海带包装机设计-本科毕业论文

1、摘要： 目前山东年产海带近百万吨， 为解决销售运输中体积大、形状不规则的问题，企业主要采用 人工折叠、液压压缩成块，人工包装的方式，劳动强度大且效率低。本文针对其包装流程，建立了包装 机的三维模型，完成了海带包装机的整体设计。该包装机结构上由折叠部分、转位部分、压缩部分、包 装部分和下料部分组成。整机驱动以液压缸为主，共计5 个液压缸缸， 2 个三相异步电动机，选用 PLC作为主控制器设计整机的控制系统，控制方式分手动、自动2 种运行模式。本文利用 SolidWorks 对包装机进行了三维建模。 目前折叠部分已经装配调试成功， 实现了海带的自动折叠。 自动海带包装机的设 计，对于扩大企业生产规

2、模，提高生产效率有着重要作用。关键词： 自动折叠；海带包装；海带压缩1.引言我国是海带生产大国，占世界总产量的 70%以上。其中仅青岛市年产鲜海带一百多万 吨，养殖面积和产量居全国第一。海带除食用外，工业上还用海带提取钾盐、褐藻胶、 甘露醇等。海带收获后，经过初步晾晒，除出口的部分需进行深加工包装外，其余主要以 原态进行压缩包装内销，供工业用和食用。由于干海带体积大，为解决海带销售运输过程 中的包装问题，需对海带进行高压缩比的压缩后包装。目前的人工作业方式效率低且劳动 强度大，另外随着海带养殖规模的扩大以及劳动力的减少，所以沿海地区大量的海带养殖 生产企业迫切地需要高压缩率的海带自动包装机，以

3、提高生产效率，增加利润。由于海带和烟叶等作物的形态有类似性，所以此款包装机的设计对于烟叶等类似的作 物包装具有一定的指导意义。2.国内外在该方向的研究现状及分析2.1海带包装机的国内外研究现状国内目前能查的最早海带压缩技术是 1961 年由福建省惠安县海带厂研究的海带包装 机。主要采用杠杆原理由人工压缩海带，然后并进行包装，效率为每小时两个人能够包装 2200kg海带。随着技术水平的发展，传统的由人工压缩海带已经变为由液压缸压缩海带为烟台市农 业机械科学研究所研制的海带打捆机，其配套功率为 3KW，工作压力为 4.5-5MPa，行程为 560mm压, 缩效率为 3 捆/ 分钟. 其主要工作流程

4、为，人工折叠海带送箱（同时送三捆） 、液 压缸压缩、人工捆绳、人工套袋。算上后续工序等，平均每包海带的包装时间在两分钟以 上。目前的设备自动化程度不高、效率低，仅能满足小型作业的场合，并且一台设备需要 多个人员进行配合，限制了大规模作业。海带在晾晒到一定程度后就急需销售，否则会带 来很多后期的投入。因此将海带包装机械的自动化程度提高就显得十分重要。2.2包装机的概述包装机械是指“完成全部或部分包装过程的机器，包装过程包括成型、充填、裹包等 主要包装工序，以及与其相关的前后工序，以及清洗、干燥、杀菌、贴标、捆扎、集装和 拆卸等前后包装工序，转送、选别等其他辅助工序。 ”包装机械种类繁多，结构复杂

5、，但 通过对大量包装机械的工作原理和结构性能进行分析，可以找出其共同点，即八大要素， 如图 1 所示。考虑到本课题会涉及到的包装机械种类，现将捆扎机和裹包机做一下介绍。捆扎就是 使用捆扎带或绳捆扎产品或是包装件，然后收紧并将捆扎带两端通过热效应熔融或使用包 扣将材料连接好。目前常见的捆扎材料主要由钢带，尼龙（ PA）带，聚丙烯（ PP）带和聚 酯（PETP）带四种基本类型。捆扎带的接头形式大致可分为热熔搭接式、胶粘接式、铁皮 口式及结扎式。3.包装机的方案和结构设计 自动海带包装机的包装原理来源于现有海带包装方式，其过程可分解为六步：折叠、 换位、压缩、捆扎、装袋、下料。根据海带加工厂提供的要

