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仓储中的机器配件 纸箱打包机的设计【全套19张CAD图纸和毕业答辩论文】

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切断刀A3.dwg
右凸轮.dwg
右顶刀A3.dwg
左凸轮.dwg
弓架到带槽.dwg
张紧从动杆.dwg
张紧装配A1.dwg
张紧轮轴.dwg
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机头装配.dwg
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震动杆.dwg
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目  录

摘要 3

1 纸箱打包机的应用及发展趋势 4

1.1 纸箱打包机的分类 4

1.2 纸箱打包机设计的方向 4

1.2.1 发展多品种 4

1.2.2 提高自动化程度 4

1.2.3 提高打包速度 4

1.2.4 改进烫头结构 5

1.2.5 改进捆紧机构 5

1.2.6 打包带环保化 5

2 纸箱打包机的设计目标及工作原理 5

2.1 功能需求 5

2.2 设计目标 6

2.3方案确定及工作原理 6

2.3.1 弓架导带槽 7

2.3.2 机头机构 8

2.3.3 摩擦熔接机构 9

2.3.4张紧机构 10

2.3.5机架的设计 11

3纸箱打包机关键零部件的设计 12

3.1凸轮的设计 12

3.1.1左顶刀驱动凸轮的设计 12

3.1.2中顶刀驱动凸轮的设计 15

3.1.3右顶刀驱动凸轮的设计 18

3.2摩擦熔接头的设计 21

3.2.2几何参数的确定 22

3.2.3熔接热Q 22

3.3电机的选择 22

3.3重要轴的设计 24

3.3.1凸轮轴的设计 24

3.3.2张紧轮轴的设计 26

27

3.4工作时间的计算 28

3.5打包带的选择 28

4 结论 28

参考文献: 30

谢  辞 31



仓储中的机器配件纸箱打包机的设计

摘要:本文阐述了纸箱打包机的分类、国内外纸箱打包机的发展状况。致力于设计一种成本低,机构紧凑,操作方便的纸箱打包机。本文设计了纸箱打包机的工作原理及机构组成。确定了设计方案,设计了关键参数及零部件,其中包括机头部件,张紧部件,弓架导带槽,机架等重要零部件。

关键词:凸轮机构;自动打包机;摩擦张紧

The machine parts in the warehouse are designed to be chartered

Abstract: This paper expounds the classification of carton packing and the development of the packing machine at home and abroad. We are committed to designing a cardboard box with low cost, compact and convenient operation. This paper designs the working principle and organization of carton packing machine. The design of the key parameters and components, including the machine head parts, the tensioning parts, the bow guide grooves, the frame, etc., are designed and designed. 

Key words: CAM mechanism; Automatic packing machine; 

Friction tensioning



1 纸箱打包机的应用及发展趋势

我国的包装机械行业取得了世人瞩目的进步。目前国内的纸箱打包机大都采用热熔搭接法,这种方法虽然具有粘接强度好,加热快成本低等特点,但对于某些易爆、易燃物品的打包就难以适应,如火药、化纤等物品。由于采用电热加热。[1]烫头的表面温度分布不均匀而且热效率低,影响接头质量,增加了能耗,因此为提高烫头的工作可靠性,必须对烫头加热形式进行改进。介于以上热烫头的缺点,本文设计了了一种更可靠、安全、环保的熔接方式—摩擦熔接。

1.1 纸箱打包机的分类

(1)机械式的手动纸箱打包机,即通过杠杆等机构,先按住打包带,再由工打包,工作人员劳动强度大,且操作不能规范,打包效果差。 

(2)半自动打纸箱包机,工作时需要要人工手动将打包带插入机器后,机器才会完成收紧带、粘合、切断、出带等一系列打包过程,由于每次打包都需人工手动操作[7],所以工作效率较低,劳动强度高。

(3)全自动纸箱打包机,即由工作人员把包装箱送到工作台上,触发打包开关后,自动完成全部的打包动作,人工参与较少,故效率高,劳动强度较低。

(4)全自动无人化纸箱打包机,就是把自动打包机集成到生产线上,成为一个打包单元,由生产线把包装物送至打包位置,传感器感应到后发送信号到打包单元,打包单元自动完成全部的打包动作[6]。


