圆柱型产品填充粉末料的自动机设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 编号 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 题目： 圆柱型产品填充粉末料的自动机设计 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号： 0923145 学生姓名： 杨文浩 指导教师： 何雪明 （职称： 副教授 ） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 无锡 太湖学院本科毕业设计（论文） 诚 信 承 诺 书 本人郑 重声明：所呈交的毕业设计（论文） 圆柱型产品填充粉末料的自动机设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 93 学 号： 0923145 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 无锡 太湖学院 信 机 系 机械工程及自动化 专业 毕 业 设 计论 文 任 务 书 一、题目及专题： 1、 题目 圆柱型产品填充粉末料的自动机设计 2、专题 二、课题来源及选题依据 随着国内各大企业的发展，包装机械的国内市场不断壮大，粉末包装机也加快了步伐，成为一种常 用的先进设备，促进我国商品经济的发展，对人们的生活影响重大。最近几年随着包装技术的提升，粉末包装机的质量稳步提升，再上新台阶，对商品起到保护的作用。 我国粉末包装机在市场中占有重要地位，但是暂时还没有完全取代过去的一些传统的设备，主要还是因为思想先进但是技术落后，一些陈旧的设备在很大程度上制约着包装机械的进步，很多企业已经在尝试研发新的粉末包装机，但是并没有从根本上改变设备的性能，无非是外型上发生了变化，内部还是原来的 材料和装备，这种做法根本无法改变发展现状，想发展就必须彻底改变 。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 研究粉末颗粒中的某一粒子在螺杆下料过程中的运动轨迹，通过数学方程描述其运动轨迹。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 建立数学模型，数学模型主要描述粒子在运动过程中的速度变化和加速度变化。 根据螺杆的运动轨迹方程及受力情况，对螺杆充填的效率进行分析，通过效率分布曲线确定出较好的螺旋升角及螺杆转速范围。 掌握总体传动方案的设计 。 将粉末颗粒物料假设为流体，研究螺杆充填的机理。 四、接受任务学生： 机械 93 班 姓名 杨文浩 五、开始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师 签名 签名 签名 教 研 室 主 任 学科组组长研究所所长 签名 系主任 签名 2012 年 11 月 12 日买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘 要 螺杆式粉末定量包装机的结构简单，不需要称重装置，充填效率 高，应用 十分广泛。螺杆式粉末定量包装机中的主要研究对象时螺杆 ， 其 主要原理为通过控制螺杆的旋转圈数或旋转时间来控制被充填物料的重量。 本文结合粉末颗粒物料的运动 物理性质 ， 首先运用单质点法对粉末颗粒的下料过程利用数学表达式进行了 描述，确定单个粒子的下料轨迹方程，并分析了粉末颗粒在 个方向的速度及加速度的变化。研究了运动中的粉末颗粒的受力情况，以及粉末颗粒的受力与螺杆的几何参数关系。其次分析计算阿基米德螺杆旋转时每个螺杆导程所包含物料容积的公式，阿基米德螺杆的轴向剖面是一个梯形，将整个梯形剖面分成两个三角形与一个矩形，利用积分方法分别求出它们的容积相加后即得整个螺杆导程内所包含粉末物料的容积。再次对螺杆充填的理论功率与实际功率做了分析，得到螺杆充填效率的表达式。为了得到较 高的螺杆充填效率，综合考虑螺杆的几何参数和螺杆转速之间的关系。 