颗粒包装机设计说明书10.doc

目目 录录 摘 要 引 言 第第 1 章 设计任务 1 第 2 章 方案设计及选择 2 2 1 立式连续制袋三边封口包装机 5 第 3 章 机械部分设计 8 3 1 成型器的选择和设计计算 8 3 1 1 翻领成型器 8 3 1 2 象鼻成型器的设计 9 3 2 传动系统方案设计 11 3 3 动力及运动参数计算 12 3 3 1 主电机的确定 12 3 3 2 主轴转速计算 12 3 3 3 主轴功率计算 13 3 3 4 主轴最小直径估算 13 3 4 热封设计 14 3 4 1 纵封滚轮的设计及计算 14 3 4 2 横封装置设计 16 3 5 封合调整 18 3 6 引导装置 22 第 4 章 UG 部分设计 23 4 1 建模 23 4 1 1 轴的建模 23 4 1 2 齿轮的建模 24 4 2 装配 29 4 2 1 基本概念 29 4 2 2 装配的方式 30 4 2 3 装配模块的启动 30 参考资料 36 毕业设计总结 37 致 谢 38 摘 要 本论文是关于小颗粒食品的包装设备简称颗粒包装机的设计 颗粒包装机 是将小颗粒的食品装入袋内 再封装 主要适用于小食品 医药产品的包装 它具有操作简单 生产量大 适用范围广等特点 颗粒包装机主要由几部分构成 引导成型部分 喂料部分 纵封牵引部分 横封切割部分 塑料薄膜安装在退卷装置上 经过导辊的引导输送塑料薄膜在 成型器的作用下形成袋状 这时纵封将袋封上纵向口 喂料装置下料 横封辊 在将其封住横向开口 并且切断 至此一个包装袋形成 本文从基本理论 基本工作原理 基本分析方法上对设计作了阐述 在本 次设计中采用了象鼻成型器 转盘式定量供料器 滚轮纵封装置 整体加工式 横封辊结构 滚轮纵封装置将以往的纵封和牵引合为一体 这样既节省了空间 又使整 体更具有美观性 整体加工式横封辊结构将横封和切断装置合成一体 减少了 封装时间 最后一个重要的部分是 UG 的建模 装配 Unigraphics 简称 UG 是当前世 界上最先进和紧密集成的 面向制造行业的 CAID CAD CAE CAM 高端软件 作为一个集成的全面产品工程解决方案 UG 软件家族使得用户能够数字化地 创建和获取三维产品定义 UG 软件被当今许多世界领先的制造商用来从事概 念设计 工业设计 详细的机械设计以及更成仿真和数字化的制造等各个领域 本文详细介绍了轴的建模 齿轮的建模 以及其装配和动态仿真 关键字 颗粒包装机 纵封 横封 关键字 颗粒包装机 纵封 横封 UGUG 装配装配 引言 当今世界科学技术发展日新月异 产品的科技含量越来越高 高新技术产 品已进入家庭 世界进入知识经济的时代 只有科学技术才能兴国 由于一些 发达国家在计算机技术 微电子技术 人工智能技术 材料科学技术 空间科 学技术 制造工业技术 等领域处于领先地位 引进发达国家的先进技术为我 所用 是发展本国经济的最佳途径 我国是一个发展中国家 科学技术相对落 后 投入大量资金去研究发达国家已推向市场的产品或技术是完全没有必要的 这不仅浪费资金 也拖延发展经济的时间 而且涉及到发展经济的科学技术领 域非常广泛 我国也缺少巨额资金去进行大面积的科学研究 因此 引进发达 国家先进的科学技术或先进的产品 然后进行反求设计 仿照或创新设计更新 的产品 是发展中国家发展国民经济的必由之路 因此 学习反求设计和进行 此次反求设计的课程设计对于我们机械专业的学生尤为重要 我们只有抓住此 次机会好好训练 才能在以后的工作中有所贡献 第 1 章 任务分析 完成包装工序的机械通称为包装机械 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 包装机械的范 畴广泛 种类繁多 包装是产品进入流通领域的必要条件 而实现包装的主要手段是使用包装 机械 随着时代的发展和技术的进步 包装机械在流通领域中正起着越来越大 的作用 而颗粒包装机的设计意义在于使小颗粒物品易于携带方便 且外形美 观 我们设计的是一个自动制袋装填包装机 通常自动制袋装填包装机所采用的 包装材料是卷筒式包装材料 在机器上实现自动制袋 装填 封口 切断等全部包 装工序 其包装材料可以为塑料单膜 复合薄膜等 对于不同的机型 可以采用单卷 薄膜制袋或两卷薄膜制袋的形式 但主要以前者居多 第 2 章 颗粒自动包装机可行性论证 2 1 研究开发的目的意义 随着人们生活水平的提高 对颗粒状物料的包装要求逐渐提高 长久以来 对于颗粒状物料的包装一直存在生产率低 充填精度不高 污染环境等问题 设计出能够实现自动计量 成型 充填 封口的颗粒包装机 对于解决此类问 题并满足市场需求具有重要意义 2 2 目前国内外该产品的发展状况 近十余年来 国际包装界十分重视提高包装机械及整个包装系统的通用能 