内容简介:
毕业设计(论文)任务书专业 班级 学生姓名 一、 毕业设计(论文)题目: 仓储中的机器配件纸箱打包机的设计 二、 毕业设计(论文)应阅读或翻译的文献、资料: 与仓储中的机器配件纸箱打包机的设计相关的中英文书籍、文献资料;机 械原理,机械设计等相关专业书目。 三、 毕业设计(论文)要点: 设计中要注意: 1.了解设计背景;2.了解纸箱打包的影响因素; 3.研究纸箱打包机理;4.根据要求,研究总体布局、确定打包方案和必要 参数,完成最终设计。 四、 毕业设计(论文)进程安排: 2016.12.2-2017.3.1:查阅资料,撰写 文献综述,熟悉所使用的制图软件;2017.3.5-2017.3.30:提出设计方案并最终确定出合理的设计方案(3 月 15 日之前完成),完成对设计方案的初步计算;2017.3.31-2017.4.30:完成对机器的设计图纸,设计说明书;2017.5.1-2017.5.5:进行最后的收尾工作,打印出纸质图纸以及设计说明书,准备答辩。五、 根据大纲要求对学生毕业设计(论文)提出明确的工作要求:1、文献综述 2、论文实验记录 3、论文调查项目及内容 4、外文翻译篇数或字数 4、毕业设计说明书字数、图纸张数及其他相关技术指标等,毕业论文字数。1、文献综述:严格按的要求进行。 2、设计实验记录 :实地调查的数据、搜集的数据资料等。 3、论文调查项目及内容:了解纸箱打包的影响因素。 4、毕业设计说明书字数、图纸张数及其他相关技术指标:按照学院文件规范执行。 六、 毕业设计(论文)工作期限:任 务 书 下 达 日 期 : 毕业设计(论文)工作自: 毕业设计(论文)指导教师: 指 导 小 组 组 长 : 专业文献综述题 目: 仓储中纸箱打包机的研究 姓 名: 学 院: 专 业: 班 级: 学 号: 成 绩: 指导教师: 职称: 仓储中纸箱打包机的研究摘要: 本文阐述了纸箱打包机的分类、国内外纸箱打包机的发展状况。介绍了一款目前国内常用的全自动纸箱打包机工作原理及机构组成。分析了为实现全自动纸箱打包机的自动化,高效率,而需具备的七个主要模块。提出了全自动纸箱打包机全自动化,多样化,环保化的发展趋势。 关键词:纸箱打包机;打包机原理;发展趋势及问题Storage in the research of carton packing machineAbstract:This paper expounds the classification of carton packing machine, carton packing machine at home and abroad, the development of the situation. Introduces a current domestic commonly used automatic carton packing machine principle of work. Analyzed to realize automation, high efficiency, reliable function and to have seven major modules.Put forward the automatic carton packing machine automatic, diversification, the development trend of environmental protection. Key words:Carton packing machine;Baling press principle;The development trend and problems目前急需研究开发出、高性价比、高可靠、高适应性,高性能的国产纸箱打包机。仓储中纸箱包装应用广泛,纸箱打包机也随之需求增加。纸箱打包机适用于纸箱打包、纸张打包、包裹信函打包、轻工业打包、五金工具打包、陶瓷制品打包、汽车配件打包、机器配件打包、元器件打包等。1 纸箱打包机的分类纸箱打包机按工作方式不同主要分为四大类:(1)机械式的手动纸箱打包机,即通过杠杆等机构,先按住打包带,再由工打包,工作人员劳动强度大,且操作不能规范,打包效果差,见图 1-1。(2)半自动打纸箱包机,工作时需要要人工手动将打包带插入机器后,机器才会完成收紧带、粘合、切断、出带等一系列打包过程,由于每次打包都需人工手动操作 7,所以工作效率较低,劳动强度高,见图 1-2。(3)全自动纸箱打包机,即由工作人员把包装箱送到工作台上,触发打包开关后,自动完成全部的打包动作,人工参与较少,故效率高,劳动强度较低。(4)全自动无人化纸箱打包机,就是把自动打包机集成到生产线上,成为一个打包单元,由生产线把包装物送至打包位置,传感器感应到后发送信号到打包单元,打包单元自动完成全部的打包动作。仓储中的纸箱打包机更适合用全自动打包机,成本低,技术难度小,适合用于仓储打包 6,见图 1-3。图 1-1 机械式的手动纸箱打包机 图 1-2 半自动纸箱打包机图 1-3 全自动纸箱打包机生产流水线2 国内外纸箱打包机的发展2.1 国外纸箱打包机的发展国外打包机机械的发展与应用起始二十世纪初,其中有美国的 SIGNODE 公司、德国的CYKLOP 公司,日本的下岛株式会社等,但其生产规模和生产技术能力,水平都还较落后。