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机械毕业设计论文
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机械毕业设计17颗粒包装机封口系统的设计,机械毕业设计论文
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本科毕业设计 (论文 ) 题目：颗粒包装机封口系统的设计 系 别： 机电信息系 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 学 生： 学 号： 指导教师： 2013 年 05 月 nts I 颗粒包装机封口系统的设计 摘要 本 论文 是对颗粒包装机封口系统的设计，首先 以相似类型的颗粒包装机为参考，讨论了许多包装机的 封口方法，并指出各个封口方式的优劣，然后重点对热封形式进行研究和设计 。 依据包装工艺路线，确定了设计方案，根据对比分析结果，确定了横封、纵封以及切断机构的形式，从基本理论、基本工作原理、基本分析方法上对设计作了阐述 ， 并进行了结构设计及相关计算。 封口对于包装来说是一道不可缺少的工序，只有封口以后才能密封保存和便于运输销售，因此对封口系统的详细研究设计就具有了一定的意义。 本设计能进一步提高 包装机封口系统的 性能， 并且 结构简单、 结构尺寸较小，便于安装和维护，操作简单方便。 关键词： 包装机；纵封； 横封；切断 nts II Design of Sealing System for Granule Packaging Machine Abstract The paper is about granule packaging machine , discusses the sealing method for many packaging machine, and points out that various sealing methods, and then focus on the research and design of the heat sealing form. On the basis of the packaging process, the design scheme is determined, according to the results of comparative analysis, to determine the horizontal, longitudinal sealing and cutting mechanism of form. From the basic theory, basic principle, basic analysis method of design is expounded, and the structure design and calculation. Sealing is an indispensable procedure for packaging, only the sealing to storage and convenient transportation sales, so the design of a detailed study of the sealing system has a certain significance. This design can improve the properties of packing packing machine, and has the advantages of simple structure, small size, convenient installation and maintenance, the operation is simple and convenient. Keywords： packaging machine; sealing system; transverse sealing davice; the vertical sealing device nts III 目 录 1 绪 论 1 1.1 研究背景及意义 1 1.2 包装机封口系统简介 2 1.3 包装机、封口机国内外发展现状 5 1.4 本文主要研究工作 6 2 包装机封口系统总体方案设计 7 2.1 总体方案分析 7 2.2 总体方案提出 7 2.3 总体方案确定 9 2.4 传动方案确定 10 2.5 小结 11 3 包装机封口系统部件设计 13 3.1 纵封器的设计 13 3.2 横封器的设计 15 3.3 偏心链轮的设计计算 15 3.4 剪切机构的设计 20 3.5 剪切相位调节机构的设计 21 3.6 小结 22 4 链轮的设计计算 23 4.1 链轮的介绍 24 4.2 链轮的失效形式 24 4.3 链轮的详细设计计算 24 4.4 链传动的合理布置 25 4.5 链传动的张紧 26 4.6 链条的材料选用 27 5 结论 28 参考文献 29 致谢 30 nts IV 毕业设计（论文）知识产权声明 31 毕业设计（论文）独创性声明 32 nts1 绪论 1 1 绪论 1.1 研究背景及意义 随着经济的发展和工业自动化水平的提高，市场对产品的包装要求也 越来越高，而我国的包装工业发展相对缓慢，故进行包装机的设计研究具有一定的意义。 