真空包装机的设计【含19张PDF图纸+CAD制图+文档】
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本科生毕业设计外文翻译 本科生毕业设计（论文）外文翻译中文题目： 包装机械：可持续性和竞争力 外文题目： Packing machinery: sustainability and competitiveness 姓 名： 学 号： 学 院： 机械工程及自动化学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 年 级： 指导教师： （签名） 年 4 月 23 日包装机械：可持续性和竞争力帕德里克斯威尼I.美国包装机械工业:范围和市场特性包装机械执行各种功能包括：装罐，容器清洗，填充和成型；套袋，包装，解压，灌装，封口，封盖的检验和检查称重，包装，收缩膜，热密封情况形成标签和编码；码垛，卸垛及相关应用。经济数据显示包装机械行业是北美行业分类系统（NAICS）类别的主题行业333993，“包装机械制造业。”5美国统一关税表第HS 842220, HS 842230和HS 842240也对美国包装机械的国际贸易数据进行了描述。6在实践中，包装机械，还包括某些类型的材料处理设备，如输送带和蓄电池，专门打印和机械图形。包装机械制造商正向一个庞大而日益全球化的包装供应链提供关键技术。逆流而上，这供应链包括基本材料的生产者，如纸，塑料树脂，金属，和包装材料的转换器（从这些基本产品生产包装材料的公司）。顺流而下，供应链包括包装自己的产品的包装消费品制造商和那些包装由其他公司制造的包内物品的合同包装公司。美国包装机械制造商遵循一些商业模式。几个规模较大的公司已经成为完整的、集成的统包包装生产线的供应商。这样的公司提供增值的设计，工程化和集成服务，以及机械和传统的售后服务和支持，其他主导的专业技术，如胶粘合剂设备或编码包。一些转换器生产商也制造设备来加工他们主要业务的材料。许多其他公司提供特定类型的设备，组件和技术服务。包装机械市场包装机械在2008年美国市场总价值6.3亿美元，而国内厂商报告为$4.8亿美元的销售额。7美国普查局的报告显示，2007年美国有551家包装机械公司。大多数包装机械制造商是相当小的，近64%的少于20名员工。8加工食品和饮料制造商占约55的包装机械市场。药品生产企业占又一个10。其他显著包装机械终端用户领域占另外20，包括家庭，农业和工业化学品，个人护理产品;硬件和纸制品。9虽然零售商通常不常是包装机械的最终用户，他们通过他们的购买力和更可持续的包装日益重视，对包装行业产生强大的影响力。包装机械制造商面临着瞬息万变，竞争激烈的环境。购买大多数包装机械的大型包装消费品制造商有全球供应链，这条供应链不仅有为他们的生产投入服务，同时也为他们用来包装他们的成品的机械和材料服务。机械制造商面临着客户对更灵活的需求，生产设备和自己的需要维持他们的利润空间，标准和质量信誉的关系日益紧张的状况。美国包装机械的主要竞争对手原始设备制造商，在大多数情况下，欧洲。美国业内人士确定欧洲企业的有能力提供统包服务的设计，工程和完整的加工和包装生产线的安装，而不是简单地提供单独的机器作为自己最重要的的竞争优势。主要竞争对手是来自德国，意大利，和几个较小的北欧国家。日本制造商也主要的知名竞争对手。近年来，从中国的的进口也强劲增长。美国包装机械行业包括许多成功的出口商，与世界各地的客户做生意。尽管如此，业界近年来还是失地（失去市场份额）给外国竞争者。出口价值7.874亿美元占2007年的总出货量的14%，从2002年的15.1%略有下降。同年价值22亿美元的进口占国内市场的39%，这是从2002年的26.2%上升的。10毫不奇怪的是，经济衰退已经影响到美国的出口和进口的包装机械。包装机械的出口和进口都在2008年达到顶峰，分别在8.632亿美元和23亿美元。在2009年，出口量同比下降16.4到7.218亿美元，进口同比下降28.8至16亿美元。11包装类型和材料包装一般可分为四个基本类别。有时描述包装机械也根据这些类别。初级包装直接包装或其中包含了产品，例如瓶子。