关键词： 螺杆式；定量包装机；颗粒物料； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 he is do an in is it by or on of to of in is of of of of is a be a s be of of In to a 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 摘 要 . . 录 . V 1 绪论 . 1 题的研究内容和意义 . 1 内外的发展概况 . 1 题研究目的和意义 . 3 题研究的主要内容 . 3 2 粉末 充填机 总体设计方案 . 5 言 . 5 末灌装工艺过程及可行性分析 . 5 艺分析 . 5 体布局 . 5 体传动系统 . 6 料系统 . 6 量充填系统 . 6 送系统 . 9 动控制系统 . 9 末物料的基本性质 . 9 心旋转形 成的涡旋机理 . 9 旋的定义 . 9 杆旋转形成的涡旋机理 . 9 章小结 . 10 3 粉末颗粒下料的运动分析 . 11 言 . 11 末颗粒运动轨迹方程 . 11 究方法 . 11 度分析 . 12 迹方程 . 14 末颗粒受力分析 . 15 积计算 . 17 究方法 . 17 开高度 . 18 角形区域的容积 . 19 形区域的容积 . 20 章小结 . 21 4 螺旋输送机结构设计 . 22 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 旋输送机的简介 . 22 输送机总体结构设计 . 22 机的选择 . 23 送机的螺旋直径和螺旋轴的转轴 . 24 旋输送机的功率计算和驱动装置的型号选择 . 25 旋叶片的表面展开尺寸 . 26 动端装置设计 . 26 动端轴的最小直径的确定 . 26 动轴的结构设计 . 27 间轴承装置 . 27 端装置的设计 . 28 算轴 的最小直径 . 28 端轴的结构设计 . 28 动装置和尾端装置轴的校核 . 29 动装置的受力分析 . 29 端轴的校核 . 30 端轴的校核 . 31 5 带式输送机结构简介 . 32 式输送机的应用 . 32 式输送机的工作原理 . 32 动形式与驱动装置 . 33 动形式的选择 . 33 动装置的选择 . 33 6 结论与展望 . 35 结 . 35 题与展望 . 35 致 谢 . 37 参考文献 . 38 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 绪论 题的研究内容和意义 最近几年，国内经济飞速发展，大力发展自主知识创新，对 积极研发高速度高精度的新产品 产生了重要的影响。 我国在 粉末 定量包装设备的发展方面相对滞后，虽然自动 粉末定量充填包装 机 技术在我国 从八十年代开始 发展了将近二十年 ，发展 逐渐 壮大，在 粉末定量充填的技术上发展已经趋于成熟，可自主生产，不再依赖于进口， 但是生产规模 较小，产品结构的设计和自主研发环节的能力非常 薄弱 1。 之前 由于我国经济发展较慢 、技术水平不高， 粉末定量包装行业 长期处于生产效率低下的发展困境，大 部分企业仍然是借鉴 国外 的 先进技术 和管理经验模式 ，以此降低生产成本 ，提高利润 。 但随着社会的进步，人民对生活水平要求也不断 提高， 生活品质也不断提高， 尤其在我国进入 后 2， 企业经济不断发展，各个 企业面临 相互间更大的竞争压力 ， 因此在商品的包装方面，要求也越来越高。其中， 比如，我们每天都用到的食盐、糖等日用品，还有洗衣粉、化肥等生产用品，以及病人经常用到的药品和营养食品等都是粉末状物料，粉末颗粒状物料与工农业生产和 我们的日常生活密切相关，这些粉末料 都需要 按 各种规 格进行 定量 充填和 包装。 因此，大力发展粉末料的自动充填机对我国的经 济发展有着战略意义。 由于 我们国家人口较多，对粉末充填包装 商品的消耗量无疑是 巨大的， 而我国的包装产品发展与国外相比还有一定的差距，因此大多依赖进口，但如果单纯依靠先进 的进口设备， 成本就会增加，这使 我国很多小包装生产企业 都 难以承受。 因此，我们 需要 大 力发展先进的包装科技 ， 加强包装新材料的研发和应用， 提高机器零件的加工工艺水平，保证定量充填包装商品的精 度， 注意减少对自然环境的破坏 ， 保证被包装商品的卫生安全， 开发出运行可靠、定量精确、生产效率高的自动定量充填机，提高整个 粉末 定量包装机械行业的 发展 水平 ，满足我国广大的 市场需求， 争取在广阔的 国际市场 中占有一席之地 3。 