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纸箱封箱机设计——毕业论文,纸箱,封箱,设计,毕业论文
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上海电机学院毕业设计（论文）开题报告课题名称 _ 纸箱封箱机设计_ 学 院 专 业 班 级 学 号 XXXXXXX 姓 名 XXXXX 指导教师 XXXXXX 定稿日期： 20XX 年 XX月XX 日11纸箱封箱机设计1 选题背景及其意义科学技术的不断飞速发展，催促着各种食品加工品的不断出现，随之而来的对包装技术和纸箱封箱设备的要求也越来越高。随着生产设备的研发升级，纸箱封箱机械在流通领域中发挥着越来越大的作用。在纸箱封箱机械竞争日趋激烈的大背景下，研制高度自动化、智能化、多功能、高效率的纸箱封箱设备越来越得到相关行业的重视。近年来，工艺流程自动化程度越来越高，目前自动化技术在包装生产线中占比已高达50%以上。这些先进生产设备、纸箱封箱设备中大量使用了电脑设计和机电一体化控制技术，对提高生产率、设备的柔性和灵活性，增加机械手动作的复杂性具有非常重要的作用。设备中每个机械运动部件均经过精确控制，并通过传感器感应反馈给控制系统以调整执行部件的动作幅度，保证包装的质量，因此纸箱封箱等包装行业的发展即将催生出新兴行业1。在食品、轻工、医药、化工、电子等与人们生活息息相关的现代工业生产生产中，包括原料处理、车间加工和产品包装，尤其是产品封口包装等生产过程是工业生产中非常关键的环节之一。纸箱封箱机械设备的出现，使产品实现了机械化、自动化，是其快速生产的根本保障，它为包装工业提供先进的技术设备，在现代工业生产中起着重要的作用。纸箱封箱机等纸箱封箱机械设备能有效地提高生产效率，加速产品的更新迭代；对降低工人劳动强度，改善劳动条件；节约生产成本，保护环境具有积极作用；同时有利于被包装产品的卫生，提高产品质量，增强在包装市场中的竞争核心力，方便产品的市场流通。因此，设计、安装自动纸箱封箱机等纸箱封箱机械，无论是从提高产品质量、 生产效率，还是从消除加工误差、减轻劳动强度方面，都表现出十分重要的意义。经过几年的发展，目前封箱机竞争变得越来越激烈，未来的封箱机的发展趋势将是配合产业自动化发展，促进包装设备总体水平提高，发展多功能、高效率、低消耗的包装设备。其以后的发展特点主要有机电一体化、机功能多元化、结构设计标准化、控制智能化、结构 运动高精度化。纸箱封箱机对企业生产来说具有以下特点：1提高生产率提高生产率是包装封箱口机械的重要作用。如国内某些公司生产的全自动包装箱封口机的生产率可达50箱/min，这是手工包装箱封口无法比拟的。2改善劳动条件如采用包装箱封口机械来包装硫酸等危险品时，既提高了生产效率，又改变了劳动条件，避免工人与硫酸直接接触，使操作安全。3降低产品成本如采用包装箱封口机械包装液体、粉状物品时，可减少液体外溢、粉尘飞扬等现象的发生并减少和防止产品的散失，既节约原材料，使产品成本降低，又能保护环境。4提高产品质量如采用包装箱封口机械包装药品、食品时，避免了产品与人手的直接接触，加强了对产品的保护和产品卫生；另外，由于包装箱封口机械的设计精度高，保障产 品的外观整齐、封口严密，提高了产品的包装质量，增强了市场销售的竞争能力。2 文献综述（国内外研究现状与发展趋势）2.1 国外封箱机的发展现状及趋势纸箱封箱机的研发使用在发达国家起步较早，其封箱机研发生产技术的发展大致经历了以下如下几个阶段：简单机化、初级自动化、 自动封箱机、计算机控制的高度自动化封口机。早在上个世纪四十年代，一些国家的企业已经在食品、卷烟等行业尝试使用纸箱封箱机对产品包装箱进行封口操作。50年代，封箱机上广泛釆用了光电管、电气开关实现了封箱机的初级自动化。