机械毕业设计（论文）-螺旋式自动定量包装机设计【全套图纸】

螺旋式自动定量包装机设计 1 1 绪论绪论 全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 1.1 本课题的研究内容和意本课题的研究内容和意义义 随着人们生活水平的日益提高,对产品的包装要求也越来越高，自动定量包装机是轻 工业产业中必不可少的自动机械之一，我国近些年来包装工业发展迅速，但又在某种程 度上受到机械工业发展相对滞后的影响。包装机械发展较为缓慢，因此进行颗粒包装机 的设计研究具有一定的意义。通过本次也涉及，能够是我们对包装机械有一个铰深的了 解，对螺旋式结构，包装机工作过程进行分析研究并有所创新，同时也培养了对我们所 学知识的理解、收集、查阅文献资料的能力，发现、分析、解决问题的能力。 1.2 国内外的发展概况国内外的发展概况 国内：我国的包装机械概况与展望目前我国包装机械企业规模偏小，技术装备不是 很完善，管理水平比较低，自我发展和技术设计开发能力较弱，产品品种单一。产品技 术含量、附加值较低；新产品开发周期长，不能及时响应市场需求，及时提供市场、用 户急需的产品。企业主要精力都花费在量的扩张上，对质的提升、科技进步的投入严重 不足，产品在低水平上重复；另外，产品安全防护措施较差，安全意识不强。目前我国 的包装机械产品普遍存在质量不稳定、性能单一、成本高、技术含量低的状况。但包装 行业产品量广，我们的行业仍然欣欣向荣，堪称“朝阳工业” 。 国外：国外包装机械业概况美国、日本、德国、意大利是世界上包装机械四大强国。 美国是世界上包装机械发展历史较长的国家，早已形成了独立完整的包装机械体 系， 其品种和产量均居世界之首。10 多年来，美国始终保持着世界最大包装机械生 产和消费 大 国的地位。其产品以高、大、精、尖产品居多，机械与计算机紧密结合，实现机电一 体化控制。新型机械产品中以成型、填充、封口三种机械的增长最快，裹包机和薄膜包 装机占整个市场份额的 15%，纸盒封盒包装机在市场占有率中居第二位。一些大公司 生 产的包装机械集机-电-仪及微机控制于一体， 采用光电感应，以光标控制，并配有 防 无锡太湖学院学士学位论文 2 静电装置。其大型自动包装机不仅包装容积大，课题的目 的、意义；国 内外技术现 状 及发展趋 势 而且能集制袋、称重、充填、抽真 空、封口等工序在一台单机上完成。德 国包装机械业多年来始终处于稳定增长状态，出口比例占 80%左右。德国是世界上最大 的包装机械出口国。 意大利是仅次于德国的第二大包装机械出口国。 意大利的包装机 械多用于食品工 业，具有性能优良、外观考究、价格便宜的特点，出口比例占 80%左右。 目前，世界各国对包装机械的发展都十分重视，集机、电、气、光、生、磁为一 体的高 新技术产品不断涌现。生产高效率化、资源高利用化、产品节能化、高新技术实用化、 科研成果商业化已成为世界各国包装机械发展的趋势。 1.3 本课题应达到的要求本课题应达到的要求 1.完成对自动定量包装机机械部分的设计与优化，并完成机械部分的二维图、三维图。 其中机械部分的设计先要对原产品进行测绘，并运用现代设计方法按照要求对其进行优 化设计。其中包括储料仓的设计、双螺旋给料机构的设计、夹袋机构的设计与缝包装置 的设计等。 2.完成 PLC 控制系统与液压气压控制系统的设计，并对 PLC 控制系统进行程序编制。 其中液压气压系统主要对夹袋装置的收缩与伸张进行控制，而 PLC 程序编制采用通用的 梯形图进行，以便于交流运用。 螺旋式自动定量包装机设计 3 2 机械结构的设计机械结构的设计 2.1 双螺旋给料机的设计双螺旋给料机的设计 2.1.1 已知参数和工作条件已知参数和工作条件 本次设计的定量包机装大螺旋包装量为 1.5t/h，小螺旋为 0.9t/h。 2.1.2 螺旋给料机机输送量和功率计算螺旋给料机机输送量和功率计算 水平螺旋给料机的生产率可以按照下边的经验公式进行计算: (t/h) (2.1)FVQ3600 式中: 机槽内物料的横断面积（m） ；F 被输送的物料的轴向的运动速度；V 物料的单位容积重量（t/m） 。 机槽内物料的横断面积为 (2.2)K D F 4 2 式中: 螺旋叶片直径（m） ；D 机槽的填充系数，其具体数据可见下表 2-1； 倾斜布置的输送机对的修正系数，由于本次设计的输送进料部分是F 水平方向布置，故其值为 1.0； 螺旋叶片的形式对输送量的影响系数，见表 2-2。K 表 2-1（各种散料的特性系数） 无锡太湖学院学士学位论文 4 表 2-2（螺旋叶片形式的修正系数） 查询粮食工程设计手册中的关于螺旋输送轴的有关设计技术要求等，选择满面式叶 片的螺旋体，根据螺旋给料机螺旋体与螺旋轴的系列推荐尺寸，选择螺旋体直径 D=160mm，对应的螺旋轴直径 d=36mm。