包装机械的包装工艺机构设计毕业论文.doc

装 订 线 包装机械的包装工艺机构设计毕业论文包装机械的包装工艺机构设计毕业论文 目 录 摘要 ABSTRACT 第一章 绪 论 1 1 1 包装机的分类 1 1 1 1 枕式包装机 1 1 1 2 立式包装机 2 1 1 3 真空包装机 3 1 2 方便面包装机的应用及适用范围 3 1 3 方便面包装机的主要特点 4 1 3 1 主要性能和结构特点 4 1 3 2 方便面包装机的技术规格和结构简图 4 1 4 方便面市场分析 6 1 5 食品包装机械的国内外发展情况 7 1 5 1 国外包装机械的发展情况 7 1 5 2 国内包装机械的发展情况 8 1 6 我国食品包装机械存在的主要问题 8 1 7 我国食品包装机械的发展趋势 9 1 8 食品包装未来需求 10 1 9 研究内容与目的 10 1 9 1 研究内容 10 1 9 2 研究目的 11 第二章 总体方案设计 12 2 1 方便面的生产工艺流程 12 2 2 塑料袋封口机的工作原理 12 2 2 1 适用范围 12 2 2 2 主要特点 12 2 2 3 工作原理及结构 13 2 2 4 封口质量调整 13 2 3 塑料薄膜横封机构的工作原理 13 装 订 线 2 4 工作行程的电气控制 15 2 5 相关的 PLC 控制和程序指令 15 2 5 1 控制线路图 15 2 5 2 外部接线图 16 2 5 3 程序梯形图 17 2 5 4 程序指令 18 2 6 机构运动示意图 18 2 7 机构工作原理图 19 第三章 相关件的选择 计算 21 3 1 气缸的选择原则 21 3 2 气缸的设计 选择与计算 22 3 3 弹簧 3 的选择 计算 23 第四章 强度校核 26 4 1 许用应力的确定 26 4 2 推杆 24 连杆 21 的强度校核 26 4 3 拉杆 29 连杆 22 的强度校核 27 第五章 设计说明 30 5 1 日常清洁 维护保养规程 30 5 2 安全操作规程 30 5 3 常见故障及排除方法 30 第六章 三维软件的应用 32 6 1 三维软件的介绍 32 6 2 软件特点 32 结论 34 致 谢 35 参考文献 36 共 37 页 第 0 页 装 订 线 第一章 绪论 1 1 包装机的分类 按产品形态区分 可分为枕式包装机 立式包装机 真空包装机 封口机等等 1 1 1 枕式包装机 枕式包装机结构图如图 1 1 所示 其性能特点如下 1 适用范围 本机适合于饼干 月饼 米通 雪饼 蛋黄派 巧克力 面包 方便面 药品 脐橙 柠檬 柑桔 蔬菜 青枣 糖果等各类有规则物体的包装 物料形式需是固态 的 2 结构特点 本机用采用日本松下 PLC 核心控制器 双变频器控制 袋长即设即切 无需调 节空走 一步到位 温度独立 PID 控制封切 适合于各种包装材质的包装膜 高感度电 眼色标跟踪系统 色标跟踪一步到位 3 选配装置 日期打码机喷码机 贴标机 喷酒精装置 打排气孔装置 打圆孔装置 打虚线装置 防切料装置 连袋装置 挂孔装置 自动下料装置 卷纸自动烫边装置 自动充气装置 制氮机 无油空压机 冷干机 普通空压机 图 1 1 枕式包装机结构图 1 1 2 立式包装机 共 37 页 第 1 页 装 订 线 立式包装机结构图如图 1 2 所示 其性能特点如下 1 适用范围 本机适用于汤料 冲剂 干燥剂 味精 白糖 麦片 药粉 豆粉 奶粉 洗 发水 面霜 调味品 朱古力 螺丝等分散物料 小件物料的包装 物料形式可以为 液体 颗粒 粉剂 五金 药丸等 2 结构特点 本机采用光电眼控制系统 从全自动计量 充填制袋 日期打码到产品输出一次性 完成 3 选配装置 色带打码机 自动喂料机 自动称重机 自动计量装置 连袋装置 多种物料下料装置 自动充气装置 制氮机 无油空压机 冷干机 普通空压机 图 1 2 立式包装机结构图 1 1 3 真空包装机 真空包装机结构图如图 1 3 所示 其性能特点如下 共 37 页 第 2 页 装 订 线 1 适用范围 在食品行业 真空包装应用非常普遍 各种熟制品如鸡腿 火腿 香肠等 腌 制品以及豆制品 果脯等各种各样需要保鲜的食品 2 机器特点 排除了包装容器中的部分 氧气 空气 能有效地防止食品腐败变质 采用阻隔性 气密性 优良的包装材料及严格的密封技术和要求 能有效防 止 包装内容物质的交换 即可避免食品减重 失味 又可防止二次污染 真空包装容器内部气体已排除 加速了热量的传导 这即可提高热杀菌效率 也避免了加热杀菌时 由于气体的膨胀而使包装容器破裂 3 选配装置 日期打码机喷码机 贴标机 喷酒精装置 打排气孔装置 打圆孔装置 打虚线装置 防切料装置 连袋装置等挂孔装置 图 1 3 真空包装机结构图 1 2 方便面包装机的应用及适用范围 现代经济生活中 绝大多数产品都需要经过包装成为商品 才能进入流通流域 而方便面类产品的包装要借助包装技术及装备 所以包装设备在包装过程中是不可 或缺的工艺手段 方便面是世界上列在面包之后的第二大加工食品 我国是全球方便面第一产销 大国 国内现有方便面生产线近三千条左右 年生产能力 190 亿包 销售额 222 亿 共 37 页 第 3 页 装 订 线 元人民币 在产量和销售额上保持着高于 30 以上的增长 