毕业设计（论文）-灌装封口机改装设计.docx

成都航空职业技术学院毕业论文毕业设计 论文题目： 灌装封口机改装设计 专 业： 机电一体化技术 班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师： 2017-5-31摘要本次设计是为灌装生产线封口机部分改进设计，通过对原有灌装生产线进行重新改进，改用西门子300PLC编程控制，使原封装机部分可以更精确的控制和生产。封口机是一种典型的包装机械，通过填充容器内的果酱，将产品放入包装容器后，为了使产品保持产品质量，避免产品变质或损失，需要将包装容器密封保存，自此设计了封口机。经过修改后的灌装生产线封口机部分，用户可以通过WinCC查询速度，温度，数量和加工记录。可以通过WinCC直接修改参数。方便密封机工艺参数的选择和管理。在以前的技术中，采用西门子S7-300 PLC控制，光电检测，提高封口机的效率和质量。关键词：封口机；西门子PLC S7-300 ；全套设计加扣 3012250582abstractThe design is for filling production line sealing machine part for improved design, re improvement through the shortcomings of the original filling production line, using SIEMENS 300PLC programming control, making the original sealing machine part can be more precise control and production. Seal machine is a typical packaging machinery, sealing the container filled with jam, the product into the container, in order to make the products to maintain the quality of products, to avoid product deterioration or loss, need to be sealed by a sealing packing container, preservation, since the design of sealing machine.After the modification of the filling production line sealing machine part, the user can query speed, temperature, quantity, processing records and other information through WinCC, the parameters can be modified directly through WinCC debugging. The selection and management of the process parameters of the sealing machine is convenient. In the previous technology, the use of SIEMENS S7-300 PLC control, photoelectric detection, improve the efficiency and quality of the sealing machine.Key words: sealing machine; SIEMENS PLC S7-300; 目录1 绪言61.1课题背景61.2包装封口机的作用62 封口方案的选择72.1采用玻璃瓶真空封盖进行封口72.2真空封盖工作原理73 总体方案的设计83.1 毕业设计任务书及设计参数83.1.1技术参数83.1.2设计目的93.2 机构选型原则93.3 传动装置方案论证93.3.1选择原则93.3.2液压传动的优缺点103.3.3气动传动的优缺点103.3.4机械传动的优缺点114 包装封口机的设计计算134.1 