二次包装包装或包含初级的包装，例如，保鲜膜包含一小部分瓶子。配送包装包装或包含在配送过程中的一种产品，并提供用于高效地处理，例如，含有较大的瓶数的情况。机组负荷或运输包装多个容器组装成一个单一的联合捆绑适合材料的处理设备。为了运输，这样的包装经常稳定的通过使用托盘，打包机，收缩包装，或类似的装置，以形成一个单一的单元。12包装可执行多种功能。包装保护产品不受在运输和储存过程中的物理撞击，压碎磨损，热，寒冷，湿气的影响，和其他可能导致货物不能出售的威胁。包装也可保护产品免受运输和储存过程污染物污染，保持他们的卫生和无菌状态，直到它们被消耗。包装包含了包含的产品，使它们可以被运输和储存。包装保护产品安全不受盗窃和篡改的影响和传达产品的必需信息。对于消费类打包货物的制造商，包装也在竞争激烈的市场营销和建立品牌知名度起着至关重要的作用。13种类繁多的材料被用于包装和被包装机械加工。常用的材料包括纸和纸板，塑料（硬的，软的和薄膜），金属（钢，铝，锡），玻璃，木材，纺织品。近年来，纸和纸板的代表约45的总销售包装材料，塑料22，金属近17，玻璃和木材均略超过4。消费类产品占所有包装材料的80，包括食品，饮料，日用化工品，个人护理产品，耐用消费品如家电，家具，计算机。工业产品，如电动机械，医疗设备，和其他的物品平均占有。14包装是材料的主要消费者。例如，约72的转换的纸板，玻璃的20，和18的铝被用于包装。包装是许多配套产品的主要终端消费者，包括粘合剂（44）和油墨（32），包装是一个主要的最终用途。包装是在交通运输和建筑之后的第三大钢铁市场。包装有多种形式。硬质包装包括盒，瓶，桶，箱，板条箱，盆，提桶等容器。弹性袋，袋，管，膜，和纸制的层压板，塑料薄膜，铝箔经常的组合（例如，土豆片袋）被广泛应用的包装形式。包装还包括许多组件及配套产品，如闭包，防止篡改证据的材料，绳，麻绳，打包机，托盘，垫木，以及更多。15II.包装机械不断变化的业务环境包装机械制造商在主要市场需求，尤其是在欧盟的法律和法规的要求下整体减少包装材料消耗的环境下做生意。原始设备制造商必须适应一个事实，即可持续发展已成为有力的设计标准对新的材料和将会在他们自己的机器上运行的包装系统。制造商还必须确保他们的机器可以适应更多的因为较高的再生材料的含量而特性正在改变的常规材料。三股力力量正在推动包装供应链走向更大的可持续性：降低成本，消费者的态度和调控。购买大多数包装消费品的主要零售商越来越多地要求他们的供应商通过重新设计包装，以减少其重量和体积，来减少包装和主要包装废弃物的相关的成本。在源头消除浪费而不是在它被产生后也就是我们平时说的源减少。消费者的喜好，他们想要的产品越来越大的份额是环保的，也影响经销商的行为。许多国家，尤其是在欧洲，规范包装和包装废弃物。在未来的美国很可能会对包装废弃物有更大的监管，特别是在国家水平。这些作用力代表不仅是必要的，但也是个机会，对于任何一家在包装供应链的公司，可以通过减少包装相关的成本和废物捕捉价值。降低成本包装消费品制造商消纳许多种类的包装材料，并产生大量数量和品种的废物。提取原料，将它们转换成包装材料，包装消费品和其他产品，材料和包装货物运输带来显著的成本。在包装操作过程中的材料浪费，当包装被打开之前或在包装的生命周期的其他点失败，也代表着显著的成本。除包装材料本身，包装相关的输入包括：有害物质，特别是石油为基础的树脂，在许多粘合剂和在许多油墨中所含的重金属，能源，材料的提取过程中的消耗，制造，和转换，在包装和运输过程中操作;和水，作为一个过程的输入和作为瓶的润滑剂，广口瓶和罐头生产线。包装废弃物包括废弃的包装材料，温室气体排放，危险废物和废水。16没有变为可卖产品的包装输入，一旦产品被卖出，就会被丢弃浪费。在创建源之前减少包装废物，可以降低公司在整个包装供应链的制造成本。如果有效的处理，回收包装废弃物也可以返回显著的经济价值。事实上，越能量密集的材料，其回收越是有利可图和可以重复使用（例如，铝）。17制造业务可以故意设置最大限度地节省浪费和成本。包装生产线的正确配置，尤其是材料处理系统，在工厂车间的一条线的整体足迹可能会导致显着的能源节约。包装机械制造商有机会想方设法帮助他们的客户包装消费品制造商降低与包装废弃物有关的成本。