60年代，在封箱机上广泛采用了各种新型电子元件组成控制系统，并采用机、电气、 液压、气动等综合技术，出现了自动封箱机。70年代，由于采用电子计算机对封箱 机进行控制，进一步了解单片机和自动化封箱机的水平。80年代，封箱机行业大量的应用了高新技术，如微电子技术、激光技术、超声波技术以及光电纤维等，从而使封箱机及生产线高度自动化，使用效果更加理想可靠，包装封口质量更加提高。发展至今，历经70多年的发展进步，国外先进封箱机己经逐步发展为一个独立完整的体系，并成为机械制造行业的一个重要组成部分。美国包装工业起步于20世纪初期，自二战以来得到快速发展，逐步建立并形成 包括包装材料、包装工艺和纸箱封箱机完整而独立的工业体系。其包装工业总产值占国民经济总产值3%。美国当前前景看好的封箱机是:水平枕式微机控制、配有伺服电机和薄膜张力好的电力控制装置的纸箱封箱机。德国的封箱机在计量、制造、技术性能方面均属世界一流。该国生产的啤酒、饮料灌装成套设备生产速度快、自动化程度高、可靠性好。主要体现在：工艺流程的自 动化、生产效率高，满足了交货期短和降低工艺流程成本的要求；设备具有更高的柔 性和灵活性。意大利生产的封箱机中，40%是食品封箱机，如糖果纸箱封箱机、茶叶纸箱封箱机、灌装机等。产品的特点是外观考宄、性能优良、价格便宜。意大利纸箱封箱机行业的最大优势 就在于可以按照用户的要求进行设计和生产，并能保证很好地完成设计、生产、试验, 实现监督、检验、组装、调整和用户需求分析等。此外，英国、法国、瑞典、瑞士等国家的封箱机业各有优势，它们都在不断研制新型封箱机，都有久享盛誉的封箱机供应国内外市场。曰前，随着纸箱封箱机技术含量日趋增加，国外己经己将很多先进技术应用在纸箱封箱机上，如远距离遥控技术、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。1.2.2 国内封箱机的发展现状及趋势新中国成立后后的前30年时间里，我国封箱机虽有发展，但发展速度非常缓慢。1956年我国生产了第一台卷烟小纸箱封箱机。20世纪60年代，我国又生产了果酒、啤酒灌装机，20世纪70年代木逐渐开发了真空纸箱封箱机等，但是还没有形成包装工业体系。进入20世纪80年代，由于国民经济迅速发展，对外贸易不断扩大人民生活水平显著提高，对产品的包装要求越来越高，迫切要求包装实现机化、自动化，从而大大促使了纸箱封箱机的发展，纸箱封箱机在国民经济中占有的位置越来越重要。20世纪90年代以来，纸箱封箱机工业每年平均以20%-30%的速度增长，发展速度高于整个包装工业平均增长速度的15%-17%,比传统的机工业的平均增长值高4.7%。纸箱封箱机工业己经成为我国国民经济中不可缺少的非常重要的新兴行业。随着我国商品经济的繁荣和人民生活水平的提高，封箱机包装技术的前景十分乐观。近年来，国家加大了对食品和药品质量和安全的监督力度，对食品的生产加工包 装技术都提出了新的要求。一批生产企业先后投入资金进行包装设备的技术改造和生 产技术的创新，在一定程度上提升了我国封箱机的市场竞争力。我国的纸箱封箱机的发展空间依然广阔，食品纸箱封箱机包装技术的水平有待迫切开发的需要。纸箱封箱机行业面对市场的需求和如何赶上甚至超越发达国家的纸箱封箱机，及如何加大自主创新的步伐，力争在短时间内开发出一批具有自主知识产权 和国际先进水平的产品，是摆在我国封箱机机企业面前的紧迫任务。3 研究内容3.1研究方向纸箱封箱机。通过对纸箱封箱机各部件、机构的主流设计方案进行分析比较，选择合适的设计方案，确定出纸箱封箱机传送机构、折盖机构、调节机构等机构的最终设计方案，之后根据所选设计方案进行各运动机构的具体设计工作，如运动形式、尺寸选择、材料选择等，并完成各机构零部件的设计计算3.2纸箱封箱机的组成本次设计纸箱封箱机的整体结构主要由工作台、侧面传动机构、自动折盖机构、飞机头机构、刀架等组成。