【《某筒子纱自动包装系统结构方案确定分析案例》4900字】

某筒子纱自动包装系统结构方案确定分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u2863某筒子纱自动包装系统结构方案确定分析案例 1183761.1课题简介 1207201.2方案简介 1199171.3各部件结构的确定 4201331.3.1大小头检测的实现 4257261.3.2翻转机构 576191.3.3装袋机构 7301351.3.4封口机构 8179231.3.5称重机构 91.1课题简介筒子纱自动包装系统旨在实现筒子纱的自动编织袋包装，尽可能地减少人的参与，最大程度地实现自动化。本章首先介绍系统的总体设计目标，根据功能要求介绍系统分模块设计思路，并详细介绍各个模块功能的实现方式，分析各个模块实现的原理，对不同的方案给出优缺点比较，选择最优方案进行设计;对现有设备能够满足功能要求的模块，根据功能要求对现有设备做了选型。1.2方案简介筒子纱自动包装系统作为一个高速度、智能化、全自动的纺织行业包装设备，是集在线检测、精密机械、实时控制于一体的大型包装生产线，要求各部分协调配合，同时保证整个系统的可靠性与稳定性。1.1.1系统总体设计目标根据筒子纱的生产工艺，以及纺织行业对筒子纱的包装要求，再结合我国纺织行业的国情，从实用、稳定、可靠的角度出发，制定了本包装系统的总体功能要求如下:1、筒子纱包装时，要求筒子纱直立放置，由于筒子纱一般具有锥度，为节约空间使其达到最紧密的排列，要求每个筒子纱与其相邻的筒子纱锥度相反，即头尾交错，因此要求包装设备具有自动排纱的功能。2、为实现系统自动排纱的功能，需要对筒子纱的大小头进行检测。因此，要求本系统对筒子纱进行在线检测，即检测筒子纱大小头的位置(大头朝上或者朝下)，并记录检测结果。3、为实现系统自动排纱的功能，大小头检测结束后，还要求系统具有选择性翻转的功能，即将大小头位置不满足要求的筒子纱进行上下180°翻转。因此，要求本系统具有对筒子纱选择性翻转的功能。4、在筒子纱装入编织袋前，为达到隔离、防潮、防尘的目的，需要对每个筒子纱加封塑料袋，即封塑。5、筒子纱完成封塑后，通过机械装置将筒子纱按照已经排好的顺序推入编织袋中，待计数到编织袋装满后，自动将编织袋推出。6、每袋筒子纱装满后，需要对编织袋进行封口。通过机械装置将编织袋口压紧后，自动送入缝纫机中，完成编织袋的自动封口。7、为实现筒子纱产量的统计，并将每袋筒子纱的重量显示在标签上，需要对每袋筒子纱称重，即需要一种称重机构完成每袋筒子纱的在线称重，并将重量数据上传。8、为实现每袋筒子纱重量、批号、生产日期等数据的显示，本系统须具有喷码或者标签的功能。9、为提高生产效率，要求本系统的包装效率为低于60秒/袋(每袋按三排四列装，即每袋12个筒子纱)。10、为了直观地监控包装过程，本系统须具有上位监控设备，既可以现场控制，又可以远程监控。本课题研究的筒子纱自动包装系统主要实现以上功能,设计宗旨是最大限度地节省劳动力，减轻劳动强度，提高包装效率。筒子纱自动包装系统主要由大小头检测机构、翻转机构、封塑机构、装袋机构、封口机构、称重机构和喷码机构7个机构，以及控制单元和人机交互单元2个单元组成。本系统的总体结构如图1.1所示。图1.1筒子纱自动包装系统总体结构示意图本筒子纱自动包装系统沿筒子纱传输方向的具体工作流程如下:1、筒子纱到达大小头检测机构触发大小头检测光电传感器，PLC通过读取高速计数模块采集的筒子纱经过上下2个光电传感器时旋转编码器的脉冲信号，判断筒子纱大小头位置，将检测结果存储。2、当筒子纱到达翻转机构并触发翻转机构定位光电传感器时，控制单元读取当前筒子纱的大小头检测信息并进行判断，将需要翻转的筒子纱进行翻转，不需要翻转的筒子纱顺利通过本单元。3、当筒子纱到达封塑机构时，由封塑机构完成对每个筒子纱加封塑料袋，并进行热收缩。