力和多功能集成能力 为市场开拓日新月异的多样化商品提供及时灵活应变的 生产手段 同时基于合理简化包装和优势包装工艺方法的实际需要 不断探索 明显地加快了自身技术革新的步伐 尤其是与现代自动机床同步发展相呼应 逐步明确 要想建立多样化 通用化 多功能集成化的包装机械新体系 首先 必须着重解决组合化和机电一体化的大问题 无疑这是今后的重要发展方向 中国真空包装机形成行业仅 20 年 基础相对薄弱 技术及科研力量不足 其发展相对滞后 在某种程度上拖了食品和包装工业的后腿 预测到 2010 年 国内行业总产值可达到 1300 亿元 现价 而市场需求可能达到 2000 亿元 如 何能够尽快的赶上并且抓住这个巨大的市场是我们迫切需要解决的问题 我国真空包装机起步于上个世纪 70 年代末 年产值只有七八千万元 产品 品种仅有 100 多种 近 5 年来食品和真空包装机行业每年以 11 12 的平均增 长速度发展 高于同期国民经济增长速度 销售总额由 1994 年的 150 亿元增 加到 2000 年的 300 亿元 产品品种由 1994 年的 270 种发展到 2000 年的 3700 种 产品水平上了新台阶 开始出现规模化 成套化 自动化的趋势 传动复 杂 技术含量高的设备开始出现 可以说我国的机械生产已满足了国内的基本 需求 并开始向东南亚及第三世界国家出口 如我国 2000 年的进出口总额为 27 37 亿美元 其中出口额为 12 9 亿美元 比 1999 年提高了 22 2 在出口 的机械品种中以食品 乳品 糕点 肉类 水果 加工机 烤箱 封装 贴标签 机 纸塑铝复合罐生产设备等机械出口较多 食品机械如制糖 酿酒 饮料 真空包装机等设备已开始成套出口 中国包装机械起步较晚 起于上个世纪 70 年代 北京市商业机械研究所 在研究了日本的包装机械后 完成制造了中国第一台包装机 经过 20 多年的 发展 中国包装机械已成为机械工业中十大行业之一 为中国包装工业快速发 展提供了有力的保障 有些包装机械填补了国内空白 已能基本满足国内市场 的需求 部分产品还有出口 但在目前 中国包装机械出口额还不足总产值的 5 进口额却与总产值大抵相当 与发达国家相去甚远 在行业快速发展的同时也存在一系列的问题 现阶段中国包装机械行业水 平还不够高 包装机械市场日趋垄断化 除了瓦楞纸箱包装机械和一些小型包 装机有一定规模和优势外 其它包装机械几乎不成体系和规模 特别是市场上 需求量大的一些成套包装生产线 如液体灌装生产线 饮料包装容器成套设备 无菌包装生产线等 在世界包装机械市场中均被几家大包装机械企业集团所垄 断 面对国外品牌强劲冲击国内企业应该采取积极对策 从现阶段情况看 全球的包装机械需求以每年 5 3 的速度增长 美国拥 有最大的包装设备生产商 其次是日本 其他主要生产商还包括德国 意大利 和中国 但未来包装设备生产增长最快的是在发展中的国家和地区 发达国家 将从刺激国内需求中获利 并在发展中国家寻找当地合适的生产厂家 特别是 在食品加工厂进行投资 提供包装机械设备 而中国自加入世贸组织以来取得 了长足的进步 中国的包装机械水平提升非常快 与世界的先进水平差距逐渐 缩小 随着中国的日益开放 中国的包装机械也将进一步打开国际市场 2 3 市场需求分析 要想在规定的时间内 为自己创造出最大的利益 就要确保自己的食品包 装生产线运行良好 在生产过程中不会出现错误 这样在尽量避免错误出现和 故障的影响 才会为企业获得最大的利益 自动化水平在制造工业中不断提高 应用范围正在拓展 包装机械行业中自动化操作正在改变着包装过程的动作方 式和包装容器及材料的加工方法 实现自动控制的包装系统能够极大地提高生 产效率和产品质量 显著消除包装工序及印刷贴标等造成的误差 有效减轻职 工的劳动强度并降低能源和资源的消耗 具有革命意义的自动化改变着包装机械行业的制造方法及其产品的传输方 式 设计 安装的自动控制包装系统 无论从提高包装机械行业的产品质量和 生产效率方面 还是从消除加工误差和减轻劳动强度方面 都表现出十分明显 的作用 尤其是对食品 饮料 药品 电子等行业而言 都是至关重要的 自 动装置和系统工程方面的技术正在进一步深化 并得到更广泛的应用 随着人们生活水平不断提高 对各种方便食品的需求也随之大增 这近一 步拉动了我国食品包装业的快速发展 2 4 产品原理方案分析 颗粒包装机主要工作流程 颗粒物料计量 包装制袋成型填充包装切封成型 根据现有的颗粒包装机来看 由于产品采用三封袋包装已定 其制袋成型 填充包装 切封成型基本与计量装置的方案有直接关联 因此 提升颗粒包装 机包装效率的关键技术在于计量方案的选择 由现有的资料查知 计量方案主 要有以下三种 2 4 1定容积式计量 主要有 a 定容积量杯式计量方案 b 移动式定容积量杯自动计量的方案 c 