直到二十世纪中叶,由于塑料材料的问世,致使以塑料带作为打包材料成为现实 6。日本,最早涉足打包机械的有下岛株式会社,日鲁工业株式会社等。美国 SIGNODE 公司早在 1915 年便涉足打包机行业,是一家主要生产钢带打包机,同时也生产塑料带,聚酯带的跨国纸箱打包机生产企业。国外在五十年代采用光电管等自控元件,实现了纸箱打包机械初级自动化。六十年代,在纸箱打包机中广泛采用各种新型电子元件组成的控制系统,采用机械、电气、液压、气动等综合技术,实现了专用的自动纸箱打包作业线。七十年代将微电子技术引入自动纸箱打包机,实现了由电子计算机控制打包过程,使打包机向高度自动化、高速生产化方向发展。八十年代初期开始,将微机和机器人技术应用纸箱打包机中,使的纸箱打包机器械正在实现柔性自动化方向发展,并向“无人化”自动打包车间工厂过渡,使纸箱打包机械性能优良,使打包产品质量稳定、生产效率高、成本低。目前,国外市场上已普遍存在一种摩擦焊接式打包机,它将对接的打包带表面相互接触旋转,通过摩擦生热使接触面受热熔融,进而在压力作用下焊接在一起,摩擦焊接快速灵活、焊接过程稳定、清洁环保。此外,国外还将超声波焊接技术应用于打包机中,超声波粘接技术通过高频的超声振动把能量传送到焊区,使打包带接触面迅速熔化,施加一定压力后,熔接成一体。与传统的直接加热熔接相比,超声波粘接技术具有熔接速度快、强度高、清洁无污染等优点。为了降低纸箱打包机出现故障时对生产的影响,国外纸箱打包机生产公司如美国 SIGNODE 公司对纸箱打包机进行模块化设计,将纸箱打包机分为机架模块、机头模块、带槽模块 、进退带张紧模块、送带模块、带卷模块 、带栏模块 、控制模块,在某个模块发生故障时,只需替换故障模块即可,节省了维修时间,大大提高了生产率,见图 2-1。1 机架模块 2 机头模块 3 带槽模块 4 进退带张紧模块5 送带模块 6 带卷模块 7 带栏模块 8 控制模块图 2-1 全自动纸箱打包机模块化设计2.2 国内纸箱打包机得发展现状中国纸箱打包机发展开始于 1976 年,与国外相比,发展较晚。最初只在书籍、报刊发行部门有所突破,获得发展,这几年来发展异常迅速,已广泛应用于轻工、食品、外贸、百货、印刷、医药、化工、邮电、纺织等行业。目前纸箱打包机控制方面主要采用 PLC 实现,粘合方式普遍采用热熔接,打包速度处于 20-30 道分钟。国内纸箱打包机生产企业上有百家,其中半自动纸箱打包机的整机性能已接近国外先进水平,但是自动纸箱打包机仍与国外有较大的差距。曲阜华圣机械有限公司,北京鼎盛日高包装机械有限公司,深圳凯洛威都是中国比较有实力的纸箱打包机生产企业,其中凯洛威是一家专注包装机械研究与生产的企业,凯洛威生产的 KLW-201A 高台全自动纸箱打包机,KLW-LA 豪华型低台纸箱打包机是公司最新设计研制的纸箱打包机,其特点是可靠性高,具有手动、自动、连续三种功能,打包速度为 2.5 秒/道。2.3 目前纸箱打包机存在的问题(1)智能化程度低。国内大部分全自动纸箱打包机,如 KLW-201A 高台全自动纸箱打包机,KLW-LA 豪华型低台纸箱打包机虽然都是由 PLC 控制,但是其操作部分还是比较定式化的,控制面板还是就只有几个按钮来操作,没有能够自定设定的人机界面,因此用户如果想使用纸箱打包机就必须要程序中的固有模式使用,不可自定设定。局限了人的能力。(2)故障率高。使用过纸箱打包机的用户都知道,纸箱打包机的故障率在众多的包装机械中是比较高的,原因在于它拥有比较复杂的机械结构,如何使用更简单的结构来替代目前的打包方式也是纸箱打包机发展中不可不提的重要工作。(3)仿造较多。我国纸箱打包机在当前全自动打包机行业高速的发展历程中,国内的很多中、小型的包装机械生产企业在技术力量上比较薄弱,生产出来的纸箱打包机大部分质量较差、性能不稳定、效率低,更甚有一些纸箱打包机生产企业在刻意模仿国外企业的产品,自断创新发展的道路。致使竞争力弱、高仿成为了当今纸箱打包机行业普遍存在的怪异现象,经济增长缓慢、效益微弱,成为了纸箱打包机行业的发展的难以跨越的鸿沟。3 目前常用的全自动纸箱打包机的机构组成及其工作原理3.1 全自动纸箱打包机的机构组成 图 3-1 全自动纸箱打包机机构组成3.1.1 带盘单元主要用于带卷的安装,其技术关键主要在于两方面:带卷转动阻力要小,带卷转动阻力过大会造成送带阻力大,送带轮与打包带之间由于相对运动而摩擦,导致打包带磨损,影响后续送带动作,甚至出现故障;带盘要具有制动功能,送带结束时,由于带卷具有转动惯性,必须要通过制动使其及时停转,否则会造成打包带缠绕。3.1.2 送带单元主要用于将带卷中的打包带输送到储带单元中。送带单元由送带电机、送带轮、送带通道组成。送带电机带动送带主动轮转动,送带主动轮与送带从动轮为上下分布,且以合适的压力相接触,打包带穿入两轮之间接触面时形成一定的压力,在送带轮转动时,在打包带表面与两送带轮的表面产生摩擦力,从而使打包带不断向前输送。3.1.3 储带单元用于储存送带单元输送来的打包带,相当于进退带张紧单元与送带单元之间的缓冲带。若打包带直接由送带单元进入进退带张紧单元,则需要送带速度与进带速度高度一致,否则会造成打包带缠绕。储带室中的带量一般为打包两、三个周期的用带量,带量过多会造成打包带在储带室中挤压变形,导致后续向弓架单元中送带不畅,带量过少会造成送带单元送带电机频繁启停,影响电机寿命。