6、求，技术要求如下：（1）海带捆的质量： 18-20kg, 压缩后体积为 500 300 90mm ；（2）海带捆先先使用两道打包带捆扎，外面包裹 300mm 宽的塑料布；（3）海带原料长度小于两米，长出部分可以手工折回；（4）人工上料时，须将根部对齐，并朝一个方向；（5）其余压缩打包作业全部自动完成。 以上参数为企业给定，作为设计该包装机的依据。3.1 总体方案设计 自动海带包装机属于包装机械的范畴，因此在设计过程中，应以包装机能否按照包装 工艺要求进行包装、各部分之间工作节奏是否协调、整体设备的生产效率是否得以提高、 整体机器成本是否合理等准则进行设计。（1）折叠方案海带在进行压缩前，需进行

7、折叠处理。由于包装美观等要求，需要将海带展平，并且 根部要朝一个方向，该整理称重工作需人工完成。海带形态如图 2人手在折叠过程中主要采用两侧对折的方式，可以不必担心海带发生滑移，但是采用 机械折叠就必须考虑这一方面问题。由于折叠的海带已经晒至七八成干，所以此时的海带 既有脆性，又有韧性，要求用尽量少步骤的将其折叠至要求形状。在查阅大量相关资料后，决定采用专利煎饼切割折叠机中采用的折叠结构。 现在就其折叠部分的工作原理简介如下：折叠装置包括依次排列的第一折叠托板，第 二折叠托板和第三折叠托板。第一折叠托板的面积等于第二折叠托板和第三折叠托板之 和。并且在第二折叠板和第三折叠板之间的折缝处设有可对

8、煎饼在对折前压上压痕的压 棒，在第二折叠板向第三折叠板翻转前，将第一次折叠后的煎饼从中间压一下，这样便于 折叠，不会折碎煎饼。工作时，折叠板翻转 180与第二折叠板和第三折叠板上表面重合， 煎饼被第一次折叠，然后回位，第二折叠板翻转 180与第三折叠板的上表面重合，完成 二次折叠。由于平铺好的海带与煎饼有形态上具有相似性，因此考虑采用机械设计中的类比法， 设计的折叠部分主要由折叠板一、折叠板二和折叠箱组成，折叠板一的长度等于折叠板二 和箱体长度之和，在折叠板一和折叠板二之间有空隙，并且在折叠板一的中间部位有一压 辊。将称好重量并展开的海带由人工摆放在折叠部分上，由于海带具有一定柔韧性，在图 1

9、 海带形态重 力作用下，会在折叠板一和折叠板二之间凹下去一部分， 以便于折叠。折叠板一摆动 180 同时由于在折叠板一的中间有一压辊，在第一次折叠好的海带中间便压出压痕，然后折叠 板一返回，折叠板二折叠海带，将海带折叠进入折叠箱。其中折叠板一和折叠板二的转动 中心为转轴一和转轴二。由于该方案结构简单、部件少，因此决定采用此方案作为海带折叠方案。（ 2） 捆扎方案 捆扎工艺简介 海带在经过高压缩比的压缩后具有很大的回复性，因此需要将海带捆 扎好，防止其回复变形。然后再进行裹包处理。根据实际需要，决定采用聚丙烯材料的捆扎带，聚丙烯捆扎带价格便宜，具有较高的 伸长率和回复率。热熔搭接式分为电热熔接、

10、机械高频振荡熔接和超声波熔接等，这里采 用电热熔接，具有连接强度高，装置结构简单，操作简便等优点。 热熔粘结装置的设计热熔粘结主要采用板式热熔粘结，主要原理如图 2 所示：图 2 热熔粘结装置原理图 其主要工作过程为：当两层捆扎带进入轨道后，电热板对两层打包带的内表面同时加 热，采用高温，加热时间短的方式，以防止过高温度使得带子过分融化而无法粘结。加热 0.20.3 秒后，位于机构下方的主动轴转动，由于连杆机构的作用，使得 1 下拉，6 上顶， 同时将 5 从中间抽出，将两层打包带的熔化面压紧在一起，完成整个热熔粘结过程，市场 上主要的手提打包产品其原理与热熔粘结装置相同。分析现有的设备工作原

