槟榔包装机气动控制设计说明书Word格式.docx

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1.2气动控制系统的主要特征

气动控制系统是指以压缩空气为工作介质来传递动力和控制信号的，控制和驱动各种机械和设备，以实现生产过程机械化、自动化的技术系统。

它是流体传动及控制学科的一个重要分支。

因为以压缩空气为工作介质，具有防火、防爆、防电磁干扰，抗振动、冲击、辐射，无污染，结构简单，工作可靠等特点，所以气动控制系统与液压、机械、电气和电互相补充，已发展成为实现生产过程自动化的一个重要手段。

气动控制与液压控制相主要特点比较：

（1）没气压控制的使用压力一般为0.2～1.0Mpa，因为它一般用于小动力的场合；

而液压控制可用于很高的压力（可达32Mpa甚至更高），可用于功率大的动力系统。

（2）气压控制以空气为工作介质，取值不尽，用后可直接排入大气，不污染环境，但噪音大，特别适于无线电元器件、食品、医药、服装等生产过程；

液压控制以液压油为工作介质，使机件在油中工作，润滑好，寿命长，但有污染。

（3）气动控制动作速度及反应快，因液压油在管道中的流速一般为1～5m/s，而气体流速可以大于10m/s，因此气压控制能在0.02～0.03s内到达所要求的工作压力及速度。

（4）液压控制工作运动平稳；

空气的压缩性远大于液压油的压缩性，导致气压工作速度的平稳性较差，给系统的速度控制带来影响。

（5）空气的粘性很小，在管路中的阻力损失远远小于液压传动系统，适于远程传输及控制；

而液压传动不宜进行远距离传动。

（6）气压元件用与低压，元件的材料和制造精度较低，成本较低；

液压元件制造精度高，造价高，对油液的污染比较敏感。

1.3本课题的提出

湘潭是槟榔之乡。

在盛产槟榔的湘潭几乎每家都会自己制作槟榔，从刚长出的小小的槟榔仔到长大成熟后的槟榔，各种品种各种口味的槟榔应接不暇，不仅是视觉上的独占，更是味觉上的享受，而嚼槟榔更是湘潭人的一种爱好。

可以说湘潭人的生活已经离不开槟榔了，所以加工槟榔也成了湘潭人生活的一部分。

而现在大部分的槟榔加工都属于传统的人工加工，使用机械也没完全达到全自动化的程度，有些生产规模不是很大的加工厂甚至连半自动化的程度都还没有达到。

不仅浪费了大量的人力资源，提高了生产的成本，降低了生产效率，而且在人工的操作中难免会出现一些质量问题，不仅损害了消费者的利益（出现质量问题的产品对消费者的身体不益），而且还损公司的形象和信誉。

因此，湘潭的槟榔加工厂现在急需引进一种先进的自动化设备来实现槟榔包装加工的无菌化生产。

既节约了人力资源，又不会担心产品的质量问题。

而目前气动控制技术在食品包装中的应用更是崭露头角，所以就此提出了槟榔包装机的气动控制系统设计的这个课题。

1.4课题发展的现状和前景展望

随着控制与驱动技术、伺服技术以及数字化理念的介入，机械市场已经经历了多轮变革。

目前，中国已经成为世界最大的商品生产和出口大国，与此同时全球的目光也聚焦在发展最快、规模最大、最具潜力的中国包装市场。

但我国诸如单片机自动化、稳定性和可靠性差、外观造型不美观、寿命短等问题也是国内包装机械产品饱受诟病。

气动技术是生产过程自动化和机械化的有效手段之一，具有高速高效、清洁安全、低成本及易维护等优点，被广泛应用于轻工机械领域中，在食品包装及生产过程中也正发挥越来越重要的作用。

