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裹包机横封装置设计

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裹包机横封装置设计

摘要食品包装机械,是指能够完成全部或部分的产品和食品包装过程的机械,包装的过程有填充物料、裹包、封口等主要工序,以及与之相关联的前后工序,如清洗、堆码等。此外,包装还包含计量或在包装件上盖印等工序。使用机械包装的产品可提高生产效率,减轻劳动的强度,适应大规模生产需要,且满足清洁卫生要求。目前国内生产的设备大多是对国外进口设备的简单仿制,同时我国的包装机械产品也普遍存在质量的不好、性能单一、成本较高、技术含量较低的状况。因此对食品自动包装机械关键部件的深入研究,对原理、功能、结构、运动等分析,提供结构简单可靠、自动化程度高、操作方便、用途范围广的包装机很有必要的。本文在分析方便面自动包装机的包装工艺和使用要求的基础上,通过对关键部件的理论分析,提出一种实用、简单的横封机构,实现了根据薄膜厚度不同自动调节加热时间和温度的功能,并且对方便面包装机封切机构的机构,工作原理及各组成部分功能做了较为详细的研究和设计,对关键部分提出完整的设计方法和造型设计,旨在满足市场需求,推动企业创新步伐。本文借助了UG、CAD等软件分析运动规律和结构设计,这种利用计算机辅助设计和分析的方法,可以应用与其它类型包装设备的设计和分析中。关键词包装机械封切机构包装工艺机构设计AbstractFoodpackagingmachineryisabletocompleteallorpartoftheproductsandfoodpackingprocessmachinery,packagingprocess,includingfilling,wrapping,sealingandothermajorprocess,andtheassociatedprocessesbeforeandafter,suchascleaning,stacking,anddemolition.Inaddition,thepackagingalsoincludesameasurementoronthepackagestampedandotherprocess.Theuseofmechanicalpackagingproductstoincreaseproductivity,reducelaborintensity,tomeettheneedsofthelargescaleproduction,andmeettherequirementsofhygiene,atpresent,domesticequipmentismostlyasimpleimitationoftheimportedproduct.Also,prevalenceofinconsistentquality,andperformanceofasingle,highcost,lowtechnicalcontentandpackagingmachineryproductsinChinasituation.Therefore,indepthstudyofthekeycomponentsoffoodautomaticpackagingmachine,theprinciple,structure,movement,functionalanalysis.Provideasimpleandreliablestructure,convenientoperation,highdegreeofautomationisnecessarytouseawiderangeofpackagingmachines.Thisarticlebasedonanalysisofinstantnoodles,automaticpackingmachinepackagingtechnologyanduserequirements.Bymeansofthetheoreticalanalysisofthekeycomponents,proposeapractical,simplecrosssealmechanism,realizedthefunctionautomaticallyadjuststheheatingtimeandtemperatureaccordingtothefilmthickness,andinstantnoodlespackagingmachinesealingandcuttingtothestructure,workingprincipleandpartofthefunctionaltodoamoredetailedstudyanddesign.Thekeycomponentsofacompletedesignmethodologyanddesign,designedtomeetthemarketdemand,topromotethepaceofbusinessinnovation.Inthispaper,usingtheAUTOCAD,UG,suchasmovementofsoftwareanalysisandstructuraldesign,suchastheuseofcomputeraiddesignandanalysismethodscanbeappliedtoothertypesofpackagingequipmentdesignandanalysis.KeywordsPackagingMachinerySealingandCuttinginstitutionsPackingtechnologyMechanismDesign目录摘要........................................................................IAbstract...................................................................II1绪论......................................................................11.1课题的来源..........................................................11.2本课题设计的目的意义................................................11.2.1设计的目的及研究的内容.........................................11.2.2设计的意义.....................................................11.3本设计的发展方向与存在的问题........................................21.3.1设计的方向.....................................................21.3.2设计存在的问题.................................................21.3.3研究的内容和方法...............................................22总体方案设计..............................................................42.1主要组成结构........................................................42.2主要技术参数........................................................52.3横封装置的工作原理..................................................62.4横封的工艺要求......................................................72.5适用范围............................................................83传动机构设计..............................................................83.1偏心链轮............................................................83.1.1偏心链轮运动规律的分析.........................................93.1.2计算设计......................................................103.2齿轮的设计.........................................................124横封装置设计.............................................................164.1弹簧的选择.........................................................164.2热封头的设计.......................................................184.3轴承的设计.........................................................184.3.1轴承的选择....................................................184.3.2轴承的润滑及密封..............................................194.3轴的设计与计算.....................................................195使用和维护保养...........................................................255.1安全操作规程.......................................................255.2封口质量的调整.....................................................255.3常见故障及排除方法.................................................255.4维护清洁与保养.....................................................256三维软件的应用...........................................................276.1三维软件的介绍.....................................................276