3.1.4 退带张紧单元是将储带室中的打包带向弓架单元输送的机构,并在进带结束后将多余的打包带退回到储带室中使打包带紧贴在货物表面,称为“一次张紧” 。进退带动作是由同一个电机正反转实现的,且要求转速很快,这对电机性能要求很严苛 1。在“一次张紧”完成后,张紧从动轮将打包带紧压在张紧主动轮上,电机带动张紧主动轮转动一定角度,进一步把打包带拉紧,称为“二次张紧” ,二次张紧力可根据货物打包要求进行调节。3.1.5 弓架单元是使打包带缠绕在货物表面的机构。在这一单元中,打包带输送通道是否光滑顺畅是关键。打包带在输送通道中前进的动力是推动力而非牵引力,因此要使打包带能快速通过通道,必须要保证通道内无任何阻碍,且通道内壁光滑。此外,打包带在通道中的速度很快,为保证弓架单元的使用寿命,与打包带接触部件必须要经久耐磨。弓架一般都采用铝合金材料,拆卸方便。3.1.6 机头单元是打包机的核心单元,由凸轮系统、左顶刀模块、中顶刀模块、右顶刀模块、热烫头模块及机架组成。左顶刀模块负责将张紧的打包带从动端夹紧,中顶刀模块用于将打包带顶紧在热烫头表面使其充分熔融,并在熔融后将上下两层打包带顶紧在一起,使其粘合牢固。机头单元的一些列动作如夹紧、切断、烫合等都是由凸轮驱动相应机构实现的,凸轮轮廓曲线的设计是机头动作快速精准的关键,也是提高打包机机可靠性的关键。3.2 全自动纸箱打包机的工作原理a 进带过程 b 退带过程 c 张紧过程 d 切烫过程1-弓架 2-止带器 3-进带轮 4-打包带 5-隔离台6-右顶刀 7-张紧臂 8-左顶刀 9-压力块 10-货物3-2 全自动纸箱打包机工作原理全自动纸箱打包机是使用打包带缠绕在纸箱上、然后收紧打包带并将两端通过热效应熔融或使用包扣等材料连接的机器。我们将顺序归纳成四步:(1)进带过程进带主动轮逆时针转动,利用进带轮与打包带之间的摩擦力使打包带沿弓架向前输送,直至带的自由端碰到止带器的微动开关,触发传感器,使进带轮停止转动。(2)退带过程右顶刀上升将打包带自由端加紧,弓架打开,进带轮沿顺时针方向转动,同样利用轮与带之间的摩擦力使捆扎带从弓架中退出,直至紧贴在货物表面。(3)张紧过程打包带退回至紧贴货物表面后还无法将货物捆紧,需要进一步将打包带拉紧以使捆扎牢固。张紧动作是通过张紧轮的转动实现的,张紧时机头单元中的凸轮通过连杆机构使张紧从动轮微动,将打包带紧压在张紧主动轮上,张紧主动轮顺时针转动一定角度,将打包带拉紧,这一过程称为二次张紧。不同货物所需捆紧力不同,通常情况下打包机机的张紧力是可以调节的,此处可通过调节张紧轮转动角度来调节捆紧力的大小,张紧轮转动角度越大,捆紧力越大,张紧轮转动角度越小,捆紧力越小,不同的转动角度对应不同的捆紧力度。(4)切烫过程打包带二次张紧完成后左顶刀上升将打包带的从动部分夹紧,中顶刀上升将打包带切断,同时加热烫头进入上下两层打包带之间,当中顶刀上升至使上下两层打包带紧贴热烫头表面时,打包带受热熔融,中顶刀微动下降,热烫头退出,中顶刀进一步上升使两层打包带熔融区域粘接在一起。待熔融区域冷却后,整个打包周期完成,重复进带过程,为下一个打包周期做准备。4 纸箱打包机的发展趋势纸箱打包机的发展趋势主要表现在技术参数的优化与提高。外形尺寸一般应是越小越好,这样可以极大地减小纸箱打包机占地面积,增强纸箱打包机的适应能力。但也要考虑需打包产品的尺寸。在今后的十年中,纸箱打包机发展将会呈现出二个重要突破,一是使用对象不在仅仅局限于工业系统,而将会向办公、银行、邮电,物流,快递,电商等部门发展。打包的目的也不会再仅仅局限于保护商品,便于运输,同是也向美化商品发展,来增加商品的附加价值。如节日礼品的包装打包,超市的小包装打包。应用多彩的打包带给商品增添美感。增加商品价值。二是在打包用带方面,不在局限于现在大量使用的聚丙烯塑料带,而是将会有钢带打包,聚胺酯带打包,机器配件等重型物品的打包。目前,全自动纸箱打包机的发展趋势集中表现为以下四个反面 3:(1)全自动化提高单机的自动化程度来使包装件从输送机构送来后,纸箱打包机能够自动定位、打包、转位,进行十字形、井字形等花样打包,应用微机控制,来实现无人操作的全自动打包生产流水线。(2)高级化国外全自动纸箱打包机已向 60 道min 甚至是 70 道min 的高速度打包的目标发展。国内纸箱打包机发展需要研制改进捆紧力能够随着工作需要调节的纸箱打包机,来提高纸箱打包机的适应能力(例如捆包规格、带宽、打包能力、工作台高、占地面积,能耗等)。(3)多样化研制多种用途的打包机,例如压缩打包机等;研制能够代替钢带(或钢丝)的重型带,例如聚酯带等;研制泡沫带、软带以适应台式打包机的要求。(4)打包带环保化随着人们对生活的要求越来越高,环保理念深入人心,研制开发以纸质和无毒可降解的有机材料为主的打包带代来替聚丙烯塑料。改变热熔接方式,传统的热熔接的方式粘合打包带会产生有毒有害气体对操作者的健康及大气环境造成不利影响,研究新的粘合技术来避免 6。结论目前国内市场上纸箱打包机打包速度一般处在 20 包/min 到 30 包/min 左右,与国外大型纸箱打包机厂家如 MOSCA 达到 58 包/min,SIGNODE 达到 70 包/min 存在一定差距 10。控制精度低无法满足国内广大的纸箱打包机使用厂家实现快速打包的要求,只能生产通用型纸箱打包机。