粉剂包装生产线分析.ppt

螺杆式分装机 课题分析与技术参数 螺杆分装机总体设计 传动系统设计 确定主要机构 工艺动作循环图设计 控制系统设计 一 课题分析与技术参数 1 机器技术性能 分装原理 影响计量精确性的因素 粉状物的流动性 比容 颗粒大小和均匀度等 主要用于流动性较好的药粉分装 螺杆分装机装量范围大 调节装量有粗调和细调 为提高分装效率 可采用双螺杆甚至8螺杆进行分装 2 螺杆分装机主要技术参数 1 生产能力 30 120瓶 分 2 装量范围 80克 瓶 装量误差 3 3 适用瓶子规格见容器参数 3 对设计的要求 1 生产能力可调 并具设定功能 2 具有生产量计数和显示功能 3 具有防金属屑自动保护装置 4 具有缺瓶止灌功能 5 具有粉料位控制功能 6 具有开门即停机的安全保护装置 二 螺杆分装机总体设计 1 工艺方案的拟定 粉剂生产工艺流程大致如下 准备瓶 药粉 装粉 热封铝箔 旋盖 贴签 装盒 检测合格 总体设计思路 工艺流程 总体方案 整机布局 以下内容为参考资料 不完全配对课题 本设计主要考虑送瓶 药粉的分装及胶塞输送与盖塞等装置 根据工艺流程和生产要求可确定 粉针分装机平面工艺布置如图 2 总体布局 根据设计要求和以上确定的工艺方案 粉针分装机总体上应包括如下结构 1 贮瓶进瓶装置 包括贮瓶盘 送瓶转盘及进瓶轨道等 2 主工作盘部件 包括分装转盘及相关定位装置 3 喂料与分装装置 包括喂料送粉机构 分装头及搅拌机构等 4 理盖旋盖装置 5 出瓶机构 6 动力与传动系统 7 控制与检测系统 8 机架部件 用以连接和支承各部分 内部安装有关传动部分 为满足生产要求 采用双螺杆分装形式 如图 螺杆式粉针分装机总体布局 1 机架 2 传动系统 3 进瓶装置 4 控制系统 5 喂送料装置 6 分装机构 7 理益塞装置 8 主工作盘部件 9 出瓶机构 整机演示 三 传动系统设计 主要介绍 拟定传动系统方案 电机的选择 传动链设计计算 有关强度校核 略 拟定传动系统方案 本设计要求以电脑为核心 实现各部分协调控制 传动方案与传统机型的有较大区别 为使本设计能满足生产和控制及成本等要求 本机传动系统采用多电机分别控制不同执行机构 避免由一台电机驱动各执行机构的复杂性 使传动机构较为简单 分两块 分装机主传动系统喂料与分装装置传动 分装机主传动系统设计 思路 选一电机驱动主轴 在主轴上安装凸轮 链轮等驱动分装 盖塞 进瓶 出瓶部件 使它们协调运转 采用一离合器作为手动与机动切换 分装机主传动系统原理图 喂料与分装装置传动设计 思路 分装螺杆 搅拌桨 送粉螺杆分别用不同电机驱动 因分装螺杆间歇转动 所以选步进电机直接带动 搅拌桨 送粉螺杆选用一般电机驱动 用离合器控制起停 喂料与分装装置传动图 电机的选择 传动与控制特征 核心控制 多电机驱动 1 主传动系统电机 用以驱动进瓶 分装转盘 盖塞及出瓶输送等装置 根据设计要求 生产率可调 主电机应可调速 分装机工作时阻力较小 电机耗功主要用于克服机器运动件之间的摩擦阻力 要求转矩较为均恒 为此 类比选用Z2型它励直流电动机 电气无级恒转矩调速 电机型号为Z2 32 2 2kw 最高转速1000r min 2 3 2 分装螺杆电机 螺杆式分装机分装精度很大程度上取决于螺杆每次旋转的转数 分装螺杆工作时推送粉剂的阻力很小 所消耗的功主要用于克服螺杆轴与支承之间的摩擦力 应着重考虑螺杆的旋转精度 