无论在国内或国外 ， 包装工作已涉及到各行各业 ， 面广量大 ， 对人民生活、国际贸易和国防建设都带来深刻的影响 ， 甚至在现代生活中出现了过去难以想象的新情况 :未经包装出售的商品变得越来越少了 ， 而且包装上的失败往往会使很好的产品得不到成功的销售。因而不妨这样说 ， 在将来 ， 如果没有现代化的包装就没有商品的生产和销售 ;可是如果没有先进的工业与科学技术的综合发展 ， 也不可能出现高水平的现代化包装。迄今 ， 一些科学技术发达的国家 ， 在食品、医药、轻工、化工、 纺织、电子、仪表和兵器等工业部门 ， 已经程度不同地形成了由原料处理、中间加工和产品包装三大基本环节所组成的包装连续化和自动化的生产过程 ， 有的还将包装材料加工、包装容器成型及包装成品储存系统都联系起来组成高效率的流水作业线。大量事实表明 ， 实现包装的机械化和自动化 ， 尤其是实现具有高度灵活性 (或称柔性 )的自动包装线 ， 不仅体现了现代生产的发展方向 ， 同时也可以获得巨大的经济效益。 现代包装机械所能完成的工作已远远超出了简单地模仿人的动作 ， 甚至可以说在很多场合用巧妙的机械方法包装出来的成品 ， 不论在式样、质地或精度等方面 ， 大都是手工操作无法胜任和媲美的 。 随着商品的多样化 ， 这一点越来越引起了人们的重视 。 另外 ， 用机械手代替人手 ， 就足以最大限度地避免操作人员同产品直接接触时可能产生的感染 ， 从而保证食品药物的清洁卫生和金属制品的防锈防蚀。对有剧毒、刺激性的 ， 低温、潮湿性、爆炸、发射性的 ， 以及必须放置在暗室的物品 ， 实现了包装的机械化和自动化 ， 便可大大改善操作条件 ， 避免污染危害环境。至于对需要进行长期、频繁、重复的以及其他苯重的包装工作 ， 如能实现机械化和自动化 ， 则能大大减轻体力劳动强度 ， 增进工人健康和提高生产效率。有些粉末、液体物料在手 工包装过程中容易发生逸散、起泡、飞溅现象 ， 若改善机械包装则会大大减轻损伤。机械包装的生产能力往往比手工包装提高几倍、十几倍甚至几十倍 ， 无疑这将会更好地适应市场的实际需要 ， 合理安排劳动力 ， 为社会多创造财富。 本课题所设计的颗粒包装机适用于包装散粒食品、药品、化学试剂、茶叶等颗粒小包产品。而目前全自动颗粒包装机的应用仍旧不够广泛，全自动颗粒包装nts毕业设计（论文） 2 机应最多的要属食品包装了，据调查多数小型食品制造商仍使用的是半自动，甚至是全手动的包装机，这种包装机不仅效率低，而且耗费人力，但是优点是造价便宜操作简单，所以现在急需要 一种造价既便宜，操作又简便的颗粒包装机。封口系统是包装机的主要组成部分，所以它的设计对于包装机来说是至关重要的，包装机的效率、包装准确性直接决定了包装机的优劣。 1.2 包装机封口系统简介 目前我国包装机、封口机应用极为广泛。除单独使用的封口机外，还有许多封口机与其它机器共同组成的生产自动线，大大提高了生产自动化程度及效率，减少了工人的劳动强度，提高了包装质量。塑料袋装产品的封口方法有扎结、热封、钉封、粘封等，其中以热封封口方法较简单可靠 ， 应用最广。 热封是利用塑料具有热塑性，使封口部位的塑料薄膜加热、加压相 互粘合在一起。热封的方式很多，有热板封合、熔断封合、高频封合、超声波封合、电磁感应缝合和红外线封合等。 热板封合如图 1.1 所示 ， 把加热板加热到一定的温度，将要封合的塑料薄膜紧压在一起，这是热封原理与结构最为简单的一种 ， 封合速度较快 ， 可恒温控制 ， 这种方法常应用于封合聚乙烯等复合薄膜 ， 而对受热易收缩与分解的薄膜，如各种热收缩薄膜，聚氯乙烯等不宜应用。 1-热板 2-封缝 3-薄膜 4-耐热橡胶 5-工作台 图 1.1 热板封合 回转辊筒封合如图 1.2所示，将一对反向等速回转辊筒的 一方或者双方加热，两辊中间通过重合膜进行加热、加压封合，本方法的一大特点是能连续封合。主要适用于复合包装薄膜，因单层薄膜受热易变形会导致封缝外观质量较差而不宜应用。 nts毕业设计（论文） 3 1-热辊 2-薄膜 3-封缝 图 1.2 回转辊筒封合 带状缝合如图 1.3 所示，一对相向回转的金属带之间，夹着要封合的薄膜直线运动，在前进中通过钢带两侧加热、加压、冷却。