转鼓定容积式计量方案 d 螺旋输送式定容积计量方案 上述a b c三种方案都是间歇式落料方案 也就是两次落料过程之间有一 定的时间间隔 这样有利于包装制袋的横封 并保证转鼓 量杯计量的物品 与落人包装袋中的物料容积保持一致 以确保计量的相对准确性 上述几种落料计量方案 结构简单 动作灵活 传动效率高 但定容积 量杯和转鼓容积不可调整 只能适用于某单一品种的某一限定计量的包 装 且由于量杯 转鼓的制造误差 加上物料的密度变化 计量误差无法调 整 螺旋输送式计量虽可调整 但调整误差 动作不够敏捷 面对品种繁多 的商品自动化包装要求 上述计量方案实用意义不大 都需要改进 2 4 2容积可调式量杯计量装置 2 4 3容积可调式动态计量装置 此方案采用步进电机为驱动元件 直接驱动螺旋推进器计量所包装的物料 把整个落料过程电子秤动态检测得的计量误差反馈到计算机系统 相应做出反 应 实现了商品包装中自动计量误差的动态调整 进而实现更高的计量精度要 求 推荐方案 容积可调式动态计量装置 其不仅操作方便 计量准确 适应性广泛 结构也十分简单 是值得推广 的计量方式 2 5 技术发展趋势与市场前景 2 5 1 技术发展趋势 A 向多功能 高效 低耗的方向发展 许多加工设备 已经越来越被用 户要求向着多功能方向发展 比如一套设备可以生产两种以上的不同型号产品 因此包装机械也必须向多功能方向发展 同时 要求设备提高效率 降低消耗 以降低成本 赢得市场 B 要求包装机械向灵活性 柔软性方向发展 对于同一种设备 每一个 用户都有不同的要求 因为其产品各有特色 这就要求包装机械 根据用户要 求的不同而设计 变化 C 包装具有保质期的食品 药品等物料 一旦出现机械故障导致停产 就会导致物料积压和浪费 所以更高的稳定性 可靠性是一个发展方向 D 在采用技术上 越来越多地向高科技方向发展 包装机械已越来越多 地采用了机 电 光 声 磁 化 生等技术 使其越来越适合于各类户的要 求 同时采用高新技术 操作方便 维修简单 稳定性好 寿命长 同时给生 产管理上带来很大益处 E 包装机械越来越多地体现出其社会性 如其对环境保护 使用安全等 方面的考虑 体现得越来越多 2 5 2 市场前景 颗粒包装机市场前景广阔 我国国民对日常用品特别是食品类的需求已从 最初的完全靠自主生产加工发展到现在的部分后大部分市场采购 多数一线城 市已经完全靠采购来满足日常需求 而对于拥有 13 亿人口的大国来说 这显 然是一个巨大的发展空间 颗粒包装机在其中必然扮演着重要角色 据统计 我国对颗粒包装机类产品的需求量以每年 12 的速度增长 巨大的市场潜力下 我国的颗粒包装机以国外先进技术为参照不断进行创新 从原来的完全靠进口 弥补缺失迅速发展至现在的部分 大部分靠自主开发 新的市场形势造就了新 的技术团队 国内需求链的马达也随之启动 2 6 产品成本及经济效益分析 该颗粒包装机的成本构成主要有 标准件费用 非标准件的材料和加工费 用 装配费用 自动控制装置的费用以及管理费用 2 6 1 标准件费用 统计标准件的种类 数量 和价格入下表 表 6 1 名称数量 个单价 元成本 元 气缸3100 300600 轴承1010100 螺栓820 541 螺母 垫片300 515 弹簧21 53 其他2010200 总计147959 2 6 2 非标准件材料费用 本包装机使用材料种类主要钢 不锈钢 尼龙类 根据目前市场上各种原 材料的价格 对各种材料用量和费用进行估计如下表 表 6 2 材料用量 kg单价 元 吨成本 元 普通碳素钢10800080 不锈钢9015000 250001800 总计1021880 工时计算主要包括机加工 铸造费用和装配费用 工时的估算包括加工工 时和辅助工时 工时的成本标准按表 进行估算 工时计算详细塑胶见表 所 示 2 6 3 非标准件加工费用 表 6 3 加工方法成本 元 车20 30 小时 铣30 50 小时 磨40 60 小时 钳20 小时 镗80 小时 非标准件的加工费用根据经验大概可估算得 1600 元 台 2 6 4 综合各种费用列出成本核算表 表 6 4 项目费用 标准件费用959 非标准件材料费1880 非标准件加工费1600 装配费用600 自动控制费用1300 管理费用500 总计6839 根据调查 目前市场上同类产品不同厂家的售价大概在 15000 到 25000 之 间 利润空间在 8000 18000 左右 2 7 预期社会 经济效益分析 经济效益是通过商品的劳动和劳动对外交换所取得的社会劳动节约 用它 尽量减少劳动的耗费 这是为了取得更多的经营成果 提高经济效益对社会等 具有十分重要的意义 目前的市场经济的发展正在迅速的发展 市场经济中出 现了供不应求的现象 这给市场经济的发展带来了一定的影响 根据市场的需 