远远高于全国食品工业 20 6 的平均增长水平 资料表明 随着人们膳食结构的调整和饮食习惯的改变 及 我国经济的持续发展 给食品包装行业带来了良好的机遇 促进了食品加工业的快 速发展 需要大量高品质的食品包装机械 食品包装机械最终作用在于提高生产率 和产品多样化 方便面包装机属于枕式包装机系列 该包装机可以对方便面 粽子 饼干 米 通 雪饼 蛋黄派 巧克力 面包 月饼 药品 日用品 工业零件 纸盒或托盘 等各类有规则物体的包装 1 3 方便面包装机的主要特点 1 3 1 主要性能和结构特点 1 双变频器控制 袋长即设即切 无需调节空走 一步到位 省时省膜 2 人机界面 参数设定方便快捷 3 高感度光电眼色标跟踪 数字化输入封切位置 使封切位置更加准确 4 温度独立 PID 控制 更好适合各种包装材质 5 特制的可调式制袋器 更好的适应当前多品种 多规格的包装要求 6 差动式送料方式 使机器在运行过程中可以方便的实现供料位置的调整 7 先进的微电脑包装控制器 优良的人机对话模式 使速度 袋长 切点位置 测等都可在界面上直接显示 8 滑动式横封机构 可上下任意调整横封的中心高度 9 进口色标检测器 使色标检测更为准确网纹 直纹 竖纹式封口任选 10 变频调速 方便简单 11 传动系统简洁 工作更可靠 维护保养更方便 1 3 2 方便面包装机的技术规格和结构简图 1 方便面包装机械技术规格如下 机 型 ALD 320B ALD 320D 薄膜宽度 Max 350mm 制袋长度 65 190 或 120 280mm 90 220 或 150 330mm 制袋宽度 50 160mm 产品高度 Max 45mm Max 60mm 膜卷直径 Max 320mm 包装速度 40 230 包 分 电源规格 220V 50 60HZ 2 6KVA 机器尺寸 L 3770X W 720X H 1450 共 37 页 第 4 页 装 订 线 机器质量 850kg 备 注 可加充气装置与打码机 2 方便面包装机的结构图 示意图如图 1 4 1 5 所示 图 1 4 方便面包装机结构图 图 1 5 方便面包装机示意图 1 4 方便面市场分析 2000 2009 年中国方便面市场容量如图 1 6 所示 0 100 200 300 400 500 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 亿包 0 100 200 300 400 500 亿人民币 销售数量销售金额 共 37 页 第 5 页 装 订 线 图 1 6 2000 2009 年中国方便面市场容量 经过多年发展 从总体上来看 方便面行业近年的增长更多的体现在结构性的 升级和产品价格调整而非简单的量的提升 原因在于 一方面随着居民收入水平的 提高 饮食习惯开始从 吃饱 转为 吃好 对更健康美味食品的需求提升 降低 了对以充饥为主要食用目的的方便面的需求 另一方面 方便面渗透乡镇村居民的 日常生活 消费总量趋于稳定 方便面价格上升趋势图如图 1 7 所示 图 1 7 方便面价格上升 元 包 从历史数据来看 方便面的平均价格不断提升 从 2006 年开始 每年的均价提 升幅度都超过 10 超过 CPI 指数 面粉的涨幅 平均每年涨价 7 棕榈油平均 涨幅 波动较大 但平均涨幅低于面粉的涨价幅度 预计未来方便面平均价格将会延续过去几年来的趋势 进一步攀升 主要的推 动因素来自于原材料成本的上升迫使厂家提升价格提升以及消费者的消费升级带动 的主力价格带的迁移 由此可见 方便面这个行业具有巨大的市场前景和商业价值 故而也必将带动 共 37 页 第 6 页 装 订 线 食品包装机械的迅猛发展 尤其是方便面食品包装机的进一步改进和发展 1 5 食品包装机械的国内外发展情况 1 5 1 国外包装机械的发展情况 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 从上世 90 年代初 以来 美国包装机械业一直保持着良好的发展势头 散体物料包装机的改进设计日 本与美国 德国相比 起步较晚 上世纪 60 年代以前 包装机械厂家不足 60 家 只能包装糖果 香烟等 60 70 年代 是日本包装机械业起步阶段 产值增长速度 很快 70 80 年代 增长速度虽不如上一阶段那么高 但年增长率仍达 13 80 90 年代是稳定增长分阶段 将微电子技术成功地应用于包装机械的控制 以后又将光 导纤维技术 工业机器人技术 模块化技术应用于包装机械 达到安全性高 无人 操作 高生产率的水平 大大提高了其国际市场竞争力 因此 从上世纪 60 年代 到 90 年代初 日本包装机械工业连续 30 多年高速增长 经历了引进 消化 发展的 过程 德国 意大利 英国 瑞士和法国等 都是世界上很重要的包装机械生产国 家 德国的包装机械在计量 制造 技术性能等方面居领先地位 特别是啤酒 饮 料灌装设备具有高速 成套 自动化程度高 可靠性好等特点 享誉全球 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 并配有防静电装置 其大型自动包装机不仅包装容积大 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 