电动机的选择134.1.1交流电动机134.1.2直流电动机134.2选用电动机的原则134.2.1根据负载起动特性和运行特性，选择最适合这些特性的电机，以满足生产机械的各项要求134.2.2选择适用于使用环境的保护模式和冷却方式的电机，结构上适用于电机所在的环境条件134.2.3计算阶段确定适当的电机容量134.2.4选择电机的可靠性高，维护方便144.2.5考虑到互动，尝试选择标准电机144.2.6为了有效地运行整个系统，考虑电机的极数和电压水平144.3选择传动方案145 同步带传动的设计155.1同步带概述155.2同步带设计165.2.1同步带传动的设计准则165.2.2同步带传动的设计计算步骤176 自动化PLC控制程序的设计186.1 PLC的选型186.1.1输入输出（i/o）点数的估算186.1.2存储器容量的估算186.1.3控制功能的选择186.2 PLC的类型186.3 PLC设计程序196.4 i/o地址表20总结21参考文献22致谢237 附录（设计资料呈现）247.1 autoCAD图纸247.2 CATIA图纸277.3 其他图纸287.4 玻璃瓶尺寸297.5 电路图307.5 工作流程图327.6 PLC程序图351 绪言1.1 课题背景社会文明的的进步，密封包装在流通中的作用越来越重要。产品进入市场流通的必要条件就是密封包装，使用自动化包装密封系统是实现密封包装的主要方式。技术改造进步，与时俱进，同时各种食品加工，包装技术呈现出新的需求。它主要是利用真空泵对玻璃瓶的食品加工产品进行真空包装的保存。可独立实施，单独运行，也可与生产线配合使用。为了提高密封设备的整体水平，高效开发，减少包装设备的消耗，包装和密封机械将成为工业自动化的主要趋势，密封机械技术也趋于以下趋势：机械功能多元化，结构设计标准化，机电一体化，智能控制，结构运动，高精度。本设计的目的是分析包装类机械的原理和结构，在现有机械的基础上进行一些自己的设计，加深对包装密封机械的了解，提高自我设计能力，锻炼自己的相关能力。1.2 包装封口机的作用在产品进入包装容器时，为保证产品质量，避免产品损失，必须密封包装容器，使包装容器真空密封，封口机完成一系列操作。封口机是指包装容器中含有的产品，然后是包装封口机。 有许多材料用于生产包装容器，如金属，纸张，塑料，玻璃，陶瓷，复合材料，包装容器，物理外观和物理功能也不同。2 封口方案的选择2.1采用玻璃瓶真空封盖进行封口玻璃瓶真空封口机在国际上得到国际认可，在食品行业有着广泛的真空封口机设备，特别是在水果罐等食品密封效果显着，对瓶子没有特殊的要求，方瓶，圆瓶子，小型全封闭真空封盖机真空室在圆柱形空间几乎没有其他无效间隙，可以做到零泄漏，所以真空效率最高，能耗最低。2.2真空封盖工作原理（1） 玻璃瓶真空密封机形成一个完全密封的空间，当螺杆容易零泄漏时，可实现最高真空度，几乎等于真空泵可连接达到真空度。（2） 全密封真空罩的瓶子适应性好，无论是圆瓶还是方瓶，还是小口小瓶，都可以放在真空室内可以应用。（3） 玻璃瓶真空封口机是用于玻璃瓶子锡螺丝紧固帽的特殊封盖设备。（4） 玻璃瓶真空密封机采用目前成熟的电气控制技术和高性能气动元件实现编程控制，以实现直式全密封真空室旋转驱动。 全密封真空封盖机真空室在圆柱形空间中几乎没有其他间隙，可以零泄漏，因此真空效率最高，能耗最低。3 总体方案的设计3.1 毕业设计任务书及设计参数 3.1.1技术参数本次设计所使用的被包装器材为圆形玻璃瓶（如图3-1）图 3-1尺寸：200ml 直径6.5cm 高8.80cm220ml 高：约11.4cm 口径：约5.8cm280ml 高：约13.7cm 口径：约6cm气压：0.5-0.7MPa本次设计采用的封口设备为重庆万州三金技术开发有限公司的原型机YZ38/70异形瓶自动真空封口机适用：调味品、罐头、饮料、酒类等生产能力：40瓶/分适应瓶盖：38-82mm破碎率：小于千分之一适应瓶高：50-180mm瓶内真空度：35KPa拧紧力矩：3-10NM重量：400kg功率：0.55KW外形尺寸：1400x660x1500 3.1.2设计目的本次设计是针对灌装生产线封口机部分进行改进设计，通过对原有灌装生产线的不足之处进行重新改进，改用西门子300PLC进行编程控制，使得原有封口机部分能够更加精确的控制和生产。3.2 机构选型原则（1） 要求传动比精确时，宜使用齿轮传动。