所选电机必须能保证分装螺杆周期旋转的一致性 可选用磁阻式步进电动机 电机型号为75BF001 步距角1 5 最大静转矩0 392Nm 分装量控制 控制系统 步进电机步距数 分装螺杆周期旋转 3 搅拌桨与送粉螺杆电机 搅拌桨搅拌与送粉螺杆推送药物时的工作阻力都较小 所耗的功主要用于克服传动元件间的摩擦力等 送粉螺杆的间歇旋转可由图9 21中的电磁离合器5来实现 可选用小功率三相异步电动机 电机型号为JW08B 2 P 180w 转速n 1400r min 传动链设计计算 主传动系统中 由Z2 32型它励直流电动机驱动主轴 再通过凸轮或链轮分别驱动分装转盘 胶塞卡扣装置和进出瓶机构 参见传动系统图 机器采用双螺杆分装的结构 主轴旋转一转 分装转盘转动一次 即分装两瓶 则主轴的转速范围为n主 15 60 r min Q 30 120瓶 分 设计传动链 1 皮带传动2 进瓶转盘传动链3 进出瓶输送带传动链4 搅拌桨与送粉螺杆传动链 1 皮带传动 电机最高转速为n电 1000r min 则电机与主轴之间的最大传动比为i电 主 n电 n主 1000 60 16 67 由电机至主轴 中间采用皮带和一对斜齿轮进行减速 如果齿轮模数m齿 3 小齿轮齿数Z20 20 齿轮传动比i齿轮 n20 n18 Z18 Z20 皮带传动的传动比i皮带 n24 n21 按照 早升迟降 原则 设i皮带 i齿轮 并取i齿轮 3 6 则大齿轮的齿数为Z18 i齿轮 Z20 3 6 20 72 皮带传动的大小带轮直径比为D d d21 d24 n24 n21 i皮带 i电 主 i齿 16 67 3 6 4 63 设大皮带轮直径为D d21 300mm 则小皮带轮直径为d d24 300 4 63 64 8 mm 取d24 64mm 2 进瓶转盘传动链 为使分装机既适用于模制瓶 5 25ml规格的玻璃瓶瓶身外径为22 36mm 瓶全高为38 7 58mm 也适用于管制瓶 5 25ml规格的玻璃瓶瓶身外径为18 4 28mm 瓶全高为39 7 65mm 在分析计算时以直径较大的模制瓶为对象 初步分析估算 设进瓶转盘直径为500mm 则为满足120瓶 分的生产率要求 理论上进瓶转盘转速为n进 36 120 2 250 2 75 r min 为使输瓶轨道上有足够玻璃瓶 并形成一定压力 选择n进max 24r min 对应于生产率30 120瓶 分的要求 由此可确定 进瓶转盘转速范围n进 6 24 r min 由主轴至进瓶转盘的总降速比i主 进 n主 n进 60 24 2 5 设换向锥齿轮Z7 Z8 18 链轮m链 2 5 小链轮Z2 16 则 大链轮齿数Z6 i主 进 Z2 2 5 16 40 3 进出瓶输送带传动链 进瓶输送带辊筒的动力来自于链传动10 主动轮与链轮6同轴 从动轮与进瓶输送带辊筒同轴 设进瓶输送带辊筒转速范围亦为6 24r min 故采用1 1链轮 其齿数为Z10 16 出瓶输送带辊筒由链轮传动17 14带动 链轮14与辊筒同轴 如也取辊筒转速范围为6 24r min 则可设定Z17 Z2 16 d17 d2 Z14 Z6 40 d14 d6 4 搅拌桨与送粉螺杆传动链 参照现有机型 设搅拌桨与送粉螺杆转速为n2 n3 100r min 两同步齿形带相同 选择 模数m11 m16 3 齿数Z11 Z16 40 蜗杆6 13的头数Z6 Z13 1 采用45钢 蜗轮材料采用ZQSn10 1 电机转速n4 