11、理，主要部件就是两侧的夹板和中间的加热烫头，工作时加热 烫头加热打包带后抽出，两侧夹板夹紧打包带进行热合。考虑到压缩箱体的整体尺寸和安 装位置，设计机构如 3 所示:图 3 热熔粘结部分左侧为原理图，右侧为三维模型图。其工作原理为，固定板和加热烫头固定在压缩板 上，但二者之间存在一稍大于打包带厚度的间隙，二者能随着固定板上下移动，在固定板 上有送带轨道（保证打包带不会发生偏移） , 移动板设计成上窄下宽的形状，通过连接的 光轴固定在箱体上，但是能够水平移动，移动板和箱体壁之间有弹簧。工作时，加热烫头 和固定板之间有上层打包带， 移动板表面有下打包带， 当固定板、 烫头随着压缩板下降时， 会导致

12、移动板发生接触，将其顶回去，但由于弹簧的作用，所以固定板、上打包带、烫头、 下打包带，移动板是紧紧压在一起的，之后，烫头通电，达到加热时间后，烫头向垂直于 纸面的方向抽出（可参考三维图理解） ，通过调节移动板的初始位置，可以使得此时移动 板和固定板仍能将两层打包带压紧，从而达到热熔粘结的功能。完成一个工作周期。（ 3） 裹包方案 由于包装时的海带并没有完全晾干，因此不能采用全封闭的包装形式，否则海带会发 生腐烂。根据海带压缩块的实际形状及包装要求， 因此决定采用如图 4 的袖筒式包装方法， 从而利于剩余水分的散发。图 4 袖筒式裹包形式想要实现以上的裹包形式，可以有以下几种方案供选择：图 5

13、可采用的裹包工艺路线左侧的方案：海带在捆好后，随传动装置水平运动，包装膜为单张垂直供料，当产品 与包装材料接触后，实现裹包，然后由特定的机构实现下料，热封，完成一个包装过程。右侧的方案和左侧方案类似，将海带捆变为垂直运动，包装材料变为水平供料。这就要求包装机器有足够的包装空间，并且要求海带进行变工位操作。由于海带包装机械要求整体 结构紧凑，并且在包装过程中海带尽量不离开压缩箱。根据包装要求，提出一种双供料裹包过程，一个循环过程主要分为四步：初始位置、上料、包装和下料。首先，手动将下包 装膜拉过包装箱与上包装膜热合在一起，完成初始工位。之后折叠好的海带块落在下层包装膜上，先进行捆扎作业，此时已经

14、将下层包装膜和海带捆贴紧，然后通过气动装置将上 层包装膜推进包装箱， 将上层包装膜与下层包装膜热合在一起， 之后在气动装置的带动下， 将包装好的海带捆移出包装箱，切断刀和热合装置 1 同时作用，在下料的同时为下一个循 环设好零工位。对于热合处的结构设计，将在接下来的篇幅内介绍。4）海带包装机的方案整体详述在以上的文章中，就海带包装机的折叠、捆扎和裹包方案分别做了比较和选择。由于 是一个整体的设计，现将包装机的整体方案做一下叙述。海带包装机的工作流程，其中折 叠、捆扎和裹包的方案在上面的部分已经叙述，现将余下部分做一下介绍。一二工位下料指的是将折叠箱内的海带转移到折叠箱内，根据实验室码垛机工位转

15、换 机构的启发，采用四个轴支座，两根光轴，两个直线滑动单元和一个液压缸。其中光轴负 责承受力矩，液压缸拉杆负责拉力，液压缸的行程即是转位箱的运动距离。具体零件的选 型将会在结构设计部分提及。 压缩部分决定在现有的基础上加以改进。现有压缩机构的组成是是一个液压缸直接连接压板，由于现有机械只是压缩海带，并不进行自动包装，因此对于压板是否转动等因素考虑 不多，而高压缩比海带自动包装机要求在压缩海带的同时进行包装，因此对于位置等精度 要求高，故采用图 6 所示结构，利用导向轴，防止压板发生转动，从而保障包装效果。图 6 压缩部件裹包和捆扎两个工作过程是同时进行的，在此，有必要进行阐述一下其过程，首先零

