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题目 玉米定量包装秤设计 学院名称 专业班级 学生姓名 导师姓名 年 月 日 玉米定量包装秤设计 作 者 姓 名 专 业 指导教师姓名 专业技术职务 目 录摘要1ABSTRACT2目录3第一章 绪论31.1 本课题的研究内容和意义31.2 国内外的发展概况3第二章 机械结构的设计42.1 储料仓的设计42.2 称重传感器的选择42.2.1 称重装置的结构形式选择42.2.2 结构改进52.2.3 秤体结构62.2.4 称量桶材料选择62.2.5 称体容积选择62.3下料仓的设计62.4缝包装置的选择72.5 夹袋装置的设计7第三章 气动控制系统设计83.1 气压控制系统的简单介绍83.2 气压控制的设计83.2.1 设计思路93.2.2 控制控制系统的设计10第四章 结论与展望124.1 结论124.2 不足之处及未来展望12致谢13参考文献14 4 摘 要进入新世界以来，随着各种新兴产业的兴起，形色多样的包装机械为人们的生活带来了很大的帮助，包装机就是把产品包装起来的机器，起着保护，美观的作用。包装机械是是产品包装实现机械化。自动化的根本保证。它能够大幅度地提高生产效率；降低劳动强度，改善劳动条件；保护环境，节约原材料，降低产品成本；有利于被包装产品的卫生，提高产品的包装质量，增强市场销售的竞争力；由于包装机械的计量精度高，产品包装的外形美观、整齐统一、封口严密，提高了产品包装的之良方，增强了产品销售的竞争力，可获得较高的经济效益；延长产品的保质期，方便产品的流通。新型包装机往往是机、电、气、一体化的设备.充分利用信息产品的最新成果，采用气动执行机构、伺服电机驱动等分离传动技术，可使整机的传动链大大缩短，结构大为化简，工作精度和速度大大提高。机电一体化的实质就是从系统观点出发，运用过程控制原理，将机械、电子与信息、检测等有关技术进行有机组合，实现整体最佳化。本课题研究的玉米定量包装秤为净重式电子秤，由简单的储料仓机构通过挡料板以及供料仓的称重来进行玉米的称量，主要包括以下装置：给料机、电子称、下料斗、袋夹、输送机、缝包系统、控制系统（包括PLC、称重控制仪、重量传感器等）组成，通过智能电控系统控制，自动完成给料、称量、夹袋、放料等工序。用于粮食、以及食品、化工、轻工、建材等行业颗粒状物体的自动定量、计量、包装。关键词：定量称量系统 称重传感器 气动 2 Abstract Since the beginning of the new world, with the emerging industry week, packaging machinery of various shapes and colors bring great help for peoples lives.In simple terms, packaging machine is the product packaging machine, plays a protection role, beautiful. Packaging machinery is the product packaging mechanization. The fundamental guarantee for automation. It can greatly improve the production efficiency; reduce the labor intensity, improve working conditions; Protect environment, save raw materials, reduce the cost of the product; to be packaging products for health, improve the quality of packaging products, enhance market competitiveness; the measurement precision of packaging machinery, packaging beautiful appearance, uniform, tight sealing, improve product packaging for the product sales, enhance competitiveness, can obtain higher economic benefits; and extend the shelf life of products, convenient products circulation. New packaging machine is often equipment integration machine, electricity, gas,. Make full