药品包装机设计方案

包装机的总体设计方案

第一节概述

第二节总体方案设计的基本内容

第三节总体方案设计实例

发展独立思考和独立判断的一般能力，应当始终放在首位，而不应当把获得专业知识放

在首位。如果一个人掌握了他的学科的基础理论，并且学会了独立地思考和工作，他必

定会找到他自己的道路，而且比起那种主要以获得细节识为其培训内容的人来，他一定

会更好地适应进步和变化。一爱因斯坦（美国）

第一节设计包装机的基本要求

设计包装机时，要使机械具有先进的技术性，良好的使用性和机械加工工艺性，就必

须注意满足以下几项基本要求。

一、具有一定的使用范围

包装机的应用范围，是指一台包装机所能完成的包装形式、适用包装物料的种类和

规格、包装材料的品种和规格等。

通常，当包装机的应用范围小时，它的结构较简单，生产率较高，而且易实现生产的自

动化。若扩大包装机的应用范围，虽然可以实现一机多用，但往往造成机械结构的复杂、

提高成本。因此要根据使用工厂的实际需要、物料性质、包装材料性质以及包装产品的

批量来确定包装机的使用范围。

二、生产率高

包装机的生产率,是指一台机器在单位时间内所包装物料的数量或件数。

生产率又分为理论生产率和实际生产率，上述的定义是指的理论生产率；但是，在实

际生产中，有时要做生产的准备、要停机装添物料和包装材料、调试?口维修机器、检验

产品质量等，所以在实际生产中，一般用实际生产率来表示包装机的生产率，它是指一台

包装机在一段时间内（一日、一班）的包装物料的数量。

设计中，在满足使用要求的前提下，要尽量提高生产率才昔施是提高包装机的运动精

度、自动化程度和可靠性，分散包装工序，增加包装执行机构数量，以及缩短辅助时间等。

三、具有一定的精度

生产中，要求包装机的生产率高、可靠性高、包装成品质量好、噪音小等，因此包装

机本身应具备一定的精度。精度分为静力精度、运动精度和动力精度。

静力精度，是指包装机空运转时部件的运动精度和相互间的位置精度；它是由机械

零件的加工精度和装配精度决定的.

运动精度，是指包装机的工作部件运动均匀性和协调性。它是由传动系统中零部件

的设计、加工、装配和调整精度决定的。

动力精度，是指包装机在包装工作的过程中，包装机部件在工作力，温升振动的作用

下的运动精度和相互位置精度。它是由包装机的零部件的刚度、按触刚度、抗振性和热

变形等因素决定的。

包装机的精度愈高,对机械的制造精度、零件材料的要求愈高，使机械制造成本高。

因此，包装机的精度必须根据各种要求，进行全面综合分析后再确定。

四、提高机械的自动化程度

包装机械分为半自动包装机全自动包装机，若包装机在完成完整的包装循环

的过程中，包装物料或包装材料的传送要人工来完成,则称为半自动包装机；若上述工作

全部由机器来完成，则称为全自动包装机。

包装机的自动化程度愈高，它的生产率愈高，工人的劳动强度愈低。但是，机器的构造

和控制系统则愈复杂，从而提高了机器的成本、增加了机器维修的难度。所以，必须根据

使用要求和上述各种因素来确定包装机的自动化程度.