16、 工位时，将各包装材料滚子安装到位后，手工将两层打包带和两层包装膜的末端热合在一 起，之间的间隙供转位箱运动到压缩箱上方，海带掉落后，转位箱返回，压缩板带着上层 打包带下压，将海带压缩成型后，在海带左侧将打包带热封此时打包带的热封面积是正常 打包带热封面积的两倍，最终下料时候，下料装置会从热封面积中间切开，以保证包装过 程连续性。a)图 7 捆扎和裹包过程b)对于有些未提及的部分，考虑到其方案没有异议，因此将在结构设计中详细叙述3.2结构设计计算1） 折叠部分结构设计折叠板 1 和折叠板 2的结构设计如图 8 所示：折叠板 1 和折叠板 2 两侧的固定轴座分别设计如下：其中转轴 1 为动力输入

17、，三相异步交流电动机配减速器后与小同步带轮固定，大同步带轮转轴通过平键与转轴 1 固定，输入动力源。转轴 1 与右侧摇臂通过键连接，右侧摇臂和左侧摇臂与图 9 所示折叠板通过螺 栓连接在一起。从而实现转轴 1 和转轴 2 的同步转动。（ a）折叠板一轴座（b）折叠板二轴座图 9 轴座滚动轴承将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失。此处a）折叠板一（ b）折叠板二图 8 折叠板采用的深沟球轴承结构简单，使用方便，适合使用在无安装、配合、密封等特殊要求的场合，对主轴的安装制造精度要求较低，因此在机构中放置一对深沟球轴承，轴承6007 左边采用轴肩定位，右侧靠轴承座定位，轴承

18、6202 外圈利用轴承座定位，内圈 采用止动垫片加圆螺母或是同步带轮凸起定位。 平键主要用于装配定位， 用作连接零 件和传递载荷。通过三维建模，模拟出折叠板一（含海带）的重量为 33.217kg, 设定转动 速度为 15r /min ，转动到位时间为 2s, 其中一直处在加速时间，则其加速度角加速度为 0.785 rad /s2 ，根据材料力学等计算的出最大的扭矩为 141.647 N m 。同样对于折叠板二 （含海带） ，质量为 24.149kg, 在设定同样转动条件下，折叠板二所需最大扭矩为 38.547 N m ，由于减速器在设计时，其输入动力容量及许用承载能力计算按照每天连续运 转八小

19、时，载荷稳定不变的理想情况工况设定，在实际使用，现场工况可能与理想相差甚 远，在选型时应充分考虑，可按下列公式加以修正：修正输出转矩 T2（ N m ）=理论输出转矩 T1（ N m） 工况系数 K（1）考虑到工作中承受较大冲击和正反转次数，选定工况系数 K 为 1.8 。则折叠板一所需 扭矩为 254.965 N m，折叠板二所需扭矩为 69.385 N m。按照 15r /min 的转速来计算功 率，效率设定为 0.9 ，则由P kw T N m n r /min / 9549（ 2）计算得 P1=0.445kw, P2 =0.121kw，根据上海宜嘉传动机械有限公司提供的减速器样 本，对

20、于折叠板一选择 R47 系列减速器，配用电机为三相异步电动机，功率为 0.55kw, 减 速器减速比为 93.68 ，输出转速为 15r / min 。折叠板二选用 R47系列减速器，配用电机为 三相异步电动机，功率为 0.18kw,减速器减速比为 93.68 ，输出转速为 15r /min。考虑到实际的安装尺寸，决定采用同步带来进行运动的换向 :对折叠板 1的同步带轮进行设计，传递功率为 0.55kw,转速为 15 r /min ，减速比为 1:1， 设计功率 Pd（kW） K AP ，（3）按照表 14.1-55 ，取 KA=1.6， Pd K AP =1.6 0.55=0.88kw 选定

