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多功能茶叶自动包装机设计,多功能,茶叶,自动,装机,设计
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摘要摘要此次我的毕业设计题目是多功能茶叶自动包装机的设计，主要的设计细节有机架，封口装置，驱动装置，传送装置、纸袋剪裁装置，其中还包括对主要零部件的设计计算，并且通过 ansys 对主要零件进行力学分析核准。在这其中所用的专业方面知识有：零件之间极限的相关配合，机械工程材料材料的应用，机械制造工艺和机械制图等方面的相关知识，这些专业理论知识的应用可以从多方面考验我对所学知识的理解程度。而在完成本次设计任务的设计过程中，还增强了我的自学和创新能力。这次的茶叶包装机设计综合性较强，能够很好的提升我的实践能力。所以，在设计当中可以对主要理论有一个很好的回顾效果，同时，对生产实践也有一个更深层次的理解。由此可以得出这次设计的主要目的是将各种理论知识带入生产实践当中。关键词：包装机，传送装置，封口装置，纸袋剪裁IThe development of packagingDevelopment of packaging machinery in China began in the year 1970 the century 20 mid-90 have made rapid development, has become one of the 10 major industry in the late 80, regardless of the method of production, and have made remarkable achievements, strong for Chinas rapid development. At present, China has become a production and consumption of packaging machinery industry of the world. Summary: the current important issues and new products development cycle is long, packaging machines and less innovative kwan not only art designers, as well as the development of related industries. Summary: an advanced international level using replication technologies, including by using computer simulation. Production line breakdown of data entered into the computer, and then. The actual mode of execution. Edit as necessary in front of the user. Finally better. Packaging machinery, material means product has taken more than the product itself, but with the products in the form of invisible products and extend the. Product means only shapes and basic functions of packaging machinery itself. Stealth products as the operating carrier program. The extension means the quality of the packaging machine assurane manuals and service.Keywords： packaging machines，product，Schematic design ，structure design目录目录绪论绪论.11 1包装机械的介绍包装机械的介绍.21.1 包装机械的定义.21.2 包装机械的分类.21.3 茶叶自动包装机械的发展.31.4 茶叶自动包装机的特点.42 2茶叶自动包装机的设计方案茶叶自动包装机的设计方案.62.1 茶叶自动包装机的总体设计方案.62.2 茶叶自动包装机工作原理.73 3茶叶自动包装机的结构及设计计算茶叶自动包装机的结构及设计计算.93.1 茶叶自动包装机的结构.93.1.1 机架.103.1.2 输送带.143.1.3 封口装置.143.1.4 滚轮传送装置.163.1.5 纸袋剪裁装置.163.2 茶叶自动包装机的设计计算.173.2.1 茶叶自动包装机的设计要求.183.2.2 茶叶自动包装机外形及尺寸.183.2.3 茶叶自动包装机主要部件的选型计算.194.4.茶叶自动包装机的三维建模和运用茶叶自动包装机的三维建模和运用 ANSYSANSYS 进行主要零件的刚强度分析进行主要零件的刚强度分析.38 4.1 机架的建模 .244.2 卡套的三维建模 .254.3 三维零件的装配 .264.4 茶叶自动包装机主要零件的力学分析 .325.5.茶叶自动包装机的使用和维护茶叶自动包装机的使用和维护.385.1 茶叶自动包装机使用前准备.385.2 茶叶自动包装机的维护及保养.395.3 茶叶自动包装机使用注意事项.39III5.4 茶叶自动包装机的常见故障及排除.40总结总结.42致谢致谢.44参考文献参考文献.45绪论绪论通过在西安工业大学北方信息工程学院四年的学习，大学中最重要的一项课程毕业设计作为对我学习生涯的总结，考校了我对所学主业理论知识的掌握，也对我们是否能够对所学专业理论知识解决实际问题的能力做出了检验。