但由于食品包装机械必须符合食品机械安全的相关要求和规定，而且工作现场环境一般又较为复杂苛刻，如果使用了不适当的气动元件，往往会出现不正常现象。

而现在的食品包装机械，通常集机械、电气、液压和气动等技术于一体，且各部分之间有着密不可分的联系，任何一部分发生故障都会影响到设备的正常工作。

因此，在食品包装机械气动部分的设计与应用中，选择可靠的切合实际的产品是值得深思的。

随着食品加工工艺要求的提高，对食品包装机械也提出了更高的要求。

目前，气动控制系统在食品包装机械的应用范围在不断扩大，逐步实现机械产品配料、送料的高效率、高精度、高自动化和高柔性，包装机械的柔性与灵活性要求包装机械的寿命要远远大于产品的寿命周期。

也对包装机械的设计与制造技术提出了更高的要求。

随着微电子技术的迅速发展和机械加工工艺水平的提高及现代控制理论的应用，为研究高性能的气动包装机械奠定了坚实的物质技术基础。

气动技术的节能化、小型化、电气一体化和集成化的发展，降低了气动系统的电力消耗和空气消耗，更易于控制，应用范围更为广泛，缩短了设计和调试周期，这为今后的气动技术的发展指明了方向，随着气动技术在包装机械中的广泛应用，我国包装机械的设计和制造也将迈进一个新时代。

1.4.1课题研究的目

就公司来说是为了改进公司的设备，提高公司的工作效率，降低生产成本，实现自动化的管理模式以获取更高的信誉及丰厚的利润。

就消费者来说，自动化生产的产品没有人为的在包装过程中带进新的病菌，且经过灭菌工序后的产品更卫生，消费者也买的放心。

就现在社会而言，消费者的目的只有一个，那就是他是否是安全食品，因为现在吃坏人的食品太多了。

就整个的食品包装行业来说，不仅会推动包装机械的发展，而且对人类社会的发展来说也会有飞跃性的进步。

对生活节奏加快的现代人来说无疑是一种高效率的工作方式。

1.4.2课题主要要求

（1）确定槟榔包装机的气动控制系统总体设计方案；

（2）计算有关技术参数并选型；

（3）绘制槟榔包装机的气动控制系统的X-D图；

（4）绘制槟榔包装机的气动控制系统布局图；

（5）撰写毕业设计说明书，完成全部研究工作和毕业论文。

第2章槟榔包装机的气动控制系统的设计原理

2.1引言

在对一般的食品包装设备中，以资源和劳动力为主体的生产方式已经不能适应现有生产型企业的发展和市场的需求，因此企业需要采用科技水平较高的先进的自动化生产设备来满足企业的可持续性发展和市场的需求。

目前国内上海、温州、广州等地的一些优秀的包装机械企业的创新和研发的思路使得很多产品已经的到国外用户的认可。

而气动控制正是实现产品自动化控制易操作的重要元素，气动控制不仅降低的企业的生产成本，节省了大量的劳动力，降低了能源消耗且能快速、安全的实现包装的自动化。

本文所设计的槟榔包装机的控制系统正是选用了气动控制系统的优势，采用以气动控制技术为基础，设计了一套基于槟榔包装机的气动控制系统的装置。

2.2气动控制系统的设计思路

气动控制系统是有气压元件组成的控制系统，即执行元件能够自动、快速而准确地按照输入信号的变化规律而动作。

在气动控制系统中，气动发生装置一般为空气压缩机，它将原动机供给的机械能转换为气体的压力能；

气动执行元件则将压力能转化为机械能，完成规定动作；

在这两部分之间，根据机械或设备工作循环运动的需求、按一定顺序将各种控制元件（压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀和逻辑元件）、传感元件和气动辅助件连接起来。

为方便说明，下面就以一个简单的气动控制系统为例，如图2-1所示

图2-1剪切机气压传动系统的原理图

图示位置为棒料被剪前的状态，由气源装置及其辅助元件产生压缩空气，经二位四通换向阀进入汽缸的上腔，汽缸下腔的压缩空气通过二位四通换向阀排入大气。

此时，剪口张开，剪切机处于预备工作状态。

当送料装置将棒料送入剪切机，并限位于二位二通机动阀左端的顶杆时，机动阀的顶杆受压而使阀内通路打开，换向阀的控制腔（上）便与大气相通，阀芯受弹簧力的作用而下移，此时，汽缸活塞向上运动，带动剪刃将棒料切断。