21、带型节距选择 14M型圆弧齿同步带， pb =14mm小带轮齿数 在带速和安装尺寸允许时。 z1 应取较大的值，因此取 z1=30 小带轮节圆直径 d1 z1pb =30 14 =133.69mm（4）大带轮齿数 z2 iz1 n1 z1 =30（ 5）n2大带轮节圆直径 d2 z2pb =133.69mm（6）（7）（8）（9）10）11）1:1，带速 vd1n1 =0.105mm/s60 1000初定轴间距 0.7(d1 d2) a0 2(d1 d2) 即 187.166534.76 之间，取 450mm2带长 L0 2a0 (d1 d2) (d2 d1) =1320mm0 0 24a0取

22、标准节线长 Lp =1400带齿数 Z Lp =100Pb实际中心距 a M M 2 32(d2 d1)2 /16M 4Lp 2 (d2 d1) 计算得 a 490mm啮合齿数 zm ent(0.5 d2 d1)Z1=06a基本额定功率 P0 =0.29kwbs bs01.14 Pd =105.3mms s0 KLK ZP0取标准带宽 100mm.对折叠板 2的同步带轮进行设计，传递功率为 0.18kw,转速为 15 r /min ，减速比为 设计功率 Pd (kW) KAP ，取K A =1.6 ， Pd KAP=1.6 0.18=0.288kw 选定带型节距选择 8M型圆弧齿同步带， pb

23、 =8mm 小带轮齿数 在带速和安装尺寸允许时， z1 应取较大的值，因此取 z1=30 小带轮节圆直径 d1 z1pb =30 8 =76.38mm1大带轮齿数 z2 iz1 n1 z1 =30n2大带轮节圆直径 d2 z2pb =76.38mm带速 vd1n1 =0.060mm/s60 1000初定轴间距 0.7(d1 d2) a0 2(d1 d2) 即 106.932305.520 之间，取 300mm带长L0 2a02(d1 d2) (d2 d1)24a0=839.95mm 取标准节线长 Lp =840相同的条件下运转，其中Lh106 ( fTC)60n( fpP)12)(13)带齿数

24、 Z Lp =105Pb实际中心距 a M M 2 32(d2 d1)2 /16M 4Lp 2 (d2 d1) 计算得 a 300mm啮合齿数 zm ent(0.5 d2 d1)Z1=0 6a基本额定功率 P0 =0.055kwbs bs01.14d =48.365mmKLK ZP0 取标准带宽 50mm. 对于折叠部分需要校核的部件主要有连接平键和轴承，深沟球轴承6007 和 6202 不受轴向力，二者受最大径向力之和为折叠板重力的一半，为 114N，因为折叠板一的重量大 于折叠板二的重量，因此只需要校核折叠板一处的两个轴承。（ 1） 轴承的校核对于在一定载荷作用下运转的单个滚动轴承， 出现

25、疲劳点蚀前所经历的总转数或 在一定转速下所经历的时间， 称为滚动轴承的疲劳寿命。 在滚动轴承标准中采用基本 额定寿命作为评价滚动轴承寿命的指标。 所谓基本额定寿命 L 是指一批相同的轴承在90%的滚动轴承在疲劳点蚀前所能转过的总圈数，单位为106r式中 fT 温度系数； C基本额定动负荷； f P 载荷系数； P 当量动载荷。当量动载荷 P 的计算公式为P XFr YFa式中 Fr 轴承的径向载荷106 ( fTC60n( fpP)10660 151 16.2 1031 262.2)=6.8649 104h2)轴承 6202由于轴承受到的轴向力很小，而以径向力为主，所以X=0.56，Y=2.3