1400r min 则 齿形带直径d11 d16 m16 Z16 3 40 120 mm 蜗杆蜗轮减速比为i蜗 n6 n7 n13 n14 1400 100 14 蜗轮齿数Z7 Z14 i蜗 Z6 14 1 14 蜗杆轴直径ds 130 P n 1 3 130 0 18 1400 1 3 6 7 实际可取10mm 蜗杆分度圆直径d6 2 5ds 2 5 6 7 16 75 mm 取d8 20mm 模数m 0 1d6 0 1 20 2 取m 4 蜗杆直径系数q d6 m 20 4 5 蜗杆分度圆升角 arctg Z6 q arctg 1 5 11 31 蜗轮分度圆直径d7 d14 m Z7 4 14 56 mm 蜗杆蜗轮中心距a m q Z7 2 4 5 14 2 38 mm 蜗杆螺旋部分长度L d7 2m 2 d72 1 2 56 2 4 2 562 1 2 31 mm 蜗轮宽度b7 b14 0 45 d8 6m 0 45 20 6 4 20 mm 四 确定螺杆分装机主要机构 1 贮瓶进瓶装置 2 主工作盘部件 3 喂料与分装装置 4 理盖塞装置 5 出瓶机构 6 动力与传动系统 7 控制与检测系统 8 机架部件 螺杆分装机主要组成部分 进瓶装置分装转盘部件分装头机构喂料送粉机构理盖塞装置 介绍主要机构初步设计 1 进瓶装置 驱动 动力来自主轴 链轮传动 锥齿轮换向 定速旋转 进瓶动力 相互推挤和离心力使玻璃瓶进入输瓶轨道 并依次被送至分装转盘的定位槽中 结构 进瓶转盘采用带加强筋的圆盘 圆盘周边用薄不锈钢片围成 并开有用于倒瓶剔除的矩形孔 孔长以管制瓶瓶全高为参考 取70mm 孔高则以模制瓶瓶身外径为参考 取为38mm 进瓶演示 2 分装转盘部件 功用 将由进瓶轨道送来的玻璃瓶间歇送达分装工位 盖塞工位进行装粉 盖胶塞 然后再送至出瓶轨道 运动 分装转盘的旋转须与分装螺杆的转动相协调 亦即两者必须保持严格的运动关系 驱动 为实现分装转盘的间歇旋转 本设计中选用蜗形圆柱凸轮步进机构 即利用蜗形凸轮驱动端面带有滚子 且与分装转盘固结在同轴上的分度盘 结构 设计成圆周上开有定位槽 以对玻璃瓶定位 图示 蜗形圆柱凸轮及分度盘 1 蜗形凸轮 2 分度盘 3 滚子 分装转盘 定位槽宽度比瓶子半径大1 5mm左右 为使瓶子容易进入定位槽 r1比r2稍大 由于分装转盘与分度盘同步旋转 定位槽数与分度盘端面的滚子数相对应 蜗形凸轮旋转一周 分装转盘转动一次 完成两瓶工作 双螺杆分装机 3 分装头机构 驱动 分装螺杆直接用步进电机带动 通过微机控制和调节 结构 采用双分装头一体式 结构紧凑 外形美观 搅拌 搅拌桨轴空套于螺杆轴上 由一异步电动机驱动 图9 21 通常搅拌桨与分装螺杆反向旋转 螺杆 采用矩形螺纹结构 一圈螺旋槽计量容积V为V t s b D中 cos 中 cm3 安全措施 螺杆与导管及送药嘴避免接触 以防产生金属屑而污染药物 一般取间隙0 2mm 演示 4 喂料送粉机构 驱动 送粉螺杆与搅拌桨分别由一异步电动机驱动 粉位控制 在送粉螺杆传动链中安装有电磁离合器 结构 也采用螺杆 粉斗结构 送粉螺杆也采用矩形螺纹 为防止药粉从送粉室进入支架轴承 设计有阻粉环片 粉末冶金含油轴承 容纳粉末空腔 泄粉孔 送粉室与传动部分通过中间空腔而隔离 喂料送粉机构 1 送粉螺杆 2 加粉斗 3 支承腔 4 支架 5 轴承 6 泄粉孔 7 含油轴承 8 阻粉片 9 送粉筒体 