再根据以下公式进行计算 (2.3)CKSnDQ 2 47 式中: 螺旋叶片直径，以选择的为 160mm；D 物料的装满系数； 螺距，推荐的直径为 160mm 的叶片对应的螺距为 130mm；S 螺旋轴转速（r/min） ，系列值为n 60、70、80、90、100、110、120、140、160、190，选择推荐值 100r/min； 物料容重，上面表格可查阅； 倾斜修正系数，为水平布置，其值为 1.0；C 螺旋叶片叶形的影响系数，选择的为满面式，其值 1.0。K 驱动电动机功率（kw）计算公式 (2.4) KHwLQN367 式中: 给料量，已知数据是 1.5t/h；Q 物料阻力系数：粮食及其加工产品取 1.21.3，麦芽、棉籽、糖块取w 1.5，苏打、食盐取 2.5； 螺旋给料机的水平投影长度，设计量为 1.0m；L 倾斜输送时物料提升的高度，向上为+，向下为-本次设计为水平布置，H 为 0； 电机功率储备系数，取 11.4；K 总传动效率取 0.94。 螺距不仅决定着螺旋的升角，还决定着在一定填充系数下物料运行的滑移面，所以 螺距的大小直接影响着物料输送过程。最大螺距应满足下列两个条件: 要考虑螺旋面与物料的摩擦关系以及速度各分量间的适当分布关系两个条件，来确 定最合理的螺距尺寸。 物料名称推荐填充系数A 值 小麦0.300.4065 稻谷0.300.4060 面粉0.300.4040 麸皮、米糠、胚芽0.200.354050 棉籽0.300.3555 碎油饼0.250.3040 叶片形式满面式齿式带式浆式 K 1.00.80.70.3 螺旋式自动定量包装机设计 5 物料颗粒在螺旋面轴向方向上的作用力为为了, 则必须满足条)cos( 上上 PP 上 P 件。在最小半径处的螺旋升角是最大的，输送方向的作用力最小。 22 d r 上 p 根据这个条件，最大的许用螺距值，由下式确定 (2.5) 2 max dtgs (2.6) d s max 若以(D是螺旋的外径)代人上式，则得 D d K 1 (2.7) Dk s 1 max 另外，在确定最大的许用螺距时，必须满足的第二个条件是建立在使物料颗粒具有 最合理的速度各分量间的关系的基础上的，即应使物料颗粒具有尽可能大的轴向给料速 度，同时又使螺旋面上各点的轴向输送速度大于圆周速度。螺距的大小将影响速度各分 量的分布。当螺距增加时，虽然轴向输送速度增大，但是会出现圆周速度不恰当的分布 情况;相反，当螺距较小时，速度各分量的分布情况较好，但是轴向输送速度却较小。于 是，根据在螺旋圆周处的的条件。 上上 VV (2.8) 1 2 2 1 60 1 2 2 60 22 r s r s sn r s r s sn 即 (2.9) rtgrs 2 41 1 2 可得出 (2.10) Dtgs 4 所以， 需要满足，和两个条件。s Dk s 1 Dtgs ) 4 ( 物料的摩擦系数同物料在料槽里的运动取向、运动速度、物料的尺寸、湿度以及螺 旋叶片材料及表面状态等有关。输送物料的摩擦系数可参考连续运输机设计手册。通常 可按下式计算螺距 (2.11)kDs 对于标准的螺旋输送机，值一般取为 0.81。当倾斜布置或输送物料流动性较差时k ；当水平布置，可取值等于 0.81。0.8k k 故取，那么大螺旋螺距为 =0.50m，小螺旋螺旋为 =0.25m。1kss 螺旋轴径的大小与螺距有关，因为两者共同决定了螺旋叶片的升角，也就决定了物 料的滑移方向及速度分布，所以应从考虑螺旋面与物料的摩擦关系以及速度各分量的适 当分布来确定最理的轴径与螺距之间的关系。 无锡太湖学院学士学位论文 6 图2.1(螺旋叶片受力分析) 从上图可以看出，物料在螺旋面上轴向受力分量为上F （为螺旋升角） (2.12)cos( 上上 FF 式中:a角是由物料对螺旋面的摩擦角P以及螺旋表面粗糙程度决定的。对于一般热压 或用冷扎钢板拉制的螺旋片表面，可以忽略螺旋叶面粗糙程度对9)角的影响，此时可认 为。所以， (2.13) )cos( 上上 FF 因为螺旋升角a在叶片根部最大，此处的输送方向(轴向)作用力最小。与 应满足ds 关系之一是，即。将 ， 带入上式并整理得出：0 上 F 2 tg d s tg (2.14)s u d 确定最小轴径还应满足的第二个条件是物料具有尽可能大的轴向速度，同时螺旋面上 各点的轴向速度大于圆周速度。 圆周速度和轴向速度分别为 (2.15) 1) 2 ( 2 602 r s r s sn V 上 (2.16) 1) 2 ( 2 1 602 r s r s sn V 上 螺旋式自动定量包装机设计 7 图2.2 (螺旋叶片速度分析) 要使得螺旋面在叶片根部的轴向速度大于圆周速度，得出 (2.17) n s d 1 1 根据上式计算，当取0.3，时，；当u值增加时，还Ds) 18 . 0(Dd)59 . 0 47. 0( D d 增加，也就是说，根据上式计算得出的轴径相当大，这势必降低有效输送截面为了保证 足够的有效输送截面从而保证输送能力，就得加大结构，使得输送机结构粗大笨重，成 本提高。所以，螺旋轴径与螺距的关系应是输送功能与结构的合。在能够满足输送要求 的前提下，应尽可能使结构紧凑。由于这种场合使用的输送机填充系数较低，只要保证 靠近叶片外侧的物料具有较大的轴向速度，且向速度大于圆周速度即可。