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 Abstract Food packaging machinery is able to complete all or part of the products and food packing process machinery, packaging process, including filling, wrapping, sealing and other major process, and the associated processes before and after, such as cleaning, stacking, and demolition. In addition, the packaging also includes a measurement or on the package stamped and other process. The use of mechanical packaging products to increase productivity, reduce labor intensity, to meet the needs of the large-scale production, and meet the requirements of hygiene, at present , domestic equipment is mostly a simple imitation of the imported product. Also, prevalence of inconsistent quality, and performance of a single, high cost, low technical content and packaging machinery products in China situation. Therefore, in-depth study of the key components of food-automatic packaging machine, the principle, structure, movement , functional analysis. Provide a simple and reliable structure, convenient operation, high degree of automation is necessary to use a wide range of packaging machines. This article based on analysis of instant noodles, automatic packing machine packaging technology and use requirements. By means of the theoretical analysis of the key components, propose a practical, simple cross-seal mechanism, realized the function automatically adjusts the heating time and temperature according to the film thickness, and instant noodles packaging machine sealing and cutting to the structure, working principle and part of the functional to do a more detailed study and design. The key components of a complete design methodology and design, designed to meet the market demand, to promote the pace of business innovation. In this paper, using the AUTOCAD, UG, such as movement of software analysis and structural design, such as the use of computer-aid design and analysis methods can be applied to other types of packaging equipment design and analysis. Key words: Packaging Machinery； Sealing and Cutting institutions； Packing technology； Mechanism Design 目录 摘要 . I Abstract . II 1 绪论 . 1 1.1 课题的来源 . 1 1.2 本课题设计的目的意义 . 1 1.2.1 设计的目的及研究的内容 . 1 1.2.2 设计的意义 . 1 1.3 本设计的发展方向与存在的问题 . 2 1.3.1 设计的方向 . 2 1.3.2 设计存在的问题 . 2 1.3.3 研究的内容和方法 . 2 2 总体方案设计 . 4 2.1 主要组成结构 . 4 2.2 主要技术参数 . 5 2.3 横封装置的工作原理 . 6 2.4 横封的工艺要求 . 7 2.5 适用范围 . 8 3 传动机构设计 . 8 3.1 偏心链轮 . 8 3.1.1 偏心链轮运动规律的分析 . 9 3.1.2 计算设计 . 10 3.2 齿轮的设计 . 12 4 横封装置设计 . 16 4.1 弹簧的选择 . 16 4.2 热封头的设计 . 18 4.3 轴承的设计 . 18 4.3.1 轴承的选择 . 18 4.3.2 轴承的润滑及密封 . 19 4.3 轴的设计与计算 . 19 5 使用和维护保养 . 25 5.1 安全操作规程 . 25 5.2 封口质量的调整 . 25 5.3 常见故障及排除方法 . 25 5.4 维护清洁与保养 . 25 6 三维软件的应用 . 27 6.1 三维软件的介绍 . 27 6.2 CAD 模块 . 27 6.3 UG 在横封装置设计中的使用 . 27 7 结论与展望 . 31 7.1 结论 . 31 7.2 不足之处及未来展望 . 31 致 谢 . 32 参考文献 . 33 1 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 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。 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。 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 ： 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 。 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 2-1 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2OO L,节圆半径12O A O B R；主动链轮的偏心距1OO e，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, 0 (Av A O A O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： 01c o s c o sAAv v A O （ 3.1） 022s i n2 c o sAeLvRe L e L （ 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 0 22s i n2 c o sBeLv R Re L e L (3.3) 所以 ： 0 22s i n12 c o seLR e L e L （ 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00(1 / ) eR之间；也可使输出的极小角速度在00(1 / ) 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 150-170mm 范围内， 其 设备的生产能力为 40-120 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： 1 1 8 0c o s2RP Z （ 3.5） 其中： 4 3 . 1 4 1 2 . 5 6Pm mm (3.6) 代入上式得： 1 1 8 01 2 . 5 6 c o s 6 2 . 82 3 1R m m mm (3.7) （ 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min 160l mm，max 210l mm， 所以 平均袋长： m i n m a x11( )