use of the latest achievements of information products, the use of pneumatic actuator, servo motor drive and separation of transmission technology, which can make the transmission chain machine is greatly reduced, the structure is simple, accuracy and speed are greatly improved. The essence of electromechanical integration is from the system point of view, using the principle of process control, the technology of mechanical, electronic and information, detection and other organic combination, to achieve the best overall. Corn quantitative packing scale of this research for the weight type electronic scale, a storage silo has the advantages of simple structure through the baffle plate and the feed bin weight of corn weighing, mainly including the following device: feeder, electronic scale, hopper, bag clip, conveyor, bag sewing system, control system (including PLC, weighing control instrument, weight sensor), control by intelligent electronic control system, automatic completion of feeding, weighing, bag, discharge processes. For food, and food, chemical industry, light industry, building materials industry granular automatic quantitative, metering, packaging.Key words:Quantitative weighing system; Weighing sensor; Pneumatic; 2 第一章 绪论1.1 本课题的研究内容和意义随着现如今世界的发展，人们的生活水平都有了普遍的提高，不仅仅是城市中生活的人们，也包括种地的农民，粮食的需求也就确定了包装是一个比较重要的部分，所以自动定量包装机在轻工业中也就变得必不可少。我国的包装工业相对来说起步比较晚，但是近几年来发展的速度比较迅速，从一开始人工控制到现在的自动控制已经有了很大进步，但是在某种程度上机械的发展也受到了一些固有因素的制约，比如机床落后，技术不够新等等。通过本次的设计，能够使我个人对包装机械有深一步的了解，对于传统的玉米定量包装秤以及其他的粮食包装机械有一个很好的认识，同时也能培养对我们所学的知识的理解以及文献资料的查阅、运用收集等能力的一个锻炼，相信对自己是一次不错的锻炼。1.2 国内外的发展概况包装机械概述包装机械是包装工业的一大门类产品，在包装工业中有着举足轻重的地位与作用，它给行业提供必要的技术设备，以完成产品的包装工艺过程。尽管包装机械的产值在整个包装工业中所占的比重不如包装材料大，不属于经常性消耗品，但对包装工业的现代化确是不可缺少的支撑。没有现代化的包装机械，就没有现代化的包装工业。用于完成包装过程的包装机械可分为11类，他们是充填机械、灌装机械、封口机械、裹包机械、多功能包装机械、标签机械、清洗机械、干燥机械、杀菌机械、捆扎机械和集装机械、辅助包装机械和设备等。包装机械作为专业型机械，除了通与普通机械的一般要求外，还有外表美观、传动装置紧凑、运转平稳、精度高、生产效率高等要求，以很好地完成自身功能，适应市场需求。国外包装机械业概况美国、日本、德国、意大利式世界上包装机械四大强国。美国式世界上包装机械发展历史较长的国家，早已形成了独立完整的包装机械体系，其品种和产量均居世界之首。十多年来，美国始终保持着世界最大的包装机械生产和消费大国的地位。其产品以高、大、精、尖产品居多，机械与计算机紧密结合实现机电一体化控制。