（2） 低功率传动，宜选用构造简单、成本低、传动机构高标准化。（3） 大功率传动，宜优先选用高传动效率的传动机构，以减少资源浪费。（4） 工作可能出现工作机械过载，宜使用过载保护传动机构。 （5） 负载变化大，机器频繁换向时，宜采用缓冲振动能力的传动装置。（6） 高温、潮湿、粉尘场合的工作。宜使用链条，封闭齿轮传动。（7） 当机器需要与动力机同步时，不用滑动的传动装置。3.3 传动装置方案论证3.3.1选择原则（1） 低功率传动宜满足使用简单结构传输设备前提下的性能，尽可能减少制造成本。（2） 大功率传动宜优先考虑传动的效率，减少资源浪费。（3） 当机构需要变速时，如果电机转速比可以适应固定传动比装置，当所需速度范围大时，随着电机转速不能满足要求，宜使用变速比传动。（4） 负载变化频繁，可能存在过载时，宜增加过载保护装置。（5） 传动的选择必须与制造技术水平相适应，宜尽可能选择专业厂生产传动部件或元件。3.3.2液压传动的优缺点（1） 因为液压传动连接的油管管路布置灵活，这比机械传动更好。例如，地下的泵可以采用液压传动。由于液压缸的推力大，布置方便，重型工程机械基本采用液压传动。（2） 液压传动装置结构紧凑。液压泵和液压马达单元动力的重量指标，液压泵和液压马达可小至0.0025N/W(牛/瓦),发电机和电动机则约为0.03N/W。（3） 可在广范的无级调速下实现。借助阀，可实现无级调速。（4） 传递运动均匀平稳。（5） 液压装置易于实现过载保护。（6） 液压传动容易实现自动化借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易地实现复杂的自动工作循环，而且可以实现远程控制（7） 液压元件已实现了标准化，易于设计和推广使用。（8） 漏油等因素，会影响运动的平稳性和正确性。（9） 液压传动所用油的温度变化时，液体性质发生变化，影响工作的稳定性。（10） 为了减少泄漏，并且达到一定性能上的要求，液压元件零件制造要求高精度。（11） 液压传动需要单独的能源。（12） 发生故障时不易排除检查。3.3.3气动传动的优缺点（1） 气动设备构造简单，介质为空气，使用安全。（2） 工作介质是取之不尽的空气、空气本身不花钱。排气不污染环境，成本最低。（3） 输出力和工作速率的调整很容易。（4） 稳定性高，使用寿命长。（5） 由于压缩后的空气能够储存能量。可以在短时间内释放出较大能量，来获得间歇性动作的高速响应；可以实现缓冲；对冲击负载和过载适应性能力强。在一定条件下，气动装置可以自维持。（6） 具有防火、防潮的能力。可用于高温场合。（7） 压缩空气能集中供给，远距离输送。（8） 气缸的速度易受负载变化的影响。（9） 低速运动中，由于气缸摩擦力比例较大，低速动作的稳定性比液压缸差。（10） 尽管在许多实际应用中，气动能满足工作要求，但其输出力小于液压缸。3.3.4机械传动的优缺点齿轮传动（1） 可以在空间中的任何两个轴之间传递动力（2） 传动比精确（3） 结构紧凑，适用于近距离传动（4） 传动效率高（0.920.99）（5） 发射功率和速度范围较大（6） 实际工作可靠，使用寿命长（7） 齿轮的制造需要特殊的设备，成本更高（8） 加工、安装精度要求高（9） 不适用于远距离传动蜗杆传动（1） 实现大传动比（2） 传动平稳、噪声低（3） 可实现自锁（4） 结构紧凑（5） 齿轮滑动速度大（6） 传动效率低（通常为0.70.9）（7） 为了减少磨损，涡轮蜗杆齿圈需要使用青铜，成本高（8） 轴向力大带传动（1） 适合传动中心距较大的场合（2） 有弹性，可减缓振动，平稳传动（3） 过载打滑，起过载保护作用（4） 结构简单、成本低廉（5） 有弹性运动，传动比不恒定（6） 忌高温、不宜用于易侵蚀环境（7） 带的使用周期较短，效率低（8） 由于带的滑动，固定传动比不能保证链传动（1） 没有弹性滑动，平均传动比准确（2） 所需张紧力较小，轴上负载的作用力小，可减少轴承的摩擦损失（3） 传动效率较高（4） 能适应较高的温度、有油污、湿度大和低速的工作环境（5） 瞬时链速不恒定，稳定传动差（6） 工作有一定的冲击和噪声（7） 不应用于负载变化很大而迅速的负载4 包装封口机的设计计算4.1 电动机的选择电动机可分为两大类：交流电动机和直流电动机。