18通过消除浪费最大化节约成本，需要一个全面的方法。特别地，包装消费品生产商制造业务的地方安装设备驻留在包装供应链应参与这一过程。当主要的资本投资已被计划，精益生产线设计提供了重大机遇来构建成一个成本节约和减少废物的包装线。19重大机遇，也存在于最小化用于不同的包装格式（“更换零件”）的重新配置线路的时间，这样可以减少资源浪费，当某条线处于闲置状态，没有生产可销售商品时。自动化，远程监控，采用模块化设计，和其他创新都可以在这一背景下做出贡献。20通过更可持续的生产实践注重减少包装废物和成本，似乎已经度过了最近的经济衰退。食品工程杂志和清除海洋研究所在2009年对199包装专业人员的调查发现，尽管经济衰退，近一半额定可持续性极其或非常重要的，在接下来的两年他们公司的包装业务。尽管经济衰退，近一半额定可持续性对于他们公司在接下来的两年的包装业务是极其或非常重要的。57的人反应说，他们的雇主有过正规的可持续性计划，减少71能源消耗和废物流作为其可持续发展计划的主要组成部分。214摘要：本文详细阐述了真空包装机的工作原理及其主要尺寸计算。此包装机利用四连杆机构将包装机做成两个下工作室公用一个上工作室, 且上工作室为平面运动。当上工作室移到左下工作室时, 左下工作室开始工作, 移到右下工作室时, 右下工作室工作。双室共用一套抽真空系统，可交替工作，一个真空室抽真空、封口，另一个真空室可以放置包装袋，即辅助时间与抽真空时间重合，从而提高了生产能力。关键词：真空包装机Abstract：This text elaborates operation principle vacuumize packet-machine,and main dimension calculate.This packet-machine using four-link agency makes packet-machine of two down workrooms in common one up workroomworkroom, and up workroom is plane motion.when up workroom set to left workroom,left workroom begin working,set to right workroom,right workroom begin working.Both workrooms in common a set of vacuumize system and alternate work.,one vacuum workroom vacuumize and seal side,the other one vacuum workroom places package,that is administant time and vacuumize time coincident,accordingly improve productivity. Key words： packet-machineXX理工大学毕业论文目 录摘要 1一、绪论 1 1.1 课题提出及意义 1 1.2 国内外发展现状及趋势1二、包装机械体系及包装技术 2 2.1 包装机械体系 2 2.2 包装作业的技术方法 3三、系统方案分析及选择 4 3.1 包装方案分析 4 3.2 包装方案的选择 5 3.3 气路系统方案分析 5 3.4 气路系统方案的选择 7四、系统功能及工作原理 74.1 系統功能74.2 腔室真空包裝原理 74.3 压紧器工作原理 84.4 气路系统工作原理 8五、主要几何参数的计算 9 5.1 包装机特征参数的确定9 5.2 四连杆真空包装机的工作过程及各变量的含义 9 5.3 上工作室的最优位置的确定 10 5.4 被包装物经济高度11 5.5 主要参数的计算 12 5.6 结论 13六、系统工作参数的计算146.1 抽气时间的计算 146.2 真空室放气时间的计算 156.3 工作效率的计算 15七、结语16八、致谢16九、时间安排 17十、参考文献 172一、绪论1.1课题提出及意义现代工业生产，如食品、轻工、医药、化工、电子和国防等生产中，主要包括三大基本环节，即原料处理、中间加工和产品包装，包装是工业生产中相当重要的环节。