通过学习专业课程使我对最基本的理论知识有了一定的理解，但只有将这些所学理论真正运用到实践中，才能够算是做到融会贯通活学活用，所以，毕业设计是我大学生活中及其重要关键的一个环节，而且这也是我们面向社会融入社会之前的检验，对我的未来有着非常重要的意义。因此，我一定会认真的配合老师、同学，就像在学习其他课程一样努力的完成这次毕业设计。此次我的毕业设计题目是多功能茶叶自动包装机的设计，主要的设计细节有机架，封口装置，驱动装置，传送装置、纸袋剪裁装置，其中还包括对主要零部件的设计计算，并且通过 ansys 对主要零件进行力学分析核准。在这其中所用的专业方面知识有：零件之间极限的相关配合，机械工程材料材料的应用，机械制造工艺和机械制图等方面的相关知识，这些专业理论知识的应用可以从多方面考验我对所学知识的理解程度。而在完成本次设计任务的设计过程中，还增强了我的自学和创新能力。这次的茶叶包装机设计综合性较强，能够很好的提升我的实践能力。所以，在设计当中可以对主要理论有一个很好的回顾效果，同时，对生产实践也有一个更深层次的理解。由此可以得出这次设计的主要目的是将各种理论知识带入生产实践当中。茶叶自动包装机是市场常见的一种食品包装机械。该类机械一般可以连续4的作业，且操作简单方便更加的人性化同时能大量的节省人力资源，降低生产成本，为大量的业者提供方便之处。由于本人所学知识水平有限，文中可能有一些错误和不足的地方，还请各位读者理解、并加以指正。1 1 包装机械的介绍包装机械的介绍1.11.1 包装机械的包装机械的定义定义包装机是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，以及清晰、干燥、杀菌、贴标、捆扎、集装、拆卸等前后包装工序，转送、选别等其他辅助工序。1.21.2 包装机械的分类包装机械的分类1.2.11.2.1 按包装机械的自动化程度分类按包装机械的自动化程度分类（1 1） 全自动包装机：自动完成供料、成型、充填，封口，并自动完成其他工序的机械设备。（2 2） 半自动包装机：通过人工辅助完成包装对象的供给等其他辅助工序，但可以自动完成包装工序的机械设备。1.2.21.2.2 按完成包装产品的类别分类按完成包装产品的类别分类（1 1）专用包装机：是旨在对某一特定产品进行包装的机器。（2 2）多用包装机：是通过对包装机械的部分零件进行更换，以达到完成两种或两种以上产品的包装工作目的的机械设备。（3 3）通用包装机：是可以完成指定范围内的两种或两种以上的产品包装工作的机械设备。51.2.31.2.3 按包装机械的功能分类按包装机械的功能分类按包装机械功能的不同，可以将包装机械分为：填充机、干燥机、灌装机、杀菌机、封口机、困炸机、包裹机、集装机、贴标机、清洗机、无菌包装机械、包装容器制造类、辅助包装机、多功能包装机等。1.31.3 茶叶自动包装机的特点茶叶自动包装机的特点包装机械大部分属于自动机，不仅拥有其自身所具有的特殊性能，而且也具备一般机械所具有的功能特点，主要特点如下： （1）目前包装机械为达到高运行速率，良好的动作配合均采用了复杂的机构。所以要求对各个部件的刚度和其表面质量等有较高标准。 （2）驱动电机的功率一般较小，所以执行机构的工作力也比较小（3）包装机械为了达到灵活调整包装速度的技术目标大多会运用无极变速装置。 （4）通常包装机械自动化程度较高，而采用微机控制可以较好的达到操作和控制智能化的目的。 （5）包装机械是特殊类型的专业机械，虽然种类较多，但是生产得数量毕竟有限。所以在包装机械的设计中应充分考虑到标准化、通用化、系列化、模块化及多功能性，以便在投入使用的时候可以节约使用成本维修成本。1.1.4 4 茶叶自动包装机械的发展茶叶自动包装机械的发展我国包装机械行业是在第二十世纪的七十年代前后开始兴起的，并且在九十年代的中期得到了迅速的发展，在八十年代末，包装机械行业已经成为机械行业中的重点行业之一。不论是生产产量还是生产的品种，都已经取得了显著的成绩，对于我国经济的快速发展包装行业也提供了强有力的保证。当前，我国的食品包装机械行业的主要问题是对于新产品的开发耗时比较长，对于成品的模仿情况较多，而独立研发拥有自主创新的相对比较少，这不单与行业内的设计人员的技术状况有关系，同时也和相关行业的发展状况息息相关。国际上利用先进的仿真技术，计算机加以辅助，然后自动合成三维模型，将过去在生6产中发生的生产故障数据输入到计算机，之后再以实际经营模式的方法将体现出来，最后，根据用户的需求进行合适的修改，最终达到要求，做到完善。包装机械作为一种产品，它的意义已经超出了普通的物质意义，其中更是囊括了形式产品，延伸产品，隐形产品几个方面的含义。形式产品是指包装机的基本功能和具体的形态；隐形产品是指用户对于包装机的实际使用；延伸产品是指包装机在使用时的质量保证、使用指导和售后服务等等。所以，完整的包装机的设计流程应该包括：市场调研（确定用户需求）、原理图设计（完善的设计理论）、结构设计（符合业者要求的结构特性）、售后服务预案等等。新型包装机械常是集机械、电气一体化的设备。充分利用信息产品的最新成果，采用气动伺服电机驱动，执行机构运用分离传输技术，这样可以大大缩短整个设备的传动链，结构可以得到充分的简化，充分提高机械的工作精度和运行速度。而采用多电机拖动，同步控制技术则是其中的关键技术。而其中由于技术人员对于当前主流趋势得不到充分理解导致对于这项技术的掌握充满艰难。虽然之前我国包装机设计是学习借鉴的阶段，但是在现阶段我们应该有自主创新的设计意识。近年来我国的包装机械工业发展异常迅速，要对相关机械和零件做到全部国产化与国外先进水平还存在相当大的差距而制造精度更是相去甚远，从现阶段进口的情况就可以看出这其中的差距。