5 2 国内包装机械的发展情况 目前我国包装机械企业规模偏小 技术装备不很完善 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 产品的技术含量 附加值较低 新 产品开发周期长 不能及时响应市场的需求 及时提供市场 用户所急需的产品 企业主要精力都花费在量的扩张上 对质量的提升 科技进步的投入严重不足 产 共 37 页 第 7 页 装 订 线 品在低水平上重复 许多企业生产相同的产品 从而使许多产品销不出去 低价竞 争已威胁到企业生存的地步 另外 产品安全防护措施较差 安全意识不强 这些 都造成国内产品与国外市场竞争能力偏低 目前我国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 随着我国进入世贸组织 WTO 国 际先进的技术 设备和管理经验的进入势必会对我国刚刚发展起来的包装机械工业 造成巨大冲击 企业面临着前所未有的严峻考验 展起着重要的作用 包装机械产 品量面广 我们的行业仍欣欣向荣 堪称 朝阳工业 1 6我国食品包装机械存在的主要问题 我国的食品包装机械行业近些年来所取得的成绩是显著的 但与国外产品相比 仍存在 20 年的技术差距 我国现有的一些包装机械产品技术含量不高 而国外已将 许多进步前辈技术应用在包装机械上 如远距离遥控技术 包括监控 步进电机技 术 自动柔性补偿技术 激光切割技术 信息处理技术等 国内大多以生产单机为 主 而国外大多为配套生产 很少单机销售 产品可靠性差 技术更新速度慢 新 技术 新工艺 新材料应用少 我国的食品和包装机械单机多 成套少 通用机型 多 满意特殊要求 特殊物料的设备少 技术含量低的产品多 高技术附加值 高 生产率的产品少 智能化设备还处于研制阶段 我国食品和包装机械产品的质量差 距主要表现在稳定性和可靠性差 造型落后 外观粗糙 基础件和配套件寿命短 无故障运行时间短 大修周期短 且绝大多数产品还没有制定可靠性标准 目前我 国的食品和包装机械只有 5 达到国外上个世纪 90 年代水平 20 达到 80 年代水 平 60 才达到国外 70 年代的水平 与工业发达国家相比 中国食品包装机械产品 品种少 30 40 技术水平落后 20 30 年 食品包装机械行业的低水平重复是指不顾行业发展要求 重复生产那些成本低 工艺水平比较落后 易于制造的机械产品的现象 目前 中国食品和包装机械市场 上充斥着成本低 工艺水平比较落后 易于制造的机械产品 这样的市场环境如果 长期不能得到改善 将不利于整个行业产品的升级换代 具体准确的数据目前还没 有统计 行业内目前大约有 1 4 的企业存在低水平重复生产现象 大约有 1000 多 家企业在低水平重复生产 技术比较初级的自动封口机仅温州一地就有 100 多家 工艺简单的打码机仍有 企业在生产 热打码机生产目前已经被国家取消 采用电加热的烙饼机已经非常原 始 但生产厂家依然不少 炸油条机尽管存在油的过滤和换油的标题题目 但由于 在农村和小城镇还有市场 仍然有厂家在生产 灌装 压盖机械也还有一些初级产 品仍有生产 比较初级的压面机生产也在继续 产生低水平重复生产现象的原因主 要有以下方面 低水平产品科技含量不高 制造工艺简单 所需投入资金少 企业 的科研创新能力严重不足 更新换代速度太慢 企业对自己开发出来的新产品没有 共 37 页 第 8 页 装 订 线 及时申请专利权加以保护 这种低水平重复现象如果不加以控制 会造成低水平 低档次的产品不断生产出来 对资源造成极大浪费 同时大量这类产品充斥市场 供大于求 造成机械市场的混乱 使合法的知识产权得不到有效的保护 阻碍行业 产品的不断升级换代和创新 最终阻碍社会经济向前发展 我国食品包装机械主要还是仿制 测绘 稍加国产化改进 谈不上开发研究 目前国内的科研 开发投入较少 按规定技术投入可占销售收入的 3 但大多数 企业做不到 我们的开发手段落后 现在好一点的企业开展了 甩图版工程 但真 正使用 CAD 的还很少 产品开发缺少创新 难上水平 生产手段落后 大部分还是 用陈旧的通用设备加工 新产品开发不但数量少 而且开发周期长 在企业管理上 往往重生产加工 轻研究开发 创新不够 不能紧跟市场需求及时提供产品 大多 数企业技术人员占总职工总数的比例达不到 10 只有少数企业可以达到年产值 5000 万元以上的规模 我国食品包装机械行业缺乏知识产权意识 对自己开发出来的新产品没有及时 申请专利权加以保护 1 7我国食品包装机械的发展趋势 目前 食品包装机械竞争日趋激烈 未来的食品包装机械将配合产业自动化 促进包装设备总体水平提高 发展多功能 高效率 低消耗的食品包装设备 主要 向集成化 高效化 智能化等方向发展 1 效率化 食品加工的高度效率化 主要是采用机电一体化技术和光 电 液 自动化控制技术等来实现的 由连续式生产设备代替间歇式生产设备 由专业 化生产设备代替通用化生产设备 由人型化生产设备代替中小型生产设备 使生产 线实现连续化生产 专业化作业 自动化调节 规模化经营等 可显著提高生产效 率和经济效益 目前 许多食品机械大型制造企业或跨国公司 大都发展生产线高 度自动化 生产规模大型化的生产设备 以高效率生产赢得市场的竞争能力 