包装机械是使产品包装实现机械化、自动化的根本保证，因此包装机械在现代工业生产中起着相当重要的作用。此四连杆真空包装机，两下工作室公用一个上工作室，既节省了材料又有较高的工作效率，实现了节约和高效的双赢，因此具有重要的市场价值和现实意义。1.2国内外发展现状及趋势包装工业作为一门新兴工业，具有明显的时代特征。它既是配套工业，也是当今的主导产业之一。在日益发展的市场经济中，包装工业对其他工业的发展起到了推动作用。主要表现在相关工业的发展方面：从所用包装材料看，它推动了造纸工业、塑料工业、冶金工业和化学工业等部门的发展；从包装技术方面看，它对机械工业、电子工业、印刷工业、新材料工业以及装潢设计等方面提出了更高的要求；从消费领域看，对食品、饮料、粮食、医药及日用化工品等，起到了重要的促进作用。九十年代以来，我国包装机械工业每年平均以20%30%的速度增长，发展速度高于整个包装工业的平均增长速度的15%17%，比传统的机械工业的平均增长值高4.7个百分点。包装机械工业已经成为我国国民经济中不可缺少的非常重要的新兴行业。我国目前从事包装机械生产的企业约有1500多家，其中具有一定规模的企业近400家。产品有40类，2700多种，其中有一批即能满足国内市场需要，又能参与国际市场竞争的优质产品。目前我国包装机械行业拥有一批开发能力较强的骨干企业，它们主要由以下几方面组成：经过技术改造，生产包装机械的某些实力较强的机械类工厂；军转民企业；发展水平较高的乡镇企业。另一方面我国的包装工业虽然发展，成就大，但与发达国家相比，无论在产品品种、技术水平和产品质量方面都有很大差距。因此我们必须采用强有力的措施，进一步加快包装机械行业的发展速度，为早日赶上世界先进水平而奋斗！我国包装机械工业历史短，总体技术和生产能力较低，但近年来在国内巨大包装市场的促进下并受国外先进技术的影响，发展速度很快，局部技术水平有了明显提高。根据我国国情，包装机械工业发展的趋势是：(1) 引进、消化、吸收国外先进技术，建立一批包装机械骨干企业，包括个别中外合资企业。这是缩短我国包装机械技术水平与世界先进水平差距的有效途径。(2) 大多数企业要重点发展中、小型包装机械。我国大多数企业技术水平不高，生产能力较低，生产以单机为主的中、小型包装机械为宜，但要在此基础上不断提高制造精度、自动化程度和配套能力。(3) 在包装机械生产中大量引入高新技术，使包装机械产品设计先进、使用可靠。(4) 以满足重点商品的包装为出发点，发展包装机械新品种。目前，我国重点发展食品、医药、化工、日用品以及易碎、易腐烂变质等商品的包装技术和包装机械。重点开发的包装机械设备极其研究方向为：灌装设备、真空包装设备、无菌包装设备。八十年代以来，国外包装机械行业大量的应用高新技术，如：微电子技术、激光技术、超声波技术以及光电纤维等。从而使包装机高度自动化，使用效果更加理想可靠，包装质量更加提高。国外包装机械工业已经形成了独立完整的体系，成为机械制造的一个重要分支。包装机械产品门类齐全，品种繁多。包装机械生产自成体系，并向专业化生产方向发展。国外包装机械工业的发展趋势为：(1) 重点发展食品包装机械。国外一些发达国家食品包装机械占包装机械的比重往往在50%以上。(2) 在系统优化设计的基础上，包装单机向高速化方向发展。通过系统的优化设计，把技术的先进性、可行性与经济合理性有机结合起来。从而实现包装单机向高速化方向发展。(3) 一方面为满足现代商品包装多样化的需求，发展适应多品种、小批量的通用包装技术及设备；同时又紧跟当代高新技术的发展步伐，不断研究和开发现代的先进包装技术，发展应用高新技术的现代化专用型包装机械。(4) 在包装机上广泛应用电子计算机。二、包装机械体系及包装技术2.1 包装机械体系图2-1 ISO标准包装机械体系表按国际标准化组织定义，完成包装工序的机械统称为包装机械。图2-1所示是按ISO标准绘制的包装机械体系表。包装机械的范畴非常广，种类繁多，根据国家标准主要分为12大类，详细分列如下：(1)充填机械。将产品按预定量填充到包装容器内称为填充机。主要包括：容积式充填机、重力式充填机、计数式充填机、推入式充填机、拾放式充填机。