国外全自动纸箱打包机虽然性能好,能够实现快速打包,但价格昂贵。当前我国生产的打包,包装机械产品大都存在质量不稳定、性能单一、可靠性差、成本高、技术含量低的问题。与外国生产纸箱打包机械技术水平相比,国产纸箱打包机差距主要表现为:品种单一,生产力低 11。我们应该根据自己的特点,结合中国国情,准确把握市场的发展规律,发挥自身的优势。包装机械企业要想寻找更好的、长远的发展必须不断开发新产品,准确把握市场发展方向,提高产品的技术含金量以及机械的可靠性及降低产品成本来提高利润以适应当前,提高纸箱打包机生产企业的创新意识与能力。加之仓储机械的基础薄弱,仓储纸箱纸箱打包机的发展也不容乐观。参考文献:1严万林,朱益民.自动纸箱打包机张紧机构的改进 D.南通大学工程训练中心,江苏南通,2016.2李旺杰,张含叶.一种半自动纸箱包装机机械系统设计D.九江学院,九江,332005.3黄建国.全自动打包机的设计与研究D.西安工程大学,2015.4王洪录.半自动纸箱打包机D.2012.5杨妙.环保型纸带全自动捆钞机的研究与开发D.西安陕西科技大学,2010.6黄成楠.我国捆扎机械的现状与发展战略J.中国包装工业 1998 年第 10 期.7王凤辉.半自动打包机功能机构设计J.力学与实践 2004.8刘岿.打包机整体结构系统动态特性研究D.上海:东华大学,2010.9魏春雨.打捆机驱动系统的设计和受力分析J.机械设计与制造工程 2002,31(4):72-73.10吴石.纸箱包装现状及发展趋势D.中国大百科全书出版社.2003(9).11杨力敏.国内物流仓储机械智能化状况及发展趋势J .物流技术(装备版).2012.12 关富鸿.D-90 捆扎机双轮送带机构改进措施 D.江门市高级技工学校, 广东 江门 529030.13高国强.PLC 在自动打包机中的应用D.天津市新华职工大学,天津市 300040.14吴瑞平.国内外包装机械发展动向J. 机械委合肥通用机械研完所包装机械分所 .15杨妙,曹巨江,李志明.环保型捆扎机送胶、烫合机构的设计 D.陕西科技大学,西安 710021.16陈镜波.日本包装机械工业概况J. 北京市商业机械研究所 .17彭国勋.我国包装机械发展道路的探讨D.西北轻工业学院.18Cromarty.A.D.Automating a horizontal flow-wrapping machineC.1994 TheInstitution of Electrical Engineers Printed and published by the IEE. SavoyPlace, London WC2R OBL, UK本科生毕业论文(设计)题 目 仓储中的机器配件纸箱打包机的设计 院 系 班 级 姓 名 学 号 答辩时间 年 月 1目 录摘要 31 纸箱打包机的应用及发展趋势 .41.1 纸箱打包机的分类 .41.2 纸箱打包机设计的方向 .41.2.1 发展多品种 41.2.2 提高自动化程度 41.2.3 提高打包速度 41.2.4 改进烫头结构 51.2.5 改进捆紧机构 51.2.6 打包带环保化 52 纸箱打包机的设计目标及工作原理 .52.1 功能需求 .522.2 设计目标 .62.3 方案确定及工作原理 62.3.1 弓架导带槽 72.3.2 机头机构 82.3.3 摩擦熔接机构 92.3.4 张紧机构 .102.3.5 机架的设计 .113 纸箱打包机关键零部件的设计 123.1 凸轮的设计 .123.1.1 左顶刀驱动凸轮的设计 .123.1.2 中顶刀驱动凸轮的设计 .153.1.3 右顶刀驱动凸轮的设计 .183.2 摩擦熔接头的设计 .213.2.2 几何参数的确定 .223.2.3 熔接热 Q223.3 电机的选择 .223.3 重要轴的设计 .243.3.1 凸轮轴的设计 .243.3.2 张紧轮轴的设计 .263273.4 工作时间的计算 .283.5 打包带的选择 .284 结论 28参考文献: 30谢 辞 31仓储中的机器配件纸箱打包机的设计4摘要:本文阐述了纸箱打包机的分类、国内外纸箱打包机的发展状况。致力于设计一种成本低,机构紧凑,操作方便的纸箱打包机。本文设计了纸箱打包机的工作原理及机构组成。确定了设计方案,设计了关键参数及零部件,其中包括机头部件,张紧部件,弓架导带槽,机架等重要零部件。关键词:凸轮机构;自动打包机;摩擦张紧The machine parts in the warehouse are designed to be charteredAbstract: This paper expounds the classification of carton packing and the development of the packing machine at home and abroad. We are committed to designing a cardboard box with low cost, compact and convenient operation. This paper designs the working principle and organization of carton packing machine. The design of the key parameters and components, including the machine head parts, the tensioning parts, the bow guide grooves, the frame, etc., are designed and designed. Key words: CAM mechanism; Automatic packing machine; Friction tensioning1 纸箱打包机的应用及发展趋势5我国的包装机械行业取得了世人瞩目的进步。