本结构稍为复杂，一般用于袋口的最后封口上，既能再运动中封合，以能适应受热易变形的薄膜。 1-加热区 2-冷却区 3-钢带 4-薄膜 图 1.3 带状封合 滑动加压封合如图 1.4 所示，薄膜首先通过一对热板中间受到加热（电加热或空气加热），再经一对反向回转辊加压封合。本方法结构简单，能适应那些热变形大的薄膜的连续封合。 1-热板 2-加热辊 3-封缝 4-薄膜 图 1.4 滑动加压封合 脉冲封合如图 1.5 所示，用捏铬合金扁电热丝压着薄膜，再瞬时通以大电流nts毕业设计（论文） 4 加热，接着用空气或通冷却水强制封缝冷却，最后放开压板。本方法结构上略比热板封合复杂，但适用于易热变形与受热易分解的薄膜，所得封口质量较好，因冷 却占有时间，故生产率受到限制，只适用于间歇封合，在热电丝与薄膜间常用耐热防粘的聚四氟乙烯织物，薄膜另一端承压台上带耐热的硅橡胶衬垫，使焊缝均匀。 1-压板 2-扁电热丝 3-防粘材料 4-封缝 5-薄膜 6-耐热橡胶垫 7-工作台 图 1.5 脉冲加压封合 熔断封合如图 1.6 所示，将热源与要封合的薄膜靠近，使封口部融化成球状。这种封缝的封口强度较大，适用于热收缩薄膜，但不适应热分解性的薄膜。 1， 3-薄膜 2-封缝 4， 5-冷却板 6-加热板 图 1.6 热 板熔焊封合 高频封合如图 1.7 所示，薄膜用上、下电极压着，外加高频电源时，聚合物有感应阻抗而发热融化形成封缝，因是内部加热，中心温度较高而不过热，所得封缝强度较高，对聚氯乙烯很适合，但不适用低阻抗薄膜。 nts毕业设计（论文） 5 1-压头 2-高频电极 3-封缝 4-薄膜 5-工作台 图 1.7 高频加压封合 电磁感应封合，向圈状的电阻通上高频电流 ， 就在其周围产生高频磁场 ， 磁场内如有磁性材料就会根据磁滞损耗而发热 ， 若在薄膜之间加上很薄的磁性材料 ， 或在塑料中预先掺加一些磁性氧化铁粉 ， 塑料即瞬时熔化粘 合 ， 加热部分可不需直接和塑料袋接触 ， 因此能连续又高速地进行封合 ， 适合于生产线的生产 ，这是近几年内热封塑料的新方法。 红外线封合，将红外线直接照射在薄膜有关位置进行熔化封口 ， 照射源的发热极高 ， 深色容易加热 ， 对透明薄膜只要在封口层下铺上黑布即可。本方法能对一般加热无法封口的聚四氟乙烯和厚度达 5 6 毫米以上的聚乙烯片进行封合，这亦是近年来国内外研制出热封塑料的新方法。 1.3 包装机、封口机国内外发展现状 我国封口机等包装机械起步较晚， 1990 年尚未形成完备的工业体系， 95 筹划后，我国封口机等包装机械得到快速发展 ，年平均增长速度大于 30%，进入2000 年以后，仍以 20%的速度增长。经过 20 多年的发展，我国封口机等包装机械已成为机械工业中十大行业之一。无论是产量还是产值，都取得了令人瞩目的成绩 1。近 20 年来的发展，我国封口机已经从人工参与较多的手工封口技术逐渐发展到现在全自动封口技术。随着电子技术和机械制造的成熟和发展，全自动封口机也向着更加高精尖的领域发展。但是手动和半自动的封口机应用较为广泛，还并未摆脱人力需求较多的缺点。目前我国的封口机研究主要分为三个方面：1.创新设计方面的研究； 2.安全设计技术方面的研究 ； 3.卫生设计技术方面的研究 2。 国外的包装封口技术成熟较早，高频封合，超声波封合，电磁感应封合，红外线封合等封口方法研究较早，已经非常成熟了。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、封口机生产国家。德国的封口机在制造和技术性能等方面居世界领先地位。一些大公司生产的封口机采用光电感应，以nts毕业设计（论文） 6 光标控制，并配有防静电装置。德国的包装封口机出口比例占 80%左右，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包装封口机制造大国，其封口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。目前世界各国对包装机封口机的发展十分重视，尤其是封口机的精确化、智能化和自动化的研究，高科技产品不断涌现。生产高效化、资源高利用化、产品节能化、实用化、科研成果商业化已经成为世界各国的包装封口机械发展的趋势。无论国内还是国外，应用最广泛的还是热封式的封口机，纵封器多选用滚轮式热封器，选择这种热封方法的好处就是稳定、简单、经济、便于维修；横封器千差万别，但主要还是以热封为主。国外高档包装、精密包装多用超声波封合，因为这种封口方式热效应极小，不起皱，无封合痕迹。量产时也经常用到红外线封合的方式 ，这种方式不但封合精确，而且封合深度可达 5 6mm，是比较新的封合方式。国内外自动化较高的封口机对本课题的研究有很大帮助。 