某厂塑料包装桶检漏方案和装置的设计

大学本科学生毕业设计（论文）

某厂塑料包装桶检漏方案和装置的设计

学生学号指导教师专业

机械工程学院

2014年6月

Designoftheplasticdrumsleakdetection

device

Undergraduate:

Supervisor:

Major:

June2014

中文摘要

I

摘要

近年来，随着机械工业快速发展，中国逐步发展成为世界最大的产品制造国家，各种机械产品走进了家家户户。当机械产品在市场的需求量达到饱和时，生产商就需要为企业寻找新的出路，产品的新功能和产品的质量就显得尤为重要。

泄漏检测，就是对质量的一种保证，在包装机械领域有着极其重要的地位，因此更加需要完善其检测方法和原理。本文对容器密封性检验的多种原理进行了分析，针对塑料包装桶产品，选择其最优检漏原理，并且进行结构方案设计，使其能够实现塑料包装桶的自动化检漏，并且检漏有较高的检验效率和精度。

和市场上的一些专用设备相比，本次设计的检漏设备更加具有通用性。它不仅可以满足大部分不同型号的塑料包装桶，而且，精度比较高，成本低，经济可行。

关键词：检漏，自动化，实用性，通用性

ABSTRACT

II

ABSTRACT

Inrecentyears,withtherapiddevelopmentoftheMachineryIndustry,Chinahasgraduallydevelopedintotheworld'slargestmanufacturingcountry,andavarietyofmechanicalproductsintoeveryhousehold.Asthedemandformechanicalproductsinthemarketreachessaturation,manufacturersneedtofindanewway.Newproductfeaturesandqualityoftheproducthasbeingparticularlyimportant.

Leakdetection,isanassuranceofquality.Ithasanextremelyimportantpositioninthefieldofpackagingmachinery,sothereisagreaterneedtoimprovedetectionmethodsandprinciples.Inthisthesis,avarietyofcontainersealinspectionprincipleisanalyzed.Choosetheoptimalleakdetectionprincipleoftheplasticdrums,andcompletethestructuraldesigning,enablingitcanachievetheautomationoftheplasticdrumsleakwithagoodinspectionefficiencyandaccuracy.

Comparedtosomeofthespecialequipmentonthemarket,thedesignoftheleakdetectionequipmentismoreversatility.Itnotonlycanmeetthemostdifferenttypesofplasticdrums,butalsohasahigherprecision,costlower,andiseconomicallyfeasible.

Keywords：Leakdetection,automation,practicality,versatility

目录

III

目录

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中文摘要I

ABSTRACTII

绪论1

课题开源1

1.1.1包装机械的概念1

1.1.2质量工程1

1.2课题的目的及意义1

需求分析3

前言3

综合分析3

2.2.1功能需求3

2.2.2性能需求3

2.2.3可考性需求4

2.2.4通用性需求6

2.2.5经济可行性需求6

概念设计7

3.1原理设计7

3.1.1目测法7

3.1.2气压检测法8

3.1.3氦质谱检漏法11

3.2运动方案设计12

3.2.1主要构成装置和动作分析12

3.2.2传动方案设计14

3.2.3控制方案设计16

详细设计18

4.1检漏参数确定18

传动装置设计18

4.2.1电机的选择18

4.2.2同步带传动设计19

控制装置设计23

4.3.1执行元件的选择23

4.3.2调整结构的设计24

5总结25

参考文献26

1绪论

1绪论

课题来源

包装机械的概念

包装机械是指能完成全部或者部分产品和商品包装过程的机械。包装过程包括成型、充填、包裹、封口等主要包装工序，同时也包括清洗、干燥、贴标、捆扎、集装、拆卸等前后期包装工序，以及转送、选别、计量以及盖印等其他辅助工序。

包装机械有很多种类，有单功能也有多功能的；有通用的，也有专用的；有自动化的，也有半自动化的。

质量工程

上世纪50年代德国实施“以质量推动品牌建设，以品牌助推产品出口”质量政策；60年代日本提出质量救国战略；70年代韩国实施质量赶超计划；80年代美国制定《质量提高促进法》，质量在各个领域的重要性日益显著。对于包装机械而言，质量也是尤为重要。成型的质量，充填的质量，包裹的质量，以及最后工序封口的质量，整体决定了产品的质量。就如同木桶装水问题，水的多少决定于最短的那块木板。因此，每一道工序最后都需要质量检测，查看产品的误差是否在要求的范围以内。封口完成后，同样要求对封口的质量进行检测。对于一个塑料桶来说，即是对它密封性或泄漏检测。

课题的目的及意义

容器或者装置在使用前都需进行严格的检漏。例如，汽车内胎，柴油机活塞缸，剩油的塑料桶，食品塑料袋等等，在使用之前都须要进行密封性检查，以免产生损失或者危害。在使用一段时间后也须要进行检漏，也要查看是否超过了可泄漏的指标标准以进行检修。因此，在很多工业产品的生产过程中，对产品或者装备的检漏是必不可少的。