经综合分析可 得大螺旋轴直径d1=35mm,小螺旋直径d2=65mm。 由于螺旋给料机够属于小型的连续输送设备，结构简单。在输送物料的时候，对于 螺旋轴径所占据的截面，对输送能力有一定的影响。所以在输送能力计算时不能忽略轴 径所占的截面。 由输送量公式 (2.18) snKK dD Q d 60 4 )2( 22 可以得出转速n (2.19) -)2(15 22 dDrsKK Q n d 式中，为螺旋转数(r/ min)，s为螺旋螺距(m)，为螺旋叶片外径与料槽内壁最小间n 隙，一般为515mm。 一般说来 ，螺旋转速加快，生产能力提高。但是当转速超过一定的极限值时，物料 会因为离心力过大而向外抛，以致无法输送，所以转速n还需要有一定的限定，不能超过 某一极限值。 实际转速与最大转速之间有一定的限定关系 gRR 2 max 2 (2.20） D A rR gk n 2 无锡太湖学院学士学位论文 8 (2.21） 式中：， 螺旋直径(m)， 物料综合特性系数。k g A 2 2 DA 如果计算得到的转速太高，则应对计算出的螺旋轴径、 值适当调整查表可Dds 得=35，又有=0.250m。计算可得：极限转速=70（r/m） 。圆整为下列转速：ADn 20、30、35、45、60、75、90、120、150、190r/min。故取大螺旋转速为=60r/min，小n 螺旋转速为=45r/min。n 螺旋给料机的驱动功率，是用于克服在物料输送过程中的各种阻力所消耗的能量， 主要包括以下几个部分。 1）使被运物料提升高度H(水平或倾斜)所需的能量； 2）被运物料对料槽壁和螺旋面的摩擦所引起的能量消耗； 3）物料内部颗粒间的相互摩擦引起的能量消耗； 4）物料沿料槽运动造成在止推轴承处的摩擦引起的能量消耗； 5）中间轴承和末端轴承处的摩擦引起的能量消耗。 从另外的角度,可以这样分，物料与料槽间摩擦消耗的功率；物料与螺旋叶片间摩擦 消耗的功率；轴承处摩擦消耗的功率；提升物料及物料颗粒间相互运动消耗的功率。 这样，螺旋给料机的电动机驱动功率，就由机构运动过程中所产生的阻力来决定的。 阻力主要由以下几个部分组成。 1）物料与料槽之间的磨擦力阻力； 2）物料对螺旋的摩擦阻力； 3）物料倾斜向上输送时的阻力； 4）物料悬挂轴承下的堆积阻力； 5）物料被搅拌所产生的阻力； 6）轴承的摩擦阻力。 2.1.3 螺旋给料机进出料口装置螺旋给料机进出料口装置 螺旋输送机的出料口有方形出料口、手推式出料口和齿条式出料口三种，后两种出 料口拉板的开闭方向，按安装不同分为右装、左装两种。 右装站在螺旋机头节往尾节看，拉板向右拉开； 左装站在螺旋机头节往尾节看，拉板向左拉开。 螺旋式自动定量包装机设计 9 图 2.3(进料口) 图 2.4(出料口) 2.1.4 槽体的设计槽体的设计 图 2.5(槽体) 如图 2.5 所示，水平慢速螺旋给料机的料槽通常用 24mm 厚的薄钢板构成成。横断 面两侧壁垂直，底部为半圆形，每节料槽的端部和侧壁上端均用角钢加固，以保证料槽 的刚度，实现节与节间、顶部盖板与料槽的连接，料槽底部应设置铸铁件或角钢焊接件 的支承脚。底部半圆的内径应比螺旋叶片直径大 48mm。垂直快速螺旋输送机料槽横断 无锡太湖学院学士学位论文 10 面为圆形，通常采用薄壁无缝钢管制成。不锈钢或薄钢板制成园筒或带有垂直侧边的 U 形槽，为了便于连接和增加刚性，在料槽的纵向边缘及各节段的横向接口处都焊有角钢， 料槽有时也用木板制成，其半圆形槽底包有铁片，每隔 23(米)设支架一个，槽用可拆 卸的盖子盖在上面。料槽的内直径要稍大于螺旋直径，使两者之间有一间隙。螺旋和料 槽制造、装配愈精确间隙可愈小。这对减少磨这对减少磨损和动力消耗非常重要，一般 间隙为 6.09.5 毫米。 2.1.5 螺旋给料机安装技术条件螺旋给料机安装技术条件 螺旋机安装的正确性是以后使用情况良好的先决条件之一，其在使用地点的安装必 须妥善地进行，并满足技术条件的要求。 （1）螺旋机安装基础至少应在螺旋机正式安装以前 20 天浇灌完成,该基础应能可靠 地支承输送机并保证不同地基过小而发生螺旋机下沉和额外的变化,保证螺旋机在运转时 具有足够稳定性。 （2）螺旋机在安装以前必须将那些在运输中或卸箱时粘上的尘垢的机件加以清洗。 （3）相邻机壳法兰石应连接平整、密合，机壳内表面接头处错位偏差不超过 2mm。 （4）机壳法兰间允许垫石棉调整机壳和螺旋长度的积累误差。 （5） 外径与机壳间的间隙应符合，表 2-3 规定最小间隙不得少于表中规定数值的 60%， 需要大间隙，按用户要求制作。 表 2-3（mm） （外径与机壳间间隙） 螺旋公称直径 D10016025031540050063080010001250 间隙61012.51520 （6）螺旋机各中间悬吊轴承应可靠地固定在机壳吊耳上，与相邻螺旋联连后螺旋转 动均匀，没有被卡住现象，安装时可在吊轴承底座与机壳吊耳间加调整垫片以保证各吊 轴承同轴安装后螺旋体轴线的同轴度应符合表 2-4 规定。 