1.4 本文主要研究工作 本文首先确定了包装机的总体布局，然后提出了封口系统的具体设计方案，根据方案，主要的设计和研究内容有： a. 颗粒包装机的原理方案设计； b. 颗粒包装机的传动系统方案设计； c. 纵封机构的详细设计； d. 横封机构的详细设计； e . 切断机构的详细设计。 nts2 包装机封口系统总体方案设计 7 2 包装机封口系统总体方案设计 2.1 总体方案分析 包装机中封口的方法 多样，但是效率高，自动化高的包装机往往用的还是热封的封口方法。热封方法也是应用最广的一种方法。普遍情况下颗粒状物品的包装袋都是塑料类制品，借助热变形，热封器很容易的就能将薄膜封合在一起，而塑料制品热塑性良好，冷却后强度较高，封口质量稳定性好。 考虑到设计任务要求的包装速度 30-60 袋 /min。热封系统的连续性和自动化要求要高，相比间歇性的封口系统，连续制袋更为优。在方案选择优化的时候回转型的热封器应该优先考虑使用。 2.2 总体方案提出 方案一：卧式间歇制袋三边封口系统 ，如图 2.1 所示。 1-卷筒薄膜 2-导辊 3-成型器 4-导杆 5-张口器 6-横封器 7-加料器 8-纵封牵引器 9-分切刀 10-成品袋 图 2.1 卧式间歇制袋三边封口系统 此类型的封口原理如图 2.1 所示。卷筒塑料薄膜 1 经导辊 2 引入成型器 3，在成型器 3 和导杆 4 的作用下形成 U 形并由张口器 5 撑开。当加料器 7 下行进入加料位置时，横封器 6 闭合，同时装填物料。随后，横封器 6 和加料器 7 复位。然后。纵封器 8 闭合热封并牵引薄膜移动一个袋位。最后由切刀 9 把包装袋切断。 方案二：立式间歇制袋中缝封口系 统 ，如下图 2.2 所示。 nts毕业设计（论文） 8 1-供料器 2-导辊 3-卷筒薄膜 4-成型器 5-加料管 6-成型筒 7-纵封器 8-横封牵引器 9-成品器 图 2.2 立式间歇制袋中缝封口系统 如图 2.2 所示，卷筒塑料薄膜 3 经导辊 2 被引入成型器 4，通过成型器 4 和加料管 5 以及成型筒 6 的作用，形成中缝搭接的圆筒形。其中加料管 5 的作用为：外作制袋管，内为输料管。封合时，纵封器 7 垂直压合在套于内筒和外壁的薄膜搭接处，加热形成牢固的纵封。然后，纵封器复位，由横封器 8 闭合对薄膜进行横封同时向下牵引一个袋的距离，并在 最终位置加压切断。可见，每一次横封可以同时完成上袋的下口和下袋的上口封合。而物料的填充实在薄膜受牵引下移时完成的。 方案三：立式连续制袋三边封口系统 ，如下图 2.3 所示。 1-卷筒薄膜 2-导辊 3-成型器 4-加料器 5-纵封滚轮 6-横封辊 7-切断刀 8-成品袋 图 2.3 立式连续制袋三边封口系统 nts毕业设计（论文） 9 如图 2.3 所示卷筒薄膜在纵封滚轮的牵引下，经导辊进入制袋成型器形成种纸管状。纵封滚轮在牵引的同时封合纸管对接两边缘。随后由横封辊闭合实行横封切断。同样，每次横封动作可同时 完成上袋的下口和下袋的上口封合，并切断分离。物料的充填是在纸管受纵封牵引下行至横封闭合前完成的。 2.3 总体方案确定 a. 方案 1 和方案 2 都是间歇制袋的，工作效率没有方案 3 高。 b. 方案 1 的横封和纵封以及方案 2 的横封，机械动作复杂，要求的机械结构也相对复杂。相比之下方案 3 更优。 c. 方案 2 和方案 3 的横封器包含了切断机构，故此可以考虑使用横封切断一体。 d. 方案 3 节省了空间、时间 ， 又考虑到方便、造价低等特点，此次选用立式连续制袋三边封口包装机。 纵封原理方案的确定 ，如下图 2.4 所 示 ： 1-热辊 2-塑料薄膜 3-封缝 图 2.4 回转滚筒封合简图 如图 2.4 所示，塑料薄膜 2 经过热辊 1 的牵引热封在封缝 3 处热合。这种封合方式既考虑了效率，又考虑了经济性和稳定性。 横封原理方案确定 ，如下图 2.5 所示 ： 1、 3-辊体 2-加热管 图 2.5 横封辊结构简图 nts毕业设计（论文） 10 如图 2.5 所示，在一个回转周期内，辊体两次对塑料薄膜进行加热封合。 2.4 传动方案确定 薄膜袋的封口过程如图 2.6 所示，物料从 1 进入包装袋，包装袋在 2 处开始纵封，经过 3 的横封，完成封口 ，最 后 再 由 切断机构 对包装袋进行 切断。 1-纵封器 2-横封器 3， 4， 5， 6， 7， 8， 9， 10-链轮 11-切断装置 图 2.6 传动方案装配简图 电机将动力通过小链轮传到大链轮 4 上，带动主轴上的链轮 5 和链轮 7。链轮 5 通过链条将动力传到链轮 6 上，链轮 6 带动纵封器 2 运转。带轮 7 经链条将动力传到链轮 8 上，链轮 8 带动偏心链轮 10 作不等速回转，然后偏心链轮 10 将动力传送到链轮 9 上带动横封器 3 的回转。 主电机的确定： 由于整台机器较小，功率、扭矩都较小，故而不需要较大的电机。