.2CAD模块............................................................276.3UG在横封装置设计中的使用...........................................277结论与展望...............................................................317.1结论................................................................317.2不足之处及未来展望..................................................31致谢.....................................................................32参考文献...................................................................331绪论1.1课题的来源随着市场经济的发展,人民生活水平的不断提高,包装机械工业在国民经济中所占作用和比重也越来越大。一方面显示出工业化生产发展的高速,另一方面又显示出人们在追求商品质量的同时,对商品的包装要求也越来越高。这一切为推动包装机械行业带来了巨大的动力。综观世界范围来看,包装机械工业是一个市场潜力巨大的新兴产业,尤其是在最近几年发展极其迅猛,已经在各国国民经济中占用重要的地位。它可以提高劳动生产效率,改善生产的环境,降低生产的成本,提高商品的档次,增加商品的附加值,从而增强商品的市场竞争力、社会效益和经济效益。目前,美国、日本、德国、意大利是世界包装机械的四大强国,这些国家生产的包装机械产品品种多、数量大,在国际市场上有着较高的占有率。目前包装机械发展的总趋势是发展重点趋向于能耗低、结构紧凑、重量轻、占地空间小、效率高的产品包装机。这在国外体现为现代化先进包装机械的高新技术,他们将机械技术与微电子技术和信息技术结合,开发数字化、智能化、柔性化的新型包装机械产品。在国内,包装机械行业的发展趋势是在引进、消化、吸收的基础上,已经有一定创新,产品的科技含量在不断的提高,这些包装机械产品正在向机电结合、主辅机结合、成套连线的方向发展。但是,包装机械产品在开发的过程中也存在一定的问题,主要是如何面对国外企业及外资企业的竞争,如何根据中国的国情,提高产品的三化水平,做到生产的高速化,包装产品规格的多样化,提高产品的可靠性及如何使食品和药品的包装机达到无菌化。而这些需要我们抓紧包装机械的研究,不断的开发新的技术,这样才能加快国内包装机械技术的提升。1.2本课题设计的目的意义1.2.1设计的目的及研究的内容商品包装是一个朝阳行业,是在市场竞争日趋激烈、商品经济日益繁荣的新形式下,逐步成长起来的。在商品的流通过程中,袋装商品的包装要求主要有两个方面,一是要求包装美观,以便吸引顾客,并保证商品在流通中包装袋不会出现任何形式的破损。其二是要求包装袋内的商品要计量准确,误差要小(包装机械行业的标准要求计量误差要小于5‰),以便维护商品生产厂商的信誉和形象。因此商品包装的精确计量,是包装行业内时刻关注的一项重要课题。1.2.2设计的意义目前市场上的包装机种类繁多,性能各异,面对品种繁多的商品自动化包装的要求,这些设计方案都需要改进。我国的包装机械工业自上世纪90年代以来的发展成绩显著,在引进、消化、吸收的基础上已经自行研制和开发产品,且有部分的出口。但是,我国的包装机械工业的整体水平还比较差,有的产品只能达到发达国家90年代末期的水平,但数量极少。从总体上来看,我国包装工业水平处于世界的落后地位,而作为包装机械中重要产品的枕式包装机在日常生活的需求上也越来越突出,无论是从药品包装还是从食品包装上,它都充当着十分重要的角色。因此,如何能生产出现代化的食品包装的质量乃至提高人民物质生活需求水平上具有重要的意义,尤其是作为世界上人口最多的发展中国家来说,提高食品包装机的性能对解决众多消费者对商品庞大的需求,提升国民经济生产总值,提高人民的生活水平上来说意义极其重大。同时,对提高我国在枕式包装机横封包装机械甚至包装机械行业方面具有十分积极的作用。1.3本设计的发展方向与存在的问题1.3.1设计的方向应用于连续制袋式袋装机上的横封机构有如下一些工艺要求应满足,一是横封器的热封件与连续运动着的包装料袋热封瞬时应有相同的线速度。这点若不能满足,热封时就可能造成封口部位起皱、拉伸过度,甚至断裂二是袋长规格变化时,横封器热封件回转半径不变下经调节有关部位能得到所需热封线速度。对此,要求横封器在工作中用不等速回转机构带动,袋装机上常用偏心链轮及转动导杆机构作横封不等速回转机构。1.3.2设计存在的问题枕式包装机由于包装机械动作频繁而复杂,执行元件也较多,如果采用传统继电器控制的电路则会导致设备的故障率较高、动作不精确、包装质量也不稳定,停机维修的时间多等缺点,因此,研发包装机时,重视高新技术的应用,是提高其先进性、可靠性的主要途径。此外,跟国外包装机的设计水平相比,我国的包装机设计虽然品种繁多,但是适应面小,基本上只是针对单一品种和单一定量的商品包装,面对品种多样的商品自动化包装要求,跟不上包装形式,此外,由于其标准化、通用化水平低,其生产成本相对偏高。这些都是需要在以后的包装机设计中着力解决的。1.3.3研究的内容和方法本次毕业设计主要就枕式袋装机横封包装装置及其传动系统的设计进行研究,并对其运行的流程、工艺方案、参数的设定、设备的选择及结构和零件的设计做详细的说明论证。