毕业设计（论文）开题报告-大型线材卷缠绕包装机设计.doc

上海电机学院毕业设计（论文）开题报告课题名称 _大型线材卷缠绕包装机设计_学 院 机械学院 专 业 机械电子工程 班 级 学 号 1 姓 名 指导教师 定稿日期： 20XX 年 XX月XX 日10大型线材卷缠绕包装机设计1 选题背景及其意义：包装机取代传统的手工包装，不仅能够保证包装质量，而且能够节省劳动力，降低劳动强度，同时使劳动条件和劳动环境得到很好的改善。包装机还具有生产效率高，制作简单，自动化程度高，占地少等优点。因此，包装机械已广泛用于食品、造纸、轻工、机电、家电、化工等各个领域。目前，包装机械的品种繁多，各有特色，并正在向提高技术参数、系列化、自动化方向发展，专用机种也越来越多。包装机械己成为国民经济各个部门广泛应用的一种通用机械。深筒缠绕包装机主要用于对大且长的环形产品进行缠绕包装,特别是可同时用多种薄膜材料对环形产品进行一次完成的复合缠绕包装。这种环形产品主要是高级线材卷和钢卷,通过对其包装可以起到防止磨损、防尘、防潮、保洁的作用。因这些高级线材卷如果在搬远的过程中被磨损,必须从此处剪断作为两段来使用,于是通过对其包装以防止其被磨损。由于其产品的特殊性,我国对深筒缠绕包装机的研究起步比较晚,目前国内主要研究和生产深筒缠绕包装机的是嘉能包装机械(昆山)有限公司,其生产的由上海西重所重型机械成套有限公司与上海宝山钢铁股份有限公司联合研制的复合式自动穿梭缠绕包装机已经投入生产。这种复合式自动穿梭缠绕包装机采用磨擦传动原理,由二个U型柔性钢环组成一个开合的封闭轨道，钢环的开合供环形产品进出，柔性钢环的组合运动带动其上的多个包装材料筒进行复合包装，再辅以环形产品上下料车的自动旋转，实现复合式自动穿梭缠绕包装。但在生产的过程中，主要存在两个问题：一是包装速度问题，现有包装机的包装速度很慢,根本不能满足实际生产的需要；二是关键零部件寿命问题，因为这种包装机采用的磨擦传动原理，于是在运转的过程中关键零部件的磨损比较严重，于是关键零部件的更换又加大了产品的成本。因此，在现有条件下，针对上述问题,进一步研究新型结构的深筒缠绕包装机迫在眉睫。2 文献综述（国内外研究现状与发展趋势）2.1国内研究现状 我国最大的缠绕包装机在上海诞生。海理查包装机械有限公司,日前研制并开发成功目前国内最大型的缠绕包装机,少付导到业内专家的首肯。这台卧式用于无纺布包装的特大型缠绕包装机,可包装直径2.5m,宽度27m的筒装物。目前已被英国BBA无纺布公司在国内天津的独资企业博爱(中国)膨化芯材有限公司订购。BBA无纺布公司是全球无纺布行业中最大的国际集团之一,在卫生用品,技术和工业用无纺布的市场上居国际领先地位。去年,其在天津的博爱公司引进了世界一流生产高吸湿率,采用高科技技术的无纺布专用生产设备,但缺乏缠绕包装机械与其配套。海理查包装机械有限公司是我国最早研制和生产缠绕包装机械的专业厂家，在国内外颇有知名度，去年经过挪威船级社(DNV)国际认证机构评审，已通过ISO9001质量体系认证。上海理查公司接到BBA公司这一任务后，立即成立了以总经理范培琪为核心的研制领导小组，他们凭借理查公司多年生产缠绕包装机械的先进经验并结合当今的最新先进技术，经过半年的共同努力,终于研制成功这台目前国内独一无二的最大型缠绕机械，并受到英国“老外”们的一致好评。采访后的第二天，记者得悉，这台长5m，宽2m，高5m的“庞然大物”已适往天津交货。目前,我国投入使用的深筒缠绕包装机基本上都是嘉能包装机械(昆山)有限公司生产制造的，但这种包装机还处在试验改进阶段。进口深筒缠绕包装机设备价格高，而且配件依赖进口的周期长，如果配件准备不充分，将会影响生产。并且，在进口设备中也经常出现各种故障，造成检修频繁，直接影响生产的正常运行，据相关参考文献分析，深筒缠绕包装机中的常见问题有:(l)包装机传动组件磨损厉害:传动组件主要指带传动组件，动滑轮组件等，由嘉能包装机械(昆山)有限公司生产的包装机在实际生产中，带与动滑轮组件间进行摩擦传动时磨损严重，使用时间仅为1一2个月。(2)由于靠摩擦传动，启动和停止时间长，发热量大，大大减少了带的寿命，并且带传动的噪音比较大，振动增强。针对上述深筒缠绕包装机中存在的实际问题，本样机采用新的传动方式和结构，来消除和减少以上问题,进而通过增加包装机的速度来提高包装效率，以满足实际生产的需要。因此本文开展的深筒缠绕包装机的设计研究工作,具有工程应用实际意义。