香皂包装机设计VIP

摘 要热收缩包装作业首先将产品用收缩薄膜裹包起来, 使用封切包装机热封必要的口与缝, 即完成所谓的预包装作业;然后将预包装的产品通过热收缩设备加热, 使薄膜收缩包紧产品，即完成所谓的热收缩作业。本次设计的香皂包装机就是根据热收缩膜进行包装，采用流水线式作业，本文主要对香皂包装机进行机械和控制部分设计，根据所拟定的设计方案，香皂包装机包括香皂输送装置、薄膜供料机构、封切装置、热封机构，通过对各部分进行设计完成了电机的选型、传动带的计算、链传动的设计计算以及封切气缸的选型与计算，利用 CAD 二维软件完成了香皂包装机的整体装配与零件图的设计，利用三菱 PLC 完成了整个控制系统的设计，最终完成了整个香皂包装机的设计。关键词：热收缩；香皂包装；输送装置；封切装置第一章 绪论一、选题背景及其意义香皂是日常生活中必不可少的洗涤护理用品。由于香皂有一定的吸水性，而且进入香皂的水分分布不匀以及香皂各部分接触空气的程度不同，会导致水分挥发的程度也不同，进而使香皂出现裂痕。如果长期存放，香皂原料中含有的不饱和脂肪酸会被氧、光、微生物等氧化，有时会出现酸败现象，香皂中水分也会散失，影响使用效果。为了使香皂保存的时间更长，一般都对香皂进行包装。目前采用的包装形式有软纸、硬纸、塑料包装等。故本课题拟设计一全自动香皂包装机，既延长香皂的保存期和使用效果、又方便、卫生，具有较大的现实意义。二、国内外研究现状与发展趋势 2011 年包装行业工业总产值为 9296.39 亿元，以包装行业的工业总产值在占全国包装业工业总产值 10%计算，2011 年包装行业工业总产值估计达到 900亿元，企业数量达到 2000 家。我国包装行业能生产六大类三十余个品种的包装材料，已基本能满足国内制药业的需求，年销售额已占全行业销售额的 15%左右。在包装行业，大型企业、国有企业较少，民营企业多而散，行业整体规模偏小，同时面临众多外资品牌的市场侵入，如德国肖特集团挟其雄厚技术经济实力大举进入中国市场。十二五期间，我国包装行业需要整合，通过企业联合、收购、兼并等多种手段，形成一些大型企业、联合企业，从而推动行业向前健康发展。中国包装行业发展迅速，包装产业总产值从 2003 年 2500 亿元，发展到2010 年约 12000 亿元，年复合增长率为 21%。由于全球包装行业向亚洲转移，特别是向中国转移，预计未来三到五年中国包装总产值增长将加速，年增长率大于 21%，将继续保持仅仅次于美国的世界第二大包装产品生产国，甚至有望超越美国。国外对包装行业也是相当重视，因为其中包含了很多自动化技术，也好似科技的前沿。目前， 国际包装机械市场竞争激烈， 包装机械发展的总体趋势是趋于“三高”高速、高效、高质量。发展重点趋向于能耗低、自重轻、结构紧凑、占地空间小、效率高、外观造型适应环境和操作人员心理需求、环保需求等。国外包装机械的发展趋势体现了现代化先进包装机械的高新技术， 特别是科技与经济发达的欧美及日本等国家生产的包装机械及设备， 其技术伴随着科技和商品经济的发展， 已处于国际领先地位。近些年来， 发达国家一方面为满足现代商品包装多样化的需求， 发展多品种、小批量的通用包装技术及设备， 同时又紧跟高技术发展步伐， 不断应用先进技术， 发展和开发应用高新技术的现代化专用型包装机械。所应用的新技术有： 航天工业技术（热管类）、微电子技术、磁性技术、信息处理技术、传感技术（光电及化学）、激光技术、生物技术及新的加工工艺、新的机械部件结构（如锥型同步齿形带传动等）、新的光纤材料等，使多种包装机械趋于智能化。新的合金材料、高分子材料、复合材料、无机非金属材料等新材料也得到了推广应用， 食品包装机械的集成化、智能化、网络化、柔性化将成为未来发展的主流。1 美国包装机械发展现状美国成型、充填、封口三种机械设备的技术更新很快。美国包装机械工业主要用户大致可分为食品工业及非食品工业。食品工业包括蔬菜水果、肉类、乳制品、面包、糕点等； 非食品工业则包括饮料、医药品、化学品、香烟等。至 20 世纪 80 年代前半期， 食品与非食品大致各占一半比例， 而最近几年非食品工业的使用比例则有提高之势， 特别是在饮料、电气制品、化学品、电脑市场的成长最为显著。在食品包装方面， 也可见微波、无菌包装等的新技术。美国包装工业已经逐步建立并形成包括包装材料、包装工艺和包装机械完整而独立的工业体系， 其自动化操作程序已应用于更多的先进包装系统中， 代表了先进包装系统的走向。美国的包装机械将新技术和包装自动化操作程序广泛应用。美国各企业都在致力于从包装材料、设备、销售等方面寻求对全球市场具有特色的有利包装， 正进入一个机电一体化、激光扫描、无线电射频发射、纳米技术和系统简化的包装新世界。