在食品包装行业应加强食品安全领域的科技和装备水平，对于准确评价食品危害因素的技术和设备更是其中的重中之重，而病原微生物耐药性的深化研究和再发展，疾病预防的技术原因和保护技术和设备等的控制也是其中的重点。食品与包装机械行业结合并形成规模的时间已经超过二十年，相对于包装行业，食品包装则可以看作一个新的领域，在这期间世界技术发展可以说是最快的一个时期，新的技术在行业中不断被应用，尽管如此但国内的行业基础仍然较为薄弱，对于技术力量科学系统的研究也较为缺乏，相对来讲目前处在一个比较滞后的位置，在一定程度上甚至拖累了食品和包装工业的发展。而食品包装机械产业对于包装机械来说发展更为快速。目前，在包装行业不断发展的大环境下，可以清晰的看到包装机械行业中的重重矛盾：行业的发展理念较为古板，无法与现今的发展形势对接活着应该7说是企业不能适应现下的发展趋势；技术创新能力不强，工艺技术改进程度不足，对于新产品的开发依然不能从根本上摆脱仿制研究的状况，最终造成缺乏竞争力的状况；经济的增长，效益的提升这些至关重要的方面则还是得靠规模化来提高。另外，包装机械行业管理方面存在粗放现象，精细化管理的程度还尚未达标；竞争意识、市场忧患意识严重不足，对于服务市场、服务客户的意识以及发展的紧迫感、责任感无法到位，对于市场大的经济环境发展和人机协同无法与之相适应。而面对诸多不利的因素，最为迫切的是对包装机械行业中各企业的发展方式加以改变，企业必须站在新的起点上审视这些不利进而解决以上的矛盾和问题，同时转变旧的发展理念，对自主创新能力的强化，且增强市场意识，最终达到推进国内包装机械行业发展目的，行业在大踏步前进时应该关注和利用包装机械的大发展趋势，只有这样才能改变行业现状，同时促进包装机械的发展 。82 2 茶叶自动包装机的茶叶自动包装机的设计方案设计方案2.12.1 茶叶包装机的总体设计方案茶叶包装机的总体设计方案2.1.12.1.1 方案设计一方案设计一：采用立式的整体分布结构，利用翻领成型器将袋子的成型，装填和封口有效的连接在一起利用重力引导最后用切刀将成品带切断。而在使用罐装包装包装方式的时时候，通过在充填漏洞下方连接软管的方法，将称好重量的茶叶引入铁罐，最后运用旋转封合技术，达到铁罐的封口目的。其总体的布局结构如图 2.1。图 2.1 立式茶叶包装机的总体结构图2.1.22.1.2 方案设计二方案设计二：采用卧式的整体分布结构，其由上下两部分组成。上主要为纸袋包装，通过称重装置设置茶叶重量，通过板式热封的方法将纸袋封合，利用橡胶滚轮牵引纸袋进而实现纸袋的连续包装，最后通过剪裁装置将已经充填好的茶叶纸包进行剪裁动作。下层主要为灌装动作完成部分，利用传送皮带将空茶叶罐运送至茶叶漏斗的下方，上层称重结束后利用漏斗灌装，而后进入灌装封口工序，9采用压封的方式完成铁罐的封口工作。图 2.2 卧式茶叶自动包装机的总体结构图综合上述两种总体设计方案，方案二的结构较为简单，容易实现，清洗较为方便，并且使用、维护成本较低，所以我们选择方案二进行进一步的细化，作为本次设计的总体思路。目前市面上已经存在的包装机大多功能单一，要么只能进行纸袋包装，要么只能进行铁罐包装。本次设计的包装机可以同时满足各种茶叶甚至一定大小的颗粒状物料的自动包装。同时，本文中论述的自动包装机既可以是纸袋的包装，又能完成铁罐的包装。可以说是市面上常见包装机的一种结合体。更加实用。茶叶自动包装机主要由机架、称重装置、封口装置、滚轮装置、纸袋剪裁装置、皮带传输装置、铁罐封口装置等及大部分组成。为达到符合承受此设计整机设备重量的要求，机架采用结构简单牢固节约大量的技术成本的 40x40x4.0 规格的方通管焊接，其四角配有 M20 的高强度防滑脚杯以完成防滑和调节高度的目的。选用步进电机和气缸来（此次设计机器主要为茶叶包装所以对于驱动力的要求不是很高）作为主要的驱动动力，气缸和电机的主要特点为：价格低廉，结构简单，装配方便。传送部分由 80x40 铝型材搭建而成，配合两端的结构件和轴，实现皮带的松紧调节，传送速度的调节由步进电机来控制。102.22.2 茶叶包装机的工作原理茶叶包装机的工作原理茶叶自动包装机有上下两层所构成，上层主要是完成茶叶的纸袋包装。下层主要完成茶叶的铁罐包装。纸袋包装过程中，将塑料薄膜纸袋分别安装在两个阻尼滚轴上，下层纸袋通过茶叶称重装置后与上层纸袋重合，由滚轮装置牵引通过纸袋封口装置，完成茶叶知道包装的封口工序，完成封口的纸袋进入纸袋剪裁装置，通过气缸推拉切刀，完成纸袋的剪裁工序。被剪裁后的纸袋包装茶叶成品自由落体至第二层传送皮带后被传出至成品收集箱。铁罐包装过程中，铁罐空罐通过皮带传送至漏斗下方，待预定质量的茶叶灌装好后，跟随传送带到达下一工位铁罐封装工位。铁罐封口器随气缸自动完成上下动作，实现对灌装好茶叶的铁罐罐口的密封工作，后随皮带传送至设备外围，至此完成茶叶的铁罐灌装。113 3茶叶自动包装机的茶叶自动包装机的结构及设计计算结构及设计计算目前，包装机械行业内，茶叶自动包装机的设计，主要还是设计人员的合计经验和参考其他相关设备的参数来设计的。这样一来，便会出现一个问题：通过传统的设计方法所完成的设计工作，工作量较大而且各项工作较为繁琐。茶叶自动包装机在实际应用当中，还存在大量的操作问题，等待后人去研究和解决，如故障发生的频率较高，机械功率较低，物料流不能得到有效的控制等等。3.1.13.1.1 机架机架在设计机架的时候，一般是根据机架的结构和制造数量等因素确定制造形式，而在这之前通常会初步确定机架的形状和尺寸；机架的设计需要满足以下准则：（1 1）工况要求：不论是什么类型的机架都必须满足其特定的工作要求，如在满足机器功能的前提下，各个部件能否安装在机架上，安装好之后各个机构的配合是否合理，通常机架的结构不论内部还是外部都不能影响各功能性零件的正常运作；从意义上来说机架是设置或者执行某一工况的搭载平台；它能够满足上下料的基本要求、对于人机协同性能（操作简单，易上手，人机配合程度）必须有较好的配合。