随着市场经济的快速发发展，消费者、客户更加注重产品质的要求；因此对于生产者来说，生产一种产品，不仅要高效率，而且要保证产品的精度。而不同的工业产品，所要求的漏量指标不一样，检漏方法也就不一样。许多有密封要求的工业产品其密封性能指标要求越来越高。在国外，如日本三菱汽车，松下燃气具等现代化企业，在从零部件到整机的生产线上，设有许多泄漏检查设备；相比之下，我国包装机械起步比较低，相当一部分企业依旧采用水浸、目测等方法来进行泄露检查。这种测漏方法不仅工作效率低，劳动强度大，且人为误差大，最终导致产品质量低，废品也多。因此对检漏问题的研究是质量检测方面一个永恒的话题，在包装机械领域有着至关重要的指导意义。

产品质量是一个系统工程，既关系企业生存，又关系民生。21世纪，我们的企业所面临的市场竞争形势越来越严峻，只有提高产品质量才能在市场上立足，质量是衡量企业产品好坏的一个重要标志，关系到企业的兴衰成败，只有过硬的产品质量才是企业在竞争中求胜的法宝。中国是制造的大国，产品出口到全世界各处，但却也是质量上的小国，产品总体质量不高，和世界发达国家相比还有很大的差距。。

在机械行业领域内，中国机械产品已经有了长足的发展。机械产品已经走进了各家各户，特别是包装机械，充斥着人们的生活，越来越多的产品逐渐使市场达到饱和，要走出去，要发展，质量已经成了决定性的因数。质量问题不仅仅关系着生活的质量水平，同样影响人们的生命财产。像食品加工等轻工业，质量问题就是生命问题。质量问题已经成为我国机械行业发展急需解决的首要目标。

要保证产品质量，不仅仅需要提高产品的生产水平，同样需要准确的检验方法来保证。泄漏检测，就是作为检测的一种，就是对包装机械类产品的一种质量保证，这就更加需要去完善其检测方法及原理，来保证在包装机械领域质量的可靠性。

2需求分析

2需求分析

、厂、亠

前言产品质量就是指产品的适用性，即产品在使用时能成功地满足用户需要的程度。对于一个企业而言，产品的质量就是核心，就是企业的生命。上世纪50年代德国实施“以质量推动品牌建设，以品牌助推产品出口”质量政策；60年代日本提出质量救国战略；70年代韩国实施质量赶超计划；80年代美国制定《质量提高促进法》，质量意识在全球都引起了高度的重视。每年9是我国的质量月，都会召开主题大会、开展大规模咨询服务活动、组织宣讲《质量振兴纲要》等活动，这一方面充分的说明了我国各行业对质量的重视程度，又客观的反应了产品质量确实存在诸多的不足，以致须要通过这些活动来提高产品质量意识。产品质量不仅需要通过合理的加工手段来实现，同样需要精确的检验方法来保证。近年来，由于我国包装机械的快速发展，生产量的大小已经不再是一个企业竞争的关键，而质量的要求却是决定性的因素。塑料包装桶的检漏就是对产品质量的检验过程。本文即是为一中小型企业设计塑料包装桶的自动检漏装置而进行的产品需求分析。

综合分析

功能需求

能够实现塑料桶的自动运输和传递。

有控制装置来对塑料桶进行精确定位。

能自动检测塑料桶的密封性，对塑料桶内部情况密封性进行分析。对密封性没有达到要求的做出相应指示。

检漏时，导轨有自动暂停功能。

密封性不达标的塑料桶要能够自动剔除回收。

工作过程中出现任何故障时，运输检测过程能自动暂停或停止，并发出警报。

检漏设备能有一定的通用性，能适应不同型号包装桶检漏。

性能需求

性能是指测量仪器仪表实现预期功能的能力的特性。它包括功能和质量两个方面，主要是指完成功能的质量和效率。也就是说，检漏设备对塑料桶进行检漏的精度和检漏速度都要满足要求。

质量要求

质量是指产品能实现其功能的程度和在使用期内功能的保持性，质量可以定义为“实现功能的程度和持久性的度量”，使它在设计中便于参数化和赋值。对于塑料桶的检漏设备而言，原理和结构要能够使装置检漏可行，即在环境温度、空气压强等诸多因素影响下，检漏结果依然需要达到一定的精度。

效率要求

效率是指的单位时间里实际完成的工作量。如果采用压力测漏法，检漏过程时间则主要包括五个方面的时间：输送塑料桶时间、充气加压时间、稳定时间、测漏时间、剔除坏桶时间。要提高测漏效率，就需要减少全过程的时间。而稳定时间和测漏时间是固定不变的，所以可以适当的提高运输速度，以满足检验效率：2000次/小时。

2.2.3可靠性需求

可靠性，通俗点讲，就是可靠不可靠？能不能行，可不可以让人信赖。对于人来说，一个人可不可靠，能不能值得依赖，人们会通过他的动作言行来判断，同样，对于一台机械设备，可不可靠，就需要看它的工作能力，当人们需要它工作时，不仅仅需要他能工作，还需要看它的工作能力，它的动作、所生产的东西，能否让人满意，有多满意，就能看出它的可靠性程度。

对机械产品而言，当然希望可靠性能比较高。可靠性高的产品，工作的能力就强，这不仅仅表现在它能正常工作，还表现在它能工作很长时间。也就是说，它的可靠性越高，正常工作的时间也就越长。可靠性包含了耐久性、可维修性、设计可靠性三大要素。

