蓄电池外壳热封口机设计【11张CAD图纸和说明书】
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编 号无锡太湖学院毕 业 设 计 （ 论 文 ）题目： 蓄电池外壳热封口机设计 信 机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专 业学 号： 0923120学生姓名： 顾新宇 指导教师： 高汉华 （职称：副教授 ）（职称： ）2013 年 5 月 25 日无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚 信 承 诺 书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 蓄电池外壳热封口机设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。班 级： 机械 93 学 号： 0923120 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日I无 锡 太 湖 学 院信 机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专 业毕 业 设 计 论 文 任 务 书一、题目及专题：1、题目 蓄电池外壳热封口机设计 2、专题 二、课题来源及选题依据课题来源于生产实际。 目前我国蓄电池塑料盒封口设备比较落后，基本为手工和半自动封口，不但存在许多安全隐患，而且工人的劳动强度大，生产能力非常小，包装质量很难保证。本设计为一台蓄电池外壳热封口机设计，用于某集团公司的蓄电池塑料盒的盒盖与盒身的焊接封口。该封口机既可以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度，同时还可以消除安全隐患，提高了塑料盒封口设备的自动化和先进性，而且产品的封口质量更容易保证。 通过设计这台机器，可以让学生掌握相关的知识及技能，传授给学生整体的设计方法、设计理念，对提高学生的综合分析问题和解决问题的能力及社会竞争力有积极的作用。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：1.通过该设计使学生熟悉机械设计的一般思路。 2.使学生掌握机械设计的方法和技巧。 3.通过设计巩固机械制图、机械设计、液压与气动等课程的基础知识。 II4.完成主要部件的参数计算。 5.完成标准件的选用。 6.完成零、部件图 8 张以上。 7.完成塑料盒封口机总装图 1 张。 8.撰写毕业说明书一份。 计算正确完整，文字简洁通顺，书写整齐清晰。 论文中所引用的公式和数据应注明出处。 论文字数不少于 1.5 万字。 四、接受任务学生：机械 93 班 姓名 五、开始及完成日期：自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师 签名签名签名教 研 室 主 任学科组组长研究所所长 签名系主任 签名2012 年 11 月 12 日III摘 要封口机是一种包装机械，目前在我国非常落后，特别是火工产品包装设备，基本为手工和半自动包装。本设计为设计一台全自动塑料盒封口机，用于蓄电池的包装。通过对封口机的使用条件、功能及设计参数的分析，将机器的总功能分为功能元，提出各功能元的最优方案；根据最优方案进行结构设计、具体零部件的材料选择、强度计算，最终确定零部件结构尺寸；再根据总体方案进行系统的总驱动、总控制设计。经过一番对气动系统和控制系统的研究，了解其工作原理及控制方法，就可以认识到封口机的工作过程。蓄电池外壳热封口机的基本结构设计是由一个机架组架、上料传动机构、上下料机构、精密模架双头封口机构、气缸-连杆増力机构和气动系统、液压缸-连杆増力机构和液压系统、电器控制系统及软件。其所实现的快速封口主要由上下料机构决定，其主要由三个气缸- 连杆机构统和三个具有双圆弧的推动薄片所形成的动力系统，盛放上下料机构的侧立板以及其上的定位装置和精密模架双头封口机构。此封口机通过气缸来实现盒子的运动，加热，冷却及夹紧。通过此封口机，可以实现人力的解放，并更好的保证了产品的安全，提高包装质量，提升生产效率，进而获得更大的利润。