12（2 2）刚度要求：机架的刚度要求是最基本的要求其必须在机器运作的时候保证其外形不发生变化。在及其安装运作的时候一旦发生形变，各个功能性零件自身的重力，运作时的摩擦力，部件的惯性力以及一些特定部件的夹紧状况都会发生改变，而这就势必导致整个机器的精度发生变化无法达标，例如，一个机床如果床身的刚度不够，虽然机器自身零件的精度很高，但由于刚度的不足加工精度也必然无法做到合格。（3 3）强度要求：一般来说，机架不但要达到刚度要求，也必须要满足一定的强度要求（在运作时机器零件在收到外力时不会失效的能力）。（4 4）稳定性要求：结构一旦失去稳定性，会对结构产生极大的破坏，并且可能无法恢复，设计机架时，必须对其稳定性进行校核。（5 5）美观：再满足以上要求的同时，设备的结构必须要外形美观。（6 6）其他要求：在机器的运作当中可以满足防尘，防噪，防震，防腐蚀，以及良好的散热通风性能等特定要求。图 3.1 机架结构图如图 3.1.1 机架结构图，机架由 40x40x4.0 规格的方通管焊接而成，结构简单、牢固，足以承受设备的整个重量。四角配 M20 的高强度防滑脚杯，并且高度可调节。3.1.23.1.2 输送带输送带13带式输送机的类型及适用条件 带式输送机按照牵引的方式可以分为以下几种：1 1） 滚筒驱动式：一般运用于采矿技术，大型的矿业开采行业以及需要连续作业的情况（如本次毕业设计所采用的茶叶罐运输方式）；2 2） 钢丝绳牵引式：通常在矿井的主井带式运输的情况下会运用这样的方式。带式传送可以适用于水平状态和具有一定的倾斜状况下的运输（在向下运输的时候倾斜度应该小于等于 15 度而向上运输的时候则应该小于等于 18 度），着重注意的是在运送带有棱角的物品时避免对传送带的损伤。 带式输送机的工作原理输送带形成一个封闭回路，通过张紧装置让输送带处于一个张紧的状态，然后通过驱动装置带动滚筒，利用其与输送带之间的摩擦进而使整个回路运动实现连续的运转，最终由于物料与输送带的摩擦力则可实现物料从一端到另一端的目的。 带式输送机的工结构在这里以滚筒驱动的带式输送机为参考，简要的介绍带式输送机的结构组成：主要构成：传送带，托辊，机架，传动装置，张紧装置，储带装置清洁装置等部件。下面将就此逐个做说明。1 1） 输送带输送带在整个输送机中的作用是：作为承载机构承担物料的重量运送物料运动，同时也作为牵引机构牵引物料到达指定位置。 5输送带的种类有很多种。如果按照带芯结构的材料构成分类有如下几种： 钢丝绳芯输送带尼龙芯输送带维棉芯输送带帆布芯输送带如果按照覆盖层所选用的材料类别可以分为如下几种：橡胶带14橡塑带塑料带如果按用途来分类可以分成如下几种类型：耐热、耐寒、耐油、耐酸、耐碱和花纹等输送带；而按照输送带的阻燃性来分类则可以分为阻燃带和非阻燃带两种（重点考虑生产环境的防火与否）。 输送带最常用的有三种类型：普通型输送带钢丝绳芯输送带钢丝绳牵引输送带。这里，我们只对前两种做简单介绍。 普通输送带：通常普通输送带用于绳架吊挂式或者固定式亦或者可伸缩的带式输送机上。 钢丝绳芯输送带：由于要求输送带必须可以承受一定的拉力，所以采用的带芯为细钢丝绳，表面运用橡胶覆盖的输送带。本次设计中对于输送带的性能要求：由于主要的运载对象是茶叶，且属于食品的范畴，所以采取的输送带需要符合食品运输级别的相关要求。 2 2） 托辊为了使输送带在运行过程中平稳前行，所以托辊的的作用就异常重要，在其中它可以起到支撑作用，而在运行时可以减少不必要的阻力，这样则可以将输送带悬垂度控制在实际工作要求的范围以内，托辊主要是由轴、轴承和标准套筒等部分构成的，在工作中是安装在机架上的。而托辊按其用途则可以分为如下几种类型： 槽形托辊：槽形托辊通常是由 3 个托辊组合而成的，槽角一般为设定为 300， 平行托辊：平行托辊一般为长托辊，主要作用是支承回空段的输送带。其中下托辊轴头通常是卡在机架的支座里的。 调心托辊：调心托辊多用在固定式带式输送机上。因该种输送机的托辊是固定地安装在机架上的，当输送带跑偏时，不能用挪动托辊位置的办法来纠正跑偏现象，故在带式输送机的重载段每隔 10 组托辊设置一组回转式槽形调心托辊，回空段每隔 6-8 组设置一组平行调心托辊。当输送带跑偏碰到侧边的立辊时，立辊带动回转架转动，使输送带向中心移动，则槽15形托辊和平行托辊亦随之摆动，使跑偏的输送带被纠正过来。缓冲托辊：总的来说是通过在一般的托辊套筒上安装若干橡胶圈以达到缓和负载对输送带的冲击，从而保护输送带。 3 3） 驱动装置驱动装置是机器运作的动力源，一般为电动机驱动，进而带动主动滚筒转动，以此实现机器的运作。驱动装置如何布置：驱动装置一般布置在机头的卸载端，主要有单电动机驱动和多电动机驱动，其中滚筒的使用也存在单个滚轮（一般用于功率较小的传送机）和多个滚轮传动的区别，其中当采用单电动机驱动两个滚轮传动的时候，两个滚筒需用一对齿数相等的齿轮连接起来；采用双电动机传动时可将齿轮去掉，由两台电动机分别驱动两个滚筒。 驱动装置怎样构成：是通过电动机，减速器，联轴器以及主动滚筒的配合完成驱动。如果是单电动机双滚筒传动，就会有一对传动齿轮作为两个滚筒的连接。 电动机：电动机是带式输送机的主要原动力。 联轴器：通常会采用柱销联轴器和液力联轴器两种方式。 减速器：通常采用标准的齿轮减速器，进而控制齿轮的传动比，最 终达到降低驱动滚筒转速的目的。 驱动滚筒：按照生产工艺的不同，驱动滚筒可以分为铸钢结构和钢板焊接 结构。一般驱动滚轮表面会有光面、包胶和铸胶的区别。其中光面滚筒实在功率需求不是很大的情况下使用的；而在功率大而且容易发生打滑现象的状况下，则会优先选用胶面滚筒；对于铸胶滚筒，因为其表面耐磨性高，且胶面比较厚，所以在条件允许的情况下应该尽可能的选用此类滚筒。 导向滚筒：导向滚筒起到增大驱动滚筒围包角、改变胶带的运行方向的作用，从而提高驱动滚筒的牵引力。导向滚筒的选用应根据驱动滚筒的设置情况以及现场安装条件来设置。 