屋顶包饮品灌装机加盖机构的研究与改进.doc

上海水产大学 2007 届毕业设计报告 论文 屋顶包饮品灌装机加盖机构的研究与改 进 I 目录 中文摘要 III 英文摘要 IV 前 言 1 1 屋顶包饮品灌装机概述 2 1 1 国际包装机械业概况 2 1 1 1 国外包装机械业概况 2 1 1 2 国内包装机械产品的现状 2 1 1 3 屋顶型纸盒灌装机的发展 3 1 2 理盖机的分类 3 1 2 1 瀑布提升式 Waterfall 理盖机 3 1 2 2 圆盘式理盖机 3 1 2 3 自动化振动送料盘 4 2 灌装机理盖机构概述 4 2 1 灌装机理盖机构作用与原理 4 2 2 灌装机理盖机构的发展前景 5 3 理盖机构的结构设计 6 3 1 传动装置的运动简图 6 3 2 确定传动机构的参数 7 3 2 1 理盖机构的组成零部件 7 3 2 2 选择电动机 7 3 2 3 无级变速器的选择 8 3 2 4 蜗杆蜗轮的选择 8 3 3 理盖机构主要零件的说明 9 3 3 1 理盖器底盘 9 上海水产大学 2007 届毕业设计报告 论文 屋顶包饮品灌装机加盖机构的研究与改 进 II 3 3 2 排队槽口 10 3 3 3 爬坡 滑块支架 12 3 3 4 其它零件的介绍 12 3 4 理盖机构零件产品的制造优点 13 3 5 理盖机构运行时的注意事项 14 4 理盖机构的控制系统设计 14 4 1 理盖机构的控制概述 14 4 2 理盖器气动部分控制设计 15 4 2 1 气压传动的优点 15 4 2 2 气动传动控制设计 16 4 3 PLC 控制及其具体编程 17 5 理盖系统的改进 19 5 1 加盖时出现的问题 19 5 2 解决方案概述 19 5 2 1 机构的组成 20 5 2 2 机构实现原理 20 5 2 3 控制系统的设计 24 5 2 4 机构安放位置 24 5 3 改造的优点 24 结束语 25 谢 辞 26 参考文献 27 附录 28 上海水产大学 2007 届毕业设计报告 论文 屋顶包饮品灌装机加盖机构的研究与改 进 III 屋顶包饮品灌装机加盖机构的研究与改进屋顶包饮品灌装机加盖机构的研究与改进 摘要摘要 本课题主要进行全自动屋顶包饮品纸盒灌装机理盖机构的研究 通过科学缜密地对加盖系统进行机械结构 设计 对盖子在输出后常出现阻塞的问题提出改进意见和方案 保证了理盖机构的运行精度和可靠度 结合气体系 统 可编程控制器的自动控制来实现屋顶包塑料盖子的理盖排盖和输出 确保加盖系统放盖 送盖 关键词 关键词 理盖机 排序 滑槽 气体 上海水产大学 2007 届毕业设计报告 论文 屋顶包饮品灌装机加盖机构的研究与改 进 IV RESEARCH AND IMPROVEMENT FOR THE DESIGN OF GABLE TOP SPOUT APPICATOR Abstract This topic mainly studies the mechanical structure and the style of controlling of the feeding carton organization of gable automatic top spout applicator Through careful scientific impressed with the system to the mechanical structure design lid on the output after the regular congestion problems and propose improvements to the program Jimmy covered guarantee the operation of the precision and reliability Together with the automatic control of the air system and the programmable controller at the same time it s to row the plastics top cover Keyword words Spout applicator Scheduling Chute Air system 上海水产大学 2007 届毕业设计报告 论文 屋顶包饮品灌装机加盖机构的研究与改 进 第 1 页 共 27 页 前 言 包装机械是包装工业的一大门类产品 在包装工业中有着举足轻重的地位和作用 它给行业 提供必要的技术设备 