2 自动化 进入 21 世纪以来 较之传统包装机械设备 新型食品包装机要求 具有简洁化 高生产率 配套更完善 更具自动化等特点 未来的包装机械将配合 产业自动化趋势 促进包装设备总体水平提高 如高智能数控系统 编码器及数字 控制组件 动力负载控制等新型智能设备已经普遍应用到包装机械设备中 使设备 使用者在操作过程中更具有独立性 灵活度 操作正确性 高效率和兼容性 1 8 食品包装未来需求 随着人们日常工作节奏的加快 营养保健食品的丰富 环境保护意识的增强 今后对食品及其包装也必然会提出许多新的要求 如今引人注目的是 鉴于电冰箱 微波炉的迅速普及 加上其他相关条件逐步成熟 不会很久 可以通过开发速冻食 品作为方便食品 快餐食品大量进入家庭和企事业单位 包括服务旅游之类行业 共 37 页 第 9 页 装 订 线 与此同时还要因地制宜大力发展真空包装 真空充气包装和无菌包装等新技术 新 产品 使之与速冻包装有机结合 共同促进食品包装更上一层楼 这样一来 各层 次的消费者寄希望于以盒装为主体的食品小包装容器要使用轻便 主要指包装件容 易开启 随意摆放 多次可封 用后可收 安合可靠 所以 必须采用相应措施 进一步改善袋型 盒型并实现主体与封口结构的科学化和多样化 众所公认 在商业竞争中 物美与价廉始终必须兼顾 若能切实做到这一点 就不难占领市场 立于不败之地 出路之一在于切实实现合理包装与简化包装的辩 证统一 道理很明显 合理也包含简化 但简化不一定合理 如过去被淘汰的饮料 裸式薄塑料管包装 饼干天地盖软纸盒包装等 事实上从主流看 现有不少精心设 计流行的袋与盒包装就占有这方面的优势 因为经济合理简化了包装形式与结构以 及相关工艺与设备 可以大幅度地减少生产销售过程中的各种消耗浪费 并消除诸 多不稳定因素的发生 进而提高整体效益 最终体现现代包装的大方向 1 9 研究内容与目的 1 9 1 研究内容 为保证封袋的外观总体质量和包装密封要求 提高生产效率 设计横封包装机 封切机构 并分析各包装过程的先后顺序和各动作之间的相互联系 依照方便面包 装袋的包装要求 确定方便面包装机的结构方案 本课题主要进行横封包装机封切 机构的设计 根据包装过程的需要和被包装物的性状特点 方便面类自动包装设备主要由下 各系统组成 1 横封机构 2 纵封机构 3 减速器 4 控制箱 5 触摸屏 6 包装膜拉膜机构 7 上料机构 8 包装物输送带 9 气压传动系统 10 真空系统和电气控制系统组成 1 9 2 研究目的 为保证封袋的外观总体质量和包装密封要求 提高生产效率 设计横封包装机 封切机构 初步确定各组成系统的尺寸和相对位置和装配方式 并分析各包装过程 的先后顺序和各动作之间的相互联系 依照方便面包装袋的包装要求 确定方便面 共 37 页 第 10 页 装 订 线 包装机的结构方案 本课题主要进行横封包装机封切机构的设计 第 2 章 总体方案设计 2 1 方便面的生产工艺流程 原料搅拌 混合 熟化 复合压片 连续压片 切条波纹 成形 蒸煮糊化 初冷 切断 折叠 分排 着味 油炸脱水 冷却 成品检验 分袋包装 成品装 箱 方便面生产工艺流程图如图 2 1 所示 共 37 页 第 11 页 装 订 线 图 2 1 方便面生产工艺流程图 2 2 塑料袋封口机的工作原理 2 2 1 适用范围 塑料袋封口机适用于聚乙烯或聚丙烯单层薄膜 聚乙烯或聚丙烯为内层的聚烃 复合薄膜塑料袋 以及铝塑纸塑等复合软包装袋的封口制袋 因具有连续封口的特 点 可以制成各种规格尺寸的包装袋 且可在各种包装流水线上配合使用 塑料袋 封口机应用于食品 饮料 医药 水产 土特产 日用化妆品 服装 电子元件 小五金 化工等产品的包装封口 广泛应用于工厂 商店 零售部门 服务性行业 及科研军工部门等各行各业 2 2 2 主要特点 1 使用聚丙烯遮挡的封口带 能有效防止封口袋烧焦或污染 使封口牢固美 观 2 因加热器容量大 热封压力可以调节 又采用电子预选恒温控制系统 因 而可适用各种材料及厚薄的包装袋封口 同时 恒温控制系统使热封温度可任意调 节 自动保温 因而温度稳定 加热均匀 封口质量稳定可靠 3 装有无级调速输送装置 可自动将包装袋从进口输送到出口完成封口的各 道工序 且可适应各种节拍要求自动线 4 机上可配压花轮或另配购印字轮 随需要更换字型 能在封口同时印上出 共 37 页 第 12 页 装 订 线 厂日期 保存期 保质期等标志 封口花纹及标志字迹清晰美观 5 袋子宽度任意长度不限 不论大小袋子都能顺利进行热封口 6 落地式 装有脚轮 可方便地更换作业场地 卧式立式变换方便 既可封 装千性物品也可封装湿性物品 2 2 3 工作原理及结构 一般封口机由机架 减速调速传动机构 封口印字机构 输送装置及电器电子 控制系统等部件组成 接通电源 各机构开始工作 电热元件通电后加热 使上下 加热块急剧升温 并通过温度控制系统调整到所需温度 压印轮转动 根据需要冷 却系统开始冷却 输送带送转 并由调速装置调整到所需的速度 当装有物品的包装放置在输送带上 袋的封口部分被自动送入运转中的两根封 口带之间 并带入加热区 加热块的热量通过封口带传输到袋的封口部分 使薄膜 受热熔软 再通过冷却区 使薄膜表面温度适当下降 然后经过滚花轮 或印字轮 滚压 