4、当筒子纱到达装袋机构并触发装袋机构计数光电传感器时，装袋机构按之前排好的顺序将筒子纱有序推入编织袋中。5、当一袋筒子纱装满后，装袋机构会将编织袋推出，使编织袋继续沿输送带运动，当编织袋到达封口机构并触发封口机构定位光电时，封口机构动作完成编织袋的封口。6、当编织袋到达称重机构并触发称重机构定位光电时，称重机构完成对每袋筒子纱的称重，并将称重结果传送到控制单元。7、当编织袋到达喷码机构并触发喷码机构的定位光电传感器时，喷码机从控制单元读取重量等相关信息，并将信息喷到编织袋上。1.3各部件结构的确定在本系统7个机构中，封塑机构和喷码机构均采用现有定型设备，根据筒子纱的包装要求选择可以满足要求的设备完成相应工序，大小头检测机构、翻转机构、装袋机构、封口机构、称重机构均自行设计，本节对这5个机构的实现方式做简要介绍。1.3.1大小头检测的实现在本系统7个机构中，封塑机构和喷码机构均采用现有定型设备，根据筒子纱的包装要求选择可以满足要求的设备完成相应工序，大小头检测机构、翻转机构、装袋机构、封口机构、称重机构均自行设计，本节对这5个机构的实现方式做简要介绍。1.3.1.1方案一光电检测光电检测即采用光电开关的方式进行检测，检测方式如图1.2所示。图1.图1.2光电检测示意图本检测方式采用2个光电开关与1个旋转编码器配合完成，2个光电开关为竖向安装，旋转编码器安装在带动输送带运动的电机轴上,通过旋转编码器记录输送带运动的距离,通过判断筒子纱上下头分别经过上下2个光电开关的距离便可以判断筒子纱的大小头位置。优点:结构简单，成本低，方便安装。缺点:当传送带不能匀速运动时，由于筒子纱的纸筒凸在外边，筒子纱会发生摆动，影响大小头的检测精度。1.3.1.2方案二线光源检测线光源检测即采用--个线光源进行检测，检测方式如图1.3所示，通过漫反射原理检测线上直径，通过与经验所得的阈值对比，便可区分大小头。图1.3线光源检测示意图优点:结构简单，容易安装。缺点:筒子纱更换生产批号时，若筒子纱直径发生变化，判断阈值要随时调整;检测方式不够成熟，成本相对较高。1.3.1.3方案三视觉识别视觉检测即采用机器视觉的方式进行大小头检测，检测方式如图1.4所示。当筒子纱到来时，触发定位用光电开关从而触发相机拍照，采用图像采集卡将图像采集到上位机，通过编写图像处理软件，对采集到的图像进行处理，最终判断大小头位置。图1.4视觉检测示意图优点:拍照是瞬间行为，对筒子纱的运动规律要求较低，检测准确率高。缺点:系统相对较复杂，成本较高。考虑到本系统第一段输送带匀速运动，并综合对比3种方案的优缺点，最终本系统采用光电检测的方式完成大小头检测。1.3.2翻转机构在设计翻转机构时，首先要考虑筒子纱在编织袋中的大小头排列顺序，从而得到筒子纱进入编织袋前在输送带上的大小头排列顺序。根据要求的筒子纱在输送带上的大小头排列顺序，结合大小头检测结果，确定经过翻转机构的筒子纱是否需要翻转。1.3.1.1筒子纱的排列顺序根据编织袋的规格不同，筒子纱在编织袋中有多种排列方式，比较常见的有3X4(四排三列)，3X5(五排三列)，4X6(六排四列)。每排筒子纱的个数不同，要求筒子纱在输送带上的排列方式也不同。假设筒子纱小头朝上为“正”，大头朝上为“反”，筒子纱在编织袋中的排列方式如图1.5所示。图1.5筒子纱排列示意图根据图1.5分析，筒子纱每排数量为奇数或者偶数，筒子纱在输送带上的排列方式不同。若简子纱每排数量为奇数，则筒子纱在输送带上为正反正反正反循环放置;若简子纱每排数量为偶数，以每排4个为例，简子纱在输送带上的排列方式为正反正反反正反正正反正反……，从而可以根据不同的要求，判断筒子纱是否需要翻转。本系统按3X4(四排三列)设计，如无特殊说明，本文中所指每袋筒子纱均为12个。1.3.1.2翻转机构的实现根据大小头检测的结果以及预定的筒子纱的排列顺序,确定经过翻转机构的简子纱是否需要翻转。本系统设计的翻转机构为选择性翻转机构，即可以根据需要翻转简子纱，选择性翻转机构如图1.6所示。