内外的发展概况 广阔的市场，繁华的街道，粉末包装机默默的为各行业提出最好的帮助。随着国际科技的发展，日新月异的产品陆续迈向了市场，包装设备也不例外，为适应市场的巨大变化，粉末包装机时刻站在市场的前列，不断创新，先从自身做起，重抓技术和产品质量，开拓先河 4。目前，国内对塑料挤出机螺杆和食品挤压或者食品膨化螺杆研究较多，而对于充填螺杆的研究相对较少。螺杆的精确加工可以保证螺杆的精度，对充填精度的提高有很大帮助。 改革开放以来 ， 随着大量成套设备的引 进及国际间经济技术交流活动的开展 ， 我国科技工作者对我国粉体包装机械给予了足够的重视。现在我国已经能自行设计制造出多种大、中、小型粉体包装机械。除了各种自动计量充填机外，自动制袋、自动上袋、封口或缝口、印字，集装等机械也造出了样机。有的小袋自动包装机质量很好，不仅能满足国内市场需要，而宜还能出口，在国际上受到了好评。有的包装机的技术性能已赶上当代国际先进水平。但总的来看，在这一领域我国与发达国家的差距还较大。主要表现在 5： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1、科研水平低。我国对粉体物性的测试缺乏现代化的仪器设备，缺乏专业人才。开展学 术研究和交流活动也较差。我们在研制这类机械时往往不得不用实际产品做试验，反复多次， 费功、费时、费钱。效果还不理想，使产品的研制周期拖长。 2、自动化程度低。近几年来，许多单位只着重进行了自动计量充填机的研制，缺乏对包装自动线的研制。 3、设备成套性差。机械中的元件、器件或辅助机械往往配套难。如近年来引进了国外气缸制造技术但引进的气缸接口为英制螺纹，在国内难以选购到适合的气路接头。又如气缸用的关节轴承也难以选购到相配的产品。还有，有很多厂生产环带式热封机，但是很难找到能直接用在包装自动线上的热封机。 4 、 品种规格少。粉体的种类很多，物理性能差别很大，不可期望研制出一种万用型粉体自动计量充填机，只能针对具体对象采用具体的解决办法，以满足各类用户的不同需要。现在不仅品种少，规格也少，例如计量在 1 k g 之内的粉体自动充填机国内还是空白。 5、专业化程度差。现在有许多国产机型刚刚研制出样机，没有改进定型，没有专业化厂家生产，因此外形设计及制造工艺水平较低。 6、设计方式落后。包装机械行业现在还没有普遍采用计算机辅助设计技术，设计周期长，对市场的应变能力差。 7、元件器件质量差。国产元件、器件的质量一般都 比进口件差，以电子秤用的称重传感器为例， 国外的产品能用数年不坏， 国产件则远不如它。 8、产品的耐用性、可靠性有待提高。 9、对自动包装机的使用管理方式也落后。国内用户仍然轻视包装作业，不设立专门的技术总管人员，硬将机电一体化的包装机分成几个部分交几个部门分别管理。而且维护人员往往不进行运行前的检查和调整，要等机器用坏了才来修理。这样的管理方式是很难保证机电一体化产品的正常运行的。 为了提高皮带传动精度、准确地控制螺杆转数，采用齿形带传动。小带轮为塔形结构，调整齿形带在带轮上的位置，即可调整计量螺杆的转数 。为了进一步提高计量精度，采用螺杆加光电码盘的计量方式。搅拌电机动力通过减速器后，由链传动副传至搅动杆，用来破坏料斗中物料的应力分布，改善物料流动状态，稳定物料进人螺杆时的堆积密度，以提高计最精度。计量电机通过小带轮使大带轮转动，光电码盘同时转动。当计量开始时，电磁离合器接受信号，于是与螺旋轴连在一起的离合器和大带轮吸合，螺旋轴转动。当计量螺旋轴及光电码盘转过预定圈数满足计量要求时，对电气控制系统发出信号，离合器与大带轮脱开，制动器同时制动，计量与充填过 程结束。 我国粉末包装机在市场中占有重要地位，但是暂时 还没有完全取代过去的一些传统的设备，主要还是因为思想先进但是技术落后，一些陈旧的设备在很大程度上制约着包装机械的进步，很多企业已经在尝试研发新的粉末包装机，但是并没有从根本上改变设备的性能，无非是外型上发生了变化，内部还是原来的材料和装备，这种做法根本无法改变发展现状，想发展就必须彻底改变。 粉体是指固体仰料的粒度在 1下的集合体。在食品、化工、建材等许多行业中买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 常常需要进行粉体或粉粒混合物的计量和包装作业二过去靠人工操作不仅劳动强度大 ， 而且飞杨的粉尘污染环境 ， 有损操作人员的健康 ， 尤其是有毒性粉尘危害更 加严重。