4 4） 张紧装置 拉紧装置的作用：在输送带运作的过程中可以保证输送带的张力进而为滚筒和传送带提供运动所必需的摩擦力；为保证输送机的正常运作，16其会使各个托辊与传送带的悬垂度在一个合理的范围内。张紧装置主要分为机械张紧装置和重砣张紧装置两类。除此以外还有电动张紧装置和液压张紧装置等。 5 5） 储带装置 储带装置一般是装在带式输送机机头传动装置后面的装置，是用来储存可伸缩带式输送机伸缩前后的多余输送带，以满足工作面持续前进或后退的需要，它装设。 6 6） 制动装置 一般来说，带式输送机如果平均倾角大于 40 巷道并且向上运输时，应设置制动装置，以防止输送机在停止运转后输送带在货载重量的作用下使输送机逆转。 10制动器的种类繁多，如带式逆止器、滚柱逆止器、电力液压制动器及液压盘式制动器等。图 3.2 输送带结构图本次茶叶自动包装机的设计中，采用如图 3.1.2 输送带结构图的结构。采用滚轴式输送结构，机架部分有铝型材搭建而成，驱动装置选用的是步进电机，电机与滚轴以链条传动。输送用的皮带选择普通食品界别的平皮带，一保证输送过程中不会对茶叶的食用造成影响。3.1.33.1.3 封口装置封口装置柔性包装材料的封口方式大体上有两种：黏封和热封。并且一般情况，17不单独设置封口机，直接设计封口装置在包装机械上完成。常见的封口形式： （1 1） 粘合：用粘合剂将两种同类或不同类的古铁连接牢固的现象，叫做粘合。 （2 2） 板式热封：将要缝合的薄膜压紧在耐热橡胶到一定温度的加热板之间是想爱你热封的方式。这种方式结构简单，分合速度快，温度抑郁控制。（3 3） 滚轮式热封：通过加热一对滚轮中的一个或两个，使叠合的薄膜从两滚轮之间通过，从而达到热封的目的。这种封口方式可实现连续封合。（4 4） 带式热封：将叠在一起的两层薄膜夹在一对会装的钢带之间，通过加热使其封合。此方式结构稍微复杂。（5 5） 脉冲热封：将薄膜用镍铬合金条压在耐热橡胶上，通过瞬间的大电流来加热，在经由空气冷却后达到封口的效果。（6 6）超声波封合：超声包封合属于机械封合，通过机械脉冲产生膨胀收缩，高频振动下薄膜封口表面发生相互交融，而成为一个整体。通过对各种封口方式的了解、对比。最终发现板式热封具有建构简单、封合速度快，操作方便等诸多优势。所以选择板式热封的方式来封合包装茶叶的纸袋。工作原理：通过输送装置将需要封口的薄膜纸袋送入加热区，加热块的热量使得纸袋的薄膜受热熔软，冷却后上下塑料薄膜即会粘合在一起，完成封口作业。结构如下图 3.1.3封口装置结构图。18图 3.3 封口装置结构图3.1.43.1.4 滚轮传送装置滚轮传送装置滚轮装置结构比较简单，上下两个橡胶轮将纸袋夹紧，通过步进电机带动上滚轮，从而达到对纸袋的牵引。具体结构如图 3.1.4 滚轮传送装置结构图。19图 3.4 滚轮传送装置结构图3.1.53.1.5 纸袋剪裁装置纸袋剪裁装置纸袋剪裁装置的主要工作零件为切刀，切刀切口设计为 2歇脚，剪裁的过程中，始终与下切刀保持点接触，有效的保证的切刀使用的寿命。切刀由缸径 32 的气缸推动，结构简单，操作方便。20图 3.5 纸袋剪裁装置结构图3.23.2 茶叶自动包装机的设计计算茶叶自动包装机的设计计算茶叶自动包装机的这些基本参数都是影响输送能力的因素。由于物料在茶叶自动包装机中的运动状况、允许的物料输送量及速度是由物料特性所决定的，所以轻的、松散的和非磨琢性的物料与重的磨琢性物料相比，可以在u形槽内装得满一些，转轴的转速也可高些。213.2.13.2.1 茶叶自动包装机的设计要求茶叶自动包装机的设计要求包装机要求为自动化设备，伴随着着中国经济的飞速发展，包装机在国民经济中得到了大量广泛的应运。然而由于我国工业基础薄弱，市场上通用的包装机大部分都是针对企业或者工厂大批量生产，个体户或者小作坊里对于茶业的包装基本都是人工包装，并且对于茶叶的包装，灌装和纸装大部分都是用两台机器分开进行，很少在在一台机器上集中进行。 本设计针对这样的不足，设计出了这个集茶叶纸装和灌装一体的多用途茶叶包装机，对于普洱茶、铁观音、乌龙茶等散茶与毛坯茶的进一步加工包装有很好的效果，对于小作坊，小企业等遇到突然性接单或者新年等出货量大时，可有效的缩短工艺时间；对于家庭来说，可有效的对拆开后喝不完的茶叶能进行保存。 此多用茶叶自动包装机，集茶叶纸装和灌装为一体，对于普洱茶、铁观音、乌龙茶等散茶与毛坯茶的进一步加工包装有很好的效果，对于小作坊，小企业等遇到突然性接单或者新年等出货量大时，可有效的缩短工艺时间；对于家庭来说，可有效的对拆开后喝不完的茶叶能进行保存。 本设计代替了手工包装，为小作坊，个体户实现了包装自动化，提高了生产效率，大幅降低了成本。 同时，机器的包装范围广泛，可包装酱体、粉剂、颗粒、固体各种状态的茶叶，只需根据不同的物料选择不同计量充填装置即可。并且，本设计集茶叶纸装和灌装一起，可以适应不同需求的包装。为小作坊，个体户实现了包装自动化，提高了生产效率，大幅降低了成本。生产效率要求为：袋装茶叶的产量为1500pcs/h，灌装茶叶的产量为500罐/h。3.2.23.2.2 茶叶自动包装机茶叶自动包装机外形及尺寸外形及尺寸原始资料 输送物料为茶叶，普洱茶、铁观音、乌龙茶等散茶与毛坯茶。整机设备的尺寸不得超过长2000mm X宽1000mm X高1500mm。由于牢固可靠的设备结构要求，所以采用焊接机架。223.2.33.2.3 茶叶自动包装机主要部件的选型计算茶叶自动包装机主要部件的选型计算（1 1） 电机的选型点击的选型步骤一般由以下几步：1 1） 决定驱动机构：首先确定驱动机构，最具有代表性的驱动机构有简单的旋转体。以及滚珠丝杆机构、皮带轮、齿轮齿条机构。因此，这时候必须对驱动物体的质量、尺寸、摩擦系数等各因素了解清楚。2 2） 确定要求的运动规格：如果移动的速度、驱动时间、时间间隔等，则必须先确定定位距离、定位时间等驱动条件，并且需要提供定位精度、分辨率、位置保持、使用环境等。3 3） 计算负载：计算驱动电机上的负载转矩以及惯量。