以完成产品的包装工艺过程 尽管包装机械的产值在整个包装工业中所占的 比重不如包装材料大 不属于经常性消耗品 但对包装工业的现代化却是不可缺少的支撑 它为包 装工业提供先进的技术装备 保证包装产品质量高 生产效率高 品种多 生产环境好 生产成本 低 环境污染小 因而获得较强的生命力 带来巨大的社会效益和经济效益 没有现代化的包装机 械 就没有现代化的包装工业 屋顶包 新鲜屋 即屋顶形纸盒包装 目前广泛用于乳制品 果汁饮料等包装中 它能很好 地体现出产品档次 也能给人以很强的产品新鲜感 尤其近几年 屋顶包市场发展很快 在食品饮 料行业 尤其是新鲜牛奶和果汁的包装中独占鳌头 据有关资料显示 目前全世界每年对该包装的 用量已达到 3600 亿个 这说明屋顶型纸盒已经赢得了世界上广大消费者的喜爱 在美国 日本 韩国 新加坡 香港特区等发达国家地区 人们对牛奶及果汁饮品中天然营养成分与新鲜程度及口 感非常重视 屋顶包成为牛奶果汁市场中消费者首选的包装形式 大容量的屋顶包包装焊接上塑料 盖子后 不仅能够延长开口后保存期限而且更加方便 安全 那么如何实现塑料盖子的理盖过程是 我们共同关注的问题 本课题主要是进行屋顶包饮品纸盒灌装机理盖机构的研究 通过对它结构的 设计和研究 实现对塑料盖子自动排队 自动理盖和自动输出 并对塑料盖子在输出后加盖前经常 出现阻塞的问题提出改进意见和方案 本论文主要是分为两大部分 机械部分和控制部分 机械部分主要介绍理盖机构的电动机选择 及无级调速 对主轴进行设计和校核 对理盖器的主要部件进行描述和说明 而控制部分主要介绍 PLC 可编程控制和电气控制机构的设计 结合两部分的研究 对整个理盖机构有个完善的阐述和设 计 在毕业设计的资料收集阶段 我了解了传统的理盖器实物 发现传统的理盖器机构大部分都是 盖子从滑槽出来后直接进行焊接的 有的时候会使相邻的两塑料盖子的边沿叠加在一起 这时就 要停止生产 使效率大大降低 这就产生了一个问题 即 在解决盖子叠加的前提下 如何采取新 型的方法使塑料盖子能够从排盖口顺利的运动到焊接砧板而不发生阻塞现象 针对这种情况 我对 全自动屋顶包饮品纸盒灌装机理盖机构进行改造 采用气动和调隙等特殊方法来解决这个问题 本文中使用 AUTOCAD 对该系统的部分零件和整个系统进行了刻画 并用 Photoshop 对图片进 行修改和添加注释来辅助表达 以期达到形象表达该系统各部分作用的目的 上海水产大学 2007 届毕业设计报告 论文 屋顶包饮品灌装机加盖机构的研究与改 进 第 2 页 共 28 页 1 屋顶包饮品灌装机概述屋顶包饮品灌装机概述 1 1 国际包装机械业概况 1 1 1 国外包装机械业概况 美国 日本 德国 意大利是世界上包装机械四大强国 美国是世界上包装机械发展历史较长的国家 早已形成了独立完整的包装机械体系 其品种和 产量均居世界之首 10 多年来 美国始终保持着世界最大包装机械生产和消费大国的地位 其产 品以高 大 精 尖产品居多 机械与计算机紧密结合 实现机电一体化控制 新型机械产品中以 成型 填充 封口三种机械的增长最快 裹包机和薄膜包装机占整个市场份额的 15 纸盒封盒包 装机在市场占有率中居第二位 从上世 90 年代初以来 美国包装机械业一直保持着良好的发展势 头 美国国内包装机械市场在全球是首屈一指的 各种包装机械主要内销 1998 年美国包装机械 国内消费占 82 出口只占产值的 18 但出口额大 美国的包装机械制造厂大部分附属于大型包 装材料厂 销售也完全依赖母公司 中国已成为继加拿大 墨西哥 日本 英国 德国之后 美国 包装机械的第 6 大出口市场 日本的包装机械制造厂以中小企业为主 包装机械的品种近 500 种 规格有 700 多个 包装机 械以中小型单机为主 具有体积小 精密度高 易安装 操作方便 自动化程度高等优点 日本包 装机械的很大一部分用于食品包装领域 食品包装机械产值占包装机械总产值的一半以上 其主要 市场是本国 出口额只占产值的 10 亚洲是日本包装机械的主要出口市场 从上世纪 90 年代以 来 日本对中国的出口额连年大幅增长 自 1995 年起 中国已成为日本包装机械的最大出口国 德国的包装机械在计量 制造 技术性能等方面居领先地位 特别是啤酒 饮料灌装设备具有 高速 成套 自动化程度高 可靠性好等特点 享誉全球 一些大公司生产的包装机械集机 电 仪 及微机控制于一体 采用光电感应 以光标控制 并配有防静电装置 其大型自动包装机不仅包装 容积大 而且能集制袋 称重 充填 抽真空 封口等工序在一台单机上完成 德国包装机械业多 