3.3设计的主要内容（1）机构选型：分析封箱机的工作原理，进行传送机构方案、折盖机构方案和封箱机构方案的设计，并对调节机构等进行设计计算。（2）封箱机的整体设计：设计封箱机的基本结构，基于封箱机的工作原理，对工作台、机架、侧面传动机构等部件进行设计计算。（3）刀架部件设计：分析刀架的工作原理，设计刀片，并对折盖机构设计进行设计计算。3.4主要技术要求1电机功率：2120W 2生产率：18箱分钟3封箱尺寸：L150-480 W200-480 H200-480（mm）4胶带尺寸：48-80（mm） 牛皮纸胶带、BOOP胶带5.机器尺寸：L1810mm x W1370mm x H1550mm 6.毛重/净重：250kg/200kg4 研究方案4.1总体方案本次设计纸箱封箱机的整体结构图如图3-1所示。该机由工作台、侧面传动机构、自动折盖机构、飞机头机构、刀架等组成。通过两台电动机驱动，分别带动侧面传动机构的两根摩擦带运行。两根皮带和工作台上的辊轮平台以及顶式机构挂件上的定位轮组成箱体轮廓空间，在箱体进入该空间后，皮带带动箱体前进。前箱盖经压舌架自动弯曲，后箱盖在纸箱进入封箱机托辊时，有一检测信号（光电信号）通知折后盖气缸动作，由折盖摆杆将其折弯。纸箱继续向前运动，左、右箱盖经过压杆自动向中间折弯，箱体前端将刀架和前胶轮压退位，使胶带开始与箱体贴合。箱体离开刀架时，刀架受弹簧弹力作用，复位弹起而切断胶带。同时后胶带压轮受回位弹簧力作用而复位，使封箱后的胶带末端同纸箱贴牢。箱体离开封箱机，完成一个纸箱的胶带封箱任务。图4-1 整体方案简图（1）传送机构设计方案方案一：间歇式传送a槽轮机构槽轮机构是常见的间歇式传动机构形式，如图2-1所示。其主要由主动拨盘、从动槽轮和机架三部分组成。工作时，主动拨盘作为主动件以一定角速度匀速转动。当主动拨盘上的圆销进入槽轮的槽中的时候，拨盘锁止弧与槽轮锁止弧分离，拨盘拨动槽轮转动，直到圆销与槽轮的槽脱离为止，槽轮停止。图2-1 槽轮机构b曲柄连杆机构图2-2 曲柄连杆机构该运动机构为四连杆中的双曲柄机构，如图2-2所示。中间连杆在曲柄旋转运动的带动下可以使连杆上任一位置的运动轨迹均为圆形，连杆设计成特殊结构，可以推动放于其上的物品进行间歇式向前传送。方案二：连续式传送直接依靠变速系统输出的运动带动传送带实现连续的传送。变速系统通过带传动、齿轮传动、以及链传动实现。比较两种方案的优缺点，本设计选择连续式传送，且传送带的运动由电机提供，经过带传动传递到工作台侧面传送带上，以实现纸箱的连续传送。（2）折盖机构设计方案纸箱封箱机中的折盖机构的运动形式应使摆杆输出运动为一定角度的往复式摆动。为保证箱盖在被封住以前不会因为纸板弹性而回弹，折纸箱后盖机构在始末两极限位置均需停留一定时间。所以选取折纸箱后盖机构的输入运动为直线运动。图2-3所示的两种机构都能实现折后盖动作。 连杆机构a 连杆机构b图2-3 折纸箱后盖连杆机构通过分析图2-3所示中的两种机构，连杆机构a在机构运动过程中存在死点，且设计计算繁琐，因此排除。连杆机构b比较合适利用气缸连接摆杆实现摆杆摆动。在运动状态改变时，虽然摆杆开始运动和有运动到停止时，很多零件承受的力可能较大。但可选用轻质的材料，因此选用该机构。（3）封箱机构设计方案封箱机构的具体功能是使封箱胶带把纸箱封住，并且切断胶带，然后回到初始状态等待下一次工作，具体方案示意图如图2-4所示。图2-5 封箱机构改进方案纸箱从左向右运动，先推动转轮1，转轮3会跟着转轮1一起运动，把刀片抬起；然后转轮2被推着运动，胶带被贴在纸箱上面，匀速继续向前，当纸箱后端通过转轮1时，转轮1不会向下运动，因为转轮3还在纸箱上方，转轮2也不会向下运动，当纸箱后端通过转轮3时，转轮1和转轮3带动刀片向下运动，而这时转轮2和转轮4并没有回到初始位置，用弹力使胶带被切断，当纸箱完全通过时，机构回到初始状态。