表 2-4（螺旋体轴线同轴度） 螺旋机长度(cm)315153030505070 同轴度(mm)3.04.05.05.0 （7）螺旋机主轴与减速电器的同轴度应符合 GB1184-80形状和位置工差,未注公差 的规定附表 4 中 10 级的规定。 （8）螺旋机的各底座在机壳装妥后，均应使之着实后再拧紧地脚螺钉。 （9）所有联结螺钉均应拧紧至可靠的程度。 （10）进出料口现场安装应使进出料口的法兰支承面与螺旋机的本体轴线平行，与相 连接的法兰应紧密贴合，不得有间隙。 （11）螺旋机装妥后应检查各存油处是否人足够润滑油，不够则加足之，其后进行无 负载试车；在连续进行 4 小时以上试运转后，检查螺旋机装配的正确性，发现不符合下 列条件的应即停车，处理后再运转，直至处于良好运行状态为止。 2.1.6 传动装置的选择传动装置的选择 （1）传动装置总体设计： 1）组成：传动装置由电机、链轮、工作机组成； 2）特点：齿轮沿轴向载荷分布不均匀，要求轴有较大的刚度； 螺旋式自动定量包装机设计 11 3）确定传动方案：1电动机；2联轴器；3链轮；4联轴器；5工作机。 （2）电机的选择 表 2-5（大小螺旋电机规格） 大螺旋小螺旋 电机的型号G3LM-32-20-150G3LM-22-25-T040 功率1.5KW0.4KW 电压AC220VAC220V 2.1.7 螺旋输送机的使用与维护螺旋输送机的使用与维护 螺旋给料机是用来对粉状、粒状、小块状物料的一般用途的给料设备，各种轴承均 处于灰尘中工作，因此在这样工况条件下的螺旋机的合理操作与保养就具有更大的意义， 螺旋机的操作和保养主要要求如下。 （1）螺旋机应无负载起动，即在机壳内没有物料时起动，起动后方能向螺旋机给料。 （2）螺旋机初始给料时，应逐步增加给料速度至达到额定输送能力，给料应均匀， 否则容易造成输送物料的积塞，驱动装置的过载，使整台机器早日损坏。 （3）为了保证螺旋机无负载起动的要求，输送机在停车前应停止加料，等机壳内物 料完全输尽后方可停止运转。 （4）被输送物料内不得混入坚硬的大块物料，避免螺旋卡死而造成螺旋机的损坏。 （5）在使用中经常检视螺旋机各部位的工作状态，注意各紧固机件是否松动，如果 发现机件松动，则应立即拧紧螺钉，使之重新紧固。 （6）应当特别注意螺旋管与联接轴间的螺钉是否松动，如发现此现象应立即停止， 矫正之。 （7）螺旋机的机盖在机器运转时不应取下，以免发生事故。 （8）螺旋机运转中发生不正常现象均应加以检查，并消除之，不得强行运转。 （9）螺旋机各运动机件应经常加润滑油。 1）驱动装置的减速器应按其说明书要求润滑； 2）螺旋机两端轴承箱内用锂基润滑脂，每半月注入一次约 5 克； 3）螺旋机吊轴承，选用 M1类别，其中 80000 型轴承浸在融化了润滑脂中与润滑脂 一道冷却，重新装好后使用；如尼龙密封圈损坏应及时更换，使用一年，用以上方法再 保养一次，可获良好效果； 4）螺旋机吊轴承，选用 M2类别，每班加注润滑脂，每个吊轴承瓦注脂约 5 克，高 温物料应使用 ZN2钠基润滑脂GB492-77 ，采用自润滑轴瓦，也应加入少量润滑脂； 5）螺旋给料机机的保养，俗称日保或班保，有操作人员进行。它的主要内容是班前 外观目检，加油润滑，空载运行，精心操作，班后清料。不管情况如何，均应在交接记 录上如实载明备查。 2.2 称重传感器的设计称重传感器的设计 2.2.1 称重装置的结构形式选择称重装置的结构形式选择 （1）集装袋定量包装机的称量形式基本分为毛重式和净重式。连同包装袋一起进行 称重的方式称为毛重式（图 2.6a),采用称量斗对物料进行称重后再充填到包装袋的方式为 无锡太湖学院学士学位论文 12 净重式（图 2.6b） 。图 2.6a: 该种包装机工作过程是直接将图 1a 所示料包 1 内的待称物 料充填到包装袋 2,在充填的同时对袋 内物料进行称量,当被称物料的重量达到设定值时, 充填自动停止。由于是连同包装袋一起称量的,所以称之为毛重式包装机。图 2.6b:先由 称量斗 4 对物料进行称量，然后再将物料充填到包装袋内，称量充填分 2 步完成。其特 点是包装速生产能力大，但设备体积大，设备土建投资相对也大。 （2）称量精度两种包装机工作形式的比较 1）称量精度 两种工作形式的称量精度基本相同。 2）包装能力 毛重式包装机最快工作速度为60 s/ 袋；净重式包装机最快速度为40s/ 袋。 3）设备价格 毛重式包装机价格较低,净重式包装机价格比毛重式约高1倍。 4）占用空间 毛重式包装机占用空间高度约为 34 m,净重式约为 68 m 。 通过比较,我们认为在包装能力没有特别要求的情况下,采用净重式包装机是较佳的选 择。 2.2.2 结构改进结构改进 （1）毛重式称重机构采用杠杆原理，在传感器普及之前被广泛使用。但其称量度较 低，在包装时容易产生误差。目前普遍使用压力称重传感器称重提高了效率与精确度。 结构上，本文将舍弃杠杆结构，直接将称量桶吊装到称量传感器上。 （2）称量装置的壁顶部加装一个小型 1/4 圆形加强肋，防止落料桶受力变形。 （3）称量装置的吊架直接采用角钢，刚性较好另外在与吊装传感器的螺栓两边加装 加强肋，防止横梁变形。 （4）称量装置落料桶口盖的结构改进，机电包装机的桶盖与桶身及气缸的连接杆是 直接焊接在一起的，不能活动。桶盖的自由度与连接杆一样，只能绕转动副在竖直方向 图 2.6（称量装置结构形式) 螺旋式自动定量包装机设计 13 转动。这样的话 一旦转动副松动或连接杆变形，桶盖与桶口的接触关系就会被破坏，造 成密封不良。本文将桶盖与连接杆间又加了一个转动副，这样桶盖的受力方向只能竖直 向上，即使出现转动副松动，桶盖仍然能够与桶口保持密切接触。另外，可以在需要时 在桶盖内侧加装橡胶密封垫，以适应对不同的物料的称量。 2.2.3 秤体结构秤体结构： 秤体由秤架和称量器组成。秤架将给料装置、称量器、下料槽连成一体。气动控制 箱装在框架的一侧，内置传感器接线盒、电磁阀等。端面用于安装传感器结构件。 称量器由秤斗及称重传感器等组成，秤斗一侧水平放置放料气缸，用于秤斗放料门的开 启/闭合。 图 2.7(称重装置) 2.2.4 称量桶材料选择称量桶材料选择 由于称重装置要求称量精度，而且称量的物料（化肥）含有化学成分，会有腐蚀金 属的现象。为了保证称量精度和称重装置的整体结构及功能性，本文选择了白铁皮、不 锈钢板作为候选称量桶的制作材料。 2.2.5 称体容积选择称体容积选择 考虑到重力式颗粒料定量包装机工作的连续性，储料斗内的粮食至少要保证两次包装 所需的质量，即50kg。由于是双称包装，以实现必要时粒料分别称重与混合。 每个称重桶的容积为 3 072 . 0 mVVV 上上上上上上上上 储料斗的容量为 上上上上 VM 由于容重的取值关系到储料斗所装粮食的最小质量，因此在本文中以容重较轻的大 米为例来进行计算 3 /kg1200m 上上 由计算结果可知，储料斗容积是满足要求的。 2.3 缝包装置的选择缝包装置的选择 根据机台要求课选择 GK35-2C 型缝包机，改款缝包机采用铜合金连杆和轴套及滚动 轴承运动设计合理，油杯滴注、手动注油结合毛毡注油润滑，半自动机械剪线装置，零 称量控制仪表 料斗 给料门 卸料门 传感器 无锡太湖学院学士学位论文 14 件耐磨、缝纫熟度高噪音低、维修方便，使用寿命长等特点。 2.4 储料仓的设计储料仓的设计 储料斗的形状上大下小，与螺旋给料装置用法兰连接并配有手动插板阀门，用于调 整下料流量及维护检修用。侧面装有上、下料位计，用以检测储料斗的料位。达到低料 位是，告知系统暂停灌包，等待加料;达到高料位时，控制上料机停止输料，其结构简图 如图 2.8。 图2.8(储料仓) 2.5 带式输送机带式输送机选择选择 带式输送机选用 J 型驱动装置，最大功率及配套见表 2-6。 表 2-6（J 型驱动装置最大功率及配套） 驱动装置 规格转速(r/min) 输送量 (m3/h)电动机型号减速器型号 许用长度(m) Y90L-4-1.5ZQ25-i6-I16 Y100L1-4-2.2ZQ25-i6-I23 Y100L2-4-3ZQ35-i6-I30 10013 Y112M-4-4ZQ35-i6-I35 Y100L1-4-2.2ZQ35-i5-I27 8010 Y100L2-4-3ZQ35-i5-I35 Y90L-4-1.5ZQ25-i4-I25 638 Y100L1-4-2.2ZQ35-i4-I35 Y90L-4-1.5ZQ35-i3-I27 LS200 506.2 Y100L1-4-2.2ZQ35-i3-I35 Y100L1-4-2.2ZQ25-i6-I14 Y100L2-4-3ZQ25-i6-I19 Y112M-4-4ZQ35-i6-I25 9022 Y132S-4-5.5ZQ35-i6-I35 Y100L1-4-2.2ZQ35-i5-I14 Y100L2-4-3ZQ35-i5-I21 Y112M-4-4ZQ35-i5-I28 Y90L-4-1.5ZQ25-i4-I25 LS250 7118 Y100L1-4-2.2ZQ35-i4-I35 螺旋式自动定量包装机设计 15 Y90L-4-1.5ZQ35-i3-I27 Y100L1-4-2.2ZQ35-i3-I35 续表 2-6 驱动装置 转速 (r/min) 输送量 (m3/h)电动机型号减速器型号 许用长度 (m) Y132S-4-5.5ZQ40-i5-I35 Y90L-4-1.5ZQ25-i4-I14 Y100L1-4-2.2ZQ35-i4-I21 Y100L2-4-3ZQ35-i4-I29 5614 Y112M-4-4ZQ35-i4-I35 Y90L-4-1.5ZQ35-i3-I17 Y100L1-4-2.2ZQ35-i3-I25 LS250 4511 Y100L2-4-3ZQ35-i3-I35 Y100L1-4-2.2ZQ35-i5-I8 Y112M-4-4ZQ35-i5-I15 Y132S-4-5.5ZQ40-i5-I20 Y132M-4-7.5ZQ40-i5-I27 8031 Y160M-4-11ZQ50-i5-I35 Y100L1-4-2.2ZQ35-i4-I9 Y100L2-4-3ZQ35-i4-I13 LS315 6324 Y112M-4-4ZQ35-i4-I18 Y132S-4-5.5ZQ40-i4-I25 6324 