五、提高''三化'程度

''三化〃是指包装机的品种系列化，零、部件的通用化W标准化。

提高机器的'三化'程度，可以减少零件和部件的品种,缩短机器的设计和制造周期，增加

生产批量,便于组织生产、降低机器制造成本，有利于提高机器的质量；便于维修和保养。

包装机的结构复杂、品种繁多，所以提高机器的"三化"程度是非常迫切的，但是，包装机

的发展正处在新兴阶段,''三化"工作刚刚开始，这就要求在设计包装机时，必须对其“三

化”给予极大的重视。

六、便于制造、操作、维修

包装机的零件结构复杂，在设计中，要注意零件的结构工艺性，若工艺性差，会造成加

工性差、延长制造周期，增加制造成本。

同时，设计者必须为机器的操作者着想，使操作者便于更换包装材料、添加物料，便

于观察机器的工作情况、以及便于调整、维修和保养矶器。

另外，要有安全保护装置，防止发生人身安全事故、机器损坏和包装质量事故等。

七、控制机器的噪声

包装机正向高速化、多功能发展，控制机器的噪声是设计和制造时的一个重要问题。

噪声能损伤人的听觉器官和生理机能，必须采取一定的措施降低噪声。如提高零部件的

制造精度、配合精度，减少机器的激振力，安装隔振和吸振装置等，使包装机的噪声不超过

80dB(A)。

八、提高包装机的工作质量

包装机的工作质量是以物料被包装后的成品质量来衡量的,一般用被包装成品的正

品率表示。正品率是表示在一段时间内，被包装物料的总数与其中包装质量合格的数量

之比；废品是指包装物料或材料损伤、物料外露、空包及计量不准确等。包装机的工作

质量高，能直接提高包装机的生产效率、降低产品成本，所以设计机器时应给予极大的重

视。

九、外形美观

包装机的外形要美观、色调要和谐、人机关系要合理,这样能够提高机器在销售中

的竞争力，又有利于操作工人的生产活动。因此，设计时应使包装机的外形美观、尺寸比

例协调、颜色美观大方。使操作者喜欢机器、有较高的工作情绪和安全感，以利于提高

生产效率。

第二节包装机的设计步骤

一、总体方案设计

设计包装机的第一步，是进行总体方案的设计，即在充分调查研究的基础上,进行可

行性分析论证，确定包装机的使用范围、包装工艺方法、初选各部件的结构和总体布局

等。这是整台机器技术设计的依据。因此，在拟定总体方案时。必须全面地考虑，使确

定的方案既先进又经济效益高。具体包括以下内容：

L调查研究机的意见、对新设计包装机的要求，了解工人

(1)调查使用单位要求

主要调查、了解被包装的种类、性质、尺寸、形状、包装方法和形式及对包装的要

求、包装材料的种类、规格、特性及供应情况，了解操作工人对现有同类型包装蹒作

技术水平，并且要了解新设计包装机的工作环境，包装环境的温度、湿度等。

它包括包装机的技术性能、各部件构造说明，包装机的安装、调试、润滑方式,常见故

障的排除方法，易损零件列表和图样、电气设备表，以及包装机的运输方法和验收标准，

有时要编制各种通用件、标准件名细表。

第三节包装机总体方案设计

总体方案设计是整机的关键性设计，它主要包括以下主要内容：

一、确定包装机的使用范围

按使用范围分，包装机可分为专用包装机、通用包装机和多用包装机。确定使用

范围的原则是：

L专用包装机

若被包装的物料生产批量大、品种规格不变，可选用专用包装机，这样便于提高包

装机的生产率和自动化程度。

2.多用包装机

若被包装的物料生产批量中等、品种规格要一定时期才更换，可选用多用包装机,

只要更换有关部件即可。

3.通用包装机

若被包装物料批量小，经常更换物料的品种、规格，可选用通用包装机。这样可增

加同类包装机的生产批量，减少包装机使用单位的设缶投资费用,同时也降低了包装成

本。

一般应跟据包装机使用单位的要求，在保证机械作用可靠性高、制造成本低的原

则下,使包装机的应用范围广一些为宜。

二、包装工艺设计

包装工艺设计，即是分析、确定该机应采用的包装方法和形式、包装程序、包装

路线、工位数等。鉴于被包装物料种类、规格繁多,包装材料的品种、规格和性能又各

不相同，包装产品流通环境也各不相同，所适用的包装工艺也各不相同。导致包装机的结

构也各不相同，所以包装工艺是整台机设计的依据.