年来始终处于稳定增长状态 出口比例占 80 左右 德国是世界上最大的包装机械出口国 意大利是仅次于德国的第二大包装机械出口国 意大利的包装机械多用于食品工业 具有性能 优良 外观考究 价格便宜的特点 出口比例占 80 左右 美国是其最大的出口市场 1 1 2 国内包装机械产品的现状 我国的包装机械行业是近二十年才发展起来的新兴工业 在较短时间内取得了可喜的进步 行 业的技术水平不断提高 无论产品品种还是技术性能都有较大增加和提高 产品的机构也有较大的 上海水产大学 2007 届毕业设计报告 论文 屋顶包饮品灌装机加盖机构的研究与改 进 第 3 页 共 28 页 改观 但与国外发达国家相比 总体技术水平还有较大的差距 在产品质量方面家产品有较大差距 我国包装机械产品质量无论从内在质量还是外观质量都与发达国内在质量差主要表现在产品生产率 低 可靠性差 外观质量差主要表现在造型不美观 表面粗糙 能耗大 寿命短 稳定性和造成产 品质量差的主要原因是采用的设计理论 设计手段与设计方法 制造技术 检测手段和管理理论等 落后 另外 国内配套的基础拌质量不稳定 对产品整体质量影响也较大 在产品技术水平方面的差距主要表现在技术含量低 高新技术应用少 生产线自动化程度低 自主产权的技术较少 1 1 3 屋顶型纸盒灌装机的发展 随着我国经济的持续发展 给包括食品包装机械在内的包装行业带来了良好的机遇 同时 人们膳食结构的调整和饮食习惯的改变 也促进了食品加工业的快速发展 需要大量高品质的 包装机械和食品加工机械 包装市场的发展 使得屋顶型纸盒包装的新形式和新技术不断涌现并 得以应用 而且这些新技术在许多特定的市场和特定的发展阶段中已成为一种趋势 上世纪 90 年 代出现了在屋顶型纸盒上加盖的技术 使纸盒能更方便地打开 倾倒并重新密封 方便儿童使用 纸盒加盖之后 外观更能吸引消费者 所以在市场的高速发展期 常常被客户采用 加盖技术本身 也在不断改进 今后微电子 电脑 工业机器人 智能型 图像传感技术和新材料等在包装机械中 将会得到越来越广泛的应用 使包装机械日趋向自动化 高效率化 节能化方向发展 1 2 理盖机的分类 根据理盖原理的不同 理盖机可以分为 通常采用的有提升式 转盘式和振动式等形式 1 2 1 瀑布提升式 Waterfall 理盖机 瀑布提升式理盖机是利用瓶盖重心原理 对瓶盖进行整理 使之方向同一方向 口向上或向下 输出 主要采用直线运行的皮带输盖装置和光电识别器以及由电磁阀控制的吹风嘴等而实现理盖 的目的 1 2 2 圆盘式理盖机 圆盘式理盖机利用瓶盖原理 并对瓶盖进行整理 使之面向同方向输出 根据瓶盖的造型特 性 分为水平圆盘理盖机和斜盘双转盘理盖机等 a 水平圆盘理盖机 如下图 上海水产大学 2007 届毕业设计报告 论文 屋顶包饮品灌装机加盖机构的研究与改 进 第 4 页 共 28 页 b 斜转盘理盖机 1 2 3 自动化振动送料盘 自动化振动送料盘是利用振动盘电磁线圈在工作中 斜面受电磁吸力会微小的上下振幅 通过 调整振动盘的工作频率以及间隙实现工作的 可适用于铝塑盖的自动送料 排队 理盖机 及各种 小瓶类零件的自动排队 进给等 2 灌装机理盖机构概述灌装机理盖机构概述 2 1 灌装机理盖机构作用与原理 屋顶包饮品灌装机的理盖机构的主要作用是使盖子在到达焊接系统之前 实现对预送机构传送 塑料盖子的自动化理盖 自动化排队和自动化输出 使输出的塑料盖子处于正确的焊接位置 辅助 完成加盖的整个过程 屋顶包饮品灌装机的理盖机构的原理 理盖机构采用蜗杆蜗轮传动 电动机采用机械无级调速 来改变主轴 蜗杆 输出的速度 蜗轮上的轴与理盖机构底部的盛盖器通过螺纹联接 这样盛盖器 也随主轴转动而转动 由于盛盖器内部放有塑料盖子 在转动的同时由于圆周力的作用使塑料盖子 往四周分散 在理盖器底部的纱织底盘沿着喷气口的方向 将这些盖子移到绕在理盖器外圈的滑槽 上 盖子沿这个滑槽从理盖器底部移动到顶部 然后通过顶部的一个槽口 这个槽口负责将盖口朝 下的盖子退回理盖器 如果有盖口朝下的盖子通过槽口 筛盖喷嘴喷出的气流会将盖子吹回到理盖 器中 当预送器的盛盖器需要更多盖子时 理盖器上的探头就会向操作者发出信号 滑槽探头监测 处于理盖器和焊接系统之间的滑槽上的所有盖子 当滑槽满载时 探头向理盖器中的气阀发出信号 气阀就会将所有的盖子吹回理盖器 直至滑槽探头发出需要更多盖子的信号 当滑槽中盖子的水平 上海水产大学 2007 届毕业设计报告 论文 屋顶包饮品灌装机加盖机构的研究与改 进 第 5 页 共 28 页 面不断持续下降时 探头会发出信号使气阀停止运动 