Y132M-4-7.5ZQ40-i4-I35 Y90L-4-1.5ZQ35-i3-I8 Y100L1-4-2.2ZQ35-i3-I12 Y100L2-4-3ZQ35-i3-I17 Y112M-4-4ZQ40-i3-I23 5019 Y132S-4-5.5ZQ40-i3-I30 Y100L-6-1.5ZQ35-i4-I10 Y112M-6-2.2ZQ35-i4-I15 Y132S-6-3ZQ40-i4-I20 Y132M1-6-4ZQ40-i4-I27 LS315 4015.4 Y132M2-6-5.5ZQ40-i4-I35 Y132M1-6-4ZQ35-i7-I8 Y132M2-6-5.5ZQ35-i7-I12 Y160M-6-7.5ZQ40-i7-I16 Y160L-6-11ZQ40-i7-I24 Y180L-6-15ZQ50-i7-I32 Y132M2-6-5.5ZQ40-i6-I14 Y160M-6-7.5ZQ40-i6-I19 Y160L-6-11ZQ50-i6-I26 Y180L-6-15ZQ50-i6-I35 Y132M1-6-4ZQ40-i4-I10 Y132M2-6-5.5ZQ40-i4-I14 Y160M-6-7.5ZQ50-i4-I19 LS4007162 Y160L-6-11ZQ65-i4-I26 无锡太湖学院学士学位论文 16 Y180L-6-15ZQ65-i4-I35 Y132M2-6-5.5ZQ40-i4-I35 续表 2-6 驱动装置 规格转速(r/min) 输送量 (m3/h)电动机型号减速器型号 许用长度 (m) Y132S-6-3ZQ35-i6-I8 Y132M1-6-4ZQ35-i6-I10 Y132M2-6-5.5ZQ40-i6-I14 Y160M-6-7.5ZQ40-i6-I19 Y160L-6-11ZQ50-i6-I26 5649 Y180L-6-15ZQ50-i6-I35 Y132M1-6-4ZQ40-i4-I10 Y132M2-6-5.5ZQ40-i4-I14 Y160M-6-7.5ZQ50-i4-I19 Y160L-6-11ZQ65-i4-I26 4539 Y180L-6-15ZQ65-i4-I35 Y112M-6-2.2ZQ40-i3-I9 Y132S-6-3ZQ40-i3-I13 Y132M1-6-4ZQ40-i3-I17 Y132M2-6-5.5ZQ50-i3-I24 Y160M-6-7.5ZQ65-i3-I32 LS400 3631 Y160L-6-11ZQ65-i3-I35 6398Y132M2-6-5.5ZQ40-i6-I8 Y160M-6-7.5ZQ40-i6-I11 Y160L-6-11ZQ50-i6-I16 Y180L-6-15ZQ50-i6-I22 Y180M-4-18.5ZQ65-i4-I27 6398 Y180L-4-22ZQ65-i4-I33 Y132M2-6-5.5ZQ40-i5-I8 Y160M-6-7.5ZQ50-i5-I13 Y160L-6-11ZQ65-i5-I20 Y180L-6-15ZQ65-i5-I27 4062 Y200L1-6-18.5ZQ65-i5-I34 Y132S-6-3ZQ40-i3-I8 Y132M1-6-4ZQ50-i3-I11 Y200L1-6-18.5ZQ65-i5-I34 Y132S-6-3ZQ40-i3-I8 3250 Y132M1-6-4ZQ50-i3-I11 Y132M1-6-4ZQ50-i2-I8 Y132M2-6-5.5ZQ65-i2-I11 Y160M-6-7.5ZQ65-i2-I15 Y160L-6-11ZQ65-i2-I22 Y180L-6-1.5ZQ75-i2-I30 Y225S-8-18.5ZQ75-i2-I35 Y160M-6-7.5ZQ65-i3-I21 LS500 2545 Y160L-6-11ZQ65-i3-I30 螺旋式自动定量包装机设计 17 Y180L-6-15ZQ65-i3-I35 Y132M2-6-5.5ZQ40-i5-I4.5 续表 2-6 驱动装置 规格 转速 (r/min) 输送量 (m3/h)电动机型号减速器型号 许用长度(m) Y160M-6-7.5ZQ65-i3-I21 Y160L-6-11ZQ65-i3-I30 Y180L-6-15ZQ65-i3-I35 Y132M2-6-5.5ZQ40-i5-I4.5 Y160M-6-7.5ZQ50-i3-I7 Y160L-6-11ZQ65-i5-I11 Y180L-6-15ZQ65-i5-I15 Y200L1-6-18.5ZQ65-i5-I19 Y200L2-6-22ZQ65-i5-I22 Y225M-6-30ZQ75-i5-I29 50140 Y250M-6-37ZQ75-i5-I35 Y160M-6-7.5ZQ50-i4-I9 Y160L-6-11ZQ65-i4-I14 Y180L-6-15ZQ65-i4-I19 Y200L1-6-18.5ZQ65-i4-I24 Y200L2-6-22ZQ65-i4-I29 40112 