六十到七十年代，是日本包装机械业的起步阶段，产值增长速度很快；接下来的十年增长速度虽然不如上一阶段那么高，但年增长率仍达13%。我国包装机械工业历史短，总体技术水平和生产能力较低，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课满足大型包装生产线以及高精度、高自动化程度的单机或机组生产的需要，进而可加快包装机械国产化的速度。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、小型包装机械比较适宜，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，如微电子技术、信息处理技术、传感技术、激光技术，新的机械机构、新的光纤材料以及运用可靠性、优化设计方法和计算机辅助设计，研制组合式、模块式等先进结构，是包装机械产品设计先进、使用可靠，使其性能指标、工艺水平、“三化”（多功能化、高速化、自动化）水平高，向机电结合、主辅机结合、成套联线方向发展。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、易腐烂编制等商品的包装技术和包装机械。第二章 机械结构的设计2.1 储料仓的设计储料斗的形状上大下小,与箱体用嵌入式螺栓连接并在之间配有自动插板阀门，用于调整下料流量。在储料仓下面焊接一块矩形板，另外在箱体上附有矩形板插入口，如图所示结构储料仓 2.2 称重机构的设计2.2.1 称重装置的结构形式选择 （1）定量包装机的称量形式基本分为毛重式和净重式。连同包装袋一起进行称重的方式称为毛重式（图2.6a),采用称量斗对物料进行称重后再充填到包装袋的方式为净重式（图2.6b）。本设计装置采用的称量方式为净重式，该种包装机工作过程是直接将图 b 所示料包 1内的待称物料充填到包装袋2,先由称量斗4对物料进行称量，然后再将物料充填到包装袋内，称量充填分2步完成。其特点是包装速生产能力大，但设备体积大，设备土建投资相对也大。 （2）称量精度两种包装机工作形式的比较1）称量精度 两种工作形式的称量精度基本相同。2）包装能力 毛重式包装机最快工作速度为60 s/ 袋；净重式包装机最快速度为40s/袋。 3）设备价格 毛重式包装机价格较低,净重式包装机价格比毛重式约高1倍。 4）占用空间 毛重式包装机占用空间高度约为 34 m,净重式约为 68 m 。通过比较,我们认为在包装能力没有特别要求的情况下,采用净重式包装机是较佳的选择。2.2.2 结构改进 （1）毛重式称重机构采用杠杆原理，在传感器普及之前被广泛使用。但其称量度较低，在包装时容易产生误差。目前普遍使用压力称重传感器称重提高了效率与精确度。结构上，本文将舍弃杠杆结构，直接将称量桶吊装到称量传感器上。 （2）称量装置的壁顶部加装一个小型圆形挂钩，防止落料桶受力变形。 （3）称量装置的吊架直接采用角钢，刚性较好另外在与吊装传感器的螺栓两边加装加强肋，防止横梁变形。 （4）称量装置落料桶口盖的结构改进，机电包装机的桶盖与桶身及气缸的连接杆是直接焊接在一起的，不能活动。桶盖的自由度与连接杆一样，只能绕转动副在竖直方向转动。这样的话 一旦转动副松动或连接杆变形，桶盖与桶口的接触关系就会被破坏，造成密封不良。本文将桶盖与连接杆间又加了一个转动副，这样桶盖的受力方向只能竖直向上，即使出现转动副松动，桶盖仍然能够与桶口保持密切接触。另外，可以在需要时在桶盖内侧加装橡胶密封垫，以适应对不同的物料的称量。 2.2.3 秤体结构秤体由秤架和称量器组成。秤架将给料装置、称量器、下料槽连成一体。气动控制箱装在框架的一侧，内置传感器接线盒、电磁阀等。端面用于安装传感器结构件。称量器由秤斗及称重传感器等组成，秤斗一侧水平放置放料气缸，用于秤斗放料门的开启/闭合。大致结构如图所示： 2.2.4 称量桶材料选择 由于称重装置要求称量精度，为了保证称量精度和称重装置的整体结构及功能性，本文选择了白铁皮、不锈钢板作为候选称量桶的制作材料。2.2.5 称体容积选择 考虑到重力式颗粒料定量包装机工作的连续性，储料斗内的粮食至少要保证两次包装所需的质量，即50kg。 储料斗的容量为 由于容重的取值关系到储料斗所装粮食的最小质量，拿大米举例子由计算结果可知，储料斗容积是满足要求的。2.3 下料仓的设计料体称量完成后，储料仓的阀门会暂时的关闭，待夹上包装袋之后，下料仓部分会给气缸供电，供电后，气缸会收缩，由于下粮仓是分两部分组装，也就间接保证了下方能开下粮仓的仓口，在仓内的粮食也就随之漏下装进包装袋之内。粮食装完之后，气缸再次得电，气缸伸开，关闭阀门，以此起到一个开关的作用，主要是对已经称量好的粮食的放置和装袋作用。具体装置图如下图所示。图为秤料仓 2.4缝包装置的选择 根据机台要求课选择GK35-2C型缝包机，改款缝包机采用铜合金连杆和轴套及滚动轴承运动设计合理，油杯滴注、手动注油结合毛毡注油润滑，半自动机械剪线装置，零件耐磨、缝纫熟度高噪音低、维修方便，使用寿命长等特点。