10 出粉斗 安全措施 送粉螺杆与出粉漏斗口避免接触产生金属屑 常取间隙0 2mm左右 演示 5 理盖塞装置 粉针分装机的理盖塞装置由两部分组成 理塞 盖塞 理塞常用胶塞振荡供料器 有多种形式 本设计采用电磁振荡供料结构 图 盖塞机构一般有两种结构 一是利用机械手卡扣块往复转动将轨道出口处胶塞移至瓶口并压下 另一种为压板直接将出口处胶塞压进瓶口 本题将设计成凸轮压板盖塞机构 图 胶塞振荡器 1 机架板 2 支承弹簧 3 振荡磁铁 4 筒壳 5 螺旋环板 6 翻身轨道 7 胶塞 8 挡板 胶塞振荡器主体结构 设计为三个同向倾斜45 角的板弹簧支承的做上下及圆周扭动的振动振子 用一50HZ的半波整流电磁铁作振源 锥形筒底 设计筒底锥角为160 170 设计筒体内壁 焊有带缺口和挡板的螺旋环板轨道 以使胶塞排列定向 翻身轨道 用三根或四根排列成一定距离的不锈钢丝构成 胶塞在钢丝中靠重力下滑并自动翻转180 而成塞顶朝上 有的是利用卡扣块移胶塞至瓶口 压塞摆杆机构 1 饺轴 2 摆杆滚子轴 3 盘形凸轮 4 工作端销轴 5 工作台面 6 连杆 7 压板 8 翻身轨道 9 分装瓶 驱动 利用分配轴上凸轮驱动连杆带动压板上下压塞 压塞与分装的协调驱动压塞的凸轮与驱动分装转盘的凸轮安装在同一主轴上 主轴旋转一周 分装转盘转动一次 盖塞机构完成一次压塞动作 压板行程长度设计 压板行程即为胶塞滑道下口至瓶口的距离 扣除胶塞外缘的厚度 依杠杆放大原理 滚子轴2在盘形凸轮曲线槽中摆动弧对应的弦长 放大成摆杆工作端行程 五 工艺动作循环图设计 分装机上有送瓶 装粉 压塞及出瓶等不同执行机构 执行机构之间须有严格的时间和位置关系 也就是动作的順序及时间的分配必须协调好 工作转盘 分装螺杆 盖塞机构的运动只有时间关系 只需进行时间同步化设计 以双螺杆分装生产能力120瓶 分 此处作为Q 分析 则 分装转盘单位时间内转动次数为120 2 60次 分 主轴转速为 60转 分 主轴旋转一周的时间即分装机工作循环为T 1 60 60 1 s 由于分装机生产节拍 等于工作循环 已经确定 所以 本机 合理工作循环即为T合理 1s 各机构的运动循环也为1s 循环图设计续 设各机构的运动循环如下分配 转盘转动时间tZK 0 4T 0 4 1 0 4 s 停歇时间tZO 0 6T 0 6 1 0 6 s 螺杆分装时间tLK 0 4T 0 4 1 0 4 s 静止时间tLO 0 6T 0 6 1 0 6 s 压板下行压塞时间tYK 0 4T 0 4 1 0 4 s 低位停歇时间tYOK 0 1T 0 1 1 0 1 s 返回高位时间tYD 0 3T 0 3 1 0 3 s 高位停歇时间tYO 0 2T 0 2 1 0 2 s 螺杆分装机的工作循环下如图 螺杆分装机工作循环图 不足之处 1 分装转盘开始旋转与盖塞压板低位停歇结束的时刻重合 2 分装转盘开始旋转与分装螺杆分装结束的时刻重合 如果由于制造及装配误差 机件之间的间隙 构件受力变形等 有可能使机构运动出现不协调现象 必须考虑自动机的实际情况 增加滞后和超前余量 t 取 t 0 05s 则合理的螺杆分装机循环图如图 合理的螺杆分装机循环图 六 控制系统设计 根据设计要求 本机控制系统采用PLC为核心 实现各部分动作协调的方案 检测控制应用程序设计框图1 各机构协调工作检测控制2 瓶子定位与缺瓶检测控制3 分装量的控制与检测4 防金属屑自动保护控制