由于要实现电机变速，综上所述，参考机 械设计手册和同类型的小型机器，选择型号为LL86HB156 的步进电机，其主要性能参数如下所示： 步距角（ ）： 1.8； 相电流（ A）： 6.0； 设定转速（ r/min）： 300r/min； 保持转矩（ Nm）： 12.2； 转动惯量 (gcm)： 4000； 重量（ kg）： 5.4。 总传动比分配： 机器的包装速度是： 30-60 袋 /min，所以横封器啮合次数应该达到 30-60 次/min，袋长范围为 60-180mm，据此，计算纵封器的转速 n。 袋长暂取 L=100mm，包装效率暂定 Q=30 袋 /min， 则包装完一袋需要的 时间为 2 秒。使纵封辊旋转一周刚好封合两个袋长，则由公式（ 2.1）可知纵封辊的nts毕业设计（论文） 11 半径： 2L=2R （ 2.1） 将所取数值代入，则纵封辊半径 R32mm。 由公式（ 2.2）可知纵封辊的角速度： RQLz 60（ 2.2） 将 数值代入， 则纵封辊的角速度 z=1.5625rad/s 包装的线速度 =30 袋 /min 100mm/袋 =3000mm/min=50mm/s （ 2.3） 则可得纵封辊的转速 n15r/min （ 2.4） 传动比的具体分配如下，电机到减速装置的减速比为 6，减速装置到纵封系 统的减速比为 3.33，减速 装置到横封系统的减速比为 1.8。 主轴转速计算： 综合 上述传动比的分配 ，主轴转速计算如下 ，见公式（ 2.5） ： n 主轴 =n 电机 i 链轮减速 =3006=50r/min （ 2.5） 主轴最小直径计算 ，见公式（ 2.6） ： d0 A3Pn=3 50431.0110=23.17mm （ 2.6） 设计轴时一般考虑轴上的键槽对强度的影响，设计时应该根据槽的个数增大尺寸，其经验公式计算如下 ，见公式（ 2.7） ： d=d0 3n %41%41 ）（）（ 23.3mm25mm （ 2.7） 最终主轴最小直径取 25mm。 2.5 小结 设计之初，传动系统选择的主要减速方式 是：涡轮蜗杆，齿轮减速，其传动比小，但是强度大。经过导师指导，换成了一大一小链轮组合来代替部分齿轮和涡轮蜗杆进行减速。链轮配合的最大传动比可以达到 10；并且由于本包装机整体尺寸较小， 所需要的力也不大， 工作条件完全可以满足，所以最终选择了依靠链轮组来对传动系统进行减速工作。 nts3 包装机封口系统部件设计 12 3 包装机封口系统部件设计 塑料薄膜及其复合材料是自动制袋包装机中最常用的包装材料，特别是多层复合薄膜，因为它的气密性良好以及高强度而广泛应用于食品包装中。 塑料薄膜的封口采用热融封合的方法，具体操作是：对塑料薄膜的两个接触面加热 ，使其处于熔融的热塑化状态，再给封接部位施压，使薄膜两个封接面融合密封牢固。影响封合质量的因素主要是加热温度、封合压力和和作用时间。热融封合的方法有多种形式 2，最常用的是电阻加热法和脉冲加热法，另外还有高频电加热封合、超声波加热封合、电磁加热封合和红外线加热封合等。每种方法均适用于一定品种范围的塑料材料。在自动制袋装填包装机中，广泛应用电阻加热的热融封合方法，因其具有机构简单，调控方便的特点。而且，用于食品包装的薄膜主要是聚乙烯及其复合材料居多，也就是说主要以聚乙烯为热封合材料，因此用电阻加热封合法是完 全能满足要求的 3。 连续制袋包装机中有两个封合装置：纵封装置和横封装置，分别实现包装袋的纵缝封接和横向封合。他们均采用电阻加热的封合方法。 3.1 纵封器的设计 在连续式自动制袋装填包装机中，由于薄膜连续输送，因此其纵缝封接是连续进行的。为此采用一对滚轮式电阻加热的热融封接器来实现连续纵封。在此，热融封接滚轮不仅完成包装薄膜制袋的纵向热封，同时还起到对包装薄膜的 辅助牵引输送作用。也就是说，牵引和纵封是同时进行的，牵引滚轮同时也是纵封滚轮。 如 下图 3.1所 示是纵封 执行机构的 结构。两纵封辊轮的圆筒内均装有加热 器，发热元件一般用电阻发热线圈，绕装在支座上，再通过支座安装在轴承座或者安装板上。当纵封辊轮随轴旋转时，加热器固定不动，持续的对辊子的圆筒壁均匀加热。加热温度通过测温器测量，并由温控表控制器变化范围。 纵封器的动力来源在传动系统设计时候已经提到，通过 链 轮带动了纵封器的主动轴，纵封器的主动轴和被动轴通过一对相互啮合的齿轮同时驱动两轴，使纵封辊实现相对旋转。 nts毕业设计（论文） 13 1-加热线圈 2-套筒 3-纵封辊 4-弹性挡圈 5-调节支杆 6-导热套筒 7-轴承 8-纵封轴 图 3.1 纵封器结 构图 如图 3.1 所示，纵封装置主要由一对纵封辊 1 组成，辊子的外圆周表面紧密压合，压合力来自弹簧力的作用。纵封辊分别安装在轴的左端，由螺母固定，使得辊轮可随轴转动。轴 7 的两端轴承固定安装。