耐久性

耐久性是指产品在正常使用和维护条件下，随时间的延续仍能满足预定功能要求的能力。也就是说使用的无故障性或使用寿命长短。对检漏设备来说，我们当然需要它能够长时间的无故障工作，但受空气湿度等影响，长期的不停工作，都使它的结构强度、疲劳强度等下降，终究会存在这样那样的问题。在规范操作和维护条件前提下，我们不能保证100%不发生故障，但要求其能够有8年的基本寿命。

可维修性

利用现有的资源，对产品进行维修和保养，这之后产品能否恢复到正常工作状态，对于这种的能力，称之为产品的可维修性。

检漏设备的可维修性是在进行设计必须考虑的一个方面。产品要能够在现有环境下，通过人机结合，提高维修的质量和效率，同时所消耗的成本不能太高。因此检漏设备的可维修性要求它局部结构可修或可换，从最简单的螺钉螺母，到一些轴承齿轮，再到气压缸、电机、红外线感应设备等，都能够方便拆装修复。这又涉及到了可维修度的问题，从理论上来说，任何东西应该都是可以维修的，但科技水平或成本又限制了其可行性。所以，检漏设备的维修性还要在一定经济可行的条件下。

设计可靠性

设计可靠性不仅仅要求设计出来的产品的功能能够达到用户的要求，还要看产品能否生产出来，成本有多高？产品是不是很安全？这些都需要考虑。设计的可靠性决定了产品的质量。产品需要能够进行人机交流，由于人机的交流比较复杂，而又不是所有的工作人员都能够有长期的人机结合经验，所以，会成在错误的发生，因此，在设计的时候必就需要产品能够结构简单，操作简单，这就需要设计可靠性来保证。一般来说，产品的越容易操作，发生错误的概率就越低；所以，检漏设备需要做到自动化，只需工人对设备进行简单的启动、暂停、停止、维修等操作。从另一个角度来说，如果发生了故障或者安全性问题，采取必要的措施和预防措施就非常重要。

1）原理可靠

设计可靠性要求了检漏设备的原理可靠，在环境诸多因素下依然能够达到所要求的检测精度。对于泄漏密封性的研究，根据泄漏量的大小可分为大漏和小漏；按检漏部位可分为外部检测和内部检测；按原理又可分为气压法检漏、气泡法检漏和氦质谱检漏等方法。综合考虑经济可行、检漏精度要求及检漏效率等方面我们可选用气压法检漏来实现密封性检测。

2）结构可靠

设计可靠性还要求了检漏设备的结构可靠。它一方面要求检漏设备各部分的结构要合理，也就是说各构件部分都能通过合理的工艺手段加工出来，并结构简单、紧凑，宜加工；另一方面，要求结构强度可靠，如下端支撑要有一定的强度，重心要稳，承力部位厚度要求比较高，或者加上肋板等。在运输过程中要有防护栏，防止在纵向发生偏移，使检测装置在泄漏检测时不能准确的定位。方向导轨塑料桶之间的摩擦系数不能太小，否则运输时被检塑料桶发生相对滑动，挤在一起，发生漏检现象；摩擦因数也不能太大，以致在移除不合格塑料桶时，因为摩擦力太大而不能正常完成动作。

最后，各零部件尽量标准化，以方便制造和维系。

安全可靠性

安全可靠性指不因人、机、媒介的相互作用而导致系统损失、人员伤害、任务受影响或造成时间的损失。它包括两个方面：一是对检漏设备和塑料桶本身，一是对工作人员。

检漏设备的安全首先需要设备本身结构要合理，强度适宜。漏装置部分液压缸行程要适宜，不会太长而撞到设备本身，或者使压在塑料桶口力过大而使塑料桶变形；控制装置运动要合理，不会对塑料桶造成损伤。当然，设备的安全还工作人员的正确操作来保证。

处于对工作人员的安全考虑，检漏设备需要人性化设置，要求有一定的防护装置，以免塑料桶检漏时卡死弹出，对工作人员造成人身伤害。操控面板要绝缘，并远离检漏装置部分，以免疏忽而碰到来回运动的液压缸，造成伤害。另外，检漏装备噪音要小，长时间的高分贝噪音容易类引起人烦躁、或音量过强而危害人体健康。在看到检漏设备优点的同时，还应该注意到它的缺陷，以提前预测发生故障的可能性方向，做好应急准备。

另外，设备装置对周围环境不能产生危害。这也包括两个方面的内容，除了前文所说的对工人不能有坏的影响，如噪音；主要还指设备的震动不影响地板或者设备采用化学原理检漏时不能产生危害气体或物质。

2.2.4通用性需求

在机械领域，机械设备的通用性是指对于不同型号的类似产品，都可以在同一机械设备或生产线上进行加工，即具有一定的柔性。检漏设备的通用性则要求它能够满足对不同型号的塑料桶进行检漏测试。当加工不同塑料桶型号时，可对设备上某些部件进行调整，如调节检漏装置部位的高低，导轨的宽度来适应塑料桶外形和大小的变化；塑料桶检漏设备除了要适应塑料桶的变化，还要能适应地区的差异性，南方空气相对于北方潮湿，各个地区气温差异也可能比较大。设备就还要有耐潮、耐高温等要求，以适应各地区环境的差异性。检漏设备外形不能太大，以满足较小的车间的空间限制。