使封口部分上下塑料薄膜粘合并压制出网状花纹 或印制标志 再由导向橡 胶带与输送带将封好的包装袋送出机外 完成封口作业 2 2 4封口质量调整 1 不同封口材料 需要确定不同的温度和封口速度 而温度与速度是相关的 在实际操作中必须协调试验 反复多次 调节不同温度和相应封口速度 达到满意 为止 2 普通聚乙烯等单层塑料薄膜封口时 必须打开内机进行冷却 初次试验时 需慢慢地将温度逐步提高 应仔细选择合适温度及封口速度 如温度过高 则使薄 膜融化粘在封口带上 如有以上情况应及时清除剥离 否则将影响封口质量 3 封口温度选择与封口速度有直接关系 同样材料 温度选择高时 速度可 提高 速度低时 温度宜低些 薄膜厚度越厚 温度也需越高 反之也一样 2 3 塑料薄膜横封机构的工作原理 总体来说 当接通电源后 电热元件产生热量 使上下两加热块急剧升温并通 过温度控制仪和调速装置来调整所需封口材料的温度和速度 塑料包装袋由传送带 传送 将包装袋的封口部分送入运转中的两根封口带之间 塑料袋封口部分在上下 两根封口带的夹持下送入加热区 封口带带在加热区受到两加热块的挤压 使塑料 薄膜受热后粘合 然后 在封口带夹持下送入冷却区冷却 具体分析 塑料薄膜横封机构是利用电热丝瞬时加热来完成聚乙烯塑料的封口 和切断 其中封口用电热扁丝 4 切割用电热圆丝 7 单面加热 另一面有耐热橡皮 8 和涤纶薄膜衬垫 共 37 页 第 13 页 装 订 线 由于聚乙烯薄膜的热封有加压 加热 冷却和释放等过程 热封时 在气缸 29 的活塞杆外伸时 通过摆动摇臂 17 和连杆 21 使拉杆 29 向右 推杆 24 向左 两 热封头同时左右动作合拢加压 其时聚乙烯塑料袋由上向下停在两热封头中间位置 合模的位置 恰好在袋口规定位置上进行加热 完成前一袋的封口 后一袋的封 底 同时在封口时切断 然后稍冷却后释放 封口温度约在 130左右 切割温 C 度约在 140 利用瞬时加热 其加热温度通过调节电压来间接控制 加热时间 C 则用 RC 延时继电器控制 根据薄膜材质与厚度必须相应调节温度 加热时间及压 紧力 并在释放前需留有一定的冷却时间 以利于提高封口质量 为提高生产率 缩短热封时间 本结构采用水冷却装置 热封头结构考虑到制袋封口平整美观 先用驱气板 2 将塑料袋中的空气排除 并在封口上下两端用压块 11 压住 压块 11 在压缩弹簧 12 作用下后移 然后进行热 封和切断 电热扁丝 4 电热圆丝 7 平时处于预紧状态 其预紧力由弹簧 28 保证 左侧热封头底部装有四个弹簧 3 设有压力调整装置 保证封口时有一定大小的恒 压力 由于横封时薄膜是处在受拉力的运动状态 并且横封口又受下落物料冲击 薄膜易 变形 所以必须使拉引薄膜的夹紧力与热封所需要的压紧力 在同一平面内而又相 互不受干扰 以稳定封口质量 横封器结构图如图 2 2 所示 其中 1 夹板 2 热封扁丝 3 切割圆丝 4 冷却水 孔 5 耐热橡胶 图 2 2 冷却水冷却横封器结构图 2 4 工作行程的电气控制 共 37 页 第 14 页 装 订 线 由于聚乙烯薄膜的热封有加压 加热 冷却 释放四个过程 故可由电气控制或 欧姆龙 C 系列 PLC 进行行程控制 设气缸正行程 加压行程 由继电器控制 1 KM 加热过程由继电器控制 冷却过程由控制 气缸释放过程 退回过程 由 2 KM 3 KM 控制 延时继电器控制加热时间 控制冷却时间 为启动按钮 4 KM 1 KT 2 KT 2 SB 为停止按钮 分别为正反行程的行程开关 1 SB 21 ST ST 电气控制原理为 按动起动按钮 接触器通电 气缸通过连杆带动左 2 SB 1 KM 右两封头开始左右合拢加压 当两封头到达合模位置时 触动行程开关 使其闭 1 ST 合 接触器通电 断电 时间继电器通电 开始加热 当加热时间达 2 KM 1 KM 1 KT 到的设定值时 闭合 接触器通电 断电 时间继电器通 1 KT 1 t 1 KT 3 KM 2 KM 2 KT 电 开始冷却 当冷却时间达到设定值时 闭合 接触器通电 2 KT 2 t 2 KT 4 KM 断电 气缸开始通过连杆带动左右两封头退回 当退回至初始位置时 触动行 3 KM 程开关 使其闭合 接触器通电 断电 气缸又开始正行程 依次循 2 ST 1 KM 4 KM 环下去 按下停止按钮 机器停止工作 1 SB 2 5 相关的 PLC 控制和程序指令 2 5 1 控制线路图 控制线路图如图 2 3 所示 图 2 3 控制线路图 2 5 2 外部接线图 共 37 页 第 15 页 装 订 线 外部接线图如图 2 4 所示 图 2 4 外部接线图 2 5 3 程序梯形图 程序梯形图如图 2 5 所示 共 37 页 第 16 页 装 订 线 图 2 5 程序梯形图 2 5 4 程序指令 地址 指令 操作数 共 37 页 第 17 页 装 订 线 00000 LD NOT 00000 00001 AND NOT 00001 00002 IL 00003 LD 00002 00004 OR 00004 00005 OR 01000 00006 AND NOT 01001 00007 OUT 01000 00008 LD 00003 00009 OR 01001 00010 AND NOT 