4 4） 选择电动机的类型：常用的电机有AC小型标准电机、无刷直流电机、步进电机等。5 5） 选用计算：从机械强度、加速转矩等各个方面进一步校核电机的使用参数是否符合使用工况。这里，以传送带驱动电机的选型为例来做说明：确定已知参数：皮带与工作物的总质量：g10m1K皮带与滚轴的摩擦系数：3 . 0u滚筒的直径：mm65D滚筒的质量：g5m2K传动效率：9 . 0皮带的速度：%10s/mm140V电机电源：单相220V50Hz工作时间：8H/天计算必要转矩：传送带在启动时所需要的转矩是最大的，计算启动时的必要转矩。摩擦力NF9 .29807. 9x10x3 . 0umg23负载转矩m.64. 19 . 0x210x65x9 .2923NFDTL设定安全系数为2，则电机的输出转矩应该是3.28N.m。确定负载惯量皮带和工作物的惯性惯量242321mgm10x106210x65102xm1KDJ）（）（滚筒的惯性惯量242322mgm106.4x210x65x5x81m812KDJ）（故全负载惯量为22mmgm4 .1321KJJJ查阅资料，选择86步进电机，其容许惯量惯性为，远大于负载惯2gm1000K量，故可以选用。（2 2） 气缸的选型气缸的选型气缸是以工作要求和条件为基准，配合成本节约的理念来选择正确的型号。下面介绍气缸的基本选型步骤。1 1） 气缸缸径：确定气缸的负载力大小，以此为根据确定气缸的输出力，进而通过计算得出气缸的缸径。 2 2） 气缸的行程：其是由使用气缸的环境和机构的行程决定，但是通常不会选择满行程气缸。 3 3） 对气缸进行稳定性以及强度的计算。 4 4） 气缸的安装形式：由气缸的使用目的和安装位置等因素决定其安装方式。通常状况下，采用固定式气缸。在气缸随工作机构连续回转时（如车床、磨床等）的情况下，应选用回转气缸。活塞杆需要在直线运动基础上，还作圆弧摆动的时候，则选择轴销式气缸。对于特殊要求的情况，应选相应型号的特种气缸。 5 5） 气缸的缓冲装置：对于是否需要采用缓冲装置则是由活塞的速度所决定。 246 6） 磁性开关：在气动系统采用电气控制的方式时候选用。 由于本次设计中使用气缸的地方，对于气缸的输出力要求并不是很大，更多的是考虑气缸的安装和结构空间的合理性。因此，根据前人经验，选择较为常用的薄型外螺纹气缸，安装方便，体积小，价格便宜。并且该种类型的气缸在市面上比较常见，比如常用的气缸品牌：SMC、亚德客、恒拓等都出售这种规格的气缸。使用寿命在两年以上，并且一旦出现问题，更换起来很方便。图3.6气缸具体参数图以上是亚德客气缸acq系列的参数之一，由上可以清楚的看出该系列气缸完全能够满足此次设计需求 （3 3） 带传动减速比计算带传动减速比计算传送带的传动结构比较简单，电机与皮带主动滚轴采用链传动，一级链传动，主动链轮转速，从动链轮转速，min/ r1181Nmin/ r802N25则传动比475. 18011821NNi选小齿轮齿数，则大齿轮齿数，取101Z75.14475. 1x102Z152Z则实际的传动比为5 . 1101512ZZi查表的链条的工作工况系数,小齿轮的齿数系数0 . 1AK898. 02K则KWKKPKPPZA56. 0898. 05 . 0x0 . 10查表得链条的节距为19.05mm。264 4 茶叶自动包装机的三维建模和运用茶叶自动包装机的三维建模和运用 ansysansys 进行主要零件的进行主要零件的刚强度分析刚强度分析本次三维建模选用 solidworks 软件进行建模工作，solidworks 是一款高中端三维 cad 软件，其具有操作易用性，高效性等优点，为操作者提供动态的操作界面，减少了多余的对话框，让操作者对于程序有了更好的管理。总的来讲此次建模的思路也是设计思路；先确定并画出机架，其次画出各个部件的零件，最后将各个部件进行组装（并查看理论是否在实践当中可行）在这利用 solidworks 装配操作将各个主要部件装配在机架之上完成建模。4.14.1 机架的建模机架的建模（1 1） 启动 solidworks 软件并且创建一个新的零件文件 (2)(2) 选择基准面运用绘图工具（直线，圆）等工具画出机架的左视轮廓（3 3） 利用拉伸凸台的方式拉伸之前确定的高度对拉伸的凸台进行拉伸切除步骤做出所需求的机架图 4.1 机架三维图27图 4.2 机架三维图4.24.2 卡套的三维建模卡套的三维建模（1 1） 选定基准面画出卡套轮廓线图 4.3 卡套轮廓截图（2 2） 对轮廓进行拉伸凸台操作28图 4.4 卡套截图（3 3） 对已拉伸凸台底面进行打孔（根据六角圆柱头螺钉打孔）图 4.5 卡套截图本次建模零件较多由于所占篇幅较多就不一一介绍。4.34.3 三维零件的装配三维零件的装配运用上述方法操作画出各个部件装置的零件，最后用所画零件组装部件（以封口装置为例）：（1)1) 新建装配体29图 4.4(2)(2) 在装配体中插入第一个零件，一般第一个零件是固定不动的（插入底板）(3)(3) 向装配体中加入要进行装配的零件30选中要装配的零件（4 4）选择配合条件，可以选择移动，然后选择面与面平行，然后选择相切。（5 5） 选中配合面对已选零件以鼠标拖动的方式进行装配最终可以得到装配体31由于本次设计机构较多就不一一赘述，以此为例其余部件以上述为标准装配,其中有:纸袋滚筒，封口装置，剪裁装置，纸装驱动装置，如下图：32最终用上述方式将以上机构进行装配得到最终的茶叶包装机三维模型：3334注：各零件三维图，主要装置三维图见文章尾部附录。4.44.4 茶叶自动包装机茶叶自动包装机主要零件的力学分析主要零件的力学分析Ansys 是大型通用的有限元分析软件，其构架分为两层，起始层和处理层，（其中有限元分析发是该软件的理论依据）直接将 solidworks 中已经建好的三维模型导入 ansys，对其进行加载，加以约束和设置参数等步骤，然后利用该软件进行分析，求解且画出网格图，最后进行后期处理进而得出结论。