26、0，因此FaFre ，查手册得P XFr YFa 2.3 114 262.2N查手册 C=19.5kN，工作温度在 120以下， fT =1.0 ，无冲击或轻微冲击， f P =1.0令转速 n=15r /minLh 106 (fTC)106 (1 19.5 103)=8.2634 104hh 60n f pP60 15 1 262.2通过计算，可以得出结论两个轴承的寿命满足要求。2)平键的校核平键强度校核参考公式2Tkld14)Fa 轴承的轴向载荷； X动载荷径向系数 ;Y动载荷轴向系数。 有了以上理论基础，我们可以进行轴承寿命的计算：1)轴承 6007 由于轴承受到的轴向力很小，而以径向力

27、为主，所以 Fa e ，查手册得Fr X=0.56，Y=2.30，因此P XFr YFa 2.3 114 262.2N查手册 C=16.2kN，工作温度在 120以下， fT =1.0 ，无冲击或轻微冲击， f P =1.0 令转速 n=15r /min式中 p 工作面的挤压应力， Mpa；传递的转矩， N m ；轴的直径， mm；键的工作长度， mm，A 型 l=L-b ；键与毂槽的接触高度， mm，k 可从标准中查到，通常取 k=h/2 ； p 许用挤压应力， MPa；查得选用材料为钢时，在轻度冲击下键连接的许用挤压应力为100-120MPa。转轴处平键的校核：所受最大转矩 T为 141.

28、647 N mm，轴的直径 d=30mml=42mmk=3.5mm经计算 e =0.0642MPa 100MPa 满足强度条件。（2）转位部分结构设计一二工位下料机构主要仿照码垛机上的工位转换机构设计。下料机构在工作时，在支 架上移动需克服水平摩擦力，在悬空后需克服转位箱带来的倾覆力矩，因此设计采用液压 缸提供推力，采用两根直线光轴和直线滑动单元提供支撑力克服倾覆力矩，并起到导向的 作用。传统的摩擦力计算为 Fu FN，其中 为摩擦系数， FN为法向载荷。 而现代固体摩擦 理论认为摩擦具有二重性摩擦力是由两部分组成的，即分子部分和机械部分，分子部分主 要是切开粘附结点的切向力，机械部分主要是一

29、个表面的轮廓峰在另一个表面的犁削力， 若忽略两部分的相互影响，则摩擦力可以表述为Fu Fun Fuj（ 15）其中 Fun ：分子粘附部分的摩擦力 ;Fuj : 机械变形部分的摩擦力。由于只是估算一个大概的力，因此采用传统的摩擦力公式即可，根据机械设计手册， 查的铁与铁之间的摩擦系数为0.15 ，转位箱（含海带）的质量为 41.139kg, 因此由传统摩擦力计算公式计算得摩擦力为 Fu FN 0.15 9.8 41.139 60.474N ，则液压缸需提 供至少 60.474N 的水平推力。（3）包装送料滚子的设计设计的包装膜送料机构如图 10 所示：现将其结构功能介绍如下：该送料滚子送料时候

30、是滚动接触，阻力小，可以防止包装 材料的变形，能实现弹性装卸滚子，装卸料方便，并能够自动回卷多余的包装材料。左侧的套筒通过四个 M8x30的内六角螺钉固定在支撑板上，套筒内部有一弹簧和空心轴，弹簧套在空心轴内， 空心轴的一侧开有 U 型槽，与套筒用一 M8x20的内六角螺钉固定， 该螺钉的主要作用是防止轴发生转动和限制其轴向移动。轴的末端采用两个型号为 1000804 的轴承与一腔体连接，腔体的末端有一支撑尖端，用于顶紧包装材料滚子。腔体 三部分组成， 三部分之间采用 M6x55的内六角螺钉连接。 右侧机构与左侧类似， 不同的是， 左侧发生转动的是腔体，右侧发生转动的是轴。图 10 包装膜送料

31、机构该结构夹紧力的大小主要有左侧空心轴开槽的位置以及弹簧的长度和弹性系数决定。操作时，将左侧的腔体沿轴线方向向左侧压紧，取出用完的滚子，换上新滚子即可。图 11 压缩热合部分（4）压缩热合部分 根据前文提到的工作时序，折叠好的海带进入转位箱，转位箱移动到折叠箱的上方， 海带自然落下进入压缩箱，要求海带在压缩后不能离开压缩箱进行包装，这一部分主要包 括压缩机构、打包带热合机构、 包装膜热合机构、送料滚子、压缩箱等组成，整体图见 11。（5）打包带热合结构设计固定在压缩板上的热和部分如图所示，其中液压缸为微型液压缸，型号为YGX-20 x25-LB,液压缸的设计为满行程设计，即其工作位置为两个极限