Y225M-6-30ZQ75-i4-I35 Y132M2-6-5.5ZQ50-i3-I9 Y160M-6-7.5ZQ65-i3-I12 Y160L-6-11ZQ65-i3-I18 Y180L-6-15ZQ65-i3-I24 Y200L1-6-18.5ZQ75-i3-I30 Y200L2-6-22ZQ75-i3-I35 LS630 3290 Y160L-6-11ZQ65-i3-I18 Y132M1-6-4ZQ50-i2-I8 Y132M2-6-5.5ZQ65-i2-I11 Y160M-6-7.5ZQ65-i2-I15 Y160L-6-11ZQ65-i2-I22 Y180L-6-1.5ZQ75-i2-I30 LS6302577 Y225S-8-18.5ZQ75-i2-I35 查表 2.6 我们选择电动机 Y90L-4-1.5 以及减速器 ZQ35-i3-I 驱动装置。 2.6 夹袋装置的设计夹袋装置的设计 因为包装物品出料口是竖直方向圆筒，所以夹紧杆处于夹紧位置时应处于竖直方向， 此时加紧点与转动点的竖直距离为 0.196m。处于夹紧位置时，其竖直方向杆长 130mm， 倾斜方向杆长 130mm，由于摆杆摆动角度为 5，则夹紧杆摆动也为 5，其从夹紧状态转 到放松状态中，经过计算，其水平移动距离 36mm，以可以轻松装上面粉袋，设计可用。 为了便于套装面粉袋，所以出料筒要比面粉袋口直径小，将出料口直径定为 250mm。由 于摆动角度 5，其摆动角度不大，且在凸轮旋转一圈的过程中，摆杆只有 4s 钟绕轴转动， 其他的 56s 时间都处于静止，所以其转动轴对摩擦不敏感，将连接摆杆与夹紧杆的转动轴 无锡太湖学院学士学位论文 18 悬挂于机床上，润滑采用脂润滑。图 2.9 为夹紧杆处于夹紧位置时，摆杆、夹料筒的位置。 图 2.9（夹袋装置） 螺旋式自动定量包装机设计 19 3 螺旋式包装机的螺旋式包装机的 PLCPLC 设计设计 3.1 PLCPLC 简介简介 S7-200S 属于模块式 PLC，主要由机架、CPU 模块、信号模块、功能模块、接口模块、 通信处理器、电源模块和编程设备组成。如图 3.1 为 PLC 控制系统示意图。 图 3.1(PLC 控制系统示意图) 3.2 PLC 设计设计 3.2.1 硬件配置硬件配置 （1）PLC 选用 S7-200 型 （2）电源选用 PS307 型 （3）CPU 选用 CPU221 型 （4）输入模块选用 数字量为 16 点的输入模块（SM321 DI16DC24V） （5）输出模块选用 数字量为 16 点的输出模块（SM322 DO16DC24V/0.5A） （6）模拟量模块 模拟量为 8 通道输入模块（SM331 AI816bit） （7）根据地址分配表，数字量输入 I0.0 到 I1.1 为 10 个端口，另外还有 BCD 拨码开 关要用到 12（3 位4）个端口，一共 22 个端口，321 为 16 点输入，所以要用到两个数字 量输入模块；数字量输出 Q0.0 到 Q0.8 一共 13 个端口，故选用一个输出模块；模拟量位 数选定方法如下, 拟量模块能满足测量重量小于 20g 的精度要求,故需 14 位的模拟量模 块（200kg/213=0.024kg,200kg/214=0.012kg） 。 3.2.1 程序流程图程序流程图 程序流程图如图 3.2 无锡太湖学院学士学位论文 20 图 3.2（程序流程图） 3.2.3 I/O 地址及符号地址表地址及符号地址表 I/O 地址及符号地址表 3-1： 表 3-1（程序流程图） I0.0启动按钮 I0.1停止按钮 I0.2掉袋位信号 I0.3上料位信号 I0.4下料位信号 I0.5故障信号 I0.6紧停信号 I0.7复位信号 I1.0压袋位信号 I1.1计数器清零信号 Q0.0启动皮带输送电机 Q0.1启动粗给料电机 Q0.2启动细给料机 Q0.3袋 ok 信号 Q0.4打开粗流阀信号 Q0.5打开细流阀信号 螺旋式自动定量包装机设计 21 续表 3-1 Q0.6产生推袋阀信号 T33T34启动延时定时器 T35T36停止延时定时器 IW10每袋水泥的设定重量（BCD 输入） PIW10称重传感器输入重量 DB1.DBW100保存袋数 DB1.DBW110保存总重量 3.3.4 程序设计及说明程序设计及说明 设计思路： （1）首先顺序延时启动各个电机,利用定时器顺序触发,反序延时停止的程序类似。 （2）通过在各个电机输出前加一个常闭开关实现紧停,或故障停止。 （3）通过数字量输入模块加 BCD 拨码开关设定目标重量，由于输入的是 BCD 数 （IW10） ，故需要将其各个位（百位、十位、个位）分别取出再进行 BCD-I 转换，由于 比较量为浮点型，故将其转换成 32 位浮点数。 （4）传感器输入的是实际袋重量（PIW10） ，将其转换成浮点型，以便于比较。 （5）DB 块 DB1.DBW100,DB1.DBD110 分别保存袋数与总重量运用 ADD 指令实现 累加。 