另外一轴可以相对滑动，滑动的目的是调节两纵封辊的相对距离和压力，其上端固定一个调节支杆 8。 在纵封辊的封合圆柱表面上都加工有均匀细密的网纹，以增加封口的牢固度，使热封美观而且质量得到保证。另外，由于纵封辊轮在工作中长时间处于加热状态，并连续相对滚压运转，因此需要有较好的综合力学性能。在实际生产中可采用合金结构钢加工，如 40Cr 等钢材制造。 对于纵封辊轮的受力情况，已知低密度聚乙烯和钢之间的静滑动摩擦系数f=0.27，设调节支杆上的弹簧的预紧力为 200N，则对纵封辊产生的摩擦力为： F=2000.27=54N （ 3.1） 已知纵封辊的直径为 D=64mm，由公式 T=2FD可得： mmN 17282 6454TT 21 （ 3.2） 则纵封辊的功率 ，由公式（ 3.3） ： P 纵 =9550nT181W （ 3.3） 则主轴的功率 P=P 纵 i=431W （ 3.4） nts毕业设计（论文） 14 3.2 横封器的设计 横封器用于复合薄膜包装袋的横向热熔封合。横封器 是将经纵封器进行纵向封合后筒状的包装材料，按照工艺要求的长度规格进行横向封合，按照横封器工作的运动形式 ， 可分为连续运动和间歇运动两种形式。根据设计需要，本次设计中采用连续式纵封装置。 因塑料袋装机有连续或间歇运动之分 ， 故横封器在机能、运动形式、实现运动的机构及横封的结构方面往往有较大差异 ， 即使是连续式横封器 ， 若该机仅只需完成单一规格袋的 ， 一般较简单 ， 如要适用多规格可调的袋装机就较为复杂。 将一对轴线平行反向等速回转的滚轮的一方或双方加热，在二滚轮中通过封口薄膜进行封焊，其滚轮结构如 下 图 3.2 所示，这种结构又 称横封器，用来对连续运动的薄膜进行塑料袋横向封口。滚轮依靠 支杆 4 上的弹簧 保持弹性接触，其压紧力大小可通过锁紧螺母 1 和调节套筒 2 等来获得。其中主动齿轮 8 带动从动齿轮 14 等速回转，横封辊也就等速回转接触加热。在滚轮内装有电热丝卷绕后外套钢管的加热棒，电流由碳刷 5 和滑环（ 图中 未画出）与加热棒中的电热丝相通。滚轮外形呈菱形（见界面 A-A），利用留下的圆弧部分封口，在圆弧面上 可刻有网状花纹，以利封口美观并保证封口质量。热封辊的有效长度（ 150mm）必须大于最大袋宽（ 120mm），热封辊的半径 r 应使其热封时的线速度与塑 料移动速度相等。横封辊材料可用 40Cr 钢，温度可在 100 178 摄氏温度范围内调节。 1-锁紧螺母 2-调节套筒 3-机架 4-支杆 5-碳刷 6-横封辊 7-横封主动轴 8-主动齿轮 9-轴套 10-从动链轮 11-传动链轮 12-螺母 13-从动轴 14-从动齿轮 15-弹簧挡圈 16-加热棒 17-弹性垫片 18-支架 图 3.2 横封器 nts毕业设计（论文） 15 横封器的一些设计计算： 由于包装袋袋宽范围为： 70-120mm，所以横封辊的长度 120mm， 这里设计为 150mm。 由于包装 袋的袋长范围为： 60-180mm，设计选择的长度为 100mm，平均袋长 Lp=120mm，单轴热封头头数取 q=2， 所以横封辊半径 r 可由下式 （ 3.5） 得出： r=2qLp=2120238mm （ 3.5） 应用于连续制袋式袋装机上的横封机构有如下一些工艺要求应满足 ， 设计连续式袋装机的横封 器应能满足如下一些工艺要求： （ 1） 速度的同步 热封时，热封头与连续运动着的袋筒须具有同步的速度。否则，封口部位就可能发生起皱或拉长，甚至断裂等不现象。当袋长规格有变化时，尤其要注意这一点。因此，采用回转型的热封头，由于半径固定不变，往往采用不等速运动机构（如偏心轮机构、转动导杆机构等）来带动，以便适应调节其封合线速度满足热封要求。 （ 2） 横封头的不等速运动 由于横封时，要求横封头在袋筒运动方向上的线速度和袋筒的运动速度相同，所以横封头必须作不等速运动。此外，工作中的横封头是处于高温状态（温度高于 100 ），为了防止包装材料发生过热现象，应使横封头的横封动作结束，就很快速让开，所以横封头也必须作不等速运动，常用的不等速机构有偏心链轮机构和传动导杆机构，本次设计采用的是偏心链轮机构。 （ 3） 速度的无极可调 当包装机的生产能力和包装袋袋长规格变化时，由于横封头的回转半径不能调，所以只有改变横封头的回转速度，即横封速度的连续可调。 3.3 偏心链轮的设计计算 偏心 链轮机构是一种不等速机构，它被广泛应用在立式包装机连续横封辊的传动链中。通过调节偏心链轮不等速机构，可使连续式包装机的横封辊满足如下一些工艺要求：热封时，热封头与连续运动着的袋筒必须具有同步的线速度，否则，封口部位就可能发生起皱或拉长甚至断裂等不良现象，当袋长规格有变化时，尤其应当注意这一点。 如图 3.3 所示 ， 偏心链轮不等速回转机构它由两个相同齿数的主从动带轮 2、4 和一个张紧轮 5，再绕以套筒辊子带 3 构成。