其分析图见下图（介于具体步骤所占篇幅较大，故不进行详细叙述只显示最终的分析结果）（1）转轴转轴 3 3 的应力分析的应力分析图 3.2.1 转轴零件图35图 3.2.2 转轴受力模型属性参数：质量:0.213556 kg 体积:2.7379e-005 m3密度:7800 kg/m3 重量:2.09285 N材料:45 钢 模型类型:线性弹性同向性屈服强度: 580 N/mm2 张力强度:750 N/mm2表 3-2-1 网格信息网格类型网格类型实体网格所用网格器所用网格器: 标准网格自动过渡自动过渡: 关闭包括网格自动环包括网格自动环: 关闭雅可比点雅可比点4 点单元大小单元大小3.01503 mm公差公差0.150751 mm网格品质网格品质高36表 3-2-2 网格信息细节节点总数节点总数10866单元总数单元总数6699最大高宽比例最大高宽比例4.5863单元单元 (%)，其高宽比例，其高宽比例 100扭曲单元扭曲单元(雅可比雅可比)的的 %0完成网格的时间完成网格的时间(时时;分分;秒秒): 00:00:00计算机名计算机名: ADMIN-PC图 3.2.3 转轴 3 网格划分图图 3.2.3 转轴 3 应力图表 3-2-3 转轴 3 应力37名称名称类型类型最小最小最大最大Factor of Safety最大 von Mises 应力11412.7节: 102888.66786e+008节: 1212(2)T2)T型气缸连接的应力分析型气缸连接的应力分析图 3.2.4 T 型气缸连接零件图图 3.2.5 T 型气缸连接受力模型38属性参数：质量:0.0552125 kg 体积:7.07853e-006 m3密度:7800 kg/m3 重量:0.541083 N材料:45 钢 模型类型: 线性弹性同向性屈服强度: 580 N/mm2 张力强度: 750 N/mm2表 3-2-4 网格信息网格类型网格类型实体网格所用网格器所用网格器: 标准网格自动过渡自动过渡: 关闭包括网格自动环包括网格自动环: 关闭雅可比点雅可比点4 点单元大小单元大小1.92082 mm公差公差0.0960409 mm网格品质网格品质高表 3-2-5 网格信息细节节点总数节点总数11755单元总数单元总数7411最大高宽比例最大高宽比例3.4192单元单元 (%)，其高宽比例，其高宽比例 100扭曲单元扭曲单元(雅可比雅可比)的的 %0完成网格的时间完成网格的时间(时时;分分;秒秒): 00:00:01计算机名计算机名: ADMIN-PC39图 3.2.6 T 型气缸连接网格划分图图 3.2.7 T 型气缸连接应力图表 3-2-3 T 型气缸连接应力名称名称类类型型最小最小最大最大DisplacementURES:合位移0 mm节: 11.97436e-007 mm节: 154405.5.茶叶自动包装机的使用及维护茶叶自动包装机的使用及维护5.15.1 茶叶自动包装机茶叶自动包装机使用前准备使用前准备(1)(1) 为了让机器在工作时候可以充分发挥其最佳的工作效能，且大大的延长机器的使用寿命，茶叶包装机应该在专门的操作人员维护和使用机器尽可能让机器在最佳的工作状态下运行（操作人员应熟悉机器的使用流程，避免对机器造成操作性的失误）。(2)(2) 不要将机器放置在凹凸不平的地面上，在开机之前，对机器进行检测，看看是不是因为运输保护措施不当导致部分零部件发生松动或者关键部分出现移位错位的现象，一旦发现立刻对其进行维修纠正。 (3)(3) 外接气源的引入： 利用软气管连接机器和气压源，本次设计采用的软气管外径为 10mm，其中输气管的一端是在机器进气接头处固定的。(4)(4) 气压的检查： 外部气源压力应该是大于等于 6kg/cm2，压力表一般是 5kg/cm2 左右，机器如果不出现异常情况正常工作的话，压力一般会小于 6kg/cm2，如果超出这个范围机器就无法正常工作。另外，为了使机器正常运转，保护调压顾虑其和其他气动元件，外部进入的气源压力应该在 9.5kg/cm2 以下。（5 5）气压的调整： 如果表压力上显示的压力不在规定的范围内，则可以通过以下几种办法进行调整，以使气压达到可以正常工作的标准： 1 1） 将调压器上盖钮向上轻轻拉起，顺时针旋转，压力会增大 2 2） 将调压盖钮向上拉起来，逆时针旋转，压力会减小另外调节压力的时候应特别注意手法，尽可能的均匀旋转，一旦调节到了规定范围内，则应在调节结束以后将上盖钮压下(使其处于闭锁状态)以保证不会在不必要的状况下发生错位等现象。415.25.2 茶叶自动包装机的维护茶叶自动包装机的维护及保养及保养机器良好的运作离不开配套的维护和保养，茶叶自动包装机中切刀的定期清理，驱动装置的清理，气源系统的清理尤为重要所以必须按照以下几项要求操作维护：（1 1）定期对封口装置进行清理：一般 7 到 10 天进行一次清洗（机器作业时间长的话可以将清理周期缩短）用柔软的擦布对仔细清洗，（可以使用食品包装机通用的清洗液）。（2 2）对于驱动电机上的齿轮应定期清洗油污，包括链条的清洗，在每次清洗之后必须加入润滑油以保证下次使用机器时的流畅度（主要这些必须在断电以后进行）。（3)3) 对于切刀的清洗工作也应该做到完善，切刀的清洗一般在温度下降的可接受范围的时候清洗，以便保护切刀表面的涂层，如果发现外层高温漆布烧损，应立即更换。如继续使用，则会对下面的硅胶条起不到保护作用，而且影响封口质量，新更换的漆布一定要保持平整，无皱折。(4)(4) 若封切刀因磨损以至无法正常使用时，则必需更换封切刀。(5)(5) 气源处理元件调压过滤器积水的清理方法：当水位升至接近滤芯座底部时，就应及时进行排水操作。关闭气源,排出气路中的压缩空气于大气中,用大拇指顶住外壳凸出的黑色开关，逆时针旋转大约 45 度,轻轻地往下拉，即可取下滤水杯，把里面的积水倒掉。5.35.3 茶叶自动包装机的使用注意事项茶叶自动包装机的使用注意事项(1)(1) 机器必须可靠接地，以保护人身安全。