(2)灌装机械。将液体产品按预定量充填到包装容器内的机器称为灌装机。主要包括：负压灌装机、常压灌装机、等压灌装机、虹吸灌装机、压力灌装机。(3)封口机械。将容器的开口部分封闭起来的机器称为封口机。主要包括：热压式封口机、熔焊式封口机、折叠式封口机、压纹式封口机、插合式封口机、液压式封口机、卷边式封口机、压力式封口机、旋合式封口机、缝合式封口机、钉合式封口机、胶带封口机、粘合封口机、结扎封口机。(4)裹包机械。用挠性材料全部或局部裹包产品的机器称为裹包机。主要包括：折叠式裹包机、扭结式裹包机、接缝式裹包机、覆盖式裹包机、缠绕式裹包机、拉伸裹包机、贴体裹包机、缩包装机。(5)多功能包装机。能完成两个或两个以上包装工序的机器称为多功能包装机。主要包括：充填封口机、开箱充填封口机、开袋充填封口机、开瓶充填封口机、箱成型充填封口机、袋成型充填封口机、冲压成型充填封口机、热成型充填封口机、罐装封口机、泡罩包装机、真空包装机、充气包装机。(6)贴标机械。在产品或包装件上加贴标签的机器称为贴标机。主要包括:粘合贴标机、收缩贴标机、钉标签机、挂标签机。(7)清洗机械。清洗包装材料、包装件等，使其达到预期清洗程度的机器。主要包括：干式清洗机、湿式清洗机、机械式清洗机、电解式清洗机、电离式清洗机、超声波式清洗机。(8)干燥机械。减少包装材料、包装件等的水分，使其达到预期干燥程度的机器称为干燥机。主要包括：热式干燥机、机械式干燥机、化学式干燥机。(9)杀菌机械。清除或杀死包装材料、产品或包装件上的微生物，使其降到允许范围内的机器成为杀菌机。主要包括：热式杀菌机、超声波杀菌机、电离杀菌机、化学杀菌机。(10)捆扎机械。通过捆扎或结扎封闭包装容器的机器称为捆扎机。主要包括：机械式捆扎机、液压式捆扎机、气动式捆扎机、捆结机、压缩打包机。(11)集装机械。将若干个产品或包装件集合包装而形成一个销售或搬运单元的机器称为集装机械。主要包括：集装机、堆码机、集装件拆卸机。(12)辅助包装机械。凡是完成对产品、包装材料、包装件有关的作业，而又不能编入上述第1至第11部分的包装机械和设备，都归属于此类。主要包括：打印机、整理机、重量选别机、异物检测机、输送机。2.2 包装作业的技术方法包装技术方法可谓形式多样，并且不断有创新技术的出现，但较常用的发放概括有以下几种：(1)充填：将产品按预定量充填到包装容器中。(2)灌装：将液体产品充填到包装容器内。(3)裹包：对块状，并有一定刚度的物品进行包装。(4)装盒与装箱：将包装物放到盒、箱中进行包装的一种方法。(5)收缩包装：将产品用热收缩薄膜裹包后再进行加热，使薄膜收缩后裹紧产品。(6)拉伸包装：将薄膜拉伸后包装产品，利用薄膜的收缩性裹紧产品的包装方法。(7)真空和充气包装：包装容器内盛装产品后，抽去容器内空气，达到预定真空度并完成封口；抽成真空后，再充入保护气体，则为充气包装。(8)泡罩包装和贴体包装(9)热封：用热封合的方法封闭包装容器(10)粘合剂粘合(11)加盖、卷边接缝(12)捆扎：直接将单个或数个包装物用绳、钢带、塑料带等捆紧扎牢以便于运输、保管和装卸。(13)贴标和打印：在产品或包装件上加贴或打印标签。三、系统方案分析及选择包装容器内盛装产品后，抽去容器内空气，达到预定真空度并完成封口工序的机器称为真空包装机。真空包装机主要用于包装易氧化、霉变或受潮湿变质的产品，以延长产品的有效期或防治精密零件或仪器生锈等。3.1包装方案分析真空包装可采用的方案主要有以下三种：机械挤压式、插管式、腔室式。(1) 机械挤压式真空包装图3-1所示为机械挤压式真空包装示意图。包装袋填充结束后，在其两侧用海绵等弹性物品将袋内的空气排除，然后进行封口的包装方式，称为机械挤压式。这种方法简单，但真空度低，用于真空度不高的场合。图3-1 机械挤压式真空包装示意图1-包装袋 2-被包装物 3-海绵垫 4-热封器(2) 插管式真空包装图3-2所示为插管式真空包装示意图。从袋的开口处插入排气管，开启阀门，真空泵进行抽真空，达到预定真空度后进行封口的包装方式称为插管式真空包装。这种结构紧凑，操作方便，速度快，但真空度低。