目前国内的纸箱打包机大都采用热熔搭接法,这种方法虽然具有粘接强度好,加热快成本低等特点,但对于某些易爆、易燃物品的打包就难以适应,如火药、化纤等物品。由于采用电热加热。 1烫头的表面温度分布不均匀而且热效率低,影响接头质量,增加了能耗,因此为提高烫头的工作可靠性,必须对烫头加热形式进行改进。介于以上热烫头的缺点,本文设计了了一种更可靠、安全、环保的熔接方式摩擦熔接。1.1 纸箱打包机的分类(1)机械式的手动纸箱打包机,即通过杠杆等机构,先按住打包带,再由工打包,工作人员劳动强度大,且操作不能规范,打包效果差。 (2)半自动打纸箱包机,工作时需要要人工手动将打包带插入机器后,机器才会完成收紧带、粘合、切断、出带等一系列打包过程,由于每次打包都需人工手动操作 7,所以工作效率较低,劳动强度高。(3)全自动纸箱打包机,即由工作人员把包装箱送到工作台上,触发打包开关后,自动完成全部的打包动作,人工参与较少,故效率高,劳动强度较低。(4)全自动无人化纸箱打包机,就是把自动打包机集成到生产线上,成为一个打包单元,由生产线把包装物送至打包位置,传感器感应到后发送信号到打包单元,打包单元自动完成全部的打包动作 6。1.2 纸箱打包机设计的方向1.2.1 发展多品种由于社会商品生产的逐渐发达和打包机械在使用过程中所显示的极大适应性,使打包机械的应用越来越广,除要满足一般重量,大小和批量的包件打包外,还要求有能适应防水,防尘,防爆型打包机。1.2.2 提高自动化程度6工业生产的发展对包装打包的自动化程度要求越来越高,研发设计具备烫头温度控制,故障报警。自动打包,自动计数等功能。1.2.3 提高打包速度为适应生产流水线的需要,必须相应的提高打包速度。目前我国自动打包机的普遍水平为每道打包时间 33 .5 秒,最快的为 2.8 秒,而国外的普遍水平为 1.82.5 秒,最快的 0.96 秒。1.2.4 改进烫头结构塑料带打包机是利用塑料打包带捆紧包件后,使带的两端搭接而实现打包的,如何使带的二端搭接有多种不同的方法。我国目前使用热熔搭接法,这种方法虽然具有粘接强度好,加热快。成本低等特点,对于某些易爆、易燃物品的打包就难以适应。 11故本次设计的熔接方式摩擦熔接,使两层打包带这间高速摩擦 使打包带表面融化,然后被压紧,从而实现打包带融合。1.2.5 改进捆紧机构目前我国的打包机主要采用的调节张紧力的方法有两种,调整张紧臂的摆动角度来实现调整和调整压缩弹簧对摩擦离合器的压力,因此改变送带滚轮的传动力来实现捆紧力的调整,前者属于定距离型捆紧。而后者则是属于定力量型,从调整的范围和对包件的适应性来讲。定力量型能更好地实现有效打包。1.2.6 打包带环保化研制开发以纸质和无毒可降解的有机材料为主的打包带代来替聚丙烯塑料。改变热熔接方式,传统的热熔接的方式粘合打包带会产生有毒有害气体对操作者的健康及大气环境造成不利影响,研究新的粘合技术来避免。2 纸箱打包机的设计目标及工作原理2.1 功能需求该打包机打包的规格:打包材料是 15mm 宽 1m 厚的的 PP 带,打包纸箱的尺7寸为:长 600mm,宽 500mm,高 400mm ,以及比该尺寸小的纸箱等物件,但改变时要对各运动参数稍做修改,方可进行打包。设计的打包机需满足以下功能要求:(1)可完成纸箱打包要完成这一功能,系统必须实现 1 绕带,2 张紧,3 切断熔接这三个主要功能。(2)自动打包打包过程中的各项操作,需要人力参与的仅仅是推箱,自动化程度较高,大大降低了人的劳动强度。(3)较低的设计和制造成本该打包机合运用机电一体化技术,减少了许多机械机构的设计,降低整个打包机的设计和制造成本,使其具有较好的推广性。(4)具有紧凑的机械机构根据各部分的运动规律,简化机械传动装置,合理安排各机构的布局。2.2 设计目标明确设计目标是打包机设计第一阶段的任务,是打包机设计的基础。下面对所研制的打包机的具体工艺进行分析。本打包机采用平行式打包,即两道打包带平行包裹在纸箱上。打包机的一次工作过程为:(1)箱子达到预定位置,(2)送带,(3)打包带进入弓架导带槽,形成垂直带圈。(4)收带,(5)打包带从弓架导带槽中拉出,缠绕在纸箱上,(6)收紧,(7)切断打包带,(8)摩擦熔接,(9)推出纸箱。2.3 方案确定及工作原理8本次设计采用的熔接方式为摩擦熔接。机头部件的三个顶刀由三个凸轮驱动。张紧力的调节由一个机构巧妙的摩擦离合器实现。绕带机构为带合页板的弓架导带槽。机架为用方钢焊接而成的机架结构。将打包机分为几个部分,各部分分别完成各自的动作,并协调工作,实现打包机的功能。 151- 储带轮 2-弓架导带槽 3 张紧部件 4 机头部件 5-机架图 1 纸箱打包机三维模型2.3.1 弓架导带槽结构组成:弓架导带槽的作用是形成垂直的带圈,实现打包带可以捆扎在纸箱上,其结构由弓架 1-弓架导带槽, 2-合页板,3-左导带槽,4-右导带槽组成。