如果气阀仍继续运作超过60秒 例如 灌装 机的横向进给已关闭 理盖器就会停止运动 当滑槽探头测到滑槽需要补充盖子时 它会向理盖 器发出信号 理盖器恢复运作 形成一个理盖 自动排队 自动送盖的过程 预送器 理盖器 盖子 滑槽 焊接系统 否 理盖器上的监测探头监测 盖子是否堵塞在出盖口 滑槽上的监测探头监 测盖子是否连续 是 调节 否 是 理盖流程图 上海水产大学 2007 届毕业设计报告 论文 屋顶包饮品灌装机加盖机构的研究与改 进 第 6 页 共 28 页 2 2 灌装机理盖机构的发展前景 灌装机理盖机构作为灌装机加盖系统的一个重要环节 在实际生产中有着很多的应用 不仅可 以在食品机械上发挥重要的作用 而且在制药 化工等各行业也能够体现 光热 理盖机构的主 要功能在于自动整理盖子 并将其自动排队和输出 只要是存在瓶盖的包装 都可以采用理盖机构 比如 化工药剂的生产就可以采用自动化的理盖机构系统实现盖子的预送 理盖 保护生产工人的 健康和安全 就理盖机构的发展而言 理盖机构除了可以整理盖子外 通过设计人员的改装 完全 有能力胜任其他产品的自动分类 自动排队 自动输出等工作 比如水果产品等产品原材料的分检 我们可以预见理盖机构的发展将是大有可为的 将会在各行各业受到重要的运用 3 理盖机构的结构设计理盖机构的结构设计 3 1 传动装置的运动简图 蜗轮 电动机 无级调速 蜗杆 主轴 上海水产大学 2007 届毕业设计报告 论文 屋顶包饮品灌装机加盖机构的研究与改 进 第 7 页 共 28 页 3 2 确定传动机构的参数 3 2 1 理盖机构的组成零部件 1传动轴6盛盖圆盘11出口挡板 1 2支撑柱7排队槽口12出口挡板 2 3连接件8支架 113输出滑槽 4纺织底盘9支架 2 5外圈挡板10挡板 附加组件 理盖器上的监测探头 滑槽上的监测探头 3 2 2 选择电动机 理盖机构采用三相交流电源 因交流异步电动机具有结构简单 制造容易 价格便宜 运行可靠 维护方便 效率较高等优点 同时也能够满足理盖机构的基本要求 故采用 Y 型 三相交流异步电动机 电动机功率选得合适与否 对电动机的工作和经济性都有着影响 如果容量小于工作要 求 电动机不能保证工作装置的正常工作 或者使电动机因长期过载而过早损坏 如果容量 过大则会使电动机的价格高 且因经常不在满载下运行能源不能充分利用 造成能源浪费 对于理盖器来说 它运行在常温下 而且要长期运转 载荷小且很少变化 所以在选择这类 电动机容量时 只需使电动机的负载不超过其额定值 电动机便不会过热 即额定功率 Pm 电机所需输出功率 Po 上海水产大学 2007 届毕业设计报告 论文 屋顶包饮品灌装机加盖机构的研究与改 进 第 8 页 共 28 页 我们可以选用大同马达 JWB X0 37 190F WJ40A 10 F K 型号的电动机其各个参数如下 4 电极 n 1400 r min Pm 0 37KW T2 35 18Nm n2 20 100 r min 输出 用法兰连接 再据 机械课程设计手册 P16 表 2 4 知 我们选用双头普通圆柱蜗杆蜗轮传动其各个参 数如下 效率 0 75 0 82 效率值的选取 如果电动机工作条件差 加工精度低维护不良取低值 反之 则 取高值 考虑恶劣工况取 0 75 3 2 3 无级变速器的选择 无级变速是指在一定转速范围内 能够实现任意连续的转速 或速度 变化 可在运转 中变速 操作简单 变速快 能够选择最佳转速值 传动平稳 但变速范围较小 传动比 不准 确 理盖机采用行星锥盘无级变速器 它的使用条件为入轴转速不大于 3000r min 主要用 于食品 造纸 印刷 橡胶 塑料 陶瓷 制药 制革等轻工业部门以及机床 石油 化 工等行业 理盖器采用 D 004 IIIA 0 37 G GB T 6550 1993 型号的行星锥盘无级变速器 其输出转矩为 1 8 8 7N m 输出轴转速 n2 200 1000 r min 1 其中 电动机极数用数字表示 四极电动机不标 3 2 4 蜗杆蜗轮的选择 蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动机构 两轴线交错的夹角可为任意 值 常用的为 90 度 根据蜗杆形状的不同 蜗杆传动可以分为圆柱蜗杆传动 环面蜗杆传动和锥 蜗杆传动 蜗杆传动具有传动比大 结构简单紧凑 冲击载荷小 传动平稳 噪音小等优点 由于 上海水产大学 2007 届毕业设计报告 论文 屋顶包饮品灌装机加盖机构的研究与改 进 第 9 页 共 28 页 具有上述多种优点 