现就对这两种电机的讨论如下：4.1.1交流电动机交流电机简单，耐用，可靠，维护方便，价格低廉，特点难，但起动速度性能差，轻负载时功率因数低，一般无速度要求，适用范围广泛。 在变频电源下可以顺利进行速度控制。4.1.2直流电动机直流电机的转速性能好，使用范围广，采用电子控制，可以完全满足各种机械负载特性的需要，但其昂贵，维护和需要复杂的直流电源，所以只有当交流电机不能满足时，使用的需要哪个电机的特点是气动扭矩大，过载能力强，柔软特性好，适用于电动牵引机械。 重复电机的起动转矩和过载能力大于分流电机，但速度范围略窄。4.2选用电动机的原则4.2.1根据负载起动特性和运行特性，选择最适合这些特性的电机，以满足生产机械的各项要求4.2.2选择适用于使用环境的保护模式和冷却方式的电机，结构上适用于电机所在的环境条件4.2.3计算阶段确定适当的电机容量。通常设计制造的电机，75100额定负载率，效率最高。因此，设备的容量应该是所选电机的容量和最小容量之间的差异，从而充分利用电机功率。4.2.4选择电机的可靠性高，维护方便4.2.5考虑到互动，尝试选择标准电机4.2.6为了有效地运行整个系统，考虑电机的极数和电压水平4.3选择传动方案由于电动机的设计是用来驱动机体进行动力，而且负载平稳，在室温下连续运行，生产批量为小批量，因此根据要求和工作条件选择三相异步电机，代号Y系列，同时为其适用范围广，采用三相四线380V + N电压50HZ频率。5 同步带传动的设计5.1同步带概述同步皮带传动是一种新型的机械传动，因为它是一种齿轮传动，所以皮带和齿轮之间没有相对滑动，所以主要从轮驱动实现同步。 同步带驱动和V带、平带相比：（1） 传动准确，无滑动，达到皮带传动的目的（2） 传动效率高，一般达98%（3） 允许线速度高，速度范围大（4） 传递功率范围大（5） 结构紧凑，适用于多轴驱动因此，皮带传动越来越受到各方关注和关注，并将传动应用于各种机械设备。图 5-1图 5-25.2同步带设计5.2.1同步带传动的设计准则同步皮带传动是齿轮和齿轮啮合的动力来实现同步传动的目的。 因此，当扭矩在同步皮带中传递时，皮带将受到张力，齿被剪切，齿形工作表面将在与齿的进入和离开接合期间磨损。因此同步带的主要失效形式有如下三中：（1） 同步带承载绳的疲劳断裂（2） 带齿的剪切破裂（3） 齿面工作磨损，损失原有形状根据实验分析，当同步皮带围绕皮带轮时，当齿齿和齿的齿数Zm大于6时，齿齿的剪切强度将大于皮带的拉伸强度 封闭弧。 同时，与安装表面上的尼龙涂层的牙齿表面粘合，使得齿的耐磨性得到了很大的提高。 因此，在同步带的正常工作条件下，带的主要形式是在可变张力作用下的疲劳断裂。 所以皮带传动是基于皮带的拉伸强度作为设计的设计标准。P0=Ta-mv2v/1000 (kW)式中：P0参考宽度的同步皮带类型可以通过参考额定功率（kW） Ta参考宽度下某种类型同步皮带的允许工作张力（N） m同步带在参考宽度的单位长度（kg/m） V同步带线速度（m/s）5.2.2同步带传动的设计计算步骤皮带传动的目的是确定型号，螺距，皮带长度，中心距离，带宽以及主从齿轮齿数，直径等参数（1） 确定同步带传动的设计功率Pd=KPm式中：K载荷修正系数 Pm工作机上电动机功率（2） 确定带的型号和节距（3） 选择小带轮齿数（4） 确定带轮的节园直径（5） 确定同步带的节线长度（6） 计算同步带齿数Zb（7） 传动中心距a的计算a=Pb（Z2-Z1）/2cos（8） 确定Pd时同步带设计功率所需带宽P0=Ta-mv2v/1000 (kW)式中： Ta许用工作拉力（N） m单位长度质量（kg/m） V线速度（m/s）（9） 验算（10） 结果整理6 自动化PLC控制程序的设计6.1 PLC的选型选型基本原则：选定的PLC应能够满足基本功能要求。PLC及相关设备应标准化，形成一体控制系统，易于扩展其功能选择PLC的原则应在相关工业领域投入运行， PLC系统硬件，软件配置和功能应与设备的尺寸和控制要求兼容。工程设计估算应详细分析过程特点，控制要求，清晰的控制任务和范围，确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入和输出点的数量，确定PLC的功能，外部设备功能，最后选择更高的性价比PLC设计相应的控制系统。6.1.1输入输出（i/o）点数的估算考虑适当的余量时，应考虑I / O点，通常基于输入和输出点的统计，然后将可扩展性的10提高到20。