弓架导带槽的规格决定了可打包纸箱的大小。本次设计的弓架导带槽可打包的纸箱规格为 600mm500mm400。比这个小的纸箱都可以打包。1234591- 弓架导带槽 2-合页板 3-左导带槽 4-右导带槽图 1 弓架导带槽工作原理:打包带被张紧送带机构送到右导带槽 4 的导带槽中,通过机头机构的顶刀后,继续送带,通过左导带槽 3 进图弓架导带槽 1 中,顺时针形成一个垂直带圈,当送带结束后,张紧轮反转,进入退带张紧阶段,打包带被张紧机构收紧,打包带克服合页板的弹簧力,从弓架导带槽 1 从只脱出,捆扎在纸箱上,弓架导带槽的凹槽为一个宽度 30mm,高度 10m 的长方形槽,外部用合页板封住,截面如图 3 所示。 13101-弓架导带槽 2-合页板图 3 弓架导带槽截面2.3.2 机头机构机构组成:机头机构是由 1-止动开关,2-左顶刀,3-中顶刀,4-摩擦熔接头,5-切断刀,6-右顶刀,7-凸轮轴,8-左顶刀凸轮 ,9-中顶刀凸轮,10-右顶刀凸轮,11-凸轮箱体组成。机头机构是纸箱打包机的重要工作机构,由凸轮驱动推杆,推杆上装有顶刀,实现对形成垂直带圈后的打包带进行夹紧,切断,摩擦熔接等工序。12111-止动开关 2-左顶刀 3-中顶刀 4-摩擦熔接头 5-切断刀 6-右顶刀 7-凸轮轴8-左顶刀凸轮 9-中顶刀凸轮 10-右顶刀凸轮 11-凸轮箱体 12-打包带图 4 凸轮机构工作原理:打开工作开关,打包带 12 被张紧装置推送到弓架导带槽中,形成垂直带圈。此后的工作交由凸轮机构完成。凸轮轴上连接有凸轮电机,凸轮电机是凸轮模块的动力系统。当打包带 12 的自由端触动止动开关 1 就停止送带。张紧轮电机反转,进入退带张紧阶段。同时右顶刀 6 上升,将打包带 12 的自由断压紧在垫板上,待退带张紧阶段结束,2 左顶刀上升,将打包带 12 的从动端压紧在垫板上,中顶刀上升的过程中,安装在中顶刀右边的切断刀 5 会先将打包带切断。中顶刀继续上升,摩擦熔接头开始做左右方向的震动,带动上层打包带做左右方形的震动,下层打包带被中顶带固定,即上下两层打包带之间会发生相对摩擦位移,从而使打包带表面摩擦融化,中顶刀继续上升,将两层打包带压紧熔接。熔接过程完成,各顶刀复位,推出纸箱。要完成这一功能,查的 pp 带间的12摩擦系数为 0.43,摩擦熔接头的底部和中顶刀顶部都会加工出网状的纹路。增加摩擦力,使得两层打包带之间可以发生相对滑动。2.3.3 摩擦熔接机构结构组成:摩擦熔接结构由 1-震动轴,2-震动器,3-偏心轴,4-震动摩擦杆组成。本机摒弃了电加热烫头的熔接方式,设计了更加安全,环保,能耗低,熔接更可靠的熔接方式摩擦熔接。图 5 震动摩擦机构工作原理:电机连接在偏心轴上,当电机转动时,偏心轴就会跟着转动,偏心轴的顶端是一个偏心距为 1.5m 的偏心轮,在偏心轮的作用下,震动器会以震动轴的轴线做高速摆动,震动器更震动轴用键连接,振动轴就会跟随震动器一起高速摆动,这样就将电机的转动改变为了一个高速的震动。震动轴上会连接一个震动杆,震动轴的绕轴震动机会被震动杆转化为一个水平面内的左右震动,达到预期效果。如图 2-6 所示,当熔接头左右高速震动时,就会带动上层打包带一起震动,上相两层打包带之间就会发生摩擦位移,从而使得打包带的表面摩擦熔化,动停止震动时,两层打包带被压紧熔接。131- 摩擦熔接头 2-中顶刀 3-打包带图 6 熔接过程示意图2.3.4 张紧机构结构组成:张紧机构是由 1-张紧轮轴,2-轴承,3-摩擦外轮,4-摩擦内轮,5-弹簧 6-调节螺母,7-压紧轮组成。本机的送带机构,张紧机构为同一个机构,简化了机械机构。负责绕带,张紧工作。工作分为个两阶段,送带阶段,退带张紧阶段,由 PLC 控制。动力来源于电机。 191-张紧轮轴 2-轴承 3-摩擦外轮 4-摩擦内轮 5-弹簧 6-调节螺母 7-压紧轮图 7 张紧机构工作原理:14打包带从摩擦外 3 轮与压紧轮 7 之间穿过,送带时,张紧轮轴 1 正转,打包带在摩擦力的作用下送带。退带张紧时,张紧轮轮轴反转,打包带在摩擦力的作用下退带收紧。摩擦力的调节:本机的摩擦力的调节为定力量型调节,即通过压缩对摩擦离合器的压力,因此改变送带滚轮的传动力来实现捆紧力的调整,摩擦内轮与摩擦外轮 3 组成了一个摩擦离合器。摩擦内轮 4 与张紧轮轴 1 通过键刚性的连接在一起,摩擦外 3 轮与张紧轮轴 1 无键连接,摩擦外轮 3 与摩擦内轮 4 通过粗糙的锥面接触,摩擦内轮 4 通过摩擦力将动力传递给摩擦外轮 6。通过调节调节螺母 7 改变弹簧压缩量,从而改变摩擦外轮 3 与摩擦内轮 4 的压力,改变摩擦力。张紧时,当打包带与摩擦外轮 3 之间的摩擦力小于摩擦内轮 4 与摩擦外轮之间的摩擦力时,摩擦离合器处于合的状态。当打包带与摩擦外轮 3 之间的摩擦力大于摩擦外轮 3 与摩擦内轮 4 之间的摩擦力时,摩擦内轮与摩擦外轮发生相对滑动,摩擦外轮不再与张紧轮轴 1 一起转动,此时,摩擦离合器处去离的状态,打包带不在收紧,保护纸箱不被拉变形。2.3.5 机架的设计机架决定了纸箱打包机的整体尺寸与可打包纸箱的规格,机架承载着纸箱打包机的各个部件,使得纸箱打包机的功可以实现,机架的设计,我采用的是型材,40mm40mm,壁厚为 5mm 的方形钢管焊接而成,用型材焊出一个长1000mm,宽 800mm,高 700mm 的长方体。