1.确定包装方法和形式

(1)分析包装物料的性质

常用的物料按其状态可分为块状、粉状、颗粒状、流体状,应采用的包装方法和

形式也各不相同，如流体物料常采用常压灌装法、等压灌装法、真空灌装法等。为了保

证包装的质量，如装啤酒宜采用等压灌装法、桔汁宜采用真空灌装法，另外，同一种物料，

当规格相同时，也可以采用不同的包装形式，如糖块可选用裹包方法中的单端及双端扭结

式、端折式、袋装式等。这时要在充分分析、比较的基础上，选择能使包装机结构简单

的包装方法和形式。

(2)包装材料的选择

当多种包装材料都能满足物料的包装要求和使用要求时，选择包装材料的原则是a能

简化包装机的结构;b.使包装机具有较高的生产率;c.包装质量好、易于销售;d.包装材料

来源方便、充足、成本低;e.便于消费者携带和废物处理等。

2.确定包装程序、包装工艺路线、包装工位数、绘制包装工艺路线图

⑴包装稗？

包装程序是指对物料进行包装时，各个包装动作的顺序。用来表示这种JII页序的

图称为包装程序图，如图9.1所示为某种块状物料裹包庄t的包装程序图。

有的包装方法和形式往往就决定了包装程序，如液体真空灌装程序是升瓶一抽

气一灌液一排除余液一降瓶。有的包装方法和形式相同，可以用不同的包装程序来完成,

如图9.2所示是裹包方法中的折叠式包装。图(d)是物料在上下和左右移动中完成包装,

图(b)所示是物料在平行移动和翻转过程中完成包装，图(c)所示是物料在一条直线上移

动的过程中完成包装，从图中看出不同的包装程序将使包装机的有关结构和总体布局不

相同,应选择使包装机械结构简单、便于总体布局的包装程序，程序是包装机总体布局的

依据，必须给予充分的重视。

(2)包装工艺路线

包装工艺路线是指包装物料和包装材料的供送路线、包装过程中物料的运动路

线、包装成品的输出路线。常见的工艺路线有直线型、阶梯型、圆孤型和组合型。

直线型，是指被包装物料在包装过程中的运动路线是直线方安其运动方向又可分

为立式、卧式和倾斜式。图9.2(C)是折叠式裹包的卧式直线型工艺路线图。

阶梯型，是指被包装物料在包装过程中的运动路线既有水平直线运动,又有垂直直线

运动，图9.3是常用的阶梯型工艺路线。

圆孤型，是指被包装物料在包装过程中沿圆弧轨迹运动，又称为旋转型工艺路线。

图9.4所示是充填一封口机的圆孤型工艺路线图。

图9.2裹包包装程序图

图9.3阶梯形工艺路线图

图9.4圆弧型工艺路线

1、2-供袋3-张袋4-充填5-排气6-横封口7-输出

图9.5是液体灌装机的圆弧型工艺路线图。灌装过程是在主轴旋转，瓶子在分配盘的

旋转过程中完成的。

组合型，是指被包装物料在包装过程中既作圆弧运动，又作直线运动。如图9.2(b)

和图9.6所示。

图9.5圆孤型工艺路线

包装工艺路线直接影响包装机的外形、操作条件、执行机构数目和包装机的生产

率、成本等。为了搞好包装机设计，必须分析各种工艺路线的特点，找到最佳的工艺路线。

(3)工位数

工位数是指多工位包装机上，包装材料和被包装物料接触并开始包装到输出工位

区间内所包含的包装物品个数或件数。工位数应根据包装程序、包装工艺路线和包装机

的生产率等选定。

9.6盼型工猾线

a,间歇运动式多工位包装机物料在包装过程中，由一个包装工位转移到另一包装工位

的运动形式是间歇式的。

b.连续运动式多工位包装机

图9.7面包藁包机工艺路线图

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物料在包装过程中，由一个包装工位转移到另一个包装工位是由主传送机构驱动作连