蜗杆传动而应用颇为广泛 对于理盖机构来说 为了保证传动的稳定以及较大 范围的速度调节 选用蜗杆传动 选用星力传动的 T 系列螺旋齿轮传动箱 规格为 2 传动比取 1 0 这样可以更加有效的传递扭 矩 3 3 理盖机构主要零件的说明 3 3 1 理盖器底盘 理盖器底盘作为盛装塑料盖子的主要容器 如图四 是进行盖子自动排队 自动输出的重要 仓库 其底部外形中心上凸 周围逐步下凹 这样在主轴转动条件下 能够使塑料盖子在圆周 力作用下分散于理盖器底盘底部四周 同时理盖器底盘内壁周围边缘开了凹槽 凹槽宽度小于塑料 盖子最大直径 使气阀吹出的空气直接从盖子下部空隙中上去 形成更大的向上推力 完成自动 排队的 爬坡 工作 而且 理盖器底盘内底部处 采用拉丝处理 使底部具有一定的条纹纹理 形成一定的阻力 使塑料盖子在理盖器底盘内具有一定的吸附力 便于塑料盖子的 爬坡 为了减少塑料盖子在理盖器底盘中由于转动造成的摩擦 影响产品质量 我们在理盖器底盘内 底部采用聚四氯乙烯涂层 理盖器底盘的底部焊接有螺纹的联接件 来和主轴进行联接 由于采用的是螺纹联接 而且主 轴与电动机相连 所以螺纹的旋向要与主轴的转向向反 才能保证工作过程中不至于联接失效 上海水产大学 2007 届毕业设计报告 论文 屋顶包饮品灌装机加盖机构的研究与改 进 第 10 页 共 28 页 图 一 3 3 2 排队槽口 排队槽口的主要工作是实现塑料盖子在成功 爬坡 后 对塑料盖子的排队和筛选 本理盖机 的突出优点是对瓶盖形状的适应性较广 一般情况下不同的瓶盖可通过更换相应的排队槽口即可进 行理盖处理 1 关于槽口 排队槽口上开有多个槽口 主要的作用为了实现塑料盖子的自动排队 当塑料盖子在实现 爬 坡 过程后 由于 爬坡 时气体推力作用尚存在 直接将塑料盖子送入排队槽口 塑料盖子自动 进入一个个槽口 此时后面的塑料盖子逐步向前挤压 使刚开始进入槽口的塑料盖子自动往前面的 槽口 前进 以此实现自动排队 如下图 上海水产大学 2007 届毕业设计报告 论文 屋顶包饮品灌装机加盖机构的研究与改 进 第 11 页 共 28 页 为了防止塑料盖子在排队过程中 从理盖器上部掉落 必须使排队槽口与理盖器内壁的最小距 离 d 1 2 塑料盖子最大直径 实际过程中如果盖子滑落较多 应考虑加大 d 如图示 2 筛选 理盖机构通过安装气体喷嘴来对塑料盖子进行筛选 如果喷嘴安装时离得太远 盖口朝下的 盖子就可能通过槽口 导致理盖器出盖口堵塞 如果喷嘴安装时离得太近 包括位置正确的盖子在 内的所有盖子将被吹走 首先 使排盖喷嘴的气流最大 其次 将喷嘴安装在可以将盖口朝下的盖 子吹掉 但不会吹走位置正确的盖子的位置上 如图五 盖口朝上的盖子 正确的盖子 图 五 上海水产大学 2007 届毕业设计报告 论文 屋顶包饮品灌装机加盖机构的研究与改 进 第 12 页 共 28 页 3 3 3 爬坡 滑块支架 理盖器的 爬坡 滑块支架 如上图 主要的作用是支撑爬坡滑块 爬坡 滑块支架具有在 设计上具有一定的特殊性 首先 支架的支撑面与水平面有一个 20 度的斜度 与垂直面有一个 15 度左右的斜度 前者在爬坡过程中起到一个 山坡 的功能 使盖子能够在一个 缓坡 上 上坡 后者主要为了使盖子在爬坡到顶部后 利用一定的斜度自动翻盖 当然 在实际安装配合过程中 可以对零件的斜坡表面进行修整以达到 爬坡 的功能 3 3 4 其它零件的介绍 1 出口滑槽 上海水产大学 2007 届毕业设计报告 论文 屋顶包饮品灌装机加盖机构的研究与改 进 第 13 页 共 28 页 出口槽 如上图 作为塑料盖子的输出装置 基本要求在于能够使塑料盖子在气动力作用下 轻松顺利地进入焊接位 所以在设计时必须使滑槽的盖子形状孔大于实际的塑料盖子形状而且又不 能太大 这一点对于使盖子从理盖系统到焊接系统的顺利完成很重要 2 底部纺织形圆盘 底部纺织形圆盘的形状如图 一 所示 其主要作用是联接外圈与纺织形圆盘 支撑柱与纺织 形圆盘 底部连接器与纺织形圆盘 起到一个连接作用 纺织形圆盘的最外圈有 8 个螺纹孔来联接外圈 3 联接件 左图中右下角所始的就是联接元件 其上 部联接底部纺织圆盘 同时也可以为了支撑和 定位推力轴承 下部联接电动机的法兰端 值得注意的是联接件上下端面上均有四个 螺纹孔 但他们上下应该交叉分布 这样能够 使安装牢固 也可以方便安装 上海水产大学 2007 届毕业设计报告 论文 屋顶包饮品灌装机加盖机构的研究与改 进 第 14 页 共 28 页 3 4 理盖机构零件产品的制造优点 在设计过程中不仅要对产品成本加以考虑 