求以及商场中包装行业的发展前景 设计出了该颗粒自动包装机 本产品的研 发和生产不仅可以为企业带来新的利益增长点 而且可以带动相关产业的发展 提升相关产品的外观质量 其预期社会效益和经济效益包括以下几点 1 减少对国外进口产品的依赖 快速发展的中国包装工业和食品加工业需要进口大量高质量包装机械和食 品加工机械 这给外国机械制造行业带来了很大的商机 该产品的问世 预计 可以占据一定市场份额 从而是增加国产包装机械的市场占有率 2 乐观的市场前景 从市场需求看 随着世界商品经济日益繁荣 世界包装市场巨大 仅我国 在 入世 后预测 2010 年 GDP 将比 2000 年翻一番 达到 20000 亿美元 相应的包装市场规模至少会达到 5000 到 6000 亿人民币 从而对包装机械的市 场需 求量巨大 据专家预测 全球包装机械需求年增长率为 5 3 左右 2005 年将达到 290 亿美元 2010 年接近 400 亿美元 而其中中国和印度将占 有最大的份额 因此对包装机械市场的需求 国内 国际两个市场都是巨大的 3 提高相关行业生产效率 该颗粒自动包装机采用先进的关键技术 相比上一代的包装机产品 生产 效率有很大提高 从而提高了生产效率 节约劳动成本和时间成本 2 8 本章小结 1 可行性论证报告主要是为了分析当前需求 以作出新的设计依据 再 根据经济效益做进一步判断 2 在分析中重要的是分析当前市场需求以及成本分析 控制好成本 把 握市场才能够让新产品获得一席之地 第 3 章总体设计 3 1 颗粒自动包装机的总功能 颗粒自动包装机的黑箱图 颗粒自动包装机 操作指令 S 220V E 物料 包装纸 M S 显示 M 包装好的成品 噪声 发 热 图 3 1 黑箱图 3 2 颗粒自动包装机的分功能 颗粒自动包装机 计量 数包裹 堆放 输送量杯计量成品计数 图 3 2 功能分解图 3 3 颗粒自动包装机功能求解 1 颗粒自动包装机的功能结构图 堆放 输 送 量杯计量 电动机传动机构装袋横 纵 封 成型送纸切断成品 颗粒 220V 包装 纸 指令 计数 包装 速度 电控器机控器显示器显示 噪声发热 计数 图 3 3 功能结构图 2 探索功能元解并列出形态学矩阵如下 表 3 1颗粒自动包装机的形态学矩阵 功能元 功能元解1234 A 能量传递蜗杆传动锥齿传动圆柱齿轮传动双曲柄机构 B 计量方式量杯计量螺杆式可调容量式气流式 C 计数机械光学电感应电子扫描 D 横 纵封 切 断 链传动齿轮传动带传动蜗杆传动 E 放纸 送纸自身摩擦力 输送带 F 换向蜗杆传动齿轮传动回转导杆 取 6 种分功能的各一解法组合得到传动装置的一种方案 可组合的最多方 案数 N 4 4 4 4 2 3 1536 3 方案评选 考虑到 颗粒包装机的工作环境 且需结构紧凑等方面的因素 有两种 方案可作为参考 方案 1 A1B3C3D1E1F2 方案 2 A1B3C3D2E1F1 最后得出 方案 1 适用于横封 方案 2 适用于纵封 3 4 颗粒包装机的方案选择 一般情况下卷筒薄膜在纵封滚轮的牵引下 经导辊进入制袋成型器形成种 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和科学性而成为 较多采用的设计方案 根据这一包装原理可设计出多种的袋型 例如 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 是以简化成型器为出发点 使得成型器的加工变得简单 节约成本 用一对对 称的成型器 再用两个送纸卷 两边同时供纸 这样的包装对称美观 起到一 种对称美的作用 综上所诉 采用立式连续制袋四边封口包装机 它将纵封和牵引合为两对 纵封滚轮 节省了空间 提高了效率 简化结构 又考虑到方便 造价低等特 点 此次选用立式连续制袋四边封口包装机 3 5 传动系统方案设计 要实现包装的全过程 主要是实现包装的牵引走膜 下料及封切 也就是 说从塑料卷筒到最终成品要经过以下过程 图 3 4 连续式自动制袋装填包装机传动系统 1 主电机 2 皮带 3 蜗轮蜗杆减速器 4 偏心轮机构 5 横封器 6 纵封器 7 离合器 8 上料机构 9 不完全齿轮 10 行星齿轮差动器 11 伺服电机 12 无级变速器 动力由减速器输出后 通过带传动带动主轴 运转 再通过主轴分配 形 成三路传动 分别驱动定量供料器 8 纵封滚轮 6 以及横封辊 5 三路传动如 下 1 主轴 通过齿轮 Z20带动二联体齿轮的齿轮 Z52和 Z20 再经过二联体齿 轮 Z52和 Z36传到齿轮 Z36驱动轴 使定量供料器 8 回转 2 主轴 通过锥齿轮 Z30带动无级变速器的轴 变速器的输出轴 经过 差动传动装置 综合伺服电机 11 输出的补偿速度 再经过一对不完全齿轮 Z60 带动轴 旋转 从而驱动纵封滚轮 