(2)(2) 一般气动的部件尽可能不要在不明白工作原理的情况下自行调整，如必须进行适当的调整应该联系专业的维护操作人员进行调整。(3)(3) 一般机器的切刀是向下闭合的，只有在气缸通气以后正常运作的时候是向上提起来的。(4)(4) 当进行包装流程的时候，操作人员的肢体切记不可以和机器较为锋利42的部分接触（其中切袋部分，板式热封部分，更是重中之重）。(5)(5) 封口温度设定时，必须遵循从低至高的原则，一般情况下设定在200左右即可，绝对不允许一次性将温度调得很高，否则很容易烧毁加热等部件。(6)(6) 切刀表面（呈圆弧状）镀有特氟龙凃层，在操作的时候注意保护切刀，一旦外表面镀层消失，包装袋容易粘在切刀上，这样会影响整个的包装流程。 （7 7）万一机器发生故障时，必须尽快切断电源，以免造成更大的损失。查明原因，经修复正常后才能投入使用。 （8 8）非专业技术人员不得擅自改变电器线路的接线方式。 （9 9）维修机器前，必须关闭总电源；修复时，应由专业技术人员维修或通知本公司协助。5.45.4 茶叶自动包装机的常见故障及排除茶叶自动包装机的常见故障及排除 封口不牢是连续封口机的常见故障之一，封口不牢有三层意思：包装袋封口处无法封上；在封刀压力作用下，袋口虽封上了，但稍用力挤压或撕剥，封口便又开裂；对封口处进行剥离试验时，出现一半封合牢固、一半分离的现象，这样的包装袋封口质量仍不合格，因为内容物在储运过程中经挤压很容易漏掉。这种情况在复合里料为 OPP、吹塑 PE 时常常出现。 （1 1）造成第一种故障的原因主要有以下几种。1 1） 热封温度不够通常情况下，以 OPP 为里料的复合袋，当制袋总厚度为 8090m 时，热封温度要达到 170180；以 PE 为里料的复合袋制袋总厚度为 85100m 时，温度宜控制在 180200。只要制袋总厚度有所增加，热封温度就必须相应提高。2 2） 热封速度过快封不上口还与封口机速度快慢有关。如果速度过快，封口处还未来得及热43化就被牵引辊传送至冷压处进行冷却处理了，自然达不到热封质量要求。3 3） 冷压胶轮压力不合适冷压胶轮上下各有一个，它们之间的压力要适中，调节压力时只需夹紧弹簧即可。4 4）热封薄膜质量有问题封口封不上还与热封薄膜质量有关，如果复合里料电晕处理不均匀，效果不好，并恰好出现在封口处，肯定无法封口。这种情况很少见，然而一旦出现，产品必然报废。所以在彩印包装行业，是下道工序监督上道工序，一发现质量问题，必须及时分析起因并加以解决。如果封口处有水分、脏污，也会造成封口不牢。总之，解决第一种封合不牢问题，一般可适当提高热封温度，再降低热封速度，同时加大冷压胶轮的压力。 （2 2）导致第二种封口不牢故障的原因主要有以下几点。1 1） 热封温度不够只需适当提高热封温度即可解决问题。2 2） 热封刀的刀面不够平整热封刀分上、下两片，通常热电耦装于其中，用来感应温度的传递情况。热封刀上有三个螺杆，中间的螺杆起支撑和加固刀片的作用，其他两个螺杆都配有压力弹簧及垫片，主要用于调节热封刀压力，上、下刀片各有两个弹簧。造成热封刀刀面不平整的主要原因是中间螺杆装斜了，不是水平的；或者是上热封刀的压力弹簧压力不均。 总结44总结总结在千学明老师和段兰老师尽心的指导下，经过近半年的设计实验，终于功夫不负有心人，我的毕业设计多功能茶叶自动包装机设计画上了一个完美的句号。此次毕业设计用到了大量的生产实际知识，同时也用到了四年所学的大量理论知识，而这些知识有些时候我甚至会忘掉，更不要说那些完全没有接触过的实践知识，所以此次毕业设计对我来说应该算是对理论知识的回顾，和对未来面向社会实践的一个前奏。在第一次拿到任务书的时候我甚至有些不知所措，完全找不到思路，经过段兰老师的指导，并引领我确定最优的设计方向，最终确定了大方向的设计思路，随后一切进入正轨以达到有条不紊完成设了计任务的目的；期间的辛苦自然是不可名状的，有些理论和业者的要求完全对不上，虽然说之前没有接触运用过，但只要认真的思考，做出详细的调研，最后辅以课本理论，这些问题都得到了妥善的解决，实践需求大多是理论知识的结合，将理论运用到实践当中，而实践则是理论最好的载体，有些难以攻克的难题费时费力，深切感觉到书到用时方恨少的可怕。这次的毕业设计让我深刻了解到目前所学的理论知识知识初步，实践就是运用理论来解决问题，造福业者，若遇到理论无法解决的情况，应该以点带线甚至以点带面，能够举一反三。以前一直以为理论就是一切，但是真正从事设计之后发现，这样的认知与时代的发展是无法配合的。如果长此以往下去，理解总会过于肤浅，对于设计也仅仅停留在书面上，永远无法真正的解决实际问题，这些让我从中学到了很多东西。这次的毕业设计提高了我独立思考和实践操作的能力，让我认识到不论是如何完善的理论，只有在实践调研的基础上才可以确定其可行性，过程中， 经常会出现理论完全正确，而且也更加先进，但业者却对于这样的设计嗤之以鼻，只有切实的站在业者的角度思考，结合其需求，并且辅助以基础理论才能设计出切合实际的产品。这一次的设计是茶叶自动包装机，是按照机械设计的设计要求来设计西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）45的，其设计思路是：先了解茶叶自动包装机的基本特征，以及国内外包装机械的主流发展趋势，对社会现有的茶叶包装业者进行一定的调研，二者结合确定茶叶包装机的总体需求，进而以此为标准，确定机器的大致构造，对于机器内部的零部件使用也结合实际需求，虽然这之中遇到了很多问题，但都对其进行了解决。 此次的毕业设计业以完成，由于本人的知识水平有限，其中不可避免的出现一些问题和错误，对于不足之处还请老师和读者批评改正。参考文献46致谢致谢 对于茶叶自动包装机的设计已经完成了，
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