余量后，作为输入输出点数估算数据。6.1.2存储器容量的估算存储器容量是可编程控制器本身可以提供的硬件存储单元的大小。设计阶段，由于用户应用还没有经过编译，因此在设计阶段的程序容量未知。 为了设计选择的程序容量可以一定估计，通常使用内存容量估算来代替。内存的内存容量没有固定的公式。 许多文件给出不同的公式，大约是数字I / O点数的10到15倍，加上模拟I / O点数的100倍。 内存的总数（16位为一个字），然后按25的数字考虑边距。6.1.3控制功能的选择选择包括计算功能的选择，控制功能，通信功能，编程功能，诊断功能和处理速度。6.2 PLC的类型由于本次设计是针对灌装生产线封口机部分进行改进设计，通过对原有灌装生产线的不足之处进行重新改进，改用西门子300PLC（图6-1）进行编程控制，使得原有封口机部分能够更加精确的控制和生产。S7-300是西门子公司在德国生产的可编程逻辑控制器（PLC）产品之一。 其模块化结构，易于实现分布式配置和成本效益，电磁兼容性，抗振动冲击性能，使其在广泛的工业控制下成为一种经济高效，实用的解决方案。S7-300特点：周期短，处理速度快指令集强大，可用于复杂的功能产品设计紧凑，可用于空间有限的场合模块化结构，设计更灵活具有不同性能级别的CPU模块可用功能模块和I / O模块可用能在恶劣天气条件下使用的模块类型图 6-16.3 PLC设计程序见附录7.6 PLC程序图6.4 i/o地址表图 6-2总结毕业设计是对知识学习的一个重要总结，在设计之前，收集对信息设计的研究，文学是最重要的。在开始设计工作时，只有学习内容才能充分理解，将具有设计和方向的目的;所以收集，获取相关文献是必要的。收集相关信息，不仅对我的包装封口机械发展状况和发展趋势，具体想法的设计有越来越全面的了解;并收集了很多相关封口机械，类似于设计，封口机设计的各种方法和主要用途;通过咨询信息和文献能够在课堂上学习理论知识，结合实际生产实例，更好地完成设计任务;并让我在课程设计中有更多的设计理念，也有更多的考虑空间，而且在设计过程中我可以从各个方面考虑问题。毕业设计的目的是培养我们用来分析和解决机构设计中的一系列问题的理论知识。这种设计是几年来最广泛的设计。它不仅体现了我们的组织设计，更重要的是在过去几年中将知识应用于我们，使我了解未来的设计过程中的一般步骤和方法。通过这种设计，我学会了如何进行合理的分析。同时，在设计过程中同时了解如何编写技术文档，正确使用设计手册。而且要培养我们认真，细致，务实的态度，实现从学生到工程技术人员的过渡。总之，这个设计让我受益匪浅，各方面的能力有所提高。但由于我的设计能力有限，加上实践能力和缺乏经验，设计必然会有缺点。但通过设计，使我的能力的各个方面都有了很大的改善，为未来的工作和学习奠定了坚实的基础，我认为这是最重要的。由于水平有限，错误在所难免，望老师批评改正。参考文献（1） 雷伏元自动包装机械原理M天津：天津科学技术出版社，2009（2） 杨晓清包装机械与设备M北京：国防工业出版社，2009（3） 赵淮包装机械选用手册M北京：化学工业出版社，2007（4） 金国斌，张华良包装工艺技术与设备M北京：中国轻工业出版社，2009（5） 黄颖为包装机械结构与设计M北京：化学工业出版社，2007（6） 包装机械结构参考图册编写组编包装机械结构参考图册M上海科学技术出版社1981（7） 廖常初.S7-300/400PLC应用技术M.北京:机械工业出版社.2008（8） 廖常初.PLC编程应用.3版.北京:机械工业出版社.2008（9） 自动化与驱动集团编.WinCCV6/西门子(中国)有限公司.北京:北京航空航天大学出版社.2008（10） SiemensAG.LadderLogic(LAD)forS7-300andS7-400ProgrammingReferenceManual.2006（11） SiemensAG.S7-300CPU31Xc技术功能操作手册.2001（12） SiemensAG.CommunicationwithSIMATICsystemManual.2006致谢此次论文在申爱民老师的指导下完成。 导师深渊的知识，严谨的治学态度，卓越的作风，教导我们坚持不懈，严格要求自我，宽以待人，朴素，平易近人的性格对我影响深远。 不仅使我树立了一个很大的学习目标，掌握基本的研究方法，还了解很多