况且人工操作时计量往往不准确 ， 难免有些散失 ， 有些较贵重的粉体因此造成的经济损失和能源消耗是相当大的。在发达国家中 ， 随着生产的发展及科学技术的进步 ， 这类作业已经实现了自动或半自动的机械化生产。 国外的粉体自动计量充填机在朝着高精度 ， 高速度、高自动化、高可靠性方向发展 6。一方面不断改进已有机型 ， 另一方面也在按市场需要研制新的机型 尽量采用先进技术开展科学研究 ， 改进制造工艺 ， 不仅追求优良的技术性能 ， 而且外观质量和造型设计也很讲究。国外在包装机械设计中较普遍地运用了 计算机辅助设计技术 ， 再加上自成体系的标准化工作 ， 所以对市场需求反应较灵活 ， 能较快地设计并制造出新的机型以满足各类用户的不同需要。 题研究目的和意义 近年来 ， 随着人民生活水平的 不断 提高及世界著名食品公司不断进入中国市场，我国奶粉和高质量、高营养的蛋白粉等粉料类食品 消耗量与日俱增 ，粉料 加工行业发展 速度日益加快 。与此相适应， 人们越来越注重食品安全，包装塑料袋对人体危害较大，因此 有着替 代塑料袋包装趋势的 铁罐包装逐渐拥有越来越高的市场占有率 。 传统的半自动灌装机多为台式机型 ， 结构简单 ， 只能实现称量过程自动 化，其 它过程都靠手工完成， 生产效率低，经济利益也较低，只能用于小规模生产， 不能满足大规模 的 生产 要求。 目前我国市 场上的粉末罐装产品占有率逐年飙升，已经达到了百分之七十左右，面对如此多的罐装商品，罐装商品的质量和定量 问题 也同样值得关注。然而，有调查显示罐装商品的定量问题十分严重 7。一些较为贵重的 罐 装商品存在的问题更为严重，比如茶叶、奶粉等。为什么定量包装商品会存在如此严 重的亏量，究其原因，除了有些生产企业投机取巧获取非法利润外，包装 设备落后则是主要原因。 我国的灌装机械行业，在经历了七十年代起步，八十年代发 展和九十年代实现高速增长，在国家和有关政府主管部门的支持下，经过全行业的努力，初步形成了门类比较齐全、品种基本配套的产业。随着相关行业的迅速发展，已形成一批重点 骨干企业，形成了一批既能满足国内需求，又有部分畅销国外的优势产品。 最近几年，我国部分大型企业的定量包装技术有了较快的发展，但大多数 中小型企业 ，依然存在 生产设备差、生产 技术水平低等现象，造成产品运行不稳定，产品质量得不到保障，产品性能单一 ，在国际市场上缺乏竞争力 8。 早 在九十年代初期，发达国家的小称量定量包装机械发展迅猛， 日本、德国、美国和意大利四 国共同垄断了世界上大约四分之三的包装机械产品 ，技术含量也越来越高 。我国虽然 由于人口众多，发展成生产包装机械的大国，但并没有成为 生产包装机械的强国， 技术水平相对落后，在机械的设备、质量等很多方面跟发达国家还有一定的差距。 因此 我国 面对如此严峻的 发展 形势， 需要 积极开发研究定量充填 包装技术 。本文即是对容积式定量充填包装技术常用的一种方式 螺杆式定量充填技术的研究。 题研究的主要内容 本课题针对粉末料利用螺杆充填下料的 问题，主要研究分析螺杆的各个参数 对充填的买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 影响， 找出粉末颗粒在螺杆下料过程中的运动轨迹，建立 数学模型，对螺杆设计提供理论指导 ，还有粉末料的输送机的设计以及罐体输送机的设计 。 本课题具体研究内容如下： （ 1） 研究螺杆式充填机的总体设计结构，然后对关键结构进行设计计算。 （ 2）根据螺杆的 受力情况 及 运动轨迹方程 ，对螺杆充填的效率进行分析，通过效率分布曲线确定出较好的 螺杆转速范围 及 螺旋升角 。 （ 3） 对粉末料的送料机构进行设计，包括电机的选择以及驱动装置的设计 。 （ 4）对圆柱型罐体输送机进行设计，即皮带输送机的设计。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 粉末 充填机 总体设计方案 言 灌装机从整体结构上来分，主要有气流式灌装机和螺杆式螺旋下料灌装机。从其应用对象来分又有液体灌装机、粉料灌装机和大颗粒灌装机。各种灌装机的工作原理和结构都有其不同之处 9。气流式灌装机，原理是利用真空吸取定量容积粉剂，再通过净化干燥压缩空气将粉剂吹入袋或瓶中。