2.2.5经济可行性需求

经济性是指组织经营活动过程中获得一定数量和质量的产品和服务及其他成果时所耗费的资源最少，主要是指资源投入和使用过程中成本节约的水平和程度及资源使用的合理性。对检漏来说，一方面是设备各零部件结构要简单，耗材少，易于加工，成本投入低，不超过预算，并不经常发生故障，维修或维护费用在可接受范围内。二是设备工作过程中资源消耗量不会太大，即功耗比较低。

3概念设计

3概念设计

原理设计

对装置或仪器进行泄漏检查可分为两个方面内容。一是指存在破损情况的泄漏问题；一是装置或仪器的材料渗透问题。对于塑料包装桶而言，本设计只考虑破损情况的泄漏检查。本课题设计的塑料包装桶简图如图3-1所示。

目测法

目测法是指通过简单的处理手段直接观察的方法来确定泄漏情况，如称重法，气泡检漏法，染色法等方法。

①称重法

先将被检件密封，在完全浸入水中，一定时间后取出，吹干表面并称重，以此来确定泄漏情况。这种方法比较简单易行，通过计算水的重量还可以确定泄漏量这种方法太原始，操作麻烦，耗费工时，更重要的是，装入水后，容易对塑料包装桶造成污染。因此，这种方法明显是不行的。

②气泡检漏法

图3-2

如图3-2所示，向被检件中充入一定压力的气体，并在表面各部位涂上肥皂水，冒泡处即为渗漏点，或者将其置于其溶液（硅油、氟化物、酒精、浸润水溶液、水等）中，冒泡处则为泄漏点。一般来说，设备安装前期，对允许承受正压的部件预检，充入气体放入水中进行大漏检测，但是，当用检漏仪检测焊缝聚集的漏点时，由于检漏气体容易扩散，可对部件进行水浴测试，利用肥皂水局部涂于部件漏点处，检测气泡定位。

气泡检验法可以准确的找到漏点，简便易行，且成本低，广泛应用于一些简单的维修工作。人的视力是有一定范围的，对于小漏点则要采用低倍显微镜才能观察清楚，同时考虑其他人为因素，使得气泡检验法效率低下，对于大批量生产的塑料包装桶泄漏检测是不可取的。

另外，这种方法容易对被检件造成污染。对于水溶液还需考虑对其材料的腐蚀性，特别是对于塑料包装桶来说，酸碱溶液均对桶有腐蚀。同样，包装桶浸水后容易吸附灰尘，检测结束后不能较为方便的进行清洁，对桶内将盛装的材料产生一定的污染，使得产品质量下降。基于这方面考虑，应排除这种方法。

③染色法

对于非透明被检件还可以通过染色法来确定漏点。在被检件中充入有色液体（颜色能与被检件表面形成鲜明对比），搁置一段时间观察是否存在泄漏情况。这种方法和以上方法原理都类似，依然存在污染问题。而且，耗费工时，不适用于包装桶捡漏。

气压检测法

压力检验法主要是利用封闭容器泄漏前后气压不同的原理而进行的泄漏检查。

差压检测法

1）基本原理

在室温、压力不太大的情况下，空气与理想气体相当接近，亦遵循

Boyle-Mariotte、Gay-LussacCharles定律。根据理想气体状态方程：

PV/T=C=mR/M

式中：P绝对压力，

V——气体体积，

T——绝对温度，

m空气质量，

R——摩尔气体常数，

M摩尔质量。

密闭的容器由于泄漏，必然造成容器内气体质量的流失，使得容器内原有的气压减低，因此可以通过测量容器内气体压力降低的数量从而可以导出泄漏量：

Q=APV/Pt

eatm

式中：V=V+[K(1+V/V)+K]XP

esswmw

V——测试品的内容集，

w

V——标准体的内容集，m

K——传感器系数(1.2X10-4cc/mmH2O),s2

K——测试品的变形系数，

t—测试时间，

P—测试绝对压力，

卜P—差压传感器的测试值，

P—大气压。atm

因此，在忽略温度影响的情况下，可以系统的掌握泄漏量的大小。

2)基本方法

排气

0平衡件

PS

D

O

袖测件

图3-3

如图3-3所示，用导管连接基准容器和包装桶，中间连接压力传感器，向基准容器和包装桶中同时充入气体，使其压力都达到测试压力，由于气体流动的影响，无论是压力还是温度都会有所波动，必须等待两腔气体状态稳定，持续充气直至两容器充气完全。启动传感器，静置一段时间，由于泄漏产生的压力降在测试压力附近近似与时间成比例，因此，在这个过程中可以测量出在一定时间内差压的变化值。通过泄漏量计算公式可以计算出当前气体泄漏量。

由于塑料包装桶只检查是否泄漏，不需要进行泄漏量的计算，所以，可以直接

对被检包装桶和标准桶的压力进行比较。当数值偏小时，则存在泄漏情况。

②直压法检测

图3-4

直压法就是直接利用采集到的压力信号进行泄漏量计算的方法

1）基本原理

对于盛装了泄漏容器的容器来说，它内部的压强会随着泄漏容器气体的泄漏

而逐渐升高，这也是一个充气的过程。理想气体的状态方程式：

PV

m二一

RT

通过这个方程，在已知气体质量和时间t的前提下，就可以算出流入容器的的气体的流量，并进一步得出体积流量qm

可得：

dmVdp

qm~~dt~pR厂dt

式中：V——盛装容器的体积，

T——气体的温度，

p——标准状态下的空气密度，

P标准容器内部的压力。

利用采集到的压力信号经过计算就可以确定泄漏量。

2）基本方法

同压差法相比，直压检测法没有基准容器。如图3-4所示，将被测包装桶置于标准容器中，并在标准容器中装上压力传感器。气源同被测元件之间形成通路。在检测过程中如果被测元件有泄漏，则泄漏气体流入标准容器引起容器内压力的变化，通过压力传感器可以测出压力的微小变化，由于泄漏产生的压力变化近似与时间成比例，利用压力变化率dp/dt，通过泄漏量计算公式可以计算被测器件的泄漏量。这种方法也称外压直测法。