32、位置。电热片由XX火影电器有限公司生产，表面温度为 250。打包带在零工位时从送带轨道穿过，经过电 热片和底座之间的空隙即可。图 12 热和部分（一）对于包装膜热合包装，根据厂家的实际需求，决定采用聚乙烯膜包装，包装膜的厚度为 0.25mm,温度在 50 250之间变化，封口宽度在 1013mm之间即可，采用包装形式如 图 13 所示目前热合部件（加热条、耐热橡胶等）已经形成产业， 因此只需设计其承载机构即可 与打包带热合部分相似，不同的是，在送料辊子是移动的，并且表面包好耐热橡胶层，当 辊子将上层塑料布推至加热头时，与加热头挤压，使达到热合的目的。可以将加热头做成 弧形，以便和辊子更好的贴合

33、，增大加热面积。另一侧的热合将在下一部分提及。（ 6） 切断下料部分的设计切断下料部分是高压缩比海带自动包装机的最后部分，也是比较关键的一部分，因为 这一部分承担者上塑料布的送料、压缩箱的开闭、下料以及切断的功能。其结构如图所示图 14 结构图该部分的主要装配关系为，液压缸和直线轴承装在压缩箱的外部，液压缸活塞杆和光 轴末端连接连接板，连接板上固定有包装膜辊子和打包带辊子以及切断刀垫板和包装膜热合部分的基座，连接板两侧通过销连接有两个棘爪，滑移板和开槽的箱体连接，滑移板通 过固定在机架上的液压缸来控制上下移动，滑移板上还连接有切削刃和热合部分的加热板。加热部分除了有热合塑料膜的功能外还有固定包

34、装材料的作用。初始位置时，将两层打包带和两层包装膜手工热合，然后夹在两层加热板之间，此时 加热板断电，切断液压缸上移至最大行程，将包装材料末端加紧，同时切断刀将多余的材 料切除，包装箱内进行压缩和打包带热合部分后，切断液压缸下移一定距离，使得切断刃 和垫板之间脱开，这时送料液压缸带着上包装膜进入压缩箱内，棘爪之间的距离大于包装 膜的宽度，因此棘爪在海带的表面滑过，送料液压缸达到极限位置后发生的过程，然后， 切断液压缸缩回到最小行程处，滑移板下移，露出出口，送料液压缸缩回，棘爪带着包装好的海带块退出压缩箱。当完全退出后，切断液压缸上移到最大行程处，将另一侧的包装膜热封好，同时切断包装好的海带捆，

35、实现一个循环。之后循环进行4.包装机驱动系统和控制系统的设计 前文已对高压缩比海带自动包装机的结构进行了设计，并且对动力源进行了选型，主 要由电动机、热合器和液压缸组成，在本章中将根据海带自动包装机的动作时序和要求进 行驱动系统和控制系统的设计。根据前面的详细设计，在该系统内共有五个液压缸，两个电动机和三个热合器参与动作，液压缸分别命名为转位液压缸、压缩液压缸、热合液压缸、切断液压缸、下料液压缸，电动机命名为电动机一和电动机二，热合器命名为热合 1、热合 2、热合 3。4.1 控制元件的选型 该自动加工设备采用大量液压缸驱动，使用电磁阀实现液压缸伸缩换向，属于开关量 时序控制，因此控制核心使用

36、可编程控制器 (PLC)。可编程控制器 (Programmablc Logical Controller ，简称 PLC)是给机电系统提供控制和操作的一种电子装置， 它采用可编程存储 器作为内部指令记忆装置，具有逻辑、排序、定时、计数、算数运算等功能，并通过数字 或模拟输入输出模块控制各种形式的机器及过程，随着技术的不断发展，它不仅仅只作为 逻辑的顺序控制，而且还可以接收和输出各种数字信号、模拟信号，进行逻辑运算、函数 运算和浮点运算，并可通过相应模块以总线形式 (MPI，PROBU，SDH485，Ethernet 等) 形成 分布式网络系统，完成各种复杂的控制功能。PLC采用顺序扫描工作机制