关键词：封口机；包装机械；功能；气动系统；控制系统IVAbstractSealing machine is one kind of packaging machinery, we are currently lagging far behind other country, especially the explosive product packaging device, basically depend on the manual and semi-automatic packaging. The design of the plastic box of automatic sealing machine is use for Storage battery fully. Sealing machine through the use of the conditions, functions and design parameters of the analysis, the overall function of the machine is divided into functional element, the element of the function of the optimal program; in accordance with the structural design of the optimal program, the specific components of the material selection, strength calculated to determine the ultimate size parts; overall plan is based on the total driving system, the total control design. After a series of pneumatic system, control system research and then you can understand its working principle and control methods, and it will show you the work of the process of sealing machine. The basic structure of the battery casing heat sealing machine is designed by a rack set of frame transmission mechanism, feeding, loading and unloading mechanism, precision mold base double sealing mechanism, cylinders - rod increase the force of institutions and pneumatic systems, hydraulic cylinders - rod increasing force agencies and hydraulic systems, electrical control systems and software. The rapid sealing of its achievement is mainly determined by the upper and lower feed mechanism consists of three main cylinder - linkage mechanism system , three double sheet in promoting the formation of the power system, in full bloom the lateral plate of the upper and lower feeding mechanism and on the positioning device and precision mold base stud sealing mechanism.The Sealing machine transits the cylinder to achieve the movement, heating, cooling and clamping of the box. Through the sealing machine, you can achieve the liberation of human and it can better guarantee the safety of the product and improve the quality of packaging and elevate product efficiency, then earning more profit.Key