液体立式自动包装机主要结构设计_张凯

1、液体立式自动包装机主要结构设计张凯,郝静(南通职业大学,江苏南通226007摘要:目前,我国包装机械不断发展壮大,其市场前景非常可观,包装机械的技术要求也在不断的提高。现在市场上大多包装机械结构复杂、造价高,多适用于大型的包装企业,一般中小型企业难以承受。为此,对液体立式自动包装机进行了结构设计并确定了主要技术参数。该机具有体积小、结构简单、造价低、出现故障易排查等特点。关键词:自动包装机;立式;液体;结构设计中图分类号:TS1039文献标识码:A文章编号:1003188X(2011110118040引言随着食品行业的快速发展,对食品的包装质量要求也越来越高。优质高效的包装设备不仅提升行业的自

2、动化程度,还能提高生产效率,大幅度降低成本。包装机械在技术发展上将会朝着以下4个方向努力:结构设计标准化、模组化;结构运动高精度化;控制智能化;机械功能多元化410。据中国机械工业联合会预计,从2011年到2015年,食品与包装机械业总产值有望突破6000亿元,每年平均增速约维持在16%的水平。目前,食品包装机械竞争日趋激烈,未来应配合产业自动化趋势,促进包装设备总体水平提高,尤其针对中小型企业,发展多功能、高效率、低消耗的食品包装设备,具有非常重要的意义。1主要组成部分及主要技术参数包装机的结构如图1所示。其主要参数:生产能力/袋·min1:20 50包装质量/g·袋1:

3、500包装计量精度/%:2 2薄膜最佳材质:聚丙烯薄膜宽度/mm:260供料压力/MPa:1电源电压/V:380收稿日期:20110224作者简介:张凯(1966,男,哈尔滨人,副教授,(Emailzhang-kaiabcsinacom。通讯作者:郝静(1968,女,哈尔滨人,副教授,(Emailhao-jing200sinacom。整机功率/kW:075外型尺寸/mm:6006001 2101电动机2减速器3卷筒4牵引辊轮5翻领式袋成型器6供料箱7进料筒8纵封器9横封器10包装材料11切断装置图1包装机2工作工艺流程包装机的工艺流程如图2所示。3工作原理液体物料自供料箱经包装机的顶部后,经计

4、量后送入进料筒。卷筒上的包装材料(如聚丙烯薄膜经三道牵引辊轮引导入进料筒外壁的同时,被翻领式袋成形器逐渐卷绕成对接筒状,纵封器上的一对连续逆向回转的纵封滚轮在对接处加热加压将其纵向热封牢固。纵封辊轮除起热封作用外,同时还对薄膜进行拉送。被包装物料由下料槽与成型器内壁组成的充填筒导入塑料袋内5。由横封器进行横向热封形成横向封口,切断装置上的旋转切刀与固定切刀相接触时将横向封口沿中线切断分开,完成包装袋的顶封和下一个袋子的底封。底封后的包装袋又可直接向袋内下料,随之移动一个工位完成顶封封口,再经过切断装置切断,完成包装工序,产品由运输装置运走。整个包装过程是全自动连续的。图2包装机的工艺流程4传动

5、系统方案的总体设计671带式输送机的传动系统。采用两级圆柱齿轮减速器的齿轮传动。2原始数据。输送带的有效拉力F=2000N,输送带的工作速度v=0065m/s,输送带的滚桶直径d= 140mm。3工作条件。两班制工作,空载启动;载荷平稳,常温下连续(单向运转,工作环境较好;三相交流电源,电压为380/220V。4电动机的选择。(1电动机容量选择。据已知条件由计算得知工作机所需有效功率为Pw =pv1000=013kW设轴为滚动轴承效率,轴=099;01为齿式联轴器效率,01=099;齿为8级齿轮传动效率,齿= 097;筒为输送机滚筒效率,筒=096。估算传动系统总效率为=2014轴2齿筒=08

6、6工作机所需的电动机功率为p r =pw=015kWY系列三相异步电动机技术数据中应满pmp r,因此综合应选电动机额定功率p m=075kW。(2电动机的转速选择。据已知条件由计算得知输送机滚筒工作转速,则n w =60vD892r/min选定Y90S6型三相异步电动机额定功率为075kW,满载转速为910r/min电动机中心高H=90mm,轴伸出部分用于装联轴器,轴段的直径和长度分别为D=24mm,E=50mm。5传动比的分配。带式输送机传动系统的总传动比为i=nmnw=1021i=i12i23=ii01i34i45=1702i12=13槡i=4703i23=ii12=4178传动系统各传

7、动比为i01=1,i12=4703,i23=4178,i4=66传动系统的运动和动力学参数设计。传动系统各轴的转速、功率和转矩的计算如下:(10轴电动机轴。n=910r/min p=0173kWT=9550pn=1815N·m(21轴减速器中间轴。n1=ni01=910r/min p1=p01=0171kWT1=Ti0101=1797N·m(32轴减速器中间轴。n2=n1i12=19349r/minp2=p112=01642kWT2=T1i1212=8116N·m(43轴减速器低速轴。n3=n2i23=4631r/minp3=p223=0158kWT3=T2i23

8、23=32562N·m(54轴工作机。n4=n3=4631p4=p334=0155kWT4=T3i3434=3191N·m5关键部件设计51封口器511封口器的分类封口器械是指在充填工序之后,对包装袋进行密封封口的装置。封口器按照封口方式的不同可以分为热压式、熔焊式、卷边式、滚压式、旋合式、结扎式等几种型式。其中,热压封口器主要用于各种塑料袋的封口,结构比较简单,性能也比较稳定。热压式封口根据加热原理和热封装置的结构不同,又可分为热板式、热辊式、环带式、电热丝熔断式、脉冲加热式、高频加热式、热刀加压熔断式和预热压纹式等多种型式。液体立式自动包装机中的纵封器和横封器多采用热辊

