kwPP 258.197.099.03104.13212 = minr99714.4 67.46612 =innmNnPT = 35.1219550222 轴currency1currency1低速轴 4轴currency1currency1传动长轴 轴currency1currency1槽轮轴 轴currency1currency1凸轮轴 12minr303.39923 =低innmNnPT = 56.3849550333kwPP 196.199.0208.1834 = minr3034 = nnmNnPT = 45.3969550444kwPP 148.196.0196.1745 = minr1033045 =链innmNnPT = 42.10969550554kwPP 148.196.0196.1746 = minr1033036 =链innmNnPT = 42.10969550666 轴currency1currency1摩擦轴 计的运动 动力 于下fi 表3 轴的运动参数表Table3 Axis of motion parameters“ 0轴 1轴 2轴 轴 4轴 轴 轴 轴功率 1. 1. 104 1.2 8 1.208 1.1 1.148 1.148 1.0 转速( 1)1400 4. 0 0 10 1 0转( ). 14 2.81 121. 84. .4 10 .42 10 .42 4 . 传动比 4. 14 . 效率fi0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 4 0. 7 设计计算7.1 V带传动的设计计算传递功率,动轮转速 ,减速比，传动比fl 于3%，每 8fl。13kwPP 079.194.096.0196.15747 = minr30113037 =锥链 iinnmNnPT = 56.3439550777kWP 365.1= min14000 rn = 3=i7.1.1 确定计算功率由 考文 fi8 查得 ，故()7.1.2 确定V带的截型根据 查 考文7图8-10确定选用Z。7.1.3 确定带轮基准直径(1)由 考文 fi8 8 8查得取带轮的基 直 .(2)带速 ,式( )为，故带速合。( )计大带轮的基 直，由式(8)根据 考文 fi8 8，圆 为。(4) 传动比为 141.1=AkkWPkP Aca 5015.1365.11.1 =caP0nmmdd 711 =smndv d 2.5100060 140071100060 1 = pipismvsm 305 mmdid dd 21371312 =mmdd 2102 =96.271210 =i%33.1%1003 96.23 = i传动比fl 为 ，故满足要求。7.1.4 确定带长及中心距(1)根据 考文 ,由式 ( )得 ，“定 心距为 (2)由计式 考文 式8 22 得：(10)由fi8 2选带的基 长(4)计 心距，由式 考文 式8 2 得：(11)7.1.5 验算包角由计式 考文 (8 2 )式得：15%3( ) ( ) NFZFp 867.4792sin2 1min0min= 7.1.8 计算压轴 压轴力的为 (1) 7.1.9 V带轮结构的设计结构 图 。7.2 轮的设计计算传递的功率，齿轮转速，传动比，传动比fl 于4”， 10，每 8fl。7.2.1 级、材料及 数 由于速 ，故选用 级 100 88 。由fi10 1选 锥齿轮材料为4 质 ， 为240 。选锥齿轮齿 24,圆锥角。7.2.2 设计由 考文 式10 2 (1 )(1)确定式 的各计 ，选。计齿轮传递的转， 17( ) ( ) NFZFp 867.4792sin2 1min0min= kWP 196.1= min301 rn 1=io4521 = ( )3 2121 5.0192.2 uTKZdRRtHE3.1=tKmmNT = 451 1007.3830196.1105.95 (18)通常取齿系 为，由文 fi10-6查得材料的弹性 系 ，由文 fi10-21d齿面 查得锥齿轮的触劳强 ：由式10-13计应力循环次 ：(1 )由图10-19取触劳系 。计触劳用应力，取失效率为1%，安全系 S=1,由式10-12 得(20)(2)锥齿轮分圆直， ( )计圆周速V，1831=R 218.189 MPaZE =MPaHH 5502lim1lim = ( ) 7121 1032.410300811306060 = nLjnNN02.121 = HNHN KKMPaSKHNHH 561 1lim121 = td1( ) mmuTKZdRRtHE 645.1825.0192.23 2121 mmdd Rm 2.152)315.01(645.182)5.01(11 = (21)(4)计齿b ，(22)(2 )(24)7.2.3 设计由式10-23 得，(2 )确定式 的各计 ，由图10-20c查得劳强 ，由图10-18取劳系 ，取劳安全系 S=1.4，由式10-12得：载荷系 19smndv m 239.0100060 302.152100060 11 = pipimmdR o 15.12945sin2 645.182sin211 = mmRb R 05.4315.12931 = mmzdm 61.724645.18211 =( )3 222115.014FSaFaRRYYuzTKm+MPaFEFE 38021 = 96.021 = FNFN KKMPaSK