01002 00011 OUT 01001 00012 TIM 000 t1 00013 LD TIM000 00014 OR 01002 00015 AND NOT 01003 00016 OUT 01002 00017 TIM 001 t2 00018 LD TIM001 00019 OR 01003 00020 AND NOT 01000 00021 OUT 01003 00022 ILC 00023 END 2 6 机构运动示意图 将该机构向主视图方向投影 得机构平面原理图如下 该机构共有 7 个活动构 件 10 个低副 故自由度数 故只需一个主运动即可 该横封机110273 F 构中 将气缸活塞杆的外伸作为主运动 机构运动示意图如图 2 6 所示 共 37 页 第 18 页 装 订 线 图 2 6 机构运动示意图 2 7 机构工作原理图 将机构向主视图方向投影 得机构运动简图如下 其中 虚线位置为机构的初 始位置 实线位置为封口时的工作位置 拉杆 20 的位移为 推杆 15mmFF 7 46 位移为 气缸行程为 机构工作原理图如mmEE 2 46 mmBAAB45228273 图 2 7 所示 共 37 页 第 19 页 装 订 线 图 2 7 机构工作原理图 第三章 相关件的选择 计算 共 37 页 第 20 页 装 订 线 3 1 气缸的选择原则 1 类型 根据工作要求和条件 按 机械设计手册 气压传动 表 22 1 16 正 确选择气缸的类型 高温环境下需选耐热气缸 在有腐蚀环境下 需选用耐腐蚀气 缸 在有灰等恶劣环境下 需在活塞杆伸出端安装防尘罩 要求无污染时需选用无给油 或无油润滑气缸等 2 安装形式 根据安装位置 使用目的等因素决定 在一般情况下 采用固定 式气缸 在需要随工作机构连续回转时 如车床 磨床等 应选用回转气缸 在要 求活塞杆除直线运动外 还需作圆弧摆动时 则选用轴销式气缸 有特殊要求时 应选择相应的特种气缸 3 作用力的大小 根据负载力的大小来确定气缸输出的推力和拉力 一般均按 外载荷理论平衡条件所需气缸作用力 参照 机械设计手册 气压传动 表 22 1 18 负载率 乘以系数 1 5 2 使气缸输出力稍有余量 缸径过小 输出力不够 但缸 径过大 使设备笨重 成本提高 又增加耗气量 浪费能源 在夹具设计时 应尽 量采用扩力机构 以减小气缸的外形尺寸 4 活塞行程 与使用的场合和机构的行程有关 但一般不选用满行程 防止活 塞和缸盖相碰 如用于夹紧机构等 应按计算所需的行程增加 10 20mm 的余量 5 活塞的运动速度 主要取决于气缸输入压缩空气流量 气缸进排气口大小及 导管内径的大小 要求高速运动应取大值 气缸运动速度一般为 50 700mm s 对 高速运动的气缸 应选择大内径的进气管道 对于负载有变化的情况 为了得到缓 慢而平稳的运动速度 可选用带节流装置或气 液阻尼缸 则较易实现速度控制 选 用节流阀控制气缸速度需注意 水平安装的气缸推动负载时 推荐用排气节流调速 垂直安装的气缸举升负载时 推荐用进气节流调速 要求行程末端运动平稳避免冲 击时 应选用带缓冲装置的气缸 综合上述原则 知道本设计所选的气缸应是固定式无给油的轴销式气缸 气缸一般由缸筒 前后缸盖 活塞 活塞杆 密封件和紧固件等零件组成 气缸按结构和功能可分为单作用气缸 双作用气缸 和组合式气缸 单作用气 缸是通过压缩空气从一腔进入气缸推动活塞或柱塞向一个方向运动 而活塞的返回 是靠弹簧 膜片张力等 而双作用气缸的气缸活塞的往复运动均由压缩空气来完成 对比可知本设计选用单作用气缸即可 而在单作用气缸中 柱塞式气缸是以柱塞代替活塞 压缩空气驱动柱塞向一个 方向运动 复位靠外力 对负载的稳定性较好 输出力小 使用于小缸 而活塞式 气缸是通过压缩空气驱动活塞向一个方向运动 复位靠外力或自重 共 37 页 第 21 页 装 订 线 故本设计中选择活塞式气缸 简图如图 3 1 所示 图 3 1 活塞式气缸结构简图 3 2 气缸的设计 选择与计算 根据工作要求和参考 机械专业机械设计宝典 确定参数 封接压力为 25 40N 气源压力为 0 4 0 8Mpa 由于封接压力可调 因此 该装置通过调整气源压力来调节封接压力 气缸活 塞直径应根据最小气源压力值来计算 由公式 F aps 式中 F 40N p 0 4Mpa a 为安全系数 一般取 0 6 0 7 本设计中取 a 0 6 为活塞面积 2 4 DS 故气缸内径为mm57 14 4 06 0 40444 P FS D 由于气缸直径一般为标准值 12 16 20 25 32 40 等 因此选择气缸内径为 16mm 查 机械设计手册 气压传动 中的标准型气缸 可知 10Y 1 系列小型气缸 按 ISO 国际标准安装尺寸设计 采用不锈钢筒 端盖与缸筒之间铆接紧固 轴向尺 寸小 外形美观 分标准型 带开关 带阀 带阀及开关四种形式 无给油润滑 用途广泛 使用寿命长 机械设计手册 气压传动 中的表 22 4 4 中 10Y 1 系列小型气缸的主要技 术参数如表 3 1 所示 共 37 页 第 22 页 装 订 线 表 3 1 10Y 1 系列小型气缸的主要技术参数 对比上表中所示参数可知本设计可选择普通单活塞杆气缸 10Y 1 系列小型气 缸 具体型号为 