图3-2 插管式真空包装示意图1、2-阀门 3-海绵垫 4-热封器 5-包装袋 6-被包装物(3) 腔式真空包装腔式可分为单室、双室和多室等。除填充外，整个包装过程均在腔室内进行。包装时，装有包装物品的包装袋放入腔室内，合盖后抽真空，达到预定的真空度后，热密封器将袋口封住。这种方法真空度高，操作简单。3.2包装方案的选择：由以上三种真空包装方式比较，从可靠性和易操作性方面考虑，选择第三种方案，即腔室真空包装。对于腔室真空包装方式，其腔室可分为单室、双室和多室等。考虑到效率和经济性两方面，本设计采用的是双室结构，同时应用四连杆机构将包装机做成两个下工作室公用一个上工作室, 且上工作室为平面运动。当上工作室移到左下工作室时, 左下工作室开始工作, 移到右下工作室时, 右下工作室工作。双室共用一套抽真空系统，可交替工作，一个真空室抽真空、封口，另一个真空室可以放置包装袋，即辅助时间与抽真空时间重合，从而提高了生产能力。3.3 气路系统方案分析目前，真空包装机的气路系统主要有以下三种：电磁阀系统、电磁阀压差系统以及组合压差阀系统。(1) 电磁阀系统电磁阀系统气路简图如图3-3：图3-3 电磁阀系统该系统是由一系列电磁阀和管道把真空泵和腔室连接起来，通过各电磁阀开关来达到吸气抽气的目的。该系统优点是各部件直接购买即可，连接方便。但是由于连接口较多，所以气密性不是特别高。(2) 电磁压差阀系统电磁压差阀系统气路简图如图3-4：图3-4 电磁压差阀系统1-真空表 2-电磁阀 3-电磁阀 4-电磁阀 5-电磁阀 6-真空泵 7-压差阀该系统是将一个集成块式真空系统替代多个独立电磁阀由于不采用大通径电磁放气阀简化了连接机构，增加了可靠性，缩短充气时间，但是制造复杂，成本较高。(3) 组合压差阀系统组合压差阀系统气路简图如图3-5：图3-5 组合压差阀系统该系统有两个压差阀，这两个压差阀组合在一起可以省去两个电磁阀，可以更大的缩短充气时间，但是制造复杂，成本高。3.4 气路系统方案选择由以上三种方案比较，三种方案各有优缺点：方案一电磁阀系统制造简单，气密型不是很高，但能满足一般要求。方案二电磁压差阀系统和方案三组合压差阀系统气路连接复杂，不易维修保养。从制造、使用、维修和经济性等方面综合考虑，本设计采用电磁阀系统。本设只用两个电磁阀控制整个气路，简介实用，经济合理。四、系统功能及工作原理4.1 系统功能 本四连杆真空包装机对于易氧化变质的食品，易氧化生锈的金属制品，形体蓬松的羽绒及棉麻等都可以进行包装。抽真空的目的是：除去空气中的氧，以防止细菌繁衍导致食品腐败，或阻止金属的氧化生锈；便于密封后加热杀菌，否则空气膨胀会使包装件破裂；可以缩小蓬松物体积，便于保存、运输，并节省费用；防止食品氧化变质。本四连杆真空包装机的每个工作室都有两个密封条，可一次密封一个较大物体的上下两个密封口，也可一次密封两个较小物体，具有较好的实用功能。4.2 腔室真空包装原理 腔室真空包装原理图如图4-1：图4-1 腔室真空包装原理图1- 真空泵 2、8-阀门 3-腔室 2- 4-包装袋 5-被包装物 6-真空表7-热封器包装时，将装有包装物品5的包装袋4放入腔室3中，合上上盖后，打开阀门2，真空泵1开始抽真空，一定时间后，真空表6指示腔室3内达到预定的真空度后，热封器7将袋口封住，一定时间后，阀门8打开，往腔室3内充入气体，打开上盖，取出密封好的包装物。4.3 压紧器工作原理 压紧器结构示意图如图4-2：图4-2 压紧器结构示意图1-压条 2-气囊 3-真空室盖 4-导柱 5-弹簧 6-加热条如图所示，气囊2设在真空室盖3上，与真空室隔断。它与压条1、导柱4、弹簧5等组成袋口压紧器。工作时，气囊和真空室内气体被抽尽后，加热条开始加热，一定时间后，给气囊充气，气囊内压强高于真空室内压强，气囊膨胀压缩弹簧，则压条下降，开始封口。封口冷却后，给真空室和气囊同时充气，气囊和真空室内压强相等，在弹簧力作用下，压条上升，离开加热条，封口结束。4.4 气路系统工作原理气路系统结构示意图如图4-3：图4-3 气路结构示意图1-真空泵 2-两通电磁阀 3-加热条 4-真空室 5-气囊6-压条 7-导气管 8-真空表 9-多通气嘴 10-三通阀如图所示，整个系统由两个电磁阀、多通气嘴和橡胶管组成。