其中主动带轮 2 由分配轴带动作匀速回转，其偏心距可以借助滚花手轮 1 进行调整。从动带轮 4 则绕定轴作不等速回转 ，并经中间传动装置带动热封器的热封头实现不等速回转。 nts毕业设计（论文） 16 1-辊花手轮 2-主动带轮 3-套筒辊子带 4-从动带轮 5-张紧轮 图 3.3 偏心链轮不等速回转机构 运动规律分析：图 3.4 所示为偏心链轮机构工作原理简图。设 O、 O2分别表示主从动链轮的回转中心，其中心距 OO2=L，节圆半径 O1A=O2B=R；主动带轮的偏心距 OO1=e，角速度为 w0。若某瞬间的角位移为 ，相应的从动带轮的角位移为 ，当主动带轮节圆上任一点 A 转到与带 AB 相切时，该点的瞬时线速度为vA，其值 vA=w0，（ =AO，为 A 点的瞬时回转半径），设它与带同向分速度为 vA，令 vA与 v A的夹角为 ，则其值 由公式（ 3.6）得 ： 图 3.4 偏心链轮机构工作简图 c o sc o s 10 AOVV AA （ 3.6） c o s2s i n220 eLLeeLRV A （ 3.7） 由图 3.4 可见，同一根 带在张紧时 A、 B 两点的线速度应该相等，即 vB=vA若 vB与从动带轮的节圆相切，并令该轮的瞬时速度为 ，则 由公式（ 3.8） ： nts毕业设计（论文） 17 c o s2s i n220 eLLeeLRRV B （ 3.8） 故得： c o s2s i n1220 eLLeReL （ 3.9） 上式表明 ， 当主动偏心轮以 w0等角速回转时 ， 则从动链轮作变角速度转动。偏心链轮输出运动的特性曲线见图（图 3.5） ， 实质上它反映了 w-的变化规律。 根据不同袋长需要 ， 输出满足工艺要求的角速度带动横封器 ， 是设计偏心链轮机构时必须考虑的可调问题 ， 欲得到所需的角速度 ， 在实际应用中有两个不同的途径 :直接调节选用热合瞬时角，调解主动链轮上的偏心距。 调节选用热合瞬时的 角 ， 即是利用式 (3.9)或图（图 3.5）特性曲线 ， 使其中偏心距 e、链轮半径 R 及两轮回转中心距 L 不变的条件下 ， 根据输出的角速度， 找到相应的主动 轮瞬时转角 ， 在该瞬时使横封器的热封件与料袋上的光电色标处在封合状态。由此可见 ， 当袋长变化时应先打开不等速回转机构输出轴到横封器输入轴间的传动链。待偏心轮上 OO1连线与两回转中心连线 O1O2调到应有的 夹角时 ， 让横封器的热封件相啮合 ， 再合上暂时打开了的传动链 ， 横封传动时开时合 ， 且找准 夹角也十分麻烦 ， 一般采用甚少。 图 3.5 偏心链轮机构输出运动特性曲线 调节主动链轮的偏心距同样亦可达到改变输出角速度满足热封的需要 ， 它是利用特性曲线的两个极值点作为专门的热封点 ， 偏心距的改变可使输出的极大角速度在 -0( 1+ e/R)0之间；同样也可使输出的极小角速度在 0( 1-e/R ) 0之间。与此同时 ， 速度极限角 1、 2 分别有向 /2、 3/2靠拢的微小变化 ， 包装机在规定的袋长范围内 ， 其中偏小规格利用 min 的极点进行热合 ，偏大规格利用 max 这一极点输出角速度进行热合。 如将经换算后袋长值刻在相应的偏心距的标尺上 ， 只要调节偏心距到预定的nts毕业设计（论文） 18 袋长刻度上并加以固定 ， 就能立即使用。这种方法调整方便 ， 得到广泛应用。这种机构就叫可调式偏心链轮 ， 见图 3.6。 图 3.6 可调式偏心链轮结构简图 调整时首先松开调整螺杆上的锁 紧螺母 ， 然后转动调整螺杆 ， 使偏心链轮所需调整的刻度值对准传动轴中心 ， 调节好之后将其锁紧即可。偏心链轮偏心位置相对横封辊的位置调整见图 3.3。偏心链轮与链轮 1 的齿数相同 ， 前后横封辊齿轮的齿数相同 ， 后横封辊齿轮齿数是齿轮 1 齿数的 2 倍。这样 ， 偏心链轮沿传动轴转一圈 ， 链轮 1 与齿轮 1 也相应转一圈 ， 而前后横封辊齿轮只转半圈。这就是说 ， 偏心链轮沿传动轴转一圈 ， 横封辊转半圈 ， 对一袋进行封口。经主机点动运转 ， 当前横封辊上的 A 点与后横封辊上的 B 点重合时 ， 调节偏心轴的位置 ，使偏心链轮的偏心方向与链条紧边运动轨迹方向垂直 ， 并使偏 心轴处于链条紧边的一侧 ， 然后将齿轮 1 与后横封辊齿轮相啮合即可。 由于偏心链轮不等速回转机构输出角速度的大小与偏心距 e、链轮半径 R、两轮轴中心距 L 各参数有关 ， 因此设计偏心链轮不等速机构时 ， e、 R、 g 也是必须计算确定的重要参数。