而且在产品制造过程中对环境的各种影响也要作相 应的考虑 采用绿色的工艺是实现环保制造的重要一环 绿色工艺与清洁生产密不可分 清洁生产被 正式认定为可持续发展的先决条件 绿色工艺是指清洁工艺 指既能提高经济效益 又能减少环境 影响的工艺技术 它要求在提高生产效率的同时必须兼顾削减或消除危险废物及其它有毒化学品的 用量 改善劳动条件 减少对操作者的健康威胁 并能生产出安全的与环境兼容的产品 在加工过 程中的零件绿色工艺主要包括加工顺序工艺优化 加工参数 切削刀具 切削液 润滑剂的使用 加工质量 热处理 金属成型 铸造 熔炼 中的清洁工艺以及环境评估 绿色工艺既要从技术入 手 尽量研究和采用物料和能源消耗少 废弃物少 对环境污染小的工艺方案和工艺路线 3 5 理盖机构运行时的注意事项 1 理盖器的塑料圆盘在喷气机的配合下 将盖子移到滑槽上 滑槽边缘的槽口将盖口向下的 盖子推回理盖器 如果盖口向下的盖子能通过槽口 就要调节如下图所示的排盖喷嘴 2 如果盖子在滑槽中堵塞 则确定滑槽喷气机的喷气量充足 3 调节滑槽探头时 要确定它与盖子的中心线对齐 如果它不在盖子的中心线上 它就感应 不到盖子的存在 4 关于理盖器速度 如果有过多的盖子无法进入滑槽 可略微调高速度 当您调高速度后 观察理盖器内盖子的运动情况 如果它们过多地聚集以致无法进入滑槽 可慢慢降低理盖器的速度 调整理盖器的速度直至达到一个合适的速度 4 理盖机构的控制系统设计理盖机构的控制系统设计 4 1 理盖机构的控制概述 理盖机构主要通过 PLC 控制整个机构的顺序运行和气动开关 实现理盖机构的整个运动过程 在理盖器有两个感应探头 其中一个位于理盖器盛盖器内部 如图二 另一个位于滑槽上 如图 上海水产大学 2007 届毕业设计报告 论文 屋顶包饮品灌装机加盖机构的研究与改 进 第 15 页 共 28 页 三 图 二 图 三 当理盖器的盛盖器需要更多盖子时 理盖器内部的探头就会向上盖装置发出信号 滑槽探头监 测处于理盖器和焊接系统之间的滑槽上的所有盖子 当滑槽满载时 探头向理盖器中的气阀发出信 号 气阀就会关闭 直至滑槽探头发出需要更多盖子的信号 当滑槽中盖子的水平面不断持续下降 时 探头会发出信号使气阀停止运动 如果气阀仍继续运作超过60秒 例如 灌装机的横向进给已 关闭 理盖器就会停止运动 当滑槽探头测到滑槽需要补充盖子时 它会向理盖器发出信号 理 盖器恢复运作 工作简图 如图四 图 四 4 2 理盖器气动部分控制设计 4 2 1 气压传动的优点 气压传动是一压缩空气为工作介质传递动力和控制信号的系统 理盖机构气压传动的工作压力 较低 结构尺寸也不大 可以采用气压传动 而且气压传动还有众多优点 系统的总体 PLC 控制 总线控制 理盖装置的 PLC 控制输出滑槽上的感应器 开关气阀 理盖器里感应器 送盖装置的 输送情况 上海水产大学 2007 届毕业设计报告 论文 屋顶包饮品灌装机加盖机构的研究与改 进 第 16 页 共 28 页 1 以空气为介质 工作压力较低 工作介质来得也比较容易 使用后的空气排到大气中 处 理方便 与液压传动相比不必设置回收油管道和油箱 2 相对液压传动来说 气动动作迅速 反应快 维护方便 工作介质清洁 管道不易堵塞 不存在介质变质和补充问题 3 工作环境适应性好 成本低 过载能自动保护 4 因为工作粘度很小 起损失也很小 一般损失仅为油路的千分之一 所以便于集中供应 远距离输送 外泄露不会像液压传动那样 使压力降低明显 污染严重 4 2 2 气动传动控制设计 由以上描述说明知道 理盖机构使塑料盖子从理盖器底盘中 爬坡 在排队槽口上自动排队 筛选 从出口槽的输出都需要借助气动控制和 协助 推力 在理盖机构上共布有五个气阀 在五个气阀共同作用下使塑料盖子实现自动上坡 自动排队 自动输出 如图 五 示 图 五 图标作用图标名称 1帮助塑料盖子爬坡a阀门 2协助盖自进入排队槽口b过滤减压溢流阀 由空气过滤器和减压阀组成 3对盖子进行筛选c两位两通电磁式方向阀 上海水产大学 2007 届毕业设计报告 论文 屋顶包饮品灌装机加盖机构的研究与改 进 第 17 页 共 28 页 4使盖子进入出口滑槽的气阀d可调节流器 5协助盖子顺利进入焊接位 两位两通电磁式方向阀实图 如图六 当气体阀门开启 气体开始进入管 道首先进入过滤减压溢流阀 当压力 过大超过允许压力值时过滤减压溢流 阀自动放气 起到保护管路的作用 当出口滑槽满载时 探头向理盖器中 的气阀发出信号 元件 c 位于初始位 气阀关闭 直至滑槽探头发出需要更 多盖子的信号 当滑槽中盖子的水平 