10Y 1 TB 16N 45 3 3 弹簧 3 的选择 计算 弹簧的作用 通过滑块长距离的移动引起弹簧短距离的伸展 从而维持弹簧 张紧力在最大值最小值之间变动 圆柱螺旋弹簧的制造过程包括 卷制 挂钩制作 拉簧 或端圈加工 压簧 热处理和工艺试验过程 特别重要的弹簧还要进行强压处理 材料 碳素弹簧钢丝 C 级 强度高 耐高温 性能好 适用于做小弹簧 d 8mm 冷卷弹簧 或要求不高 载荷不大的大弹簧 弹簧的端部结构为 两端并紧且磨平 支撑圈数为 1 圈 弹簧的相关参数确定如下 已知 最大工作载荷 40 n P 最小工作载荷 25N 1 P 弹簧中径 D 18mm 工作行程 h 13mm 查 机械设计手册 弹簧 表 7 2 20 得 旋绕比 C 11 3 共 37 页 第 23 页 装 订 线 曲度系数 K 1 192 材料直径 取 d 1 6mmmm C D d53 1 3 11 18 弹簧外径 18 1 6 19 6mmdDD 2 弹簧内经 18 1 6 16 4mmdDD 1 初算弹簧刚度mmN h PP P n 1 1 13 2540 1 因是类载荷 nj PP251 故NPj504025 1 由弹簧材料直径 d 及弹簧中径 D 从表 7 2 29 得 j P 有效圈数圈6 5 1 1 08 6 P P n d 取标准值 n 6 圈 总圈数圈8262 1 nn 弹簧刚度N mm01 1 6 08 6 n P P d 工作极限载荷下的变形量mm59184 59864 9 6 jj nfF 节距mm 4 116 1864 9 d n F t j 自由高度mm25 596 15 1 4 1165 1 dntHo 取标准值mmHo60 螺旋角 14 7 18 4 11 arctanarctan D t 展开长度mm Dn L420 14 7 cos 818 cos 1 最小载荷时的高度mm P P HH35 01 1 25 60 1 01 最大载荷时的高度mm P P HH n n 20 01 1 40 60 0 共 37 页 第 24 页 装 订 线 极限载荷时的高度 mm P P HH j j 11 01 1 94 50 60 0 高径比3 52 3 18 60 0 D H b 故无需进行稳定性验算 共 37 页 第 25 页 装 订 线 第四章 强度校核 根据机构工作原理图 当两封头同时运动到中间位置时 机构中各杆受力最大 故可校核此位置时各杆的强度来判断机构的安全性 取封接压力为 40N 左右封头质量均为 4kg 4 1 许用应力的确定 推杆 24 拉杆 29 材料为 45 号钢 直径为 d 20mm 查 机械设计手册 其 屈服强度为 安全系数为 s 1 25 2 5 Mpa s 355 295 保守计算得许用应力为 Mpa s s 118 5 2 295 1 连杆 21 22 材料为 Q235 直径为 d 18mm 查 机械设计手册 其屈服强度 为 安全系数为 s 1 25 2 5 Mpa s 225 保守计算得许用应力为 Mpa s s 90 5 2 225 2 4 2 推杆 24 连杆 21 的强度校核 1 根据机构工作原理图 推杆 24 的受力分析简化后如图 4 1 所示 图 4 1 推杆 24 的受力分析图 根据对称性 为封接压力的一半 故 1 FNF20 1 为右封头重力的一半 故 1 GNG 6 198 92 1 分别为机座对杆 24 的支反力 支反力矩 大小未知 13 M F 为连杆 21 的作用力 由于连杆 21 为二力杆 故力的方向为沿连杆的方向 4 F 与水平方向的夹角为 12 2 计算并校核 根据水平方向受力平衡 故 12cos 14 FF N F F45 20 12cos 1 4 共 37 页 第 26 页 装 订 线 对 H 点求矩 故 0 H M012sin 7 112 141 MFG 故mmNM 84 24642 6012sin45 20 7 1126 19 1 H 点左侧弯矩mmNGMH 92 2208 7 112 1左 H 点右侧弯矩mm92 255 1 NMMM HH左右 作出弯矩图如图 4 2 所示 图 4 2 推杆 24 的弯矩图 故mm92 2208 max NM 所以推杆 24 的最大弯曲应力为pa82 2 20 3292 2208 32 d 32 max 1 M M 推杆 24 的压应力为pa06 0 20 420 4 d 22 11 2 M F A F 由于推杆 24 为压弯组合变形 故受到最大应力为 MpaMpa11888 2 121max 故推杆 24 安全 对连杆 21 其受到压应力为 MpaMpa d F 9008 0 18 454 20 4 2 22 4 3 故连杆 21 安全 4 3 拉杆 29 连杆 22 的强度较核 1 根据机构工作原理图 拉杆 29 的受力分析简化后如图 4 3 所示 共 37 页 第 27 页 装 订 线 图 4 3 拉杆 29 的受力分析图 根据对称性 为封接压力的一半 故 2 FNF20 2 为左封头重力的一半 故 2 GNG 6 198 92 2 分别为机座对杆 29 的支反力 支反力矩 大小未知 25 M F 为连杆 22 的作用力 由于连杆 22 为二力杆 故力的方向为沿连杆的方向 