6 相对回转 3 主轴 通过锥齿轮 Z36 带动轴 的偏心链轮机构 4 输出一个不等速运动 带动齿轮 Z18 经齿轮 Z22和一对 Z30驱动横封辊相对回转 通过调节偏心链轮 的偏心值可以实现热封速度的调整 作用在纵封滚轮上的牵引力应该与滚轮受到塑料薄膜给它的力相等 才能 使塑料薄膜匀速下滑 3 6 动力及运动参数计算 3 6 1 主电机的确定 由于整台机器比较小 所以不需要较大的电机 而且电机要实现变速 综合 上述条件后 参考有关资料选用型号为 Y801 4 的三相异步电动机 其主要性 能如下 表 3 2 电机的主要性能 功 率电 流转 速 功率因数效 率起动电流 550W 4 17A 1400r min 0 64 63 29A 3 6 2 总体传动比分配 定量供料装置转动一圈 可以填 6 袋 而机器的包装速度是 36 60 袋 min 所以定量供料装置最多要每分钟转 10 转 所以定量供料装置中心轴的转速为 6 10r min 定量供料装置的转盘有 6 个定量孔 所以横封器啮合次数应该达到 36 60 次 min 初定袋长 80 140mm 而且再根据产量计算纵封器的转速 计 算如下 max 140 60 2R 3 14 max 3 1 R 纵封器压辊半径 初定为 R 55mm 140 60 2 55 3 14 max max 121 6r min min 80 36 2R 3 14 min 3 2 min 41 7r min 根据所有执行机构的轴的转速设定如下传动计算框图 图 3 5 传动计算框图 3 6 3 主轴转速计算 综合传动计算框图 主轴转速计算如下 n主轴 n电机 i减速器 3 3 其中 nmax 电机 840 1400 r min n主轴 42 70r min 3 6 4 主轴功率计算 P 主轴 P电机 带 减 联 3 4 其中 带 带传动效率 取为 0 96 减 蜗轮蜗杆减速器效率 取为 0 8 联 联轴器效率 取为 0 99 P主轴 550 0 96 0 8 0 99 418 2W 3 6 5 主轴最小直径估算 d0A 20 6mm 3 3 P n 3 42 418 0 110 5 设计轴时一般考虑轴上的键槽对强度的影响 设计时应该根据槽的个数增 大尺寸 其经验公式计算如下 d d023 624mm 3 6 3n 41 41 因为主轴与减速器由联轴器连接 所以选择标准件联轴器的复合最小轴直 经为 d 25mm 所以主轴最小直径为 dmin 25mm 功率分配 共有三条传动线需要分配功率一条是横封机构 一条是纵封机构 还有一 条是定量供料装置 由于横封机构需要的力相对来说不是很大 所以横封机构 分配到的功率为总功率的 1 5 其它两个占总功率的 4 5 纵封相对定量供料装置 来说需要的力大一些 所以它分配到剩下功率的 1 5 则 P横封 P主轴 418 2 83 6W 3 7 5 1 P纵封 P主轴 200 6W 3 8 5 4 5 3 P定量 P主轴 133 7W 3 9 5 4 5 2 3 7 热封设计 塑料薄膜及其复合材料是自动制袋包装机中最常用的包装材料 特别是多 层复合薄膜 因为它的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 影响封合质量的因素主要是加热温度 封合压力和和作用时 间 热融封合的方法有多种形式 最常用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 因其具有机构简单 调控方便的特点 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 6 连续制袋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 他们均采用电阻加热的封合方法 3 7 1 纵封滚轮的设计及计算 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 连续进行的 为此采用两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 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转 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 7 2 横封装置设计 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包装机的共同趋势 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 6 横封装置 1 2 横封辊 3 滑动轴承座 4 横封辊 5 齿轮 