面不断持续下降时 探头会发出信号 使气阀重新运动 元件 c 处于工作位 这样完成整个工作循环 图 六 4 3 PLC 控制及其具体编程 在目前食品生产中 牛奶 饮料等液态溶剂很多是采用瓶 纸装这种包装形式 灌装机理盖机 构是在牛奶 饮料的上盖系统基础上孕育和发展的 采用 PLC 的控制方式既提高了加盖的效率也 提高了自动化水平 并且满足食品生产质量管理规范对生产机械在结构设计 满足生产工艺和验证 等方面的严格要求 从这一流程 见图一 可见 设备组成可分为两大部分 1 完成各工位工作的顺序执行机构 2 完成气动的控制方案 各执行机构通过分配主轴由电机驱动 以实现不同生产率调节要求 并 采用无级调速 使传动系统结构简单 这样 对灌装机理盖机构的控制就分为 理盖器的盛盖器内 部 预送器送盖 滑槽上感应器 盖子的排队与输出 实现各分支的协调控制是本机的关键所 在 为此 采用操作简单 程序修改方便 抗干扰能力强的 PLC 作为灌装机理盖机构构成联动机 的控制系统 以解决上述检测和协调控制等问题 1 控制方案的拟定 该理盖机构集多种功能于 一体 其排盖 送盖等工作的协调通过气体传动系统控制 而每一机构均设有相应的检测控制装置 2 缺盖检测 灌装机器自动工作过程中 供理盖机构中不可缺少盖子 为此 分别选用光电传感 上海水产大学 2007 届毕业设计报告 论文 屋顶包饮品灌装机加盖机构的研究与改 进 第 18 页 共 28 页 器进行检测 一旦在 60s 内检测到没有盖子在盛盖器中 则将信号传给 PLC 控制系统 使理盖机 构停止工作 3 对各工作机构的协调控制 各工作机构之间的协调是该机自动高效工作的关键 主要是一个顺序控制的过程 我们利用光电传感器对盖子进行检测 光电开关的接通与断开信号被 送入 PLC 控制系统 即可作为气动的起步信号和结束信号 如此 便可保证个工作机构的协调工 作 另一方面 当主轴的转速调整后 输送盖 排列盖速度要随之改变 解决这一问题的方法可通 过气动控制系统中 调节节流器的方法 在这里我采用较广泛运用的三菱 PLC 系统进行 PLC 的编程 具体 PLC 的梯形图见图七 图 七 其中 x0 为总开关 x1 为急停按扭 x2 为理盖机构盛盖器内部的传感器信号 x3 为输出滑槽上感应器信号 上海水产大学 2007 届毕业设计报告 论文 屋顶包饮品灌装机加盖机构的研究与改 进 第 19 页 共 28 页 y0 表示理盖机构盛盖器的旋转工作 y1 表示预送器送盖工作 y2 表示预送器送盖不工作 y3 表示总气阀的开关位 y4 表示 图十一 左两位两通电磁式方向阀的开关 y5 表示 图十一 右两位两通电磁式方向阀的开关 5 理盖系统的改进理盖系统的改进 5 1 加盖时出现的问题 由于盖子的边缘很薄 在盖子从导盖槽中自上而下的排队过程中很容易出现盖子的边缘相互叠 加一起的情况 当下面盖子的边缘压住上面盖子的边缘时 下面的盖子可以顺利的进行加盖 焊接 等后继工序 但是 如果下面盖子的边缘被上面盖子的边缘压住了 则下面的盖子就不能进行加盖 焊接等后继工序 这样就必须把整台机器都停下来 人工清理出故障的盖子 然后才能继续生产 这就对日常的生产活动造成了巨大的麻烦 解决这一问题对实际的正常生产具有十分重要的作用 如图 八 图 八 5 2 解决方案概述 使用机构来确保相邻的两瓶盖的间距稍大于瓶盖的直径 我选用的方法是用两个交叉伸缩的连 杆交叉伸出来确保两盖间的距离 从而使两瓶盖之间的距离始终大于单个盖子的直径 机构如图 九 上海水产大学 2007 届毕业设计报告 论文 屋顶包饮品灌装机加盖机构的研究与改 进 第 20 页 共 28 页 图 九 5 2 1 机构的组成 由单作用气缸 杠杆 支架 销钉 挡杆等几部分组成 5 2 2 机构实现原理 随着加盖砧不断的把最下面的盖子取走 在重力作用下盖子会自动向下滑落 当上面的挡杆伸 出时 上面的盖子就被挡住了 下面的盖子就会因为没有挡杆的阻拦而顺利滑下 当下面的挡杆伸 出时 下面的盖子被挡住 这样就阻止了上面所有盖子的下滑 保证了挡杆下方的盖子与挡杆上方 盖子的距离大于盖子的直径 从而防止相邻盖子叠加情况的发生 同时 此机构下方的滑槽间隙也要作适当的调整 为了保证相邻两盖子不会发生叠加的情况 用来引导盖子的几个钢条的水平距离要调整的略大于盖子边缘厚度 盖子下边缘厚度为 1 3 1 5 毫 米 所以间隙应大于 1 5 毫米且小于 2 6 毫米 考虑到要使盖子顺利的向下滑过 间隙不宜太小 故 取 2 0 毫米 如图 十 上海水产大学 2007 届毕业设计报告 论文 