直压检测法还可以直接将压力传感器直接安装在被测包装桶中，气源向被测件通入一定量压缩气体，静置一段时间，压力传感器开始检查压力变化率，通过泄漏量计算公式可以计算被测器件的泄漏量。这种方法也称内压直测法。

对于不同的材料容器，采用不同的直压检测法。例如作为燃油蒸气回收再利用的重要机动车污染控制装置炭罐，内部的活性炭具有吸附气体的特性，若使用内压直测法容易引起测量误差，因此可采用外压直测法。

塑料包装桶的泄漏检验则适合采用内压直测法，直接比较泄漏前后的压力值就可以判断泄漏与否。

和压差检测法相比，直压检测法的信号采集与处理，都可以很容易地实现，尤其可以实现整个检测过程的自动化，大大缩短了检测周期，也避免了烦琐的检测前后的工件处理工作，减轻劳动强度，更适合工厂的规范化管理和检测的标准化。而压差检测法由于长时间向标准容器里加压，会使内部温度升高而影响检测结果，又装置复杂，相对成本比较高，所以对于包装桶而言，直压检测法更加经济，合理。

氦质谱检漏法

氦质谱检漏技术是目前国内外应用较多的一种最新的检漏技术,它以氦气为示踪介质以磁质谱分析仪为检测仪器,具有很高的检漏灵敏度。它既可以检测出工件上的微小漏孔漏在什么位置,又能确定其漏量。由于它以氦气为示踪介质,所以这种检漏方非常清洁,对人无伤害,对被检工件、对环境没有污染。

氦质谱检漏仪

氦质谱检漏仪是主要用于真空设备或密封件的检漏仪器。它是以氦气作为追踪气体，利用磁偏转原理做成的，所以反应比较灵敏。它的操作很简单，在真空检漏中被广泛使用。

直接法原理

图3-5

如图3-5所示，直接将被检包装桶置于空气中，充入一定氦浓度的混合气体，静置一段时间，用氦质谱检漏仪直接在容器表面进行检验。氦质谱检漏仪的灵敏度比较高，所以可以快速检验到容器的泄漏情况，还可用于漏点定位。但因为塑料包装桶直接暴露在空气中，就相当于在检测空气中的氦含量，受空气流动的影响比较大，直接影响了检漏的最小可检漏率。同时检验时间长，不容易实现自动化。

累积法原理

图3-6

如图3-6所示，考虑到直接法受空气流动的影响，提高检漏精度，可将被检包装桶放入一封闭的容器内部，在被检容器中同样充入氦的混合气体，随着时间的不断加长，泄漏的氦原子在封闭容器内进行累积，提高了累积装置中的氦浓度，使检测更加精确。这种方法耗时更长，适用于单件检验，而不适用于塑料包装桶的大批量生产过程。

小结:在塑料桶生产需求的要求前提下，直压检测法原理可以较为合理的实现包装桶的泄漏检验。目测法工作效率比较低，耗费工时，另外对产品有污染；而氦质谱检漏成本比较高，其中直检法漏检率高，累积法耗时比较长，效率低；相比之下直压检测法能够满足2000次/班的工作效率，成本比较低，不会对塑料包装桶产生污染，经济可行。

3.2运动方案设计

要实现塑料包装桶的自动化检漏功能，其运动应包括包装桶的自动传送，包装桶的自动定位动作，检漏装置的上下运动，检漏时的防干扰动作和自动剔除坏桶的动作。

3.2.1主要构成装置和动作分析

io|olio|dl—IJiolol

Q|o|P|o|SQ|d|O|

图3-7

充气检漏

合格入

库

不會格

剔除

传感

器

图3-8本设计的系统工作图、动作流程图分别如图3-7、3-8所示，当红外线传感器感应到塑料包装桶到来时，传送导轨上伸出定位装置对塑料包装桶进行拦截并定位，同时，防干扰伸出装置还要阻挡后面的包装桶的到来，以避免干扰检漏过程，防止漏检；与此同时检漏装置部分从上向下移动，当包装桶到达定位装置以后，传送带停止工作，检漏装置压紧瓶口并充气，通过压力传感器检测瓶内压强进行检漏分析。检漏完成后，各控制装置如定位伸出装置、防干扰伸出装置、检漏下降装置等自动缩回，接着，又进行下一个包装桶的检测。对于不合格的包装桶传送到某红外线感应区域时，自动剔除坏桶装置快速伸出将其剔除。