同时,深筒缠绕包装机的研究涉及到动力学，材料科学，数学优化，有限元分析，自动化控制等多方面内容，具有广泛的理论和学术意义。目前,国内在缠绕包装机的设计和研究方面取得了丰富的理论研究成果和良好的实际应用价值，本文在参考了多种缠绕包装机设计思想的基础，在满足深筒缠绕包装这一特殊要求的前提下，拟在包装机整体结构设计，技术参数优化，及传动方式方面做尝试，最终目标的是要解决包装机的速度和关键零部件寿命的问题，尽可能提高包装机的包装速度进而提高包装效率，采用新的传动方式提高关键零部件的寿命。2.2国外研究现状国外对缠绕包装机的研究起步比较早,有近百年的历史,主要的生产制造厂有美国、德国、日本、意大利等国的企业。这些公司都有完整的系列产品,同时又着力发展专用机型,产品规格系列化,使得这些公司的产品在市场上有很强的竞争力。国外较著名的包装机制造商有:美国LantechInc、美国ITW、德国CYKLOP、瑞士ORGAPACK、意大利sIAT德国MKS、日本KOHAN和日本三兹各有限公司等。美国是民办上包装机械发展历史较长的国家,早己形成了独立完整的包装机械业体系,其品种和产量均居世界之首。因此,美国对包装机的研究和开发在世界上也处于领先的地位。美国的包装机大以高、大、精、尖产品居多,包装机与计算机紧密结合,实现了机电一体化控制。日本与美国、德国相比,起步比较晚。日本通过自己的研究,成功地将微电子技术应用于包装机械的控制,并将光导纤维技术、工业机器人技术、模块化技术应用于包装机械,从而达到了安全性高、无人操作、高生产效率的水平。目前,日本采用压低高出设定温度来减少包装机在包装过程中产生的热对包装机启动的影响,这种技术大大提高了能源的利用率。日本的包装机具有体积小、精密度高、易安装、操作方便、自动化程度高等优点,从而大大提高了其在国际包装机械市场的竞争力。德国对包装机的研究主要集中在计量、制造、技术性能等方面,并且其在这些领域都处于领先的地位。另外,德国一些大公司研制的包装机集机一电一仪及微机控制于一体,采用光电感应技术,以光标控制,并配有防静电装置。意大利是继美国、日本、德国之后的世界上最大的包装机研究和制造国,其对包装机的研究主要集中在食品工业包装机械上。国外对包装机的研究主要集中在控制的自动化、动力学理论研究、包装机的结构优化、生产效率的提高和运动的可靠性等领域。如在振动方面,国外采用无限迭代的方法来计算液体包装机包装过程中由于液体晃动而产生的加速度对包装机的影响;被包装产品的重量如果有严格要求,则在包装的过程中要对产品的重量进行实时检测,因此在设计包装机时要对称重系统进行优化设计,使其能够满足包装的要求。3 研究内容深筒缠绕机基本工作原理包装机的机械结构设计：U形轨道设计U形门结构设计动滑轮车设计纸筒基架设计龙门架的设计控制系统：驱动电机、减速器和气缸的选取，PLC控制系统协调动作4 研究方案4.1 深筒缠绕机的工作原理图中环形为载有包装机构链条的运动导轨，环形导轨分为左右两部分。包装机工作时左右导轨向中间相向运动而形成封闭的导轨系统，四个对称分布的分别有四个电机通过减速器驱动的齿轮驱动载有包装机构的链条在导轨上运动，工件由装料小车上的驱动系统驱动，通过控制系统实现包装机构和装料小车上工件的协调运动，从而实现对工件进行多种材料的一次包装。4.2 机械结构设计4.2.1U型轨道设计：道设计主要考虑动滑轮车组各部份重量、运行引起的侧向力及动载荷。包装机上的U形轨道由直线段和圆弧段组成,由于总体尺寸比较大,所以在加工安装时是分段加工安装的。这就对加工安装时的精度要求的比较高,只有保证了轨道加工安装精度才能保证动滑轮车组在轨道上运行时的平稳性,从而减小由于动滑轮车组运行而产生的动载荷。包装机中的U形轨道的结构示意图见图2.4所示,u形轨道的截面示意图见下图所示。U形轨道由两部分组成,固定在U形门上,图中侧面1与为防止动滑轮车组侧偏的轮相接触来减少动滑轮车组运行时产生的侧向力。平面2为动滑轮车组运行的轨道平面动滑轮车组有两个轮子沿着轨道2运动。侧面3为U形轨道与U形门相接触的平面,通过螺栓连接固定U形轨道,同时可以通过调整其固定螺栓来调整左右轨道面使其处在同一水平面上,来提高动滑轮车组运行的光滑性,进而减少动滑轮车组因运动而产生的动载荷。4.2.2U型门的设计U形门通过滑块布置在龙门架梁上的导轨上,通过气缸来驱动U形门的开合。U形轨道固定在U形门内,同时U形门上还固定着驱动齿轮、减速器及伺服电机。U形门将其连接在一起够成了一个完整的系统,来实现对目标产品的包装。