梯形图程序如下： 图 3.4（Network 1） 图 3.5（Network 2） 无锡太湖学院学士学位论文 22 图 3.6（Network 3） 图 3.7（Network 4） 图 3.8（Network 5） 图 3.9（Network 6） 螺旋式自动定量包装机设计 23 图 3.10（Network 7） 图 3.12（Network 8） 图 3.13（Network 9） 图 3.13（Network 10，11） 无锡太湖学院学士学位论文 24 图 3.13（Network 12） 图 3.14（Network 13） 图 3.15（Network 14） 图 3.16（Network 15） 图 3.17（Network 16） 螺旋式自动定量包装机设计 25 图 3.18（Network 17） 图 3.19（Network 18） 图 3.20（Network 19） 图 3.21（Network 20） 无锡太湖学院学士学位论文 26 图 3.22（Network 21） 图 3.23（Network 22） 图 3.24（Network 23） 3.2.5 设计心得设计心得 （1）硬件组态是 PLC 控制的关键部分，要正确配置各个模块需要对输入输出变量有 个全局的把握，例如模拟量的位数决定分辨率或精度，总的输入输出点数，决定各个模 块的个数。组态过程中还要记录下各个模块的端口地址，以方便编程。程序设计也是 PLC 控制的重要组成部分，程序的好坏直接决定了控制的优劣。设计中要结合外部开关 按钮的类型，不同的按钮可能程序有所不同，例如，要对外部输出进行保持，当外部开 关是自锁型的，程序就不一定要自锁，反之则需要自锁。要充分利用各个模块的端口， 正确分配地址。 （2）完成整个设计后，熟悉了 PLC 硬件组态及编程过程，初步学会了用 PLC 对简单 实际过程进行控制，同时也感觉到看似简单的过程，在进行实际运行时，会产生一系列 问题，需要不断调试以满足要求。 螺旋式自动定量包装机设计 27 4 气动控制系统设计气动控制系统设计 4.1 气压控制系统的简单介绍气压控制系统的简单介绍 气压传动是以压说空气为工作介质传递力和信息的传动方式，是流体传动与控制的 一个分支。气动系统是将气源装置产生具有一定压力能的压缩气体，经管道和中指阀类 元件输送到执行元件，以实现在工程中的应用。 组成气动控制系统的元件和装置及储存、净化等辅助装置，为气动系统提供符合要 求的压缩气体。 （1）气源装置 压缩空气的发生装置及储存、净化等辅助装置，为气动系统提供符 合要求的压缩气体。 （2）气动执行元件 将压缩空气的压力能转换成机械能，并完成相应动作的元件， 如气缸、气马达等。 （3）气动控制元件 控制气流压力、流量和方向的元件，如各种控制阀。 （4）气动逻辑元件 能完成一定逻辑功能的控制元件。 （5）其他气动元件 气动系统中的辅助元件，如消音器、气动传感器及信号处理装 置，以及相应的元器件。 4.2 气压控制的设计气压控制的设计 4.2.1 设计思路设计思路 根据课题要求必须完成夹袋装置的伸张和压缩，给料门以及料斗门的关和开的动作， 这几个动作用气压缸来实现，通过电磁阀的动作使气功做往复运动。气动控制系统是有 气压元件组成的控制系统，即执行元件能够自动、快速而准确地按照输入信号的变化规 律而动作。在气动控制系统中，气动发生装置一般为空气压缩机，它将原动机供给的机 械能转换为气体的压力能；气动执行元件则将压力能转化为机械能，完成规定动作；在 这两部分之间，根据机械或设备工作循环运动的需求、按一定顺序将各种控制元件（压 力控制阀、流量控制阀、方向控制阀和逻辑元件）、传感元件和气动辅助件连接起来。 为方便说明，下面就以一个简单的气动控制系统为例，如图 4-1 所示。 图 4.1 （剪切机气压传动系统的原理图） 图示位置为棒料被剪前的状态，由气源装置及其辅助元件产生压缩空气，经二位四 通换向阀进入汽缸的上腔，汽缸下腔的压缩空气通过二位四通换向阀排入大气。此时， 剪口张开，剪切机处于预备工作状态。 当送料装置将棒料送入剪切机，并限位于二位二通机动阀左端的顶杆时，机动阀的 顶杆受压而使阀内通路打开，换向阀的控制腔（上）便与大气相通，阀芯受弹簧力的作 用而下移，此时，汽缸活塞向上运动，带动剪刃将棒料切断。棒料剪下后，即与机动阀 无锡太湖学院学士学位论文 28 脱开，机动阀复位，所有的排气通道被封死，换向阀的控制腔（上）气压升高，迫使阀 芯上移，气路换向，汽缸活塞带动剪刃复位，准备第二次进料剪切。 4.2.2 气动控制系统的设计气动控制系统的设计 如图 4.2 所示为气动控制系统图。 图 4.2（气动控制系统图） （1）气动三联件 如图 4.3 所示,气动三联件有过滤器、减压阀和流量组成，控制压力在 0.4MPa0.6MPa 之间。 图 4.3（气动三联件） （2）单向节流回路 根据螺旋自动定量包装机气动控制系统的速度的要求，此回路设计的是单向节流调 速。节流调速回路是由定量空气压缩机和流量阀及单向阀组成的的调速回路，可以通过 调节流量阀通流面积来控制流入或流出执行元件的流量，从而调节执行元件的运动速度。 如图 4.4 所示，当接通换向阀左位时，压缩气流通