续运动的。它又分为单头式和多头式。

单头式：是在一台包装机中,完成同一包装操作的执行执构只有一个。

多头式：是在一台包装机中，完成同一包装操作的执行机构有数个。

2.包装机选型的原则

(1)单工位和多工位包装机的选择原则

当物料的包装工艺方法比较简单，所需要的包装执行机构数量较少，对包装机的

生产率要求较低时，可选择单工位包装机。

当物料的包装工艺方法很复杂，包装程序多，需要多个包装执行机构时，优先选择

多工位包装机。这样可以将各包装工序分散在几个工位上完成，有的包装工序可在物料

的运动转移过程中完成,有利于包装机的总体布局。

当要求包装机具有较高的生产率时，应选用多工位包装机。

另外,也有特殊情况，有的包装工序多,但是包装工序操作必须在一个位置上不动

的情况下完成包装，所需的执行机构也多,此时应选择单工位包装机。如捆扎机有12个捆

扎工序，它是单工位包装机。

(2)间歇式和连续式多工位包装机选择的原则

当包装工艺方法匕匕较复杂，需要数个包装执行机构时，不论生产率要求高低，都应

选用间歇运动型包装机,这样可简化包装机的结构。

当包装工艺方法匕匕较简单，所需要的包装执行机构比较少，生产率要求高时，应选

用连续运动型包装机。其中，如果包装工序不是很多，要求生产率较高，采用连续运动型时

不会使执行机构变得很复杂时,应选择单头式连续运动型包装机。如果包装工序数少，相

应的包装执行

五、包装机的总体布局

1.总体布局含义

总体布局即是在初选机器各机构的基础上，根据使包装机结构简单、紧凑、合理

的原则，按一定相互位置关系，在整机中安排各组部件的位置。

总体布局时，一般以主传动系统为基准，本着从粗到细、从简单到复杂的原则，周密

分析各种因素的影响，经过多次反复布置才能完成。

2.对总体布局的基本要求

(I)要保证各个机构相互位置和相对运动的正确性。

(2)布置操纵件和调试件时，应使操作者便于观察包装过程，便于操纵机器、便于调

试和维修机器。

(3)应保证包装机具有足够的强度和刚度,具有一定的抗振性、耐热变形性。

(4)使单机的布局便于组成生产自动线。

(5)注意整机造型美观。在机器造型设计时,必须懂得造型要素的形状、色彩、比

例、平衡、调和等美学法则。

3.总体布局的步骤

(1)布置主传送机构

根据包装工艺路线图确定主传送机构的布局和运动形式，再以它的中心线为基础

布置整台包装机。

(2)布置执行机构

即是安排被包装物料计量与供送机构、包装材科整理与供送机构、包装执行机构

和成品输出机构。

根据包装工艺路线图，以主传送系统为基础，将各个执行件安排在相应的位置上。

再安排各个执行机构的运动驱动件的位置。

布置包装材料的供送机构，包装材料一般是同包装物料同时传人主传送机构，

有时也提前进入。柔性包装材料从上向下送入方便,但也可以水平供送。半刚性和刚性

材料以水平送进较多。卷筒材料支架的高度要安排适当，重量大时可以安在机器的侧面,

重量小时可放在机器的上部。布置时不仅要考虑操作方便，而且还要考虑整机造型美观。

布置被包装物料的计量与供送机构，一般要放在主传送机构的前面，可在横向、纵

向、上面和下面供送，被包装物料的计量与供送机构往往设计为一体，料斗的高度要适当。

布置包装执行机构，首先按包装工艺路线图，沿主传送机构的方向,将各个包装执行件布

置在主传送机构的T则、两侧或上方。然后再安排各包装执行机构运动的驱动机构。

布置包装成品输出机构，一般应放在主传送机构的后部或上方。应注意使操作者

便于观察包装质量、便于整理与收集成品。

布置各执行机构的驱动机构时，为了提高传动精度，缩短传动链，尽量减少构件的

数量和运动副，尽量将原动件靠近执行构件，并尽量集中在一根或少数几根轴上。

(3)布置传动系统

布置传动系统时,必须保证各执行机构和驱动机构按规定的运动规律运动，并保

证各构件间的运动相互精确配合。一般都拟定数种方案，经充分分析比较后，选择其中结

构简单、紧凑、传动链短、传动精度高、传动效率高、且易于布置空间位置的方案。如

包装机一般不选用摩擦传动，尽量将传动件布置在支承件内部或侧面，以利于减少包装机

的体积和占地面积。

根据已选定的传动方案才以定出传动系统图。即是根据国家机械制图标准规定的