words: Sealing machine； packaging machinery；function； pneumatic system； control systemV目 录摘 要 .IIIABSTRACT .IV目 录 .V1 绪论 .11.1 本课题的研究内容和目的 .11.1.1 本课题的研究目的 .11.1.2 本课题研究的主要内容 .11.2 国内外的发展概况 .21.2.1 包装机械的概述 .21.2.2 封口机的概述 .31.2.3 封口机的国内外研究情况 .41.3 自动化生产线技术概述 .41.3.1 自动生产线的发展历程 .41.3.2 自动化技术的发展趋势 .62 课题解析及其任务设计 .72.1 课题背景及意义 .72.2 塑料盒设计内容及技术参数 、要求 .72.2.1 设计用途 .72.2.2 设计技术参数 .72.2.3 塑料盒技术要求 .82.3 进行该设计的知识准备 .83 总体方案的制定与设计 .93.1 塑料盒的总功能分析 .93.2 功能分解 .93.2.1 塑料盒封口功能的分解 .103.2.2 塑料盒自动输送功能的分解 .103.2.3 过程控制 .103.3 各功能元的原理方案设计、分析、评价及选定 .113.3.1 常用的封口形式 .113.3.2 封口装置的移动 .123.3.3 封口参数的制定 .133.3.4 塑料盒的定位 .133.3.5 塑料的夹紧 .143.3.6 塑料盒的移动 .143.3.7 塑料盒的驱动 .153.3.8 塑料盒输送的控制 .153.4 蓄电池外壳热封口机的组成及工艺流程 .15VI3.4.1 封口机的工艺流程 .153.4.2 封口机的主要装置 .154 加热装置的设计 .164.1 气缸的设计及计算 .164.1.2 确定气缸行程 .164.1.3 确定气缸结构类型 .164.2 加热模板的设计 .174.2.1 技术关键 .174.2.2 结构设计 .174.2.3 材料的选择 .184.3 加热装置的其他结构的设计 .184.3.1 隔热的设计 .184.3.2 加热装置位置调整设计 .185 冷却装置的设计 .205.1 冷却模板的设计 .205.1.1 冷却模板设计的技术关键 .205.1.2 冷却模板的结构设计 .205.2 冷却装置的结构设计 .216 盒输送装置的设计 .226.1 盒输送装置设计原理 .226.2 盒输送气缸设计、计算 .226.2.1 气缸类型及结构的选择 .226.2.2 气缸参数计算 .226.3 推板导向装置 .236.3.1 直线导轨副类型的选择 .236.3.2 滚动直线导轨的参数选择计算 .236.3.3 选型 .247 蓄电池外壳热封口机总体设计 .267.1 气压传动系统的设计 .267.2 控制系统的设计 .267.2.1 控制流程图 .267.2.2 IO 点分配 .287.2.3 程序梯度图 .297.3 封口机的机架设计 .297.4 封口机的总装图 .308 结论与展望 .318.1 结论 .318.2 不足之处及未来展望 .31VII致 谢 .32参考文献 .33蓄电池外壳热封口机设计11 绪论1.1 本课题的研究内容和目的1.1.1 本课题的研究目的目前我国蓄电池塑料盒封口设备比较落后，基本为手工和半自动封口，不但存在许多安全隐患，而且工人的劳动强度大，生产能力非常小，包装质量很难保证。本设计为一台蓄电池外壳热封口机设计，用于某集团公司的蓄电池塑料盒的盒盖与盒身的焊接封口。该封口机既可以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度，同时还可以消除安全隐患，提高了塑料盒封口设备的自动化和先进性，而且产品的封口质量更容易保证。 1.1.2 本课题研究的主要内容1）蓄电池外壳热封口机的基本结构设计是由一个机架组架、上料传动机构、上下料机构、精密模架双头封口机构、气缸-连杆増力机构和气动系统、液压缸-连杆増力机构和液压系统、电器控制系统及软件。其所实现的快速封口主要由上下料机构决定，其主要由三个气缸-连杆机构统和三个具有双圆弧的推动薄片所形成的动力系统，盛放上下料机构的侧立板以及其上的定位装置和精密模架双头封口机构。其运行过程为蓄电池在上料传动机构上运行到指定位置，气动-连杆机构启动，推动双圆弧薄片将两个电池推到上下料机构上，在固定的定位系统上定位，液压缸-连杆机构启动，通过机架组传动系统使精密模架封口机构快速向下运动，是电池快速封口，在向上运动，回到原来的位置，第二个气缸-连杆机构启动，将两个电池推到横向定位系统上，第三个气缸-连杆机构运行，将两个电池推到上料传动机构上运到包装线上。