6 F 与水平方向的夹角为 17 1 计算并校核 根据水平方向受力平衡 故 26 17cosFF N F F92 20 17cos 2 6 对 G 点求矩 0 G M 故0 7 10617sin 8 252 262 MFG 所以mmNM 31 5607 7 10617sin92 208 2526 19 2 G 点左侧弯矩mm88 4954 8 252 2 NGMG左 G 点右侧弯矩mm43 652 2 NMMM GG左右 作弯矩图如图 4 4 所示 图 4 4 拉杆 29 的弯矩图 故mm88 4954 max NM 共 37 页 第 28 页 装 订 线 所以拉杆 29 的最大弯曲应力为pa31 6 20 3288 4954 32 d 33 max 1 M M 拉杆 29 的拉应力为pa06 0 20 420 4 d 22 22 2 M F A F 由于拉杆 29 为拉弯组合变形 故受到最大应力为 pa37 6 21max M pa118 1 M 故拉杆 29 安全 对连杆 22 其受到拉应力为 MpaMpa d F 90082 0 18 492 20 4 2 23 6 3 故连杆 22 安全 第五章 设计说明 共 37 页 第 29 页 装 订 线 5 1 日常清洁 维护保养规程 每次开动前后在各注油部位加油润滑 用铜丝刷剔除横封花剪上的杂物 用 干布擦拭送物链及输送槽内的杂物 机器外观清洁 清洁时可用干燥或捻湿的抹布擦拭 严禁用水或用湿洗 擦 拭机器之前 务必切断主电源 以维护个人安全 机器内部清洁 电器柜内应常用软毛刷或用吹气清理各个电器元件以保持清 洁 并经常检查排风机是否正常 清洁机体内的槽形传感器以及集电环上的碳刷积 留的污痕 机器润滑 应每周以涂抹与少量注油的方式给齿轮组和链轮组加油润滑 以 增加机器的寿命 建设采用黄油和机械油 5 2 安全操作规程 启动设备前 拿走机器上的杂物 用盘车手轮转动机器 2 3 转 确保机器 能够在无障碍 无干涉摩擦状态下自由转动 电源开启时 不要打开控制箱的盖门 切勿用手触摸配电箱内部 维护时须 切断电源 运转的切刀和齿轮 皮带轮可能导致拉入危险 工作是切勿将手伸入 纵封和横封轮是高温热源 加热或运行时切勿靠近 需要维护时 也须关闭 电源 待温度降至 60 以下后再行操作 以免烫伤 5 3 常见故障及排除方法 序号 故障现象 可能原因及排除方法 1 包装袋无法切断 切刀弹簧力不足 重新调整压力 切刀温度不足 略升横封温度 切刀 磨损 调整或更换 2 横封刀啮合时出现重音 上 下切刀啮合时 产生碰撞 减少下刀铜片 上 下刀座牙槽没对位 参照调整页 3 容易切到被包装物体 横切刀高度设定不正确 重新调整高度 空袋子内残留空气过多 调整平 亚毛刷 排除空气 送料链条推勾送料不当 重新调整送料勾位置 包装速度 太快 降低包装速度 包装袋太宽松 适当收紧制袋器 4 设置长度后袋长不到位 共 37 页 第 30 页 装 订 线 槽形传感器 脏或损坏 清洁槽形两侧或更换 变形箱行程开关损坏 更 换行程开关 变速箱无变速现象 修理变速箱 纸长度设定越限行程开关位移 重新设定 调整限位开关 袋长调整电机不动或单方向移动 检查电路 或更换 电机 5 袋长度不显示 齿箱槽形开关损坏或两侧太脏 清洁或更换 齿盘和槽形开关位置不准确 重新调整 刀座接近开关损坏 更换接近开关 6 温控仪无法控制温度或无显示 热管损坏 更换 固态继电器损坏 更换 热电偶损坏 更换 温 控仪烧坏 更换 7 横封漏气或烂膜 温度偏低或偏高 调整温度适合为宜 刀座不清洁 用铜丝刷清理脏物 上下刀错位 包装纸膜纸质差 更换纸膜 第六章 三维软件的应用 6 1 三维软件的介绍 共 37 页 第 31 页 装 订 线 在设计过程中 我用到了 ProE 三维实体造型软件 它的功能十分强大 软件运行环境 Win2000 WinXP Win2003 WinVista 软件语言 简体中文 6 2 软件特点 ProE 的特点和优势 1 全相关性 Pro ENGINEER 的所有模块都是全相关的 这就意味着在产品开发过程中某一 处进行的修改 能够扩展到整个设计中 同时自动更新所有的工程文档 包括装配 体 设计图纸 以及制造数据 全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改 却没 有任何损失 并使并行工程成为可能 所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其 作用 基于特征的参数化造型 Pro ENGINEER 使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素 这些特征 是一些普通的机械对象 并且可以按预先设置很容易的进行修改 例如 设计特征 有弧 圆角 倒角等等 它们对工程人员来说是很熟悉的 因而易于使用 装配 加工 制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征 通过给这些特征设置参数 不但包括几何尺寸 还包括非几何属性 然后修改参数很容易的进行多次设计叠 代 实现产品开发 2 数据管理 加速投放市场 需要在较短的时间内开发更多的产品 为了实现这种