由以上分析可以看出，检漏设备主要由传送带输送装置、定位装置、防干扰装置、检漏装置、剔除装置、传感器和电机等构成。

对于检漏设备的整体运动情况，可以分为三个方面。一是传动。电机经减速后输送包装桶并完成整个检测，其装置包括电机的减速和导轨的传输两个部分。导轨的运动由电机带动，可以通过设置一个主动轮和多个从动轮来实现。因此本设计主要讨论减速装置设计；二是各控制部分，包括定位伸出装置、防干扰伸出装置、检漏下降装置和剔除装置的伸出和回缩运动，这些运动都是往返的直线运动，并且行程都一样，所以可以采用同一种原理结构，以降低制造成本；三是充气过程运动，由储气罐和空气压缩机等来完成，本设计不予考虑。

各部分的相对运动通过PLC编程控制来实现。

传动方案设计塑料包装桶的传动系统主要是连接原动件即电机和导轨传送带的中间装置，以实现减速功能。传动系统按工作原理分类可以分为啮合传动和摩擦传动两大类。啮合传动主要包括齿轮传动和链传动等；摩擦传动主要是带传动。传动路线为串联单流型。

①齿轮传动

图3-9

齿轮机构是现代机械中应用最为广泛的一种传动机构，用于平行轴、相交轴和交错轴之间运动和动力的传递。如图3-9所示，齿轮传动主要是利用两齿轮的轮齿相互啮合来传递。有传递速度和范围广、传动比稳定、传动效率高、工作可靠、使用寿命长及结构紧凑等优点。其主要缺点是制造齿轮需要专用机床，成本较高；精度低时，传动噪音和振动较大，不适用轴间距离过大场合。对于塑料包装桶传动减速机构可采用外啮合直齿圆柱齿轮机构或外啮合斜齿圆柱齿轮机构来实现。

外啮合直齿圆柱齿轮机构轮齿与轴线平行，工作时无轴向力，重合度较小，传动平稳性较差，承载能力较低，多用于较低的速度传动。

外啮合斜齿圆柱齿轮机构齿轮与轴线成一夹角，工作时有轴向力，所需支撑比较复杂；重合度比较大，传动较平稳，承载能力较高，适用于速度较高、载荷较大或要求结构较紧凑的场合。

链传动

图3-10

链传动是由轴线平行的主动链轮和绕在两轮上的一条封闭链条所组成，如图3-10所示。它靠链条与链齿轮之间的啮合来传递运动和动力，因而是一种具有中间扰性检的啮合传动。

链传动有许多优点，与带传动相比，结构紧凑，无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠，效率高；传递功率大，过载能力强；所需张紧力小，作用于轴上的压力小等。缺点是瞬时传动比不恒定，传动不平稳，工作时有冲击和噪音，对安装精度要求较高。主要适用于中心距比较远，对瞬时传动比要求不高，运转速度较低及工作环境恶劣（多油、多尘、高温）的场合。

带传动

图3-11

带传动是由带和带轮组成的传递运动和动力的传动装置，一般由主动轮、从动轮和传动带组成，如图3-11所示。当主动轮转动时，利用带轮和传动带间的摩擦或啮合作用，将运动和动力通过传动带传递给从动轮。

摩擦型带传动主要特点如下：

1）传动带具有弹性和扰性，可吸收振动和缓和冲击，传动平稳，噪音小。

2）当传动过载时，带与带轮之间将发生打滑而不致于损坏其他零件，具有过载保护作用。

3）带传动结构简单，制造、安装及维护均比较方便，成本较低。

4）适合于主、从动轴间中心距较大的传动。

5）由于有弹性滑动，所以不能保证准确的传动比，传动效低。

6）需要较大的初拉力，增大了轴和轴承的受力。

7）外形尺寸大，带的寿命比较短，不宜用于易燃易爆场合。

小结:

综上考虑以上齿轮、链轮、带轮三种传动机构的优缺点，本设计选用带轮传动机构来实现电机的减速和运动的传递。由于塑料包装桶传送过程中不需要精确的传送比传送，考虑成本因素，不选用齿轮传动。另外，齿轮传动过程中存在振动，影响传送过程的平稳性，相比之下带轮传动比链轮更加平稳，能够吸收振动，且没有噪音，成本比较低，经济可行。

控制方案设计

检漏过程控制主要包括自动定位、自动检测、自动剔除等过程。对于这些直线往返运动装置，可采用曲柄滑块机构、凸轮机构、不完全齿轮齿条机构、气压传动、液压传动等来实现。

曲柄滑块机构、凸轮机构、不完全齿轮齿条机构都可以完成机构的往返运动，都需要电机为原动件。在检漏过程中，自动检测时要有一段的检测时间，这就需要往返机构在最大行程出停留，并且需要一定的压力来压紧瓶口，防止泄漏。对于曲柄滑块机构来说就需要在最远处为死点来承受气压升高产生的压力，但由于检测需要停留一段时间，就需要再安装一个电机，且电机需要不停地启动和停止，对电机损害比较大，需要的成本就增加了；而凸轮机构、不完全齿轮齿条机构则需要比较大直径的凸轮或不完全齿轮才能实现在最大行程处的停留。所以本设计在液压和气压传动中来选取各控制部分装置。

①液压传动

图3-12

液压传动是以液体为工作介质，通过液体流动所产生的压力推动活塞杆来完成动作的一种传动形式。如图3-10所示，检漏控制部位的伸出采用单活塞式，两个腔体都可进油和出油来实现活塞杆的来回运动。