由电器系统和软件控制的上述气动和液压系统，使其连续不断的进行生产。其中第二和第三气缸-连杆机构可以同时启动，这样可以节省时间提高效率。架组件包括方形机架及其地脚，在方形机架上安装有下支板、中支板和上支板；在下支板和中支板之间对称安装有两个支撑筒，支撑筒内分别安装有拉杆，且拉杆过中支板与上支板连接；在两个支撑筒中间，下支板上安装液压缸-连杆机构及液压系统。在中中支板和上支板之间安装精密模架双头封口机构；在中支板上面安装着上料传动机构和上料传动机构的侧立板，侧立板的中间部位安装有上下料机构；中支板下面安装有气动系统；电器控制系统安装在所述的方形机架的右端。2）蓄电池外壳热封口机结构的优化：紧密的排放各种机构节省空间，将机构的各个零件打磨，在不影响精度的情况下节省材料、美观、安装方便。改良电器控制统及软件，使其不断的进行加工并且不互相干涉。3）蓄电池外壳热封口机结构的二维图是由机构的主视图、俯视图、液压缸-连杆机构的局部视图，电器控制系统电路图、气动系统和液压系统的控制系统回路图。4）蓄电池外壳热封口机的机构的三维图包括各个零件的三维立体图和由各个零件装配所形成的装配图组成。无锡太湖学院学士学位论文21.2 国内外的发展概况1.2.1 包装机械的概述包装机械是指能完成全部或部分产品和商品包装过程的机械。包装过程包括充填、裹包、封口等主要工序，以及与其相关的前后工序，如清洗、堆码和拆卸等。此外，包装还包括计量或在包装件上盖印等工序。使用机械包装产品可提高生产率，减轻劳动强度，适应大规模生产的需要，并满足清洁卫生的要求。 从广义角度而言，新中国成立之后，我国的基础包装机械工业才开始起步，经过半个多世纪的发展，和国际先进水平仍然有不小的差距，一些技术含量高的包装成套设备仍需要依靠进口。有资料显示，2005 年我国包装机械产量已达到 67 万台(套)，到 2010 年将增至 93 万台( 套) 。目前，我国包装机械已成为机械工业中的十大行业之一。但我国包装机械出口额还不足这一行业总产值的 5%，进口额却与总产值大抵相当。当然从整体而言，目前我国大多数据技术较为先进的包装机械的研发还处在仿制阶级，独立开发的能力还十分有限。为此，不少国外大企业将自己的技术和部件引入中国，在本土加工,从而降低了成本，与本土产品展开了激烈的竞争。包装链高度自动化的大部分包装工作，特别是较复杂的包装物品的排列、装配等工作基本上是人工操作，难以保证包装的统一和稳定，可能造成对被包装产品的污染。因此，提高整个包装链的自动化水平和质量水平，是非常重要的。真正的现代化包装机械的每个机械手均应由电脑控制，并具有对材质及厚度的高分辨能力。业内人士认为，未来包装业将配合产业自动化趋势，在技术发展上朝着机械功能多元化，结构设计标准化、模组化，控制智能化，结构高精度化等几个方向发展。机械功能多元化已趋向精致化和多元化方向发展，单品种大批量的产品越来越少，而多品种小批量的产品日益成为主流。在大环境的变化趋势下，多元化、具有多种切换功能，能适应多种包材和模具更换的包装机才能够适应市场的需求。例如，在一台泡罩包装机上既能进行“铝塑”包装又能进行“铝铝”包装，且要求切换简单，所需更换的模具少。而目前，更换模具的时间一般在 12 个小时，如此长的时间无法适应多品种小批量的生产要求。结构设计标准模块化对于传统的工业设计来说，如果想要推出一个新机型，需要进行大量繁重的工作，还要靠新设备收回高昂的设计成本，从而拉高了新机型的价格。未来的设计应采用标准化、模块化的设计理念，能够充分利用原有机型的模块化设计，可以在短时间内将之转换成新机型，把新机型的价格控制在比较合理的范围内。控制功能智能化控制系统是机械设备的大脑，也是下达动作指令的核心装置。目前，包装机械生产厂家普遍使用可编程控制器（PLC 控制器），这种设备不具有工业电脑（PC ）所拥有的强大功能。对于多数传统机械控制设备来说，采用 PLC 是适当的，因为需要控制参数的数量有限，很多地方仍然采用机械方式控制，例如，扭矩控制就是利用机械离合器来对电机进行过载保护的。然而，随着设备自动化程度的提高，计算机控制设备越来越多，应用到设备上的各种传感部件、检测部件、控制部件、执行元件的数量蓄电池外壳热封口机设计3非常庞大，此时 PLC 就无法对如此众多的参数进行管理和控制了，而工业 PC 将是最好的选择 2。1.2.2 封口机的概述封口机是将充填有包装物的容器进行封口的机械，在产品装入包装容器后，为了使产品得以密封保存，保持产品质量，避免产品流失，需要对包装容器进行封口，这种操作是在封口机上完成的。封口机是指在包装容器盛装产品后，对容器进行封口的机械。 