6 键 7 二联体齿轮 8 轴承 9 螺栓 10 调压支杆 11 电热管 12 隔热套筒 13 触电凸台 14 绝缘套筒 15 导线 如图 3 6 所示 横封装置的结构 图中的一对横封辊 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 横封辊 1 的两端装有滑套轴承 17 通过轴瓦套 16 固定在支撑座 19 和安装板 15 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 可以在支撑座 19 和安装板 15 的滑槽内移动 受弹簧力的作用 横封辊 2 相横 封辊 1 压合 两辊的左右圆环部分的圆周面保持紧密接触 两辊压合力可以调 节 当旋紧调节套筒 5 时 弹簧 8 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 动力有双联链轮 10 输入 经中间双联齿轮 13 带 动横封双联齿轮 12 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 20 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 18 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 16 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 如下图所示 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 7 整体加工式横封辊结构 1 4 辊体 2 刀板 3 切刀 5 电热管 横封辊的缝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 HRC55 60 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 适合小袋的包装机 而装配式 的横封辊主要应用于较大包装的机器 3 8 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能进行热封分切 在横封辊对接的瞬间 运行的包装薄膜被压合 此时 必须保证横封辊封合面的线速度与薄膜送进速 度一致 即横封线速度 h v 应等于纵封牵引速度 z v 只有如此 才能保证封切质 量 否则 当 zh vv 时 会导致薄膜拉伸撕裂 而当 zh vv 时 会导致薄膜出 现皱折 假设纵封牵引速度 z v 保证在一个封切周期T内送进一个袋长l 而横封辊 以 b v 匀速旋转 并且一周封切两次 于是有 hz v T R T l v 3 10 式中R为横封滚轮最大回转半径 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 采用一个不等速机构 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 借助不等速机构 在热封切瞬时 使横封辊对滚的线速度与薄膜送进速度达到 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 保证封切质量合包装工作的顺利进行 要实现横封不等速回转运动 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 根据运动特征 考虑其结构特点及制造工艺等 主要采用偏心链轮机构 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动特性均符合横封 工作要求 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 偏心链轮不等速机构 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 6 机构中设置有张紧轮 通过弹簧保持链条的张紧 图 3 8 偏心链轮传动示意图 图 3 8 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 w 匀速旋转 则从动力链轮的角速度 2 w 可通过下式计 算 cos2 sin 1 22 12 eddeR ed ww 3 11 对上式求极值可 w2max w1 即 imax 1 R e 1 R e w2min w1 即 imin R e 1 R e 1 因此变速范围 n R 为 3 12 图 3 9 偏心轮机构的输出速度特性曲线 上图 3 9 表明 变速范围决定于偏心距e和链轮节圆半径R 而与中心距 d无关 当R一定时 