由前分析可知 ， 主动链轮的输出角速度的两个极限值 : ReRe110min0max（ 3.10） 两式左端0max 、0min 为从动轮与主动轮的角速度之比 ， 用字母 i 表示 ， 改写成 : ReiRei11minmax（ 3.11） nts毕业设计（论文） 19 如前所述 ， 制袋工艺要求热封件在热合瞬间与包装料袋运动线速度相同 ， 则有 ： hfR h =60QL（ 3.12） 式中： Rh-横封件的回转半径，故得： hRQLqRe 6010 （ 3.13） 在设计时可在规定袋长范围内取中间袋长或称平均袋长 lp 的热封计算值 ，可使 e=0、 i=1， 由式 (3.13)可知 ： hpRQlq 600 （ 3.14） 设偏心链轮的转速为 n0(r/min)， 由于： 0 =n0/30 （ 3.15） 则： 260 0pph qlQlqR （ 3.16） 代入（ 3.10），可得： f=（ l/lp） 0 （ 3.17） 也可写 if=l/lp。 与式（ 3.11）联立，求得不同袋长所对应的主动链的偏心距： ef=（ 1-if） R （ 3.18） 根据机械设计手册上链轮齿数选取的优先数列，先取链轮的齿数 Z=31，链条节距 P 取 8mm，中心距为 300mm，则此偏心链轮的节圆半径 R 应为： R= mm40Z1 8 0c s c21 P（ 3.19） 则当袋长为 100mm 时，偏心链轮的偏心距为： mmLpLiRe fi 6.6)1( （ 3.20） 令偏心链轮（分配轴）的转速为 n0， 则根据公式（ 3.14），可得 n0=30r/min。 在装配和调整不等速机构时，可遵循以下方法： 1） 首先把偏心链轮调节在 0e 处，即链轮中心和主轴中心重合。转动偏心链轮使其偏心线（即调节螺杆轴线）垂直于两链轮轴的中心连线，同时使最小袋长值的一边靠近链条主动边。 2） 确保横封辊正处于热合状态，即封切刀相互接合状态。 nts毕业设计（论文） 20 3） 配上链条，完成安装。 4） 按要求调节偏心值 e 到需要的袋长值，如此即可启动机器工作。 偏心链轮不等速机构的优点在于结构简单， 精度要求较低，使用调整方便。但其调速范围因为取决于链轮偏心值 e ，因此受到结构的限制。而且 e 值大侧带张紧轮摆动范围大，其张力波动大，对运动不利。另外，此结构不适于高速运动和可逆传动，速度越高，带跳动越历害。 3.4 剪切机构的设计 利用卷筒包装材料来实现物料的包装，都存在着成为单个包装产品的切断工序，切断的方式根据热封方式、包装材料输送形式和切断方法可分为热切和冷切两类，热切如高频加热到、脉冲电加热熔断和电加热切刀等；冷切如回转刀、铡刀、剪刀、和锯齿刀等多种。 热切：它是靠薄膜受热熔化和施加一定压力而使薄膜分开 的一种方法。采用热切的切断机构可与横封机构合在一起 ， 在横封同时 ， 进行热切断。热切中有高频加热刀 ， 电热丝熔断及电加热切刀等。其中高频加热刀用在间歇式袋装机上 ，对聚氟乙烯薄膜袋进行封口 ， 同时完成切断 ， 实际是一只具有刃口的电极；电热丝中间的一根 1 2 毫米左右直径的圆电热丝 ， 根据需要可选择断续或连续通入脉冲电流 ， 电热丝与薄膜直接接触使熔化的薄膜切断；电加热切刀是具有刃及热量可使薄膜切断。 冷切及其机构：冷切是利用金属刀刃的锋利度使薄膜在横截面上受剪切力而分开薄膜的料袋方法。 下图 3.7 为辊刀式切断装置。 1-转刀 2-定刀 图 3.7 辊刀式切断装置 回转刀切断机构如图 3.7 所示 ， 由转刀与固定组合而成 ， 两刀的形状尺寸完全相同 ， 仅安装方向相反 ， 回转刀顺料袋前进方向作等速回转 ， 每袋一周 ， 动刀与定刀间有微隙 ， 保证无袋时不会打坏刀尖。有袋时顺利分切。工作时。回转刀刃与定刀刃间不是全线同时相遇的 ， 而是在刀刃的的全长上按 1 2 左右的倾角nts毕业设计（论文） 21 依次相遇的 ， 这样似剪刀一般 ， 更有利于将薄膜分割开。 回转刀切断包装袋的速度应大于薄膜前进的速度。为保持切刀锋利 ， 两刃间有 微隙 ， 这样切断薄膜袋时 ， 并不是靠两把金属刀刃完全相遇来完成的 ， 而是靠活动刀刃线速度大于薄膜袋运动速度 ， 产生的挤与拉相结合将薄膜分割开。所以 ，刀的回转线速度小于薄膜前进速度是不行的 ， 即使等于薄膜前进的线速度的话，也是切而不断。只有回转刀比薄膜有较高的线速度 ， 将薄膜剪切变形。强度大大削弱 ， 然后使前一包装袋赶快离开本体到拉断作用。 因该回转刀切断机构不是与横封机构设计在一起的 ， 而切断时必须切在横封接缝正中 ， 才能使薄膜袋外形美观。因而切断在机构横封器的下面 ， 有一切断刀与横封器间的同步问题 ， 解决同步问题就必须设计切断 机构的相位调节装置。 3.5 剪切相位调节机构的设计 剪切相位调节机构如下图 3.8 所示， 相位调节装置可通过调节两 链 轮的相对位置来实现。 1-轴套挡环 2-螺母 3-轴套 4-从动 链 轮 5-键 6-弹簧 7-六角螺栓 8-轴承 9-主轴 10-剪切辊
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