螺杆式灌装机，原理是通过控制螺杆的转速，来量取定量粉剂再装入袋或瓶中。 末 灌装工艺过程及可行性分析 艺分析 粉末 灌装机是针对粉末 颗粒进行外包装的一种手段。在工艺分析中，首先对内装物物件的特性、灌装材料和灌装过程作详细的分析和 研究，并对单功能机的分析，进行扩展其功能，如扩展它的灌装尺寸范围、扩展它的灌装物件、扩展它的灌装材料、扩展它的灌装生产力等。这些扩展涉及到的主要部件的分析比较，以便得出可靠的机构。 体布局 灌装工艺确定以后，要考虑如何实现这种灌装动作。因此，要求选择合适的传动、操作和执行机构。这些机构组成若干个部件，这些部件相互位置怎样安排 ， 它们又是怎样联系和形成一个完整的总体 ， 这就是灌装机总体设计的任务。灌装机的传动与控制机构，可以采用机械式，液压式，或气动式。应根据产品的特点、生产能力、使用者的情况等具体条件以及机器动作的复杂程度而定。 粉末 灌装机要求每分钟 生产 15。要实现这样高的灌装速度，而且要保证动作的相互协调和工作可靠稳定，用 液压式 或 气动式 控制机构稍微 有 点 困难，因为液体 粘度大 ，气体有很强的压缩性，当 运动 处于高速状态 时惯性 发热高 、冲击大，液体 还会因温度 的 升高而使粘度 发生变化，影响生产运动的可靠 性，所以一般只用于动作较慢的 活塞往复 运动机械。目前国 内外在粉料灌装机中大多采用机械传动方式。因为机械传动机构 能严格保证动作的可靠性 10， 并配合先进的微机控制技术和电子技术，能够实现比较复杂的生产动作，从 而能 进一步提高生产率。 本文设计的粉末 灌装机的操纵系统采用机械式控制系统，涉及有 ： 链条传动，带 (齿形带 )传动，齿轮传动等 传动 机构。 布局形式的选定，最主要根据灌装工艺的特点即决定于灌装的工艺性。布局式要便于灌装，使机构简化，工人操作和维修方便。根据灌装工艺，碳粉灌装机布局形式宜采用立式布局，这样便于进料、送盒、灌装 等 。 在设计中总体布局要求 ： (1) 在能满足 生产设备 多功能 的 基础上 ， 保证 传动 结构 设计 简单 ； (2) 机械操作， 操作 简单，易上手 ； (3) 操纵手柄 要安放在便于操作的位置 ； (4) 送 料 机构的摆放 位置要 方便安全 ； (5) 移动安装方便 ， 外形 简洁 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 体传动系统 料系统 上料系统由贮料斗、提升螺杆、电机和支架组成 11。上料系统的贮料斗为螺旋 式，防止物料粘连，保证输送顺畅，容积大可贮藏一定量的物料，满足后 期的连续化生产需要。螺 杆提升物料，速度快，占地少。上料管与称料斗连 接处 采用软连接，防止上料系统振动对称量的影响，保证灌装系统的稳定性。软连接用帆布袋，可透气，能清洗。 1 2 3 45 6 7 8图 自动 粉末 灌装机结构示意图 量充填系统 螺杆式充填系统主要 由伺服 电机、 进料口、出料口、 储料 仓 、螺杆、 控制室 等组成 12，如图 示。 图 量充填系统示意图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 螺杆计量装置是通过控制螺杆旋转的转数或时间来量取产品。螺杆每圈螺旋槽都有一定的理论容积，在物料的堆积密度恒定的前提下，只要准确地控制螺杆转数或更换螺杆，就能完成计量。为了提高皮带传动精度、准确地控制螺杆转数，采用齿形带传动。小带轮为塔形结构，调整齿形带在带轮上的位置，即可调整计量螺杆的转数。为了进一步提高计量精度，采用螺杆加光电码盘的计量方式。搅拌电机动力通过减速器后，由链传动副传至搅动杆，用来破坏料斗中物料的应力分布，改善物料流动状态，稳定物料进人螺杆时的堆积 密度，以提高计最精度。计量电机通过小带轮使大带轮转动，光电码盘同时转动。当计量开始时，电磁离合器接受信号，于是与螺旋轴连在一起的离合器和大带轮吸合，螺旋轴转动。当计量螺旋轴及光电码盘转过预定圈数满足计量要求时，对电气控制系统发出信号，离合器与大带轮脱开，制动器同时制动，计量与充填过 程结束。然后进行包装，当包装完毕后，再重复下一个同样的计量循环 14。 图 作时序图 杆叶片的形状 螺杆根据螺旋叶片旋向的不同可分为左旋和右旋螺杆，也可以根据头数的不同分为单头、双头和三 头螺杆。多头螺杆一般用于食品加工方面，比如食品的搅拌和混合等，本文中主要研究定量充填