按照一般枕式袋装机横封包装机执行的标准,由以下几个方面进行研究(1)枕式袋装机横封包装机的应用范围指其包装不同产品的能力,包括所能包装的产品的类型与所采用的包装材料的种类,一般来说,缩小应用的范围,可以简化机器的结构、降低成本、提高生产效率、易于实现生产自动化。反之,增加功能、扩大应用范围,则可以一机多用、减少占地面积、有利于扩大机器的批量制造,但结构复杂、成本较高。(2)包装质量和生产率①包装质量影响包装质量的因素有许多,它既与被包装产品、包装材料性能及所用的包装技术的方法有关,也与包装机的质量及其使用的条件和操作者技术的熟练程度有关,就包装机而言,主要考虑以下的几个方面a.包装成品的质量其一是包装工序完成后的质量,比如热压后的紧密程度、计算精度、封口的牢度及密封性其二是包装的过程对包装质量的影响,比如被包装的物品和包装的材料由于受到摩擦、振动以及环境的污染等机械和化学的作用,对包装的内在和外观质量的影响,在任何情况下,对质量的影响都不应超过其允许的程度。b.包装物料和包装材料的损耗在机械包装的过程中,由于片状、块状物料的损坏,粉状、颗粒状物料的飞扬及散落,包装材料的撕裂及破损,以及缺少自动控制所引起多于供料、包装不良等原因所造成的各种损耗,通常是难以完全避免的,因此应从包装的工艺设计、机构的选型,结构的设计、自动控制及制造精度等方面综合采取有效的措施,以便降低这些损耗,提高商品包装的正品率。②生产效率常用的是计件的生产效率,即单位时间内所生产的包装商品的件数,又称为理论生产效率。在实际生产过程中,开机前后的准备和结束的工作时间,添加包装的材料以及发生故障时所造成的生产停歇的时间,及出现空位与废次品等的损失时间总是难以避免的,因此,实际的生产率总是小于理论的生产率。因此,有的工厂为了管理方便,通常用一个工作的班次内所能包装的产品数量或质量来表示包装机的生产效率。提高生产效率的主要措施有缩短辅助的操作时间,分散包装的工序、增加执行机构的头数、合理拟定执行机构运动规律及提高制造的精度等。③自动化及自动控制现代化科学技术的发展为包装机械的自动化及自动控制提供了先进的技术手段,同时也对其提出了更高的要求,在确定设计的包装机的自动化程度及自动控制方案时,应根据具体的情况区别对待,既要尽可能的采用先进技术,赶超国际的先进水平,又要结合我国的国情,讲究经济效益,以及便于推广应用。(3)制造及维修在满足使用要求的前提下,应尽可能的使制造和维修方便,可以采取以下方面的措施①装机的系列化、零部件的通用化和标准化程度提高三化的程度是我国的一项重要的技术政策,也是包装机械的一个发展趋势。②结构的工艺性机械的结构工艺性是由零件的机构复杂程度、加工表面的数量、精度的要求、对制造单位的适应能力、零部件的可拆性与标准化、通用化的程度等来评定。结构的工艺性差,不但使制造的成本增加,而且还使制造维修的周期延长,甚至难以达到预定的加工要求。(4)操作条件及工作的可靠性枕式袋装机横封包装机的操纵、装卸物料、排除故障及维护保养等工作应省时、省事和省力,被包装的物品规格发生变化时,有关工作部件的调整或更换也要迅速方便。另外,还需要有安全的措施,如防止误过载保护、故障报警、自动停机等。工作的可靠性是评定包装机质量的一项重要指标之一,如果可靠性低,则必然会降低机器生产的效率,增加操作的困难,这对组成包装自动线的包装机应相当的重视。5经济性和其它在设计时要考虑经济性的问题,这就要求制造的成本低,功率消耗要少,使用的寿命长,运输、安装、维修方便及生产率高。另外,包装机的占地面积要小,外形要美观,这与操作条件、机械机构、产品的销售都有密切关系。美丽的外观和协调的色彩可以提高市场的综合竞争能力。2总体方案设计2.1主要组成结构图2.1横封装置机构包装机横封装置用于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。该装置主要结构组成有调节机构、加热机构、封切机构、传动机构、轴向固定机构等。2.2主要技术参数包装机的主要参数如下表21包装机技术参数项目参数2.3横封装置的工作原理总功率(千瓦)3.2主电机功率(千瓦)1.1加热功率(千瓦)2.1包装速度(袋/分)10120成袋尺寸(毫米)160210(长),50160宽,535(高)机器净重(千克)440封口压力(牛顿/平方毫米)15成袋合格率≥97图2.2横封装置装配图热封是回转轴2和6上的热封头13和16在回转过程中完成的,同时装在热封头上的切断刀14和15也完成袋与袋之间的分切。热封运动是由链轮4传入的,主动齿轮3为便于调整和过载保护,用锥面与轴2联接,从动齿轮5为控制啮合侧隙,采用两片组成。每个热封头内一般装有两个电热管。温度的控制是由装在热封头内的热电偶测温探头得到测温信号,然后由温度控制仪实现对热封温度的自动控制,加热电流由轴2和6的端部分别装有的滑环9和电刷10输入的,而测温信号是轴6右端的滑环7及电刷传出的,两轴分别装在可以浮动的轴承架11和20上,以便改变包装厚度时,调整封切的中心位置。螺杆12和螺栓19的变动量可由指针18和标尺17指示。热切的压力由轴承架20上部的弹簧21调节。2.4横封的工艺要求根据包装工艺要求,横封时必须满足如下要求1速度同步在横封过程中,从横封头接触的袋筒开始,到横封头完成横封脱离包装袋为止,都要求横封头的线速度在袋筒运动方向上的分量和袋筒的运动速度相等,否则,横封头在横封时会出现封口部位起皱或拉长,甚至出现断裂或碰坏包装袋等不良现象。2横封头的不等速转动由于横封时,要求横封头在袋筒运动方向上的线速度和袋筒的运动速度相同,所以横封头必须作不等速运动,此外,工作中的横封头是处于高温状态(温度高于100℃)。