制作包装容器的材料很多，如纸类、塑料、玻璃、陶瓷、金属、复合材料等，而包装容器的形态及物理性能也各不相同，因此，所采用的封口形式及封口装置也不一样。无封口材料封口机。包括热压式、冷压式、熔焊式、插合式、折叠式等封口机。有封口材料封口机。包括旋合式、滚纹式、卷边式、压合式等封口机。有辅助封口材料封口机。包括胶带式、粘结式、钉合式、结扎式、缝合式等封口机。一般按包装材料的力学性能，它可分以下两类：(1)柔性容器封口装置 柔性容器是用柔性材料，如纸张、塑料薄膜、复合薄膜等制作的袋类容器。这类容器的封口多与制袋、充填构成联合机，很少独立使用，由于材料不同，其封口装置也不一样。纸袋封口装置。对于纸类材料，一般采用在封口处涂刷粘合剂，再施以机械压力封口。 塑料薄膜袋及复合薄膜袋封口装置。很多塑料具有良好的热封性，用这类塑料制作的塑料袋或复合袋，一般采用在封口处直接加热并施以机械压力，使其熔合封口。 (2)刚性容器封口机 刚性容器是指容器成型后其形状不易改变的容器，其封口多用不同形式的盖子，常用的封口机有以下几种：旋盖封口机。这种封盖事先加工出内螺纹，螺纹有单头或多头之分。如药瓶多用单头螺纹，罐头瓶多用多头螺纹。该机是靠旋转封盖，而将其压紧于容器口部。滚纹封口机。这种封盖多用铝制，事先未有螺纹，是用滚轮滚压铝盖，使之出现与瓶口螺纹形状完全相同的螺纹，而将容器密封。这种盖子在启封时将沿裙部周边的压痕断开，而无法复原，故又称“防盗盖”。该机多用于高档酒类，饮料的封口包装。滚边封口机。它是先将筒形金属盖套在瓶口，用滚轮滚压其底边，使其内翻变形，紧扣住瓶口凸缘而将其封口。该机多用于广口罐头瓶等的封口包装。压盖封口机。它是专门用于啤酒、汽水等饮料的皇冠盖封口机。将皇冠盖置于瓶口，该机的压盖模下压，皇冠盖的波纹周边被挤压内缩，卡在瓶口颈部的凸缘上，造成瓶盖与瓶口间的机械勾连，从而将瓶子封口。压塞封口机。这种封口材料是用橡胶、塑料、软木等具有一定弹性的材料做成的瓶塞，利用其本身的弹性变形来密封瓶口。该机封口时，将瓶塞置于瓶口上方，通过对无锡太湖学院学士学位论文4瓶塞的垂直方向的压力将其压入瓶口来实现封口包装。压塞封口既可用作单独封口，也可与瓶盖一起用作组合封口。卷边封口机。该机主要用作金属食品罐的封口。它用滚轮将罐盖与罐身凸缘的周边，通过互相卷曲、钩合、压紧来实现密封包装。 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 4。1.2.3 封口机的国内外研究情况在封口机行业的发展中，一直伴随着发展起来的塑料封口机就是其中之一，塑料封口机设备自有它发展 起来的道理，塑料封口机设备主要与人们的生活息息相关，因而应用范围非常的大，在饮料行业随着包装材 料的发展，多功能保鲜性、选择透过性、耐热性、无菌( 抗茵 )性以及防锈、除臭、能再封、易开封性等特性 为塑料封口机设备的发展起到推动作用，因而在塑料封口机设备的发展中是经济社会推动的必然结果，从而 在各行业的发展中都有应用到塑料封口机设备的，推动着塑料封口机设备的发展。技术的进步，是塑料封口机发展长远的前提，在塑料封口机设备的研发中，在封口方面应用热管和冷封 口技术，在高科技含量的塑料封口机设备的推动下，塑料封口机也是越来越畅销的，在塑料封口机行业的发 展中，各企业的发展与它选择的行业息息相关的，塑料封口机这个行业在众多优秀行业中脱颖而出在于它自 身的价值和长远的发展，塑料封口机地位不可忽视，它带来的不仅是进步还是社会迈向科技的标志以及人类 的探索发展。星火在封口机行业一直从事塑料封口机设备的研发，将更加投入的发展塑料封口机设备，为各 行业的发展提供技术与设备支持，全面发展的经济社会中塑料封口机功不可没。在塑料封口机行业前景一片大好的时期，要具有忧患意识，在顺境中发展塑料封口机更迅速些，因而在 塑料封口机行业客户越来越多的同时,要注意客户的要求，这些有可能是塑料封口机以后发展的方向，是促进塑料封口机的发展可能，在中国数十年的努力没有白费，作为一个新兴产业，塑料封口机行业会给社会带来巨大成就，科技大发展带动着塑料封口机的发展。蓄电池外壳热封口机设计51.3 自动化生产线技术概述1.3.1 自动生产线的发展历程自动生产线是由工件传送系统和控制系统，将一组自动机床和辅助设备按照工艺顺序联结起来，自动完成产品全部或部分制造过程的生产系统，简称自动线。从二十世纪 20 年代开始，随着汽车、滚动轴承、小型电动机和缝纫机等工业发展，机械制造中开始出现自动线，最早出现的是组合机床自动线。在此之前，首先是在汽车工业中出现了流水生产线和半自动生产线，随
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