液压缸结构比较简单，主要由缸筒、柱塞、导向套、密封圈组成，它的体积小、自重轻，过载时，产生的冲击力比较小，工作可靠稳定；主要使用油为工作介质，所以能够自动润滑，使用寿命长。

但是使用液压传动对维护的要求高，工作油要始终保持清洁；对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高；液压传动对油温变化较敏感，这会影响它的工作稳定性。因此液压传动不宜在很高或很低的温度下工作。

②气压传动

图3-13

气压传动是利用空气压缩机将电动机或其他原动机输出的机械能转变为空气的压力能，然后在控制元件的控制和辅助元件的配合下，通过执行元件把空气中的压力能转变为机械能，从而完成直线或回转运动并对外做功。如图3-11所示为带缓冲作用的气缸。

气压传动的工作介质是空气，它取之不尽用之不竭，用后的空气可以排到大气中去，不会污染环境。又由于空气粘度很低，所以流动阻力很小，压力损失小；工作性能对温度变化不敏感，几乎在0到200度范围均可工作。但由于空气的可压缩性大，气压传动系统的速度稳定性差，给系统的速度和位置控制精度带来很大的影响。

小结:

对于是采用气压传动还是液压传动，首先应从工作质量上来考虑，用液压传动时，以油为介质，容易出现泄漏现象，对油液的污染比较敏感。而气压传动空气黏度小，在管路中流动时压力损失小，管道不易堵塞，空气也没有变质问题，所以高效节能，同时与液压传动相比，反应快，动作迅速，一般只为0.02至0.03s就可建立所需要的压力和速度。另外，由于检漏采用气压原理，本身就需要提供气压源，所以选用气压传动来控制检漏过程中的各项运动和动作，不仅适用于实现系统的自动化控制，又节约成本、方便快捷。

4详细设计

4详细设计

检漏参数确定

由前文概念设计可知，本次设计采用内压直测法原理对塑料包装桶进行检漏。

对包装桶密封并充入一定压强的空气，一段时间内通过对包装桶内前后压力值大小进行判断，压力不变则包装桶合格，反之则为不合格。一个完整的检验包括包装桶输送定位、电机停止和启动、检漏装置下降上升、充气、气压稳定、检测6个过程。所以需要合理的分配各个时间定额。因为要满足工作效率2000次/班，所以一个完整的过程至少需要的时间为：

t二8T3600二14.4s

2000

将时间合理分配：检测头升降时间分别为t1=1.5s，充气时间t2=2s，稳定时间t3=2s,测漏时间t4=3s，电机启停时间分别为t5=1s，则包装桶在传送带上的输送时间为t0=t-2t1-t2—t3-t4-2t5=2.4s。

为防止包装桶在检漏过程中不受到干扰并防止漏检情况，将定位装置和防干扰伸出装置之间的距离确定为500mm。则可以计算出传送带所要求的最低速度：v=s/t=500/2.4=208mm/s=0.208m/s

0

传动装置设计

要能够实现塑料桶的自动运输和传递，前文确定了本次设计采用了同步带传动。同步带传动效率高，具有弹性和扰性，可吸收振动和缓和冲击，传动平稳噪音小等优点。

电机的选择

因为传送带的速度V=0.208m/s，初步设定滚筒直径为d=40mm，可以计算出滚

筒的转速n:

w

60x1000v

兀d

60x1000x0.208

兀x40

=99.36r/min

按手册推荐的传动比合理范围，带传动的传动比i为2~4,则电机需要提供的转速

为：

n二in二（2〜4）x99.36二198.7〜397.5r/min

dw

查手册可知道小型电机的转速都在960r/min以上，所以采用减速电机来实现减速。

选择电动机的类型主要根据工作机械的工作载荷特性，有无冲击、过载情况，调速范围，启动、制动的频繁程度等。由于在检漏时需要传送带停止运行，电动机则需要不断的启动和停止，所以本次设计采用AC减速电机。

为防止干扰，传送带上允许同时最多承载5个包装桶，桶的质量为：m0=O.2Kg。同步带主要材料为橡胶、尼龙，密度P=l.lKg/m2，设计传送带的宽度为a=0.25m,长度b=1.5m,贝M专送带的质量m1为：

m1=2pab=2x1.1x0.25x1.5=0.85Kg

工作拉力F：

F=(5m0+m1)g=(5x0.2+0.85)x9.8=17.9N

选取耳=0.98，耳=0.96。

带轴承

电动机所需功率为：Pd===39.6W

dnn0.98x0.96

带轴承

由于Ped应大于Pd，所以选取电机额定功率为120W。所以，带传动采用传动比i=2，则选取电动机型号为：51K120GU-A/5GU12.5K，速出转速n=200r/min。如图4-1。

图4-1

同步带传动设计

由电机的选型可以确定已知条件：电机的功率P=120w,传动比i=2，小带轮转速n=200r/min，大带轮转速n=100r/min。

12

确定设计功率P(KW)

d

P=KP=1.7x0.12=0.204

dA

式中：K为工况系数，查表4-1取K=1.7。

AA

表4-1工况系数K

A

选取同步带型号

根据设计功率P=0.204，小带轮转速n=200r/min,查图4-2,选取同步带型d1

号为L型，并查的节距为P=9.525mm。

b

6G00

4000

3000

2000

10000

12000

-ree鸟iw薜犒务

10C0

800

600

400

300

200

100

SO

40

30

图4-2

确定带轮齿数和节圆直径

表4-2

小带轮转速nl/(r/mm)

带型

MXL

XXL

XL

L

H

XH

XXH

□

<900

10

12

14

22

22

900—1200

12

12

10

12

16

24

24

1200—'1800

14

14

12

14

18

26

26

1800—'3600

16

16

12

16

20

30

3600—'4800

18

18

15

18

22

z=12，大带轮齿数

1

因为小带轮转速n<900r/min,由表4-2，确定齿数为

1

Z=iz=24.