深筒缠绕包装机上的U形门由钢板和型材焊接而成,U形门骨架是一个由型材焊接而成的框架,然后将钢板与框架相连,再将U形轨道、减速器、伺服电机等安装在U形门上。U形门整体结构示意图见下图所示。图中U形门挂架用于与滑台相连,U形门架框为U形门的整体骨架,轨道固定板用于固定调整U形轨道的安装位置,以达到设计要求,实现动滑轮车组的正常运行。4.2.3动滑轮车设计动滑轮车是深筒缠绕包装机对产品进行包装的运动执行部分,动滑轮车通过连接板连接形成链条。为了减小由于动滑轮车运动而产生的侧向力和动载荷及摩擦而造成的能量的损失,在动滑轮车中所有相对转动的部分均采用滚动摩擦。这样可以大大减小动滑轮车高速运动时对轴的磨损,从而可以克服普通链条由于磨损而造成的链条的变长。动滑轮车的结构示意图见图2.7所示。动滑轮车的侧向轮与轨道的侧面相接触,通过侧向轮的支撑可以防止动滑轮车在运动的过程中产生倾斜,一端的两个主动轮沿着轨道运动,滚子与心轴间通过轴承安装在一起,滚子和轴之间只存在滚动摩擦,可心减少滚子由于长时间转动磨损而产生动载荷。4.2.4薄膜卷筒机架设计薄膜卷筒机构的作用是将纸筒固定在动滑轮车组上,随动滑轮车组运行,完成对产品的包装。纸卷机构的设计应主要考虑基架的刚度和强度、快速更换纸卷和防纸卷的惯性自转。图中1为带油封型带座轴承,固定在基座2上,用于支撑纸卷轴。图中3为纸卷的支撑臂,由钢板焊接而成。图中1、2和3组成了纸卷的支撑机构,此机构与4通过螺栓相连接,4为连接动滑轮车用于固定纸卷的链条连接板。在更换纸卷时将纸卷的支撑机构与4分离,实现对纸卷的快速更换。图中5为纸卷的轴向锁紧螺母,用于调整固定纸卷的轴向位置,6为球头柱塞是一端为球内有一弹簧将球弹起顶在轴上,当力纸卷所受的拉力小于一定值时,纸卷就不会因为前一段的自转的惯性而自动转动,因此其作用是防止当纸卷停止包装时,由于纸卷转动的惯性而继续转动。每个纸卷机构上一端有三个球头柱塞用来防止纸卷由于惯性的转动。4.2.5龙门架的设计所谓龙门架就是一个由梁柱构成的类似于门的平面构架,仅有单跨龙门架和双跨龙门架两种。从龙门架所用的材料来看,柱子就可采用钢筋混凝土结构、钢一混凝土组合结构(如箱形截面内浇灌细石混凝土)或钢结构,而梁由于龙门架跨度都较大,故常采用钢箱梁或钢析架式梁,以减轻自重和降低内力峰值。龙门架是包装机的机架,由支柱和横梁两部分组成。包装机的龙门架采用钢结构,柱子采用型材,梁则采用钢箱梁结构4.3.1驱动电机的选择：选择伺服电机4.3.2减速器4.3.3控制系统：选择PLC控制系统5 进度计划2013年12月- 2014年1月：查找文献，了解技术的国内外现状和发展趋势并阅读相关资料，完成开题；2014年1月- 2014年2月：熟悉现有运移装置的机械机构，根据设计要求提出设计方案，几种可行的方案性能比较，选取最佳设计方案； 2014年2月- 2014年4月：总体结构的初步确定、主要传动参数确定； 2014年4月- 2014年5月：完成结构的设计，力的分析设计，绘制样机总图、零件图及电气控制原理图； 2014年5月- 2014年6月：撰写毕业论文； 2014年6月- 2014年7月：论文修改、提交材料准备答辩。参考文献1 吴国荣,我国包装机械业现状及发展方向,牙膏工业,2004(01).2 周树高,丁元.论包装与国民经济的依存关系上海包装,1997(01).3 F.T.5.Chan.H.K.Chan.K.L.Choy.Asystematieapproaehtomanufaeturingpaekaginglogisties.IntJAdyManufTeehnol(2006)29:1088一1101.4 王浩宇,石众,饶洪宇.我国冷轧钢卷包装工艺现状分析,中国钢铁业,2007(03).5 韩家增.新世纪中国包装工业发展展望.中国包装工业,2000,(01).6 张继忠,戴作强,杨建民.包装机传动系统方案设计仁.现代制造工程,2005,(51).7 李学忠,张国全.全自动包装机PLC控制系统设计.广西轻工业,2007,(02).8Masahitu.Tanaka. AMethodofOvershootSuppressionEffeetsonStartupOperationofPaekingMaehines.SICE2002.Proeeedingsofthe41stSICEAnnualConfereneeVolume4,5一7Aug.2002Page(s):2274一2276vol.49 童成兵,