顶部用螺栓连接纸箱打包机的工作台,工作台上用螺栓连接弓架导带槽,机架的内部安装机头部件,张紧部件。机架的底面与两个侧面及背面用厚度为 4mm 的板材封住,正面为 5mm 板材设计的门,可以打开,纸箱打包机的工作部件安装在机架上方五分之一处,机架下方五分之四的空间被设计成一个储物柜。151- 储带轮 2-工作台面 3 机架图 8 机架3 纸箱打包机关键零部件的设计3.1 凸轮的设计凸轮机构为机头部件的核心零件,凸轮的设计决定了整个纸箱打包机的的功能能否实现,凸轮的精度决定了纸箱打包机的打包质量。本机的凸轮共有三个,每个凸轮都有自己独立的功能,三个凸轮协同工作,共同实现打包机的功能。 203.1.1 左顶刀驱动凸轮的设计左顶刀主要负责在完成二次张紧后将打包带的从动端夹紧,如图 3-1 所示,根据左顶刀动作时序将左顶刀驱动凸轮轮廓分成六部分:区段 1 和 2 分别为一次上升期和一次休止期,用于在退带时对打包带形成托举力,以免退带时打包带缠绕某些零件;区段 3 和 4 分别为二次上升期和二次休止期,用于将打包带从动端夹紧;区段 5 和 6 分别为回程期和近休止期,此时已完成打包带的切割、烫合等动作,左顶刀回到初始位置等待下一周期。 2016图 9 左顶刀凸轮左顶刀驱动凸轮基圆半径 ,滚子半径 ,从动件运mRb5.27mRr5.9动位移方程为:(1)一次上升期,升程 ,凸轮运动角h5.31 0125从动件位移方程 1112sinhs25si5.3其中, 25,0(2)一次休止期,凸轮运动角 ,从动件位移方程0235ms5.3217(3)二次上升期,升程 ,凸轮运动角mh75.30326从动件位移方程 )(2sin1)( 213321313 hs )35(6si26)5(75. 000 )(sin12)(.3000(4)二次休止期,凸轮运动角 ,从动件位移方程0453ms25.74(5)回程期,升程 ,凸轮运动角mh2.75052从动件位移方程 43215543215315 (2sin1hs 00000 15326(27sin12736325.7.35 )39(sin19 000(6)三次休止期,凸轮运动角 ,从动件位移方程06406s综上,从动件位移方程18(3-2) 360,240,39 )239(1sin195.723,862,60 )60(2sin16075.3,2 5,si.60 0005 0432 01ssss由式知,凸轮理论轮廓坐标为(3-3)smsRbB5.27取凸轮运动角步长为为 1 ,得到左顶刀驱动凸轮理论轮廓曲线,如图 3-4 中曲线 1,将曲线 1 导入 CAD 中偏置滚子半径后得到凸轮实际轮廓曲线,滚子直径为 9.5m19图 10 左顶刀凸轮轮廓3.1.2 中顶刀驱动凸轮的设计中顶刀主要负责将打包带顶紧在摩擦熔接杆表面使其充分熔融,并在熔融后将熔融区域夹紧在一起使其焊接牢固。 20根据中顶刀动作时序将中顶刀驱动凸轮轮廓分为五部分:区段 1 和 2 分别为一次上升期和一次休止期,用于将上下两层打包带顶在摩擦烫头表面使其充分熔融,同时将打包带从动端切断;区段区段 3 为二次上升期此时,用于将摩擦熔融后的的上下两层打包带继续压紧,使其充分融合区段 4 和 5 为回程期和近休止期,用于打包结束凸轮在弹簧作用下复位。20图 11 中顶刀凸轮(1)一次上升期,升程 ,凸轮运动角 ,从动件位移mh2.810142方程为下: 111sin2hs4si.8(2)一次休止期,凸轮运动角 ,从动件位移方程为 ,025ms2.8其中, .47,0(3)二次上升,升程 ,凸轮运动角 ,从动件位移方mh5.130316程为21 32132113 (sinhs 20)47(si20475.8其中, 6,470(4)二次休止期,凸轮运动角 ,从动件位移方程为 ,其041ms1.34中,。7,60(5) 543215432153 )(sin1hs 002)7(sin27.61其中, ,70(7)二次回程期,升程 ,凸轮运动角 ,从动件位移方程mh97073为 76543217654321767 (sin2hs 30)1(2sin1302.922其中 360,2综上,从动件位移方程(3-4) 360,2,0,1730)172(sin217.9,02 102,5)(i5.637,1 67,420)7(sin1204.8, 20i71.58006 054 0321ssmsms ,) )(凸轮理论轮廓坐标为(3-5)smsRbB5.263.1.3 右顶刀驱动凸轮的设计右顶刀用于在打包带送带到位后将打包带自由端夹紧,右顶刀驱动凸轮轮廓较为简单,根据右顶刀动作时序,将右顶刀驱动凸轮轮廓分为四部分, 21如图 3-9 所示:区段 1 和 2 分别为推程期和远休止期,在打包周期开始时右顶刀立刻上升将打包带自由端夹紧;区段 3 和 4 分别为回程期和近休止期,在打包周期结束后右顶刀回复原位。 2023图 12 右顶刀凸轮(1)推程期,升程 ,凸轮运动角 ,从动件运动方程为mh310125111sinhs25si3其中, 25,0(2)远休止期,凸轮运动角 ,从动
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