符号,把轴、轴承、皮带轮、链轮、齿轮、离合器、联轴器、电动机、变速器等各传动

件的相互联系和位置表达出来。它是设计包装机具体结构的基础。如图9.8所示。

(4)布置操作件和控制系统

设计包装机_L作台和布置操作件的位置时，要考虑人体各部位的尺寸，如图99所

示。首选确定操作者的位置、一般操作者站在包装机的前面，操作者的工作位置应是包

装工序最集中和最容易发生故障的位置。工作位置确定后，再参照图9.9的尺寸范围，将

各操纵件布置在相应的位置。

一般操纵件的运动方向应与被操纵件运动方向保持一致。调速手轮要轻便、灵活、顺

时针转动为增速并设指示牌。

确定包装机工作台面的高度时，要考虑包装操作者工作状态,当站着工作时，工作台面

高度应在1000~1200mm的范围内为宜；当经常坐着工作时，台面的高度应在700~

900mm的范围内为宜。

包装机上的指示仪表、信号灯、报警器、安全阀等装置渚B应布置在便于操作者

观察、维护和安全可靠的位置。

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czz

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图9.8糖果包装机传动系统示意图

200cm

垂直作业区

(5)选择机器支承件的形式

选择机器的支承件形式时，要考虑整台机的外形结构，既美观又便于操作者工作，

同时便于装配和维修。

卧式包装机T殳采用''一'形支承；立式包装机采用''I"形支承，如图9.10(a)(b)

所示。也有的包装机采用支承，如图9.10(c)所示，图(d)是框架式支承。

(6)绘制总体布局图

在总体布局图上，应将包装机各部件的相对位置和联系尺寸、机器的主要外廓表

示清楚。图9.11是总体布局简图。

1.料斗2—包装材料供送机构3—成形器4-纵封器5T0纵开关6T空制系

统

7—横封机构8—成品输出部件9一调整手轮10一支承

六、绘制包装机的工作循环图

包装机包装物料时，由于包装工序多,使包装机的执行机构数量多、动作复杂，为了

很好的完成包装工作，各执行件既要按一定规律运动，又要求各动作互相协调、配合、这

些要求是通过拟定工作循环图来完成的。

1.工作循环图是表示包装机在一个工作循环周期内,它的各个执行构件的运动规

律和工作顺序（或称运动配合）的图表。

工作循环图的表示方法有两种：

圆环型：它是以包装机的主分配轴转一周为一个工作循环周期，将各个执行次构

的运动时间转换成为与主分配轴转角的关系,再用圆形表达出来。

直线型：它是以一条水平线段为一个工作循环周期，再按包装程序将各个执行机构在

此循环周期内的工作状况分别用线段表示出来。当机的在某段时间内做连续匀速转动、

振动或静止时，是用水平线段表示；当机构在某段时间内是运动的时候，是用斜直线表示

的。在机械传动的包装机中心于主分酉准由往往做连续回转运动，主分配轴传一周为一个

工作循环周期，所以应将各执行机构运动与主分配轴转角的关系表达清楚，如图9.12所

必须注意，工作循环图只能表示在一个工作循环周期内，各执行机构的运动和停

留的顺序及时间,并不能表示各执行机构的运动速度和变化规律。

2.绘制包装机工作循环图的步骤

(1)拟定各执行机构的运动规律

根据包装工艺所要求的工艺时间、包装材料、包装时间、包装执行件等允许的运

动速度和加速度叔定各执行件的工作时间、回程时间和停留时间，也可同时确定速度变

化规律。

(2)拟定各执行机构的包装动作配合关系，对于机械传动的包装机,要将各执行机

构运动规律转化为与包装机的主分配轴的转角关系。

(3)绘制包装机工作循环图

绘制包装机工作循环图时，要以主要执行机构(往往是主分配轴)为基础，按包装程

序将各执行机构的运动规律表示出来。

(4)将各控制元件的讯号发出时间和工作状态在循环图上表达出来。

(5)检查和修改工作循环图。

检查工作循环图正确性的标准：

a.必须保证各执行构件工作时，不发生时间上和空间上的干涉，它们的工作要密切

配合,保证包装顺利完成。

b.避免由于某个执行机构的工作速度影响整台包装机的生产率的提高，因此，应尽

量使各执行机构的运动速度和加速度同时达到许用值.