美国将在今后把微电子、电脑、工业机器人、智能型、图象传感器技术和新材料等新技术越来越广泛地应用在包装机械中， 使包装机械日趋向自动化、高效率化、节能化方向发展。2 德国包装机械发展现状德国的包装机械在全球占有十分重要的地位， 约占世界总产值的五分之一，德国包装机械业出口额占世界总额约三成。德国包装机械在计量、制造、技术性能方面均属世界一流。其发展趋势为： 一是大力提高工艺流程自动化程度； 二是适应变化设计柔性灵活性设备； 三是普遍使用计算机仿真设计技术。德国生产的啤酒、饮料包装成套设备生产速度快、自动化程度高、可靠性好。主要体现在： 工艺流程的自动化、生产效率高， 满足了交货期短和降低工艺流程成本的要求， 设备具有更高的柔性和灵活性。主要体现在生产的灵活性、构造的灵活性和供货的灵活性，以适应产品更新换代的需要。利用计算机和仿真技术提供成套设备， 故障率低， 可以进行远程诊断服务， 对环境污染少， 主要包括噪音、粉尘和废弃物的污染。德国包装机械设计依据市场调研及市场分析， 努力为客户尤其是大企业服务， 以用户需求为前提提供成套设备， 为生产企业提供结构性及经济性完整的系统方案， 并用计算机防真技术演示操作给用户， 征得用户意见后进行修改。在为用户提供生产自动线或生产流水设备时， 尤其注重成套设备的完整性，无论是高技术、高附加值设备， 还是较简单的设备， 都按配套性要求提供。德国包装机械厂家也将提供成套设备作为自己的努力目标， 力求所有设备均能在一个厂家内装置完成。随着新产品开发速度的不断加快， 德国包装机械设计普遍采用了计算机仿真技术， 将各种机器元素以数据库方式存入计算机， 把图样数字化后输入计算机， 形成三维模型仿照真实工作情况进行操作， 能反应出达到的生产率是多少， 废品有多少， 生产线各环节是否能匹配生产， 客户可根据显示屏显示曲线一目了然， 并可根据客户的意见修改模型， 直到使客户或设计者满意。日本自20 世纪60 年代以来， 对包装机械的需求猛增， 生产得到迅速发展，目前已占据世界包装机械工业的领先地位， 包装机械销售额位居全球第二， 仅次于美国。日本将包装机械分为三类， 即小包装及内包装、外包装和打包机械、配套机器（如供料器等）。日本的食品包装机械， 虽然以中小单机为主， 但设备体积小、精度高、易于安装、操作方便、自动化程度也较高。日本包装机械主要是抓住两个核心技术， 一是计算机技术进入包装机械领域， 二是研制出了伺服马达驱动的包装机械。成功地开发出世界首台微电脑程控卧式成形装填封口机， 并实现实用化， 以此为契机在短短时间之内各种包装机开始装载微电脑。之后，又陆续研制成功世界上首台装载有热管的热封机机器， 并投入实用， 向众多包装机械厂家提供该设备， 实现了热封机设备的低能源化和质量、性能的提高。日本研制出的伺服马达驱动包装机械， 使包装机械行业实现了由机械装置为主向电脑程控为主的技术升级， 机械性能的柔软性、系统化程度迅速提高， 使日本的包装机械以其独特性赢得了世界市场广阔的销售空间。食品包装是日本包装机械的最大应用领域，食品包装机械产值一直占其包装机械总产值的一半以上。日本的包装机械生产企业目前有400多家， 中小型企业居多。日本虽然是世界最大的包装机械生产国家之一， 但与欧洲的德国和意大利等包装机械大国相比， 日本包装机械出口额及其占产值的比例都不大。1.3 研究内容本课题是对香皂进行热收缩膜包装设计，通过对香皂包装机进行整体设计，完成的主要内容如下：（1）熟悉香皂包装机的工作原理，对各种包装原理进行熟悉并掌握。（2）拟定香皂包装机的包装方案，比较各自的优缺点，确定包装机的最佳方案。（3）对传送装置、供膜装置、热切装置以及热收缩装置进行计算，包括对电机的选型计算、带传动的设计计算、链传动的设计、封切气缸的设计计算、供料收料驱动辊的设计。（4）对传动轴、轴承进行校核，完成香皂包装机的整体装配设计。（5）利用三菱 PLC 对整个包装过程进行控制，完成梯形图和电气原理图。（6）完成设计说明书的编写。第二章 香皂包装方案的确定2.1 香皂包装工作流程香皂包装工艺过程可概括如下图 2-1 所示：香皂置于传送带上，供料辊开始供薄膜。香皂进入薄膜包装区气缸推动切刀，包装后封切三边进入加热区加热，四面封口处薄膜收缩进入收料区图 2-1 香皂包装机的工作流程（1）将香皂放置在传送带上进行传送，传送带可以提高输送效率。 （2）利用热收缩膜在一定温度下进行收缩的原理，在将香皂包装后进行加 热使薄膜收缩在一起贴在香皂上。2. 