如此就可以不受纸箱长度的限制而实现封箱的过程。（4）调节机构设计方案因为本纸箱封箱机设计能满足不同尺寸纸箱的封箱操作，为了使在一定尺寸范围内的纸箱都具有良好的通用性，该封箱机中设计有调节机构，调节机构的作用是调节装置各部分之间的距离，以便于对不同高度和宽度尺寸的纸箱进行封箱操作。所设计调节机构动力源选用气泵，通过推动气缸伸缩，当纸箱通过工作台，由感应装置接受纸箱的宽度和长度信号，确定为自动调节，因为气泵控制精确，操作简单，安全可靠，污染小。（5）方案的重点难点本设计传动机构中，每一组摩擦带机构上都设有独立的电机，由侧面传动。纸箱前盖、侧盖和后盖的自动折盖方式。设计能适应不同尺寸纸箱的调节机构。胶带切断的位置能适应不同尺寸的纸箱。（6）预计达到的目标纸箱进入该纸箱封箱机后，皮带带动箱体前进。前箱盖经压舌架自动弯曲，后箱盖在纸箱进入封箱机托辊时，有一检测信号（光电信号）通知折后盖气缸动作，由折盖摆杆将其折弯。纸箱继续向前运动，左、右箱盖经过压杆自动向中间折弯，箱体前端将刀架和前胶轮压退位，使胶带开始与箱体贴合。箱体离开刀架时，刀架受弹簧弹力作用，复位弹起而切断胶带。同时后胶带压轮受回位弹簧力作用而复位，使封箱后的胶带末端同纸箱贴牢。箱体离开封箱机，完成一个纸箱的胶带封箱任务。4.2 拟采取的技术措施本设计拟采用理论推导和计算绘图分析的方法进行设计。机械装备现代设计方法也为我们提出了很多的新思路，如机构的运动分析、机构的力学分析、利用CAD/CAM进 行设计等。在设计过程中我们应该综合运用这些方法，可以使设计更为细致。另外， 要使我们的设计尽量优化，以达到符合要求的性价比。因为纸箱尺寸不确定，即折盖机构的具体位置不确定，折纸箱后盖机构采用气泵提供动力，气泵的放置位置需要考虑。若将折盖机构置于两侧，则需要设计传动系统把运动传递到两侧，这样会多出一部分零件，使成本增加。因此选取方案把折盖机构置于上方，这样传动系统会简单很多。但是也有缺点，摆杆的运动不在是在水平面中的摆动，而是在竖直平面内，这样会使很多零件承受的力增大很多，因此在材料选用时，尽量选择较轻的材料。考虑到实际中纸箱的尺寸是千变万化的，为了使装置在一个较大的范围内具有一定的通用性，加入调节机构，调节机构的作用是调节装置各部分之间的距离，以满足不同高度和宽度的纸箱进行封箱。5 论文工作量及预期进度2018年12月- 2018年1月：收集资料，确定设计系统总体方案，翻译有关外文资料及阅读技术文献，书写开题报告。2019年1月- 2019年3月：机械结构设计、绘制总装图。 2019年3月- 2019年4月：主要零部件设计计算，绘制零件图，电气控制系统设计，绘制电气原理图。 2019年5月- 2019年5月：撰写设计计算说明书。 2019年5月- 2019年5月：编写毕业论文。2019年5月- 2019年5月：毕业答辩准备和答辩。参考文献：1 刘武等胶带自动封箱机的结构设计文章编号: 1005-2895( 2001) 01-0018-03.2 汪在文世界纸箱封箱机械的发展趋势J中国包装工业，2005，105-103 屈能胜我国食品纸箱封箱机械发展综述J轻工机械，2005年，2：2-44 付又香我国食品纸箱封箱机械的现状与发展趋势分析J湖南人文科技学院学报，2009，02：1-35 杨福馨纸箱封箱机械发展趋势及我国纸箱封箱机械特点与优势J中国包装工业，1994，05：8-106 吴宗泽机械设计实用手册M北京：化学工业出版社，2003.3：28-797 彭文生机械设计M北京：高等教育出版社，20028 雷伏元自动纸箱封箱机械原理M天津：天津科学技术出版社，2009，6：203-2559 杨晓清纸箱封箱机械与设备M北京：国防工业出版社，2009.3：108-1521
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