为了防止包装材料发生过热现象,应使横封头在横封动作一结束,就快速让开,所以横封头也必须作不等速运动,常用的不等速机构有偏心链轮机构和转动导杆机构。3速度的无极可调当包装机的生产能力和包装袋袋长规格变化时,由于横封头的回转半径不能调,所以只有改变横封头的回转速度,既横封速度的连续可调。2.5适用范围塑料袋封口机适用于聚乙烯或聚丙烯单层薄膜。聚乙烯或聚丙烯为内层的聚烃复合薄膜塑料袋等复合软包装袋的封口制袋。因具有连续封口的特点,可以制成各种规格尺寸的包装袋,且可在各种包装流水线上配合使用。塑料袋封口机应用于食品、饮料、医药、水产、土特产、日用化妆品、服装、电子元件、小五金、化工等产品的包装封口。广泛应用与工厂、商店、零售部门,服务性行业及科研军工等各行各业。3传动机构设计3.1偏心链轮偏心链轮机构是一种不等速的机构,。通过对偏心链轮不等速机构的调节,可以使连续式袋装机的横封器可以满足以下的一些工艺要求热封时,热封头与连续运动着的袋筒要具有同步的线速度,否则,封口部位就会可能发生起皱或者拉长甚至断裂等不良的现象,当袋长的规格有变化时,尤其应当注意这一点。3.1.1偏心链轮运动规律的分析偏心链轮机构工作原理见图3.1。图3.1偏心链轮机构简图设o、2o分别为主、从动链轮的回转中心,中心距2OOL,节圆半径12OAOBR主动链轮的偏心距1OOe,角速度为0,若某瞬时的角位移为,从动链轮的角位移为,主动轮的节圆上任意一点A转到与链条AB相切时,则A点瞬时的线速度为Av,0AvAOAO为该瞬时A点的回转半径),设它与链条同向的分速度为Av,Av与Av的夹角为,则其值01coscosAAvvAO(3.1)022sin2cosAeLvReLeL(3.2)由图3.1可见,同一根链条在张紧时A、B两点的线速度相等,即022sin2cosBeLvRReLeL3.3所以022sin12coseLReLeL(3.4)上式表明,当主动偏心链轮以0等角速回转时,则从动轮作变角速转动。调解选用热合瞬时的角,使其中偏心距e、链轮半径R及两轮回转中心距L不变的条件下,根据输出的角速度,找到相应的主动轮瞬时转角,可见,当袋长变化时应先打开不等速回转机构输出轴到横封器输入轴间的从动链。调节主动链轮的偏心距也可以达到改变输出角速度,满足热封的需要,这是利用特性曲线两个极值点作为专门热封点,偏心距的改变会使输出的极大的角速度在001/eR之间也可使输出的极小角速度在001/eR之间,同时,速度极限角1、2分别有/2、3/2靠拢的微小变化,袋装机在规定袋长范围内,偏小规格利用min的极点进行热合,偏大规格利用max这一极点输出角速度进行热合。如果将经过换算后的袋长值刻在相应的偏心距标尺上,只要调节偏心距到预定的袋长刻度距到预定的袋长刻度上,并加以固定,就可以立即使用。这种方法调整方便,得到了广泛应用。这种机构就是可调式偏心链轮,见图3.2图3.2偏心链轮简图3.1.2计算设计设计可调式的偏心链轮机构要求能够适应袋长的尺寸在150170mm范围内,其设备的生产能力为40120袋/分,本论文设计选用的偏心链轮齿数Z31,模数m4,设计计算如下所示确定链轮节圆的半径。查询文献2得到公式1180cos2RPZ(3.5)其中43.1412.56Pmmm3.6代入上式得118012.56cos62.8231Rmmmm3.7(1)确定不同的袋长对应的偏心距刻度值。已知袋长最小值和最大值min160lmm,max210lmm,所以平均袋长minmax1116021018522PLllmm3.8查询文献2得到公式偏心距为1ifipleRl,式中1,2,3,i3.9当il160,170,180,210mm时,将求得的值代入可得表31表31袋长与偏心距(2)确定主动链轮的最大偏心距。最大偏心距是最大或最小袋长所对应的绝对值,即max8.49emm,(3)横封头回转半径。热封头数取2q,查询文献2得到公式218558.9122phqlRmm(3.10)(4)偏心链轮机构主、从动轴的中心距。考虑其结构,查询文献2得到公式minmax1800.6tan18012.560.6tan8.491015231LpceZcmm(3.11)采用其运动特性,采用推荐值57314440LRmm最后本设计选用320Lmm袋长/ilmm160170180190200210偏心距/fiemm8.495.091.701.705.098.493.2齿轮的设计已知输入功率为1.1kw,齿轮转速为60r/min,齿数比1,由偏心链轮驱动,工作寿命为15年(设每年工作300天),两班制,工作稳定,转向不变。1.选定齿轮的类型,精度等级,材料及齿数(1)按图所示的传动方案,选择直齿圆柱齿轮传动。图3.3齿轮传动简图(2)裹包机横封装置传动机构为一般工作机器,速度不高,故选用7级精度(GB1009588)。(3)材料选择。查询文献4表101选择两齿轮的材料为45钢(调质),硬度为240HBS。(4)选择主从动齿轮齿数1231zz2.按齿面的接触强度设计由文献4设计计算公式109a进行试算,即213112.32EtdHKTZd(3.12)1确定公式内各计算数值1试选载荷系数1.3tK。2计算齿轮传递的转矩。55511195.51095.5101.11.750831060PTnNmm(3.13)3查阅文献4选取齿宽系数0.4d。4查询文献4表查得材料的弹性影响系数12189.8EZMPa。5查询文献4图1021d按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度的极限lim1500HMPa。

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