9、加压式封合。512纵封器5121结构设计纵封器的结构如图3所示。其主要由纵封辊、加热线圈和隔热座组成。纵封辊选用材料为铸铝,其特点是导热快,受热均匀,能够维持在一定温度范围内且价格较低。根据成袋要求,纵封辊宽度一般为10cm,加热方式为带状加热器,即电阻丝(铜丝包云母片,外加铁壳。其特点是加热时间短,能在较短的时间内提供给纵封辊所需要的温度;冷却快,只要断电便可在较短的时间内冷却,便于温度的控制。由于设计的需要,两纵封辊除加压封合作用之外还是包装材料(如聚丙烯薄膜拉送力的主要来源。根据聚丙烯材料的性能特点,两纵封辊之间应保持14N左右的力。1纵封辊2加热线圈3隔热座图3纵封器结构图5122工作

10、原理两个纵封辊经过加热线圈的预热做连续的相对滚动,将要封合的薄膜向下输送的过程中对薄膜加热同时加压,从而完成输送封口过程。513横封器5131工作原理横封辊底座在齿轮的带动下转动,同时带动热合电极作圆周运动,当两个热合电极相接触时开始对塑料加热,同时在弹簧的作用下两热封头对塑料进行加压对袋进行横封,当两个热合电极分开时横封结束。整个横封长度一般为20mm,时间为019s。其中,横封长度中的第一个10mm是下一袋的下封口,另10mm是上一袋上封口。5132结构设计38此横封装置主要设计部分在热封头处,为了保证热封长度和质量,要求两热封头接触时必须运动同步。解决这个问题,假设整个热封头是以轴心为圆

11、心的两个外切圆,其中保留它们20mm相互接触的弧长,其它部分去掉。由弧长公式l=r可得=l/r= 04,即=23,如图4所示 。1横封电极2弹簧3热封头图4横封器结构设计52切断装置切断相临两只包装袋有热切和冷切两种方法。切断方法的选择与封口方法工作方式及切口型式有关。针对立式包装机,一般封口方式为热封,袋型为三边封口袋,结构上选用滚动切刀方式9。521结构设计切断装置的结构设计如图5所示。其主要由动刀和定刀组成,其中定刀含有电热刀头,电热刀头和定刀座之间用弹簧连接 。1动刀2定刀3弹簧4电热刀头图5切断装置结构522工作原理切刀的动刀通过传动装置做等速圆周运动,当袋的封口下落到切刀位置时,动

12、刀与定刀相切,完成切袋工作。定刀使用电热刀头辅助切袋,减小动刀与定刀的接触力,从而降低了刀头磨损。为保证切袋质量,动刀转速的线速度要与走袋的速度相同。53翻领式袋成型器在实际包装过程中,要求包装材料不能发生纵向或横向拉伸变形,因此所设计的成型器应适应包装材料的自然卷曲变形。因此,设计成型器的关键是如何设计出一条正确的拼接曲线。拼接线的设计方法可按经验设计法进行设计。具体步骤如下:设空袋宽度为a,则成型器中充填筒半径为r=a/成型器展成平面是边长为L的正方形薄板,即L=2a+式中纵封搭接宽度,一般取10mm;成型器展开平面时,实际宽度比理论宽度的增值,一般取5 10mm。当充填筒半径r75mm时

13、,以A为圆心,2r为半径作圆弧,然后过S点向圆弧做切线相接,所得曲线即为近似的拼接曲线。当充填筒半径r75mm时,在X=3/4区间里以抛物线代替圆弧线,其抛物线方程式为y=16x2;然后过S点向抛物线作切线,在X=3/4处相接。拼接线求出后,将薄板沿拼接线剪开,再卷制和焊接成成型器。板厚一般取1 15mm,材料为黄铜板。6结论该包装机体积小、结构简单、操作方便、适应性强;采用单片机控制,生产过程完全自动化。在关键部件设计上,应更加注重优化设计,完善功能要求,以提高该机的整体工作性能。参考文献:1高德包装机械设计M北京:化学工业出版社,2005:871092梁基照包装机械优化设计M北京:化学工业

14、出版社,2009:1251473黄颖为包装机械结构与设计M北京:化学工业出版社,2007:1131384孙智慧包装机械概论M北京:印刷工业出版社,2007:25745刘喜生包装材料学M长春:吉林大学出版社,1997:1551875孙凤兰包装机械概论M北京:印刷工业出版社,2003:1331486成大先机械设计手册K北京:化学工业出版社,2003:3473857赵淮包装机械选用手册K北京:化学工业出版社,2001:1221578许林成包装机械原理与设计M上海:上海科学技术出版社,1988:941269尹章伟包装机械M北京:化学工业出版社,2006:12814410张聪自动化食品包装机M广州:广东

15、科技出版社,2003:2556The Main Structure Design of Liquid Vertical Automatic Packaging MachineZhang Kai,Hao Jing(Nantong Vocational University,Nantong226007,ChinaAbstract:At present our country packaging machinery constantly developing,its market prospect very impressive,pack-aging machinery technology requirements are constantly improvedOn the market now mostly packaging machinery struc-ture is complex,cost is high,more suitable for large packing enterprise,the small and mediumsized enterprise to bearTherefore,the