调整e即可获得不同的变速范围 若不断调整e值 可得 到图示的曲线簇 由图可见 调整偏心距e 当其值由大到小变化时 所反应 的特性曲线越来越平坦 直到 0 e 变成匀角速 1 w 为止 随着e值的变小 速度 极限角 1 和 2 分别向 2 和 2 3 趋近 直到 0 e 时 2 1 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 由于e值的改变 使得在封切位置 1 处的 2 w 发生变化 而 2 w 的变化正好 适应不同袋长l的变化 具体推导如下 薄膜运动的线速v为 60 lQ v 3 13 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 而横封辊封切的瞬时角速 w 为 2 wi r v w 3 14 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 值 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 2 1 i 因此由上式可得 r v w 2 2 3 15 把 3 13 式代入 3 15 式得 r lQ w 30 2 3 16 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 w 可见在封切位置 1 处 e值由最大值变到最小值时 2 w 亦由最大值变到最 小值 而随着 2 w 的变化 由式 3 16 可见 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值的大小来适应 若将e值用袋长量标刻在偏心链 轮半径上 就能直观地进行调整 为了合理实际机械机构 在偏心链轮上采取偏心值 e 的调整方法 这样当 0 e 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 w 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 首先把偏心链轮调节在 0 e 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 垂直于两链轮轴的中心连线 同时使最 小袋长值的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有点在于结构简单 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值大侧链 条张紧轮摆动范围大 其张力波动大 对运动不利 另外 此结构步适于告诉 运动合可逆传动 速度越高 链条跳动越历害 3 9 引导装置 引导装置主要是一系列导辊组 通过导辊的作用 使包装材料带平展输送 并起到自由转向 校正纠偏的作用 导辊的机构很简单 主要由心轴 辊筒和轴承组成 如图 3 9 所示 图 3 9 导辊结构 1 螺母 2 弹簧挡圈 3 轴承 4 心轴 5 辊筒 心轴固定安装在支座上 使辊筒在轴上能灵活转动 辊筒一般用不锈钢管 表面抛光制作 也可用工程塑料管等材料制造 无论用何种材料 辊筒外表面 应保持光洁圆滑 以便使薄膜带输送平滑稳定 一台包装机一般有若干支导辊 安装时须确保平行 并且按薄膜带的走向 设定安装位置 导辊的数量与薄膜带输送速度有关 对于牵引速度高的包装机 薄膜带高速输送 则需要较多数量的导辊以提高薄膜带输送的稳定性 反之 牵引速度较低的包装机 配置较少的导辊即可满足要求 3 10 本章小结 1 在总体设计中 首先运用黑箱图 功能分解图以及形态学矩阵 将所需 产品进行彻底分析 得到合适的原理方案设计 2 由于创新设计所以在成型器方面做出改进 那么原来的三封口包装机改 为四封口的 同时要求增加一对纵封滚 这样的改进在整体上对整个包装机确 实有一点改动 但是对于整体的结构方案并没有太大的影响 第 4 章 制袋及导向部件的设计 4 1 成型器的设计 在制袋过程中 制袋成型器在卷筒薄膜由舒展平坦输送到卷折成各种袋型 的过程中起到一个十分关键的作用 它对包装的形式 尺寸以及包装质量有直 接的影响 因此成型器的选择和设计计算是非常重要的 设计和制造成型器的关键为 1 尽量减少薄膜通过成型器所受的阻力 使薄膜不产生纵向或横向的拉伸 变形以及皱折等 2 确保薄膜自然贴合 无拉伸 无腾空地通过成型器 自然卷合 正确成 型 结构简单可靠 制造方便 调试容易 常用的成型器主要有以下几种 4 1 1 翻领成型器 如图式 薄膜由最后一根导辊引入 经翻领曲面滑入加料管 5 和成型筒 6 的间隙间 在这一过程中 薄膜自然卷合成圆筒状 由此可见 其设计关键在 于正确设计翻领曲面与成型筒曲面的拼接曲线 要求自然圆滑地过渡 图 4 1 翻领成型器工作原理 