2.5 夹袋装置的设计因为包装物品出料口是竖直方向圆筒，所以夹紧杆处于夹紧位置时应处于竖直方向，处于夹紧位置时，气缸收缩，此时夹带装置属于闭合状态，在传感器检测到粮食装满之后，气缸会供电伸开，进而打开夹带装置。一开始夹带装置属于打开状态，检测到有袋子放在下料口附近时，气缸收缩，4S后夹带装置会闭合，然后进行装料。为了避免包装袋直接接触金属造成包装袋因受重而损坏，在夹带装置夹子部分加一部分辅助材料，一方面增大与袋子的摩擦，另外避免袋子被损坏。 图为夹袋装置 第三章 气动控制系统设计3.1 气压控制系统的简单介绍气压传动是以压说空气为工作介质传递力和信息的传动方式，是流体传动与控制的一个分支。气动系统是将气源装置产生具有一定压力能的压缩气体，经管道和中指阀类元件输送到执行元件，以实现在工程中的应用。组成气动控制系统的元件和装置及储存、净化等辅助装置，为气动系统提供符合要求的压缩气体。 （1）气源装置 压缩空气的发生装置及储存、净化等辅助装置，为气动系统提供符合要求的压缩气体。 （2）气动执行元件 将压缩空气的压力能转换成机械能，并完成相应动作的元件，如气缸、气马达等。 （3）气动控制元件 控制气流压力、流量和方向的元件，如各种控制阀。 （4）气动逻辑元件 能完成一定逻辑功能的控制元件。 （5）其他气动元件 气动系统中的辅助元件，如消音器、气动传感器及信号处理装置，以及相应的元器件。3.2 气压控制的设计3.2.1 设计思路根据课题要求必须完成夹袋装置的伸张和压缩，给料门以及料斗门的关和开的动作，这几个动作用气压缸来实现，通过电磁阀的动作使气功做往复运动。气动控制系统是有气压元件组成的控制系统，即执行元件能够自动、快速而准确地按照输入信号的变化规律而动作。在气动控制系统中，气动发生装置一般为空气压缩机，它将原动机供给的机械能转换为气体的压力能；气动执行元件则将压力能转化为机械能，完成规定动作；在这两部分之间，根据机械或设备工作循环运动的需求、按一定顺序将各种控制元件（压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀和逻辑元件）、传感元件和气动辅助件连接起来。 图为气动平板阀门图示为储料仓以及料斗之间采用的气阀门装置，两仓为接通时，气阀门处于当前闭合状态，待要打开阀门时，气阀门得电，然后挡板后移，间接的打开，然后仓内的粮食得以进入称料仓内，待称量仓的传感器检测到所称量的粮食到达一定的分量之后，阀门得电进而关闭，以此来放置储料仓内的粮食过多或是不节制的进入下料仓内。除此气缸之外，本设计还选用了多个伸缩气缸。如下图所示：图为伸缩气缸此气缸主要起到打开以及闭合阀门还有夹带装置，得电装置即可进行伸缩，同时也便于固定。3.2.2 气动控制系统的设计 如图4.2所示为气动控制系统图。图为气动控制系统图 （1）气动三联件 如图4.3所示,气动三联件有过滤器、减压阀和流量组成，控制压力在 0.4MPa0.6MPa之间。 图为气动三联件 （2）单向节流回路根据定量包装机气动控制系统的速度的要求，此回路设计的是单向节流调速。节流调速回路是由定量空气压缩机和流量阀及单向阀组成的的调速回路，可以通过调节流量阀通流面积来控制流入或流出执行元件的流量，从而调节执行元件的运动速度。如图4.4所示，当接通换向阀左位时，压缩气流通过节流阀和单向阀进入气缸左腔，气缸右腔的气流通过节流阀而不能通过单向阀经换向阀排出，气缸活塞向右运动。反之，当换向阀右位接通时气缸活塞向左运动。图4.5为单向节流阀的实物图。 图为单向节流回路图 （3）消声器消声器是控制空气动力性噪声往外传播的有效设备。它可以看作是管道系统的一个组成部分，在内部做声学处理后，可以减弱噪声的产生与传播，且不影响气流通过，在空气动力性机械设备进、出口气流道口安装一台消声器，可以使进、出口噪声消声量达到10-40db(A)，相应地响度降低50%-93%，主观感觉有明显效果。图为消声器 （4） 关键接头的选择管件是将管子联接成管路的零件，在管道系统中起连接、控制、变向、分流、密封、支撑等作用。管接头是连接管道的元件。对于金属管接头有螺纹接头、扩口式管接头和卡套式管接头。 第四章 结论与展望4.1 结论结构构设计部分主要完成了包括储料仓的设计、下粮仓相关机构的设计与夹袋装置的设计。重点是下料仓开关的设计,其中包括了驱动装置、称量装置等等。同时储料仓的结构相对比较简单，成本低，尺寸紧凑，端面尺寸小，占地面积小等特点。4.2 不足之处及未来展望在机械设计部分仍然有所欠缺，对结构设计方面缺乏系统思考的能力。玉米定量包装机是一种新型包装机，并拥有较高的技术和严格的工艺设备。因此，就包装机械而言，是能够完成全部包装过程的执行手段，包装的实际需要决定他的生存价值，它是一门综合性科学，它涉及到工艺，自动控制，液压气压，传感器等多
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