21大小带轮节圆直径有公式：

ZP

12%9.525二36.4mm

3.14

同理：d2=72.8mm

取标准值d1=36.38mm，d2=72.77mm

4.验算同步带的速度v(m/s)

通常L型同步带的最大允许速度为v=50。同步带速度为:

max

兀dn3.14x36.38x200--

v===3.7

60x100060x1000

可知v<v，满足要求。

max

5.确定中心距a和同步带带长和齿数

对于同步带传动一般可取：0.7(d]+d2)<a0<2(d1+d2)，计算可得到a°的范围为：76.44mm〜218.4mm。初选a0=85mm

同步带带长由公式：L=2a+(d+d)

00212

3.14

=2x85+〒x(36.38+72.77)二345mm

6.小带轮啮合齿数计算

小带轮与同步带啮合齿数Z按以下公式计算：

zPz

z=-+—I(z一z)

m220a21

丄-9・525x12(24-12)二5.4

圆整Zm=5。

m

7.计算带宽

同步带带宽b:b二b

ss01•'

取bs=19.1,带宽代号075。

式中：b为同步带基准宽度

220x85

d=25.4x1.:P

z0

0204=14.96mm。

查手册可得到b=25.4；

0.8x0.46

s0s0

p为设计功率；

d

k为啮合齿数系数，因为k<6，k=1-0.2(6-Zm)=0.8;

zzzm

p为基准额定功率，由公式0

(F-qv2)v

P=a—

01000

=(245-0.096x1.8842)x1.8841^00

=0.46mm

式中：F为基准宽度同步带的需用工作拉力，查取可得F=245N；aaq为基准宽度同步带的质量，查取可得q=0.096Kg。

8.确定作用在轴上的压轴力FQ

1000P

d

v

=1000x0.204

1.884

二108.3N

9.确定带轮的尺寸和结构

传动选用的同步带为250L075。

小带轮：z=12，

1

大带轮：z=24，

2

结构如图4-3：

d=36.38，d=79.48。

1a1

d=72.77，d=72。

图4-3因为塑料包装重量很小，作用在滚筒轴力很小，所以不需要进行轴的强度校核。

控制装置设计由需求分析可以知道，检漏设备需要有定位和防干扰装置，在设计时采用了气缸原件。由于检漏装置还要适用于不同型号尺寸的包装桶，所以，还需要有一定的结构来满足其通用性要求。

执行原件的选择本次设计主要考虑执行元件气缸的选择，即气缸的类型选择。考虑到活塞杆在伸出后有一定的停留时间，所以采用双作用气缸中的单活塞杆气缸。再考虑活塞杆的行程和气缸范围，本次设计采用10-Y1系列气缸，双动，可不润滑。其定位方式如图4.4

图4-4

4.3.2调整结构的设计

不同型号的包装桶它的高度和宽度都不一样，所以，要保证捡漏装置的通用性就需要使导轨宽度和检漏部分上下高度可调。

对于导轨部分，采用了可以左右可调整的护栏结构，如图4-5所示。

图4-5

对于检漏部分，可使用丝杠来调整压盖的高度，以适应不同尺寸的包装桶，如图4-6所示。

参考文献

5总结

5总结

毕业设计是我们大学学习和实践的最后环节，这个环节是我们在大学完成了所有基础课、专业课程后进行的，从这方面来说是我们对所学习课程的一次总结和实践，又是对知识的一种延伸和应用。

这次毕业设计的内容是产品设计，设计一种塑料包装桶检漏装置。再拿到论文题目时，感觉还比较简单。检测一个容器是否有漏洞，生活中的方法很常见，比如吃饭的碗坏了会漏水，自行车的轮胎坏了会漏气变瘪，破了的皮球在水里冒泡等等，原理比较简单，但当运用到设计上时，又发现了不少问题，向包装桶里注水很浪费时间，如果泄露量很小的话，长时间才能确定，而且包装桶内部有水以后如何确保完全干燥，水分没有清理干净会怎么样？能通过充入气体判断体形变化来判断结果吗？学过的那一部分知识可以解决这些问题？又有那些没有学习过的需要我们去了解来完成这次论文？这些问题如何去解决？才发现问题真的很多。

因此，这次毕业设计我收获很大，特别是学习到了很多这之前没学过的东西。第一次大量的查阅数据库，第一次阅读诸多文献，并从中提取精髓，第一次深入了解机械行业某些领域的发展知识。通过这次毕业设计过程，提高了我们查阅资料，应用手册，编写文件的能力，为我们即将走出校园，能够独立思考和学习打下了良好的基础。

发现问题，思考问提，解决问题。这次毕业设计不仅仅是对我们专业知识的实践与应用，同时也是对我们综合能力的考察。不同的解决方案我们一一去分析比较