如图示 用一张边长等于成型器筒周长的方形纸 紧贴包卷在圆筒外表面 将上端打开并且无折皱地翻展 即可形成翻领成型器的工作曲面 工作曲面与 圆筒曲面的交接线就是需要设计所求的拼接曲线 图中 b 为展开的平面曲线图 其中 r 为圆筒半径 由于翻领成型器计算繁琐 设计时 采用了象鼻成型器 4 1 2 象鼻成型器的设计 对于象鼻成型器 其安装角可取 125 圆弧槽半径推荐值为 aR3 0 1 0 根据参数a a和R可求出 值 h值和n值 如下图所示 图 4 2 象鼻成型器参数及其截面示意图 象鼻成型器的两边都带有护边目的是防止成型器曲面过长而导致薄膜贴合 不良而跑偏 影响翻折制袋 折边的宽度可取 20 15 m mm 下图中 在 D处 三角板离上顶面距离为m 实际生产中 往往将GD段截断 在G处设 置导辊将薄膜直接引入D处 6 图 4 3 象鼻成型器结构及展开图 象鼻成型器的制造一般采用不锈钢薄板 要求外表面光滑平整 其三角部 分合圆弧槽部分可用整块板料卷曲而成 因为它们的展开宽度是相等的 下图 中所示是象鼻成型器结构及展开图 沿虚线卷折即可制得成型器 图中参数可 通过计算加以选择 在下表中 列出了多种象鼻成型器的设计参数 这是实际 应用中所设计的成型器 可供参考选择 表 4 1 象鼻成型器参数 mm b e f g h i j k m n 50 133 101 68 76 33 49 68 89 28 3 55 143 111 78 86 38 54 78 99 32 6 60 153 121 88 96 43 59 88 109 36 9 65 163 131 98 106 48 64 98 119 41 2 70 173 141 108 116 53 69 108 129 45 5 75 183 151 118 126 58 74 118 139 49 8 80 193 161 128 136 63 79 128 149 54 1 在设计象鼻成型器时应注意 除了折边部分外 其宽度应与薄膜宽度大致相等 理想状态是 制造完工的成型器 其表面宽度比薄膜大 15 0 mm 这样可确保 薄膜自然贴合成型器而不起皱 4 1 3 新型成型器的设计 对于以上两种成型器的研究可以发现二者虽然使用方便 成型效果好且广 泛使用 但是它们都有一个共同的缺点或者说不足 那就是设计和加工此类的 成型器复杂 加工工艺复杂 成本较高 为此 我在象鼻成型器的基础上进行 了创新设计 改进成了一种新型的成型器 命名为长方形成型器 该成型器的 优点在于结构简单 制造加工工艺简单 节约成本且最后的包装袋对称美观 图 4 4 长方形成型器 为满足颗粒包装机的功能需求 该成型器采用不锈钢材料 成型器安装孔 成型器螺栓调节 孔 下面是成型器其他安装调节部件的设计 1 成型器的安装杆 图 4 5 上端安装杆 图 4 6 下端安装杆 注 上 下两端的安装杆采用不锈钢材料 不允许生锈 才可以满足生产要 求 水平调节孔 与成型器安装 孔配合的杆 肋板 图 4 7 纵向安装及调整架 该纵向调整杆也是采用不锈钢材料 足够的刚度和强度 保证成型器的安装和 调节功能 图 4 8 整体装配图 纵向调整孔 螺栓孔 成型器 上端安装 杆 下端安装 杆 调节 螺栓 纵向 安装 杆 采用对称的成型器设计及调整 能够完成空间三维 xyz 方向的调节 4 2 成型器及其部件的尺寸计算 4 2 1 成型器的尺寸计算 图 4 9 成型器主视图 图 4 10 左视图 图 4 11 俯视图 4 2 2 其他部件的尺寸计算 图 4 12 上端安装杆主视图 图 4 13 上端安装杆俯视图 图 4 13 纵向安装调整架 4 2 2 成型器材料的选择 该成型器采用厚度为 0 5mm 的 304 不锈钢材料 也就是 06Cr19Ni10304 不 锈钢是一种很常见的不锈钢 业内也叫做 18 8 不锈钢 它的抗腐蚀性能要优 于 430 不锈铁 耐腐蚀耐高温 加工性能好 因此广泛使用于工业和家具装饰 行业和食品医疗行业 例如 一些高档的不锈钢餐具 浴室厨房用具 4 2 3 成型器的加工工艺 毛胚 切割 冲压 折弯 抛光 冲安装调节孔 加工 M6 螺纹孔 焊接压纸板 成型器的表面粗糙度达到 Ra1 6 以保证足够的光滑 才能使包装纸顺利成 型及导向 去毛刺是为了避免刮破包装纸 公差计算 成型器的安装孔直径为 15mm 采用基孔制 公差带代号为 H7 查表得上偏差es 0 018 下偏差为ei 0 4 2 4 其他部件的加工工艺 1 上端安装杆的加工工艺 毛胚 焊接 冲孔 去毛刺 上端安装杆与下端安装杆的工艺相同 材料是 304 不锈钢 2 纵向安装架的加工工艺 毛胚 切割 冲孔 加工 M6 螺纹孔 去毛刺 纵向安装架采用 304 不锈钢 厚度是 6mm 公差计算 上端及下端安装杆的圆柱杆部分是直