37、，就是按照定义和设计、连续和重复地监测系统输入，按照目前的控制逻辑， 以及修正系统输出。 目前的产品还可提供直观、 功能强大的编程软件，可完成硬件设置、程序编辑、通讯、在线检测等多种功能。4.2控制系统的设计 在海带上料之后，可以根据实际需要设定后续工作是采用手动还是自动，其中手动主 要通过按钮来实现动作，自动就是通过 PLC来进行控制。对于 PLC，根据实际需要选择日 本 OMRON公司的 OMRON-CPM2型A PLC 作为系统核心控制单元。另外， OMRON公司自带 CX-Programmer（可编程序控制器梯形图编程软件， ）可以方便地进行梯形图设计和助记符 设计的双向转换， 同时支

38、持公司各种型号 PLC的编程、上传、下载等操作， 提供各类型 PLC 的指令系统， 并支持中文名变量直接调用， 可以进行在线调试， 并且可以十分方便地对 PLC 的内部存储器进行操作，使得编程人员只需要进行数据及逻辑关系的把握，不必关心控制 实现的底层问题，大大简化了程序量和编程人员的劳动强度。 PLC的具体接线见下图： 其中上端的 0CH2CH为信号输入端，下侧的 10CH12CH为信号输出端，该款 PLC采用 220V作为供电电源， 24V 直流作为信号电源。 根据实际传感器、 继电器以及电磁阀的数量， 确定具体的接口。图 16 PLC 接线图5.设计小结本文对高压缩比海带自动包装机进行了

39、设计和仿真，完成了包装机的方案设计、 结构设计、驱动系统以及控制系统等软硬件设计。主要工作成果如下：(1 )完成了海带包装机的原理与方案设计，根据参考资料，确定了折叠方案、捆扎 方案，并根据海带实际情况，提出一种“袖筒式”裹包方案，对海带包装机的整体方案进 行了论述。(2 )完成了海带自动包装机的结构设计。对折叠部分、转位部分、包装材料送料滚子、 压缩部分和切断下料部分进行了具体的结构设计以及必要的计算，选定了具体的电机、减 速器和液压缸。(3 )对包装机的折叠部分进行了简单动力学分析，验证了电机选型的正确。(4 )对包装机的各驱动源的时序进行了设计，并对液压驱动系统做了简单的设计，选 定 P

40、LC作为包装机的控制元件，并提出手动和自动两种控制方式。由于该海带包装机的设计工作量较大，在目前阶段不可能由一个人详尽地完成所有的 工作，因此本文的方案设计和机械设计部分是重点，对驱动系统和控制系统只是做简单的 设计。参考文献 :1王华.浅谈高校图书馆面向社会服务 J. 内蒙古科技与经济 ,2012 年2月第 3期.2叶挺秀 , 张伯尧 . 电工电子学 M, 第二版 . 北京：高等教育出版社， 2007.57-61.3钟静,王小雷 .浅谈现代产品设计中的造型设计 J 建设技术与管理 ,1997. （35）：15-19.4高永祥 , 尹显明 . 基于 pro/E 的特征提取方法及模块实现 J 机械工程与自动化 ,2005（01）.5米成秋 . 机床部件的有限元 J 哈尔滨工业大学学报 ,1986. （03）： 28-36.6严爱珍 . 机床数控原理与系统 M. 北京 :机械工业出版社 ,2000.7-20.7周渊深,宋永英.电力电子技术 M. 北京:机械工业出版社 ,2004 ：112-117.8梁俊彦 , 李云翔 . 机电一体化技术的发展及应用 J 科技咨讯 ,2007:23-26.9胡黄卿 , 机械制造业的发展趋势 J 矿山机械 ,2003:15-19.