工作时，三通电磁阀打开，真空泵开始抽真空，由图可知，真空泵同时对气囊和真空室抽真空。达到预定真空度后，三通电磁阀抽真空通道关闭，加热条加热，达到封口温度后，充气通道打开，给气囊充气，压条下降开始封口，封口完毕，两通电磁阀打开，给真空室充气，完成一个工作循环，在进入下一个工作循环。五、主要几何参数的计算在四连杆真空包装机设计过程中, 包装机几何尺寸的确定是一项复杂而重要的工作。以下通过对四连杆真空包装机运动分析, 得到工作室安装的最优位置, 并推导出包装机几何尺寸的计算公式，由此得出四连杆真空包装机的主要尺寸。5.1 包装机特征参数的确定真空包装机是用来真空密封被包装物的, 被包装物的几何尺寸决定了真空包装机的尺寸, 因此, 把真空包装机的封口长度即加热条长度作为其特征参数。真空包装机的特征参数确定以后, 就要确定包装机的其它尺寸。5.2 四连杆真空包装机的工作过程及各变量的含义四连杆真空包装机运动示意如图所示。连杆上端铰连在上工作室上, 下端铰连在机架上, 四连杆真空包装机为两个下工作室公用一个上工作室, 且上工作室为平面运动。当上工作室移到左下工作室时, 左下工作室开始工作, 移到右下工作室时, 右下工作室工作。图5-1 四连杆真空包装机工作示意1.热条总成 2.右加热条总成 3.上工作室图中各变量的意义如下:上工作室内部的长宽高为；加热条总成的长高为；连杆长度为；连杆下铰链点距上工作台面的距离为；上铰链点距上工作室下端面的距离为；上工作室壁厚为；当上工作室分别在左右工作位置时, 上工作室的左面与右面之间的距离；为上工作室左外缘运动时的圆心；为上工作室右内缘运动时的圆心； (-,)为左加热条总成的右上角；为右加热条总成的右上角。5.3 上工作室的最优位置的确定在包装机的设计时, 应满足上工作室的内缘不碰加热条总成和工作室的外缘不碰另一工作室的加热条总成的条件下, 使包装机总长度最小, 从而达到节省材料的目的。上工作室内缘与加热条总成不碰的临界条件是:| = | = 4.1 上工作室外缘与加热条总成不碰的临界条件是: | = | = 4.2为了使加热条总成与上工作室内缘与外缘的最小间隙相等, 应使| = | 4.3把4.1和4.2式代入4.3式, 得到下式: 4.4在其它尺寸不变的条件下, 讨论以下3 种情况:当时, 则|,即要使内缘不碰加热条总成所需要的连杆长度比外缘不碰加热条总成所需的连杆长度要长, 因为包装机的连杆只有一个, 因此在的情况下逐渐的缩短连杆的长度, 工作室内缘先碰加热条总成。当时, 则| | , 即要使外缘不碰加热条总成所需要的连杆长度比内缘不碰加热条总成所需的连杆长度要长。当时, 则| = | , 即内外缘不碰加热条总成所需要的连杆长度是相同的, 内缘碰, 则外缘也碰, 内缘不碰, 则外缘也不碰。加热条总成在内缘和外缘的轨迹中心。通过上述分析, 情况要满足内缘不碰加热条总成则需加长连杆。情况要满足外缘不碰加热条总成, 需要增加上工作室的长度。因此、都不属于理想方案, 使下工作室台面变长, 是最优方案, 使连杆的长度最短(在加热条长度一定的情况下) , 下工作室台面长度最短。的含义就是当上工作室分别在左右工作位置时, 上工作室的左面与右面之间要重叠一部分, 重叠量为上工作室的壁厚。上工作室的摆动位置确定了, 则两加热条总成的位置也就确定了。由于上工作室内外缘碰加热条总成的机会相同, 因此, 在下面的讨论过程中只考虑上工作室内缘与加热条总成的间隙问题。5.4 被包装物经济高度被包装物截面为矩形是最易被上工作室碰着的, 现就以此情况进行讨论。图中和为尺寸不同但周长相同的被包装物的包络线,为临界高度的被包装物截面。被包装物的高度低于时, 被包装物的包络线在上工作室内缘运动轨迹的下方, 在此范围内, 不碰加热条总成就一定不碰被包装物, 只需考虑上工作室内缘不碰加热条总成即可。被包装物超过值时, 被包装物的包络线在上工作室内缘运动轨迹的上方, 只需考虑上工作室内缘不碰被包装物即可, 解决的方法是通过增大上工作室的长度来实现, 使被包装物截面与真空总截面之比得到降低, 包装机工作的经济性下降了。除了特别需要, 一般把作为被包装物的最大高度, 上工作室的深度也不应超过此值。