图1.6选择性翻转机构意图为了提高包装系统的运行效率，翻转机构采用了传动与翻转同时进行的方式，即输送带在输送筒子纱的同时，判断经过翻转机构的简子纱是否需要翻转，若需要翻转，则将其推入翻转机构，完成翻转动作，若不需要翻转，则筒子纱在输送带上继续向前输送。翻转机构由3个气缸组成，如图1.6所示，当经过翻转机构的筒子纱需要翻转时，推杆气缸1动作，将筒子纱推入翻转机构中，接着摆动气缸动作，翻转机构翻转180°，随后推杆气缸2动作，将筒子纱由翻转机构推出，此时简子纱已完成翻转动作，继续在输送带上运行。1.3.3装袋机构在封塑结束后，简子纱进入装袋机构，装袋方式如图2-7所示。简子纱封塑完成后，暂存于第3段输送带上并向前输送，在装袋机构之前有光电开关对已经通过的简子纱进行计数，由于每排装3个筒子纱，因此当计数满3时，由控制单元控制左侧摆动气缸动作，从而使挡杆挡住后来的简子纱，接着下侧推杆气缸动作，将3个筒子纱同时推入编织袋中，直至每袋中的排数满足要求，即装满4排后，下侧推杆气缸动作，将编织袋一同推出。为了在第3段输送带上存储更多的筒子纱，此段输送带进行了加宽设置，但为了避免已经排列有序的简子纱顺序发生变化,输送带宽度不能超过筒子纱大头直径的2倍。图1.7装袋机构意图1.3.4封口机构装满筒子纱后的编织袋沿输送带运行,到达封口机构,其主体是自动缝纫机，但编织袋很难规整地进入缝纫机完成封口动作,因此需要在缝纫机前加装编织袋压边机构，封口机构如图1.8所示。图1.8封口机构意图编织袋到达压边机构时，袋口由V字型口进入压边机构，此时触发定位光电开关，致使压边机构上推杆气缸动作，将袋口压住;为了能使袋口随编织袋一同向前运行，袋口下边加装了同步带，同步带的运行速度与滚筒输送带的运行速度相同，这样可以将袋口与编织袋同步向前推进，直到送入缝纫机中，完成封口动作。1.3.5称重机构本系统称重机构共设计3种方案，第一种方案是采用现有定型的动态检重秤;第二种方案为动态式静态称重;第三种方案为自行设计的静态称重。1.3.5.1方案一动态检重秤为了实现高精度、高速地称重，首先考虑了目前市面上比较先进的动态检重秤，起初选择了梅特勒-托利多公司的CK60自动检重秤，如图1.9所示。其优点是应用方便,输出带的长度和宽度可以满足几乎任何要求，所有自动检重秤组件可以定制，以满足特殊要求，可以完美地融入到生产线中。图1.9CK60自动检重称自动检重秤具有多种数据输出接口和传输方式,可以满足本系统数据上传的要求。另外，其最大称重值为30千克，精度为±5g，最高检测速度为100ppm,满足本系统对速度的要求。尽管自动检重秤有诸多优点，然而其价格非常昂贵，尤其是本系统采用的动态检重秤，因编织袋较宽，所以并非标准产品，致使其价格更加昂贵，因此最终决定不予采用。1.3.5.2方案二动态式静态称重此方案的实现方式如图1.10所示，编织袋通过输送带输送到称重机的传送带上，为了保证称重精度，当编织袋完全运动到称重机传送带上时，称重机传送带停止运行，待稳定一段时间后，再读取此时的重量数据。图1.10动态式静态称重示意图此种方式既吸取了动态检重秤速度快的优点[18],又将静态称重精度高的优点融入其中;但此种方式相当于额外增加了一段输送带，而此段输送带也需电机传动并且需要统一控制，给本系统增加了额外的负担。1.3.5.3方案三自行设计的静态称重自行设计的称重机构既不需要额外增加输送带,也不需要增加电机等动力机构，又克服了动态称重不够精确的缺点。自行设计的静态称重示意图如图1.11所示，将称重机构嵌入到输送系统中。图1.11静态称重示意图静态称重机构前视图如图1.12所示，编织袋输送部分采用滚筒传动，每根滚动都有动力，在称重模块上方，每隔⒉根滚筒去掉1根传动滚动，而替换一根与称重模块相连的支撑板，在称重模块的下端四角分别有四个推杆气缸，当编织袋运动到称重模块上方时，四个推杆气缸同时动作，将编织袋顶起，此时编织袋与传动滚筒脱离，编织袋不再向前运