2 研究思路根据对上述动作过程的分析，可以将自动香皂全自动包装机分为如下几部分装置：动力装置；输送装置；供膜装置；封切装置，热收缩装置。随着科技的进步和 plc 控制的广泛应用，在设计机械系统的时候同时应用到 plc 控制已经是现代化的机械系统中不可或缺的一项内容，各装置应用如下：1、动力装置：选择电动机作为动力装置，传动稳定，并且电动机功率稳定，易于控制，配套减速器等；2、输送装置：由皮带轮构成。电动机通过联轴器和带动皮带轮转动，香皂在传送带上源源不断地输送；3、热压闸装置（薄膜密封）：用 plc 控制，在香皂带着薄膜碰到预设的传感器的时候，装置动作，热封切刀将香皂上的薄膜切断。4、供膜装置：薄膜供给系统是包装设备的主要机构之一，主要由机架总成，膜卷安装机构，膜卷状态检测机构，储存机构等组成。机架总成根据包装设备具体结构设计，在总成上合理布局安装所有的部件；膜卷安装机构用来安装包装材料。5、热收缩装置：同样用 plc 控制，在设定的位置放传感器，当带着塑封好了的香皂经过时，触发动作，吹出热风，使得薄膜受热收缩，贴在香皂上，热收缩就完成了。热收缩装置参考 2.1 所示：图 2.1 热收缩装置示意图1- 输送带 2-风帘 3-加热室 4-发热元件 5-循环风机 6-出风口 7-导轨 8-冷风机2. 3 设计方案的拟定 初步拟定的香皂包装机的设计方案如图 2.2 所示，1-传送带 2-V 带 3-小斜坡 4-红外线传感器 5-热切封刀 6-薄膜 7-控制器 8-热烘道 9-电动机 10-辊子 11-薄膜回收装置 12-电动机图 2-2 香皂包装机的设计方案如图 2-2 所示为香皂包装机的设计方案，人工将香皂放置到传动带上进行输送，传送带通过电机带动带轮进行传送，薄膜通过供料辊通过驱动轮牵引，与回收轮构成了一个闭合的回路，香皂进过斜置的滑道进入包装区，在供料辊和回收辊之间薄膜形成了一个 L 型，香皂依靠辊子输送的动力进入薄膜内，相当于香皂的上下面被薄膜覆盖，然后上方的封切气缸推动推板，推板上装有三把切刀，将包装后的香皂三面的薄膜切断，由于是辊子支撑皮带而且皮带具有一定的韧性，而且剪切力很小，因此皮带不会被切断，切断后然后进入热封去，通过高温将薄膜收缩，实现了包装的过程。 第三章 传动系统的设计计算3.1 输送装置的设计计算通过上节的设计方案，可以得知香皂的输送是通过带轮传动，下面对香皂的输送装置进行设计计算。3.1.1 电机的选择与计算由于香皂重量较轻，本设计的传送带通过带轮与传送带通过滚动摩擦来实现传送，这种传送带经过测试，使用寿命为 5 年以上，因此电机需要克服带轮与传送带之间的摩擦。已知每块香皂的重量为 0.2KG，传送带的速度设计为v=1m/s。 ，假设传送带上的香皂数量为 30 个。传送带与辊子的摩擦系数为 0.3，下面对电机进行计算。1） 电机的功率计算 0.32108PFvmgW根据所设计带轮的直径 D=125mm，可以求出带轮的转速65/min.4nrD初步选定三相异步电动机 Y801-4，额定转速 ，满载转速为150/minnr1440r/min，额定功率为 0.55KW，为封闭式笼型三相异步电动机电动机，其型号及参数如表 3.1。表 3.1 电机的基本参数 型号 额定功率/KW转速/r/min电流/（ A） 效率 功率因数Y801-4 0.55 1500 6 73 0.762） 减速器的选择已知上面求出带轮的转速 n=152r/min, 可以算得总传动比常用的减速机有摆线针轮行星减速机、齿轮减速机、三角皮1509.8wni带减速机以及圆柱蜗杆减速机，一般根据功率、转速来选择减速机。选用时优先考虑传动效率高的齿轮减速机和摆线针轮行星减速机，四种减速机基本参数如下表 3-2 所示表 3.2 四种减速机基本参数减速机类型特性参数 摆线针轮减 齿轮减速 三角皮带减速机 圆柱蜗杆减速速机 机 机传动比 i879 126 4.532.96 8015输出轴转/(r/min)17160 65250 200500 12100输入功率/kw0.0455 0.55315 0.55200 0.5555传动效率0.90.95 0.950.96 0.950.96 0.800.93根据结构布置形式，需要选择输入轴与输出轴垂直的减速器，常见的有蜗轮蜗杆减速器和行星齿轮减速器，由于选择的电动机的转速 1500r/min， 而本设计的输出转速为 152r/min。比较二种减速器可知，行星齿轮减速机一般应用与输入轴与输出轴平行的场合（来自机械设计课程设计手册吴宗泽编写） ，针对本设计选用行星减速机，本设计选择减速比为 10 的行星减速电机。3.1.2 同步轮的设计(1)三角带