因此以后只考虑加热条总成与上工作室之间间隙, 而不必考虑被包装物与上工作室的间隙。5.5 主要参数的计算(1) 连杆长度的计算在计算以前, 应先确定连杆的下铰链点离下工作室台面的距离和上铰链点距上工作室下端面的距离的值。和的值越小越好, 其中有两个方面的原因, 一是和越小,在加热条长度一定的情况下连杆的长度就越短,节省材料；另一个更重要的原因是和越小, 上工作室内缘的轨迹在加热条总成附近的切线与轴之间的夹角就越小, 碰加热条总成的可能性就越小。由于结构和强度的限制,和的值不能太小。由4.1式和4.4式可得到 =|= 4.5 式中加热条总成与上工作室内缘最小间隙对于本设计选用的加热条：加热条总长，加热条高度，在本设计中，上工作室壁厚，连杆下铰链点距上工作台面的距离，上铰链点距上工作室下端面的距离。代入4.5式得：= = =318mm取，则319mm(2) 上工作室内部长度的计算当上工作室工作于右端时, 连杆构成一直角形, 满足以下方程求解方程得到= 4.6代入上面求得的数据得上工作室内部总长为=564mm(3) 最大包装高度和上工作室深度的计算被包装物的尺寸(长宽) =被包装物的封口长度为被包装物周长的一半, 即。加热条封口长度应大于等于被包装物的封口长度,临界情况为 4.7的坐标为,的斜率为- 2, 方程为 4.8上工作室在右端工作时, 上工作室右内缘坐标为上工作室右内缘运动的轨迹方程为: 4.9联立4.8式和4.9式, 得到如下方程 求解此方程,即为最大被包装物高度, 用表示, 上工作室的深度应小于。将已知数据代入4.9式得：解的：90.8或-65.2(舍去)则=90.8mm,那么上工作室深度应小于这个数值。本设计取上工作室深度为86mm90.8mm，满足要求。至此四连杆真空包装机的关键参数已经确定, 依据几何关系, 很容易计算其它相关尺寸。5.6 结论 四连杆包装机上工作室在左右工作时, 应重叠一个壁厚。 被包装物在经济高度内, 上工作室不碰加热条总成就一定不碰被包装物。 推导出连杆长度、上工作室内部长度和上工作室深度等关键尺寸的计算公式。六、系统工作参数的计算6.1抽气时间的计算 与真空包装机配套的泵是容积式旋片泵。对一定体积的容器进行抽气，容积压强随时间变化是按指数规律下降：设被抽真空室体积为V，泵的抽速为S，根据抽速定义经过dt后抽除气体量为，而容积内的压强变化为，抽除气体量为，显然这两个气体量应相等，建立微分方程：图6-1 压强随抽气时间变化规律初始条件：代入上式理想状态抽气时间与真空度成几何规律变化：考虑真空系统泄露，则： 6.1式中 抽真空达到的最低压强(Pa) 真空室容积(L) 真空泵抽速(L/s) 修正系数，考虑真空系统泄露引入由上一章计算可知，真空室的长宽高为564mm524mm86mm,则：=56452486 =25416096 =25.4L本设计采用抽速10L/s的旋片式真空泵, 在包装过程中令真空室的真空度达-0.1Mpa,修正系数为1.4，带入6.1式得：=3s6.2 真空室放气时间的计算真空放气时间的计算，即时间与气口直径的关系。放气现象实质上是一种分子运输现象，放气时间与扩散管道直径成反比，与真空室容积成正比：其中 V真空室容积(L) d管道直径(mm) t放气时间(s)K扩散系数，K系数与扩散管道长度和温度有关系，在常温20C管道长度等于400mm条件下，通过气态扩散微分方程求得因而 6.2本设计的放气管道直径d=16mm,由6.2得=25.4L,带入6.2式得： = 1s6.3 工作效率的计算真空包装的过程控制，实际上是一连串工序通过时间调控而实现的, 其效率受到各工序时间的影响, 其单位时间工作循环计算公式为: 6.3式中：工作循环(1/min)；合盖时间(s)；抽真空时间(s)；热封时间(s),一般取13s；冷却时间(s),般取23s；放气时间(s)；开盖时间(s)；辅助时间(s)。合盖时间和开盖时间,受操作者的速度影响。一般设定为34s。热封时间与包装材料有关,而且应配合不同的热封温度来选择, 通过改变热封电压可改变热封温度, 因此, 应根据不同的
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