棒料剪下后，即与机动阀脱开，机动阀复位，所有的排气通道被封死，换向阀的控制腔（上）气压升高，迫使阀芯上移，气路换向，汽缸活塞带动剪刃复位，准备第二次进料剪切。

2.3气动控制系统回路的设计

2.3.1换向回路

换向回路是指在动力元件和执行元件之间连接换向阀，以控制执行元件的启动、停止和运动方向的回路。

其主要控制元件是方向控制阀，方向控制阀是指气压传动系统中通过改变压缩空气的流动方向和气流的通断，来控制执行元件启动、停止及运动方向的气动元件。

槟榔包装机气动控制系统中需完成转台的转动、取袋、开拉链、开袋及撑袋一些列的动作，且需满足自动化程度高、工作效率强等要求。

所以这些动作的连续性跟循环性要求较高。

因气动控制动作要求循环往复运动，所以此次换向回路选的是二位五通双电控电磁换向阀，如图2-3所示为利用二位五通电磁换向阀来实现的换向回路。

当电磁换向阀左位接入系统时，压缩气体通过换向阀的左位进入气压缸左腔，气压缸右腔的压缩空气经过换向阀右位排到大气，气压缸活塞实现向右运动。

反之，换向阀右位接入系统时，气压缸活塞向左运动。

图2-3换向回路

2.3.2节流调速回路

根据槟榔包装机气动控制系统的速度的要求，此回路设计的是单向节流调速。

节流调速回路是由定量空气压缩机和流量阀及单向阀组成的的调速回路，可以通过调节流量阀通流面积来控制流入或流出执行元件的流量，从而调节执行元件的运动速度。

如图2-4所示，当接通换向阀左位时，压缩气流通过节流阀和单向阀进入气缸左腔，气缸右腔的气流通过节流阀而不能通过单向阀经换向阀排出，气缸活塞向右运动。

反之，当换向阀右位接通时气缸活塞向左运动。

图2-4节流调速回路

2.3.3真空刺破回路

真空刺破回路是由快速排气阀、气罐及真空发生器组成的刺破回路，利用快速排气阀中两个单向阀的单向流通作用，从而控制吸盘真空的形成。

如图2-5所示，当接通压缩气流后，通过换向阀的右位一路经快速排气阀的下侧给储气罐充气；

另一路由换向阀接通真空发生器的气源使真空发生器经吸盘产生真空，吸起槟榔包装袋。

当换向阀左位接通时气源供气被切断，储气罐的压缩空气经快速排气阀的上侧排出，破坏了吸盘内的真空，将槟榔包装袋快速吹下。

图2-5由真空发生器组成的真空吸盘控制回路

2.4气动控制系统动作装置的设计

1、转台装置

根据槟榔包装袋传送的特征选用圆盘形转台，通过调速回路转台转动。

转台上设计有三个位置传感器，当转台旁边的定位汽缸通过调速回路使得活塞杆伸出碰到位置传感器是转台停止转动，此时工作人员可将槟榔包装袋放入转台上。

当定位气缸换向回路换向时，活塞杆缩回，通过换向回路，转台转动。

如此完成包装袋的第一个工序。

2、取袋装置

当转台停止转动时，双轴汽缸通过安装其上面的位置传感器，经过调速回路的控制，活塞杆伸出。

同时真空吸盘通过真空回路产生真空吸住包装袋，将其送到下一个包装工序。

当包装袋脱离双轴汽缸时，通过位置传感器，活塞杆缩回。

3、开拉链装置

当真空吸盘将包装袋送到开拉链装置是，通过双轴汽缸上的位置传感器，活塞杆伸出，同时开拉链的迷你汽