c.要尽可能增加各执行构件运动的同步化。执行机构工作时间重叠越多，工作循

环周期愈短，包装机的生产率就愈高。

在技术设计完成后，要根据设计的实际情况补充和修改原拟定的工作循环图彳导

到包装机实际的工作循环图。因为在技术设计中,往往由于包装机总体布局、各部件结

构和材料等原因，使有的工作机构所实现的运动规律和原拟定的方案不完全相同,所以必

须依据执行机构的实际运动修改原拟定的工作循环草图，并绘制出实际的工作循环图。

如图9.12所示

图9.12是扭结式糖果裹包机的工作循环图。图中实线部分是原绘制的工作循环草图,

虚线部分是在完成整台机的技术设计后修改和补充的部分。在原方案中,出糖工位的糖

钳是在120~150。期间完成张开动作的。在完成技术设计后，发现所选用的开闭钳机构使

糖钳在235~270。期间内张开，使打糖杆在糖钳没有张开时强行将糖输出。由此,必须修

改原先的总体方案，修改的方法很多，本修改方案选用办法是将打糖杆与推糖杆用同一曲

柄机构驱动，使打糖杆的出糖动作延迟，等到输出工位的糖钳张开后再进行打糖。如图

9.12中点划线所示部分。

090'28F2700360'

i

120°

.......

工序盘-------

25°

接糖杆迎•一-—

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——-.里一—一

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3.包装机工作循环图的用途

工作循环图在包装机的设计、装配和调试工作中都起着极其重要的作用。

(1)保证包装机具有较高的包装质量

通过绘制包装机的工作循环图，确定了各执行机构的运动配合，从而保证了包装

机包装的质量。

(2)为提高包装机的生产率提供了可靠的依据

从工作循环图上所表示的各机构的运动规律，可以分析各机构运动同步化的情况,

找出实现同步化的措施；还可以从图中找出工作时间最长的机构，在可能的条件下，将这

个机构所完成的包装工序分散,缩短工作时间，这样可提高包装机的生产率。

(3)为设计机构提供了依据。

(4)是装配调试包装机的依据

4,绘制旋转型灌装机工作循环图

图9.13所示是一种以量杯作为计量器的旋转式真空灌装机简图。

25

UHf\1n383好53即

图9.13旋转式真空灌装机简图

1-底座2-传齿轮3-主轴承座4-下凸轮5-主分配转盘6-瓶于升降机构7-面

扳8-玻璃瓶9-量杯10-灌装头

11-上托扳12-真空管13-抽料管14-拉臂15-上凸轮16-真空表17-控制箱

18■汽液分离器19■进料阀门

20-液位控制箱21-外套箱22-料箱23-真空分配器24-真空管25-进料管

1,旋转型灌装机工作过程

旋转式灌装机平均分布着16个灌装头、瓶子升降机构和量杯。空瓶是由输送履

带和星形拨轮送到旋转盘的升瓶机构6上,经过旋转一定的角度，空瓶被下凸轮顶人灌装

头内，瓶内被抽成真空时量杯已提升到液面以上,量杯内的料液被抽人瓶内。空瓶是按顺

时针方向旋转，空瓶一进人升降机构上转盘已转22。,这时量杯已低于液面进入进料阶段,

量杯9通过上凸轮开始从料液中逐渐提升。当转至35。时,空瓶自下凸轮4的斜坡开始上

升。当转至68。时,量杯已升至液面之上，此时空瓶继续上升，当转至80。时,空瓶被顶入灌

装头,瞬时内，空瓶被抽成真空、量杯内的液料即被吸人瓶内，经转至229~244。范围内灌

装完毕，在244〜289。范围内为稳定阶段，主要为了防止真空漏失，或者真空减弱时，管子

漏料(指的是料管内的点滴附壁料液)而留的安全余地，如果灌装一完毕瓶口马上离开，灌

装头的料管内的附壁点滴液料会漏下来。转至289。时料瓶开始由下凸轮斜坡下降，当转

到298。时量杯也由上凸轮斜坡开始下降，转至325。时料瓶进人退瓶水平方位，转至3280

时量杯已下降到料箱液面之下开始进料阶段,当转至337。时已灌装完毕的瓶子由星形拨

轮拨离旋转盘进人输送带。

3.拟定执行机构的运动规律和动作配合

(1)进瓶?口升瓶机构

空瓶由拨轮到主分配盘上,此时主分配盘已转动22。。

当分配盘转至35。时，空瓶在升瓶机构带动下开始上升，当主分配盘转至80