屋顶包饮品灌装机加盖机构的研究与改 进 第 21 页 共 28 页 2mm 图 十 5 3 确定机构参数 5 3 1 气缸的选择 1 气缸的分类与工作原理 1 单作用气缸 单作用气缸只有一腔可输入压缩空气 实现一个方向运动 其活塞杆只能借助外力将其推回 通常借助于弹簧力 膜片张力 重力等 其原理及结构见图 十一 图 十一 单作用气缸 1 缸体 2 活塞 3 弹簧 4 活塞杆 单作用气缸的特点是 1 仅一端进 排 气 结构简单 耗气量小 2 用弹簧力或膜片力等复位 压缩空气能量的一部分用于克服弹簧力或膜片张力 因而减小 上海水产大学 2007 届毕业设计报告 论文 屋顶包饮品灌装机加盖机构的研究与改 进 第 22 页 共 28 页 了活塞杆的输出力 3 缸内安装弹簧 膜片等 一般行程较短 与相同体积的双作用气缸相比 有效行程小一些 4 气缸复位弹簧 膜片的张力均随变形大小变化 因而活塞杆的输出力在行进过程中是变化 的 由于以上特点 单作用活塞气缸多用于短行程 其推力及运动速度均要求不高场合 如气吊 定位和夹紧等装置上 单作用柱塞缸则不然 可用在长行程 高载荷的场合 2 双作用气缸 双作用气缸指两腔可以分别输入压缩空气 实现双向运动的气缸 其结构可分为双活塞杆式 单活塞杆式 双活塞式 缓冲式和非缓冲式等 此类气缸使用最为广泛 1 双活塞杆双作用气缸双活塞杆气缸有缸体固定和活塞杆固定两种 其工作原理见图 十二 缸体固定时 其所带载荷 如工作台 与气缸两活塞杆连成一体 压缩空气依次进入气缸两腔 一腔进气另一腔排气 活塞杆带动工作台左右运动 工作台运动范围等于其有效行程 s 的 3 倍 安装所占空间大 一般用于小型设备上 活塞杆固定时 为管路连接方便 活塞杆制成空心 缸体与载荷 工作台 连成一体 压缩空 气从空心活塞杆的左端或右端进入气缸两腔 使缸体带动工作台向左或向左运动 工作台的运动范 围为其有效行程 s 的 2 倍 适用于中 大型设备 图 十二 双活塞杆双作用气缸 a 缸体固定 b 活塞杆固定 上海水产大学 2007 届毕业设计报告 论文 屋顶包饮品灌装机加盖机构的研究与改 进 第 23 页 共 28 页 1 缸体 2 工作台 3 活塞 4 活塞杆 5 机架 双活塞杆气缸因两端活塞杆直径相等 故活塞两侧受力面积相等 当输入压力 流量相同时 其往返运动输出力及速度均相等 2 缓冲气缸对于接近行程末端时速度较高的气缸 不采取必要措施 活塞就会以很大的力 能量 撞击端盖 引起振动和损坏机件 为了使活塞在行程末端运动平稳 不产生冲击现象 在 气缸两端加设缓冲装置 一般称为缓冲气缸 缓冲气缸见图 42 2 4 主要由活塞杆 1 活塞 2 缓 冲柱塞 3 单向阀 5 节流阀 6 端盖 7 等组成 其工作原理是 当活塞在压缩空气推动下向右运 动时 缸右腔的气体经柱塞孔 4 及缸盖上的气孔 8 排出 在活塞运动接近行程末端时 活塞右侧的 缓冲柱塞 3 将柱塞孔 4 堵死 活塞继续向右运动时 封在气缸右腔内的剩余气体被压缩 缓慢地通 过节流阀 6 及气孔 8 排出 被压缩的气体所产生的压力能如果与活塞运动所具有的全部能量相平衡 即会取得缓冲效果 使活塞在行程末端运动平稳 不产生冲击 调节节流阀 6 阀口开度的大小 即 可控制排气量的多少 从而决定了被压缩容积 称缓冲室 内压力的大小 以调节缓冲效果 若令 活塞反向运动时 从气孔 8 输入压缩空气 可直接顶开单向阀 5 推动活塞向左运动 如节流阀 6 阀口开度固定 不可调节 即称为不可调缓冲气缸 图 十三 缓冲气缸 1 活塞杆 2 活塞 3 缓冲柱塞 4 柱塞孔 5 单向阀 6 节流阀 7 端盖 8 气孔 气缸所设缓冲装置种类很多 上述只是其中之一 当然也可以在气动回路上采取措施 达到缓 冲目的 由于此处的气缸要求体积小 作用力也不大 所以选择单作用气缸就行了 我选择国逸气动的工作压力为 0 2Mpa 的 MP4 型后端单耳环式单作用气缸 具体参数如下 受压面积 A 2 cm 工作压力 Mpa 缸径 D mm 活塞杆 d mm 输出力 F N B 2 cm 0 20 30 40 50 60 70 8 上海水产大学 2007 届毕业设计报告 论文 屋顶包饮品灌装机加盖机构的研究与改 进 第 24 页 共 28 页 F13 1462 894 2125 7157 1188 5220251208 F22 6452 879 2105 6132158 4184 8211 2 5 3 2 其它零件参数 见 DWG 图片 5 2 4 控制系统的设计 由于机构的供盖与焊接机构的用盖是同步的 所以此机构上的气缸采用和