高精度定量软包机系统设计.docx

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高精度定量软包机系统设计

1绪论

1.1国内外液体包装机的发展状况及其前景

1.1.1国内的发展［1］

人们的消费习惯和消费质量的变化和提高，必将促进食品和包装机械向多品种，多功能，高水平的方向发展，特别是我国已经加入WTO，包装机械市场要面向全球，国外包装机械的先进技术和装备不断涌入我国市场，这也使我们必须采取应对措施，不断提高我国包装机械水平，努力满足国内外市场需要。

一是实现食品包装的单机机械化，在1945年以前，食品的包装大多是采用单机完成的；二是实现包装机械的初步自动化，在50年代，包装机采用了电气开关和光电管；三是实现包装自动流水线生产。

在60年代，包装机上广泛应用新型电子元件组成的控制系统、新型机械、及电气和液压气动等新技术；四是在包装机上采用电子计算机控制，70年代由于采用计算机对包整机械进行控制，提高了单机和自动线的自动化水平；五是向无人化的方向发展，80年代后，包装机的包装产品多样化，不仅外观好看，而且经济实用。

我国的包装机械与国外的技术差距主要表现在机械的稳定性和可靠性上

（a）机电一体化技术，提高包装机械自动化程度及运行可靠性和稳定性。

（b）激光应用技术，将微机控制、检测、调整、显示等项技术应用于包装机械，提高包装机械运行的可靠性和智能化程度。

（c）热管技术，提高包装机械封口的质量、可靠性及对材料的适应性，节约能源。

高精度定量软包机实现的是对一些无粘性液体的包装，本机采用的材料是复合材料，包装材料是以玻璃纸等为基纸引为商标，并涂上高压聚乙烯制成，喷涂要均匀，复卷后外圆平整，不允许有高低不平或两边松紧不一的现象。

高精度定量软包机由于功能较少应用范围小所以生产率较高、成本低，对于包装行业的中小企业来说是不错的选择。

本次设计的主要对象是包装机的整体部分，介绍了包装机的横封机构、纵封机构和供料机构，并简单的介绍了他的电气部分。

其机械部分主要有横封器、纵封器、剪切机构和可调量杯机构，电气部分主要有光电开关、凸轮接近开关控制机构和减速电机。

用于鲜奶、果汁、酱油、醋等液体材料的包装，适用于批量小，品种变化多的中小型企业。

1.1.2国外的发展［1］

国外已经引用先进包装机械技术，从“使用型”转为“消化型”。

对促进食品包装机械的发展起到了积极的作用。

实践证明，把先进包装机械技术引进并为食品生产所用，是一条较快建立食品包装机械技术体系，加速包装机械领域发展有效的途径。

国外先进的包装机设计过程包括：

市场调研、用户需求分析、包装机功能的确定、可行性论证、制定设计方案、用户效益分析、方案的可行性论证、原理图设计、结构设计、施工图设计、样机制作（虚拟制造）、技术验证和施工图修改、制定售后服务预案及远程诊断方案、改进设计、系列化设计等。

市场调研是一切包装机设计的基础工作。

没有市场调研，我们所做的所有设计工作都可能等于零。

市场调研，可以根据政策导向、行业供求信息、专家分析、行业展会、技术交流会等线索，找到用户的需求信息，并加以整理分析后，确定包装机应该完成的功能。

在原理方案设计过程中，首先要充分了解相关的信息产品、电子产品的功能，了解气动元件的性能，并用以简化机械传动系统，还可采用多电机拖动来缩短机械传动链。

另外包装机械系列化、模块化的行业标准，也到了该制定的时候，包装机械已成为我国十大机械行业之一，而系列化、模块化的行业标准的制定必将促进我国包装机械行业跨上新的台阶。

随着虚拟概念的提出，电子技术、计算机辅助设计（CAD）、三维图形设计（3D）和计算机仿真设计的同步发展，在设计中采用一种新技术——虚拟设计、虚拟制造，即将各种机器元素数据库存人计算机，把图纸数字化后输入计算机，计算机即可自动成为三维模型。

再把实际生产时的数据和指标输进去，把各种可能发生的故障输进去，计算机三维模型即可仿照真实工作情况进行操作，演示出能达到的生产能力，废品数量、生产线各环节的匹配情况、生产瓶颈等，并可根据客户的意见修改模型，快速运作，直到客户和设计者满意为止。

现代包装机设计应该满足“绿色设计”，即人性化设计的要求。

它是面向质量设计、装配设计、制造设计、维修设计、可靠性设计的综合设计。

我国人口众多，人均消费水平比发达国家低，而且城乡差异较大，包装机械的设计应以价廉物美为主，不能盲目追求高精尖。

要考虑到可靠性、安全性、环保性、低噪音等各方面的因素。

充分体现原理优化、结构优化、制造优化、造型优化。

标准工作是一项耗时耗力的工作，但却是行业健康发展的基础性工作，行业新产品的开发、规范产品质量、有序竞争、市场质量监督，都有赖于标准的科学、务实、先进。

包装机械零部件生产专业化。

国际包装界十分重视提高包装机械加工和整个包装系统的通用能力，所以包装机械零部件生产专业化是发展的必然趋势，很多零部件不再由包装机械厂生产，而是由一些通用的标准件厂生产，某些特殊的零部件由高度专业化的生产厂家生产。

这是因为包装机械很多控制部件或结构部件与通用设备相同，可以借用。

我国目前包装行业“小而全”、“大而全”的格局应尽快调整。

1.1.3改进思路

包装机械设计方法的改进思路：

首先在设计理念上借鉴先进国家的经验，以用户的需求为设计的目标，并结合柔性设计、模块化设计的理念，一机多用，或更换少量的零、部件就可以完成不同的功能，或满足不同的产品需求。

　　随着科学技术的发展及市场竞争的加剧，客户的需求也越来越高。

这种需求体现在以下几个方面：

一是提高生产效率，以满足交货期和降低生产成本的需要，对一些产品，还要求包装机械和生产机械相衔接；二是为适应产品更新变化的需要，包装机械要具有高的柔性和灵活性；三是当设备出现故障时，要求能进行远程诊断服务；四是利于环境保护，噪声、粉尘和废弃物少；五是设备购置投资尽可能少，价格要尽可能低。

所以，一定要在市场调研的基础上，充分了解、认真分析用户的需求，确定包装机应该完成的功能和各项技术指标，制定初步的原理设计方案。

本次设计的总体设计，全面考虑整个包装机系统的布局、运动协调性、造型设计、人-机环境以及装箱运输等。

模块化设计是一种先进的设计方法，它的核心思想是将系统根据功能分为若干模块，将包装机中同一功能的单元设计成具有不同性能、可以互换的模块，通过模块的不同组合，使包装机多功能化、系列化。

采用这种方法的优点是：

（a）使包装机更新换代速度加快。

因为新机型的替代，往往是局部改进。

将先进技术引进相应的模块，比较容易实现局部改进；

（b）缩短设计周期。

当用户提出要求后，只需更换模块，或设计制造部分模块，即可得到新的机型，满足用户需求；

（c）降低成本，便于维修；

（d）性能稳定可靠。

因为模块设计时，对包装机的功能划分和模块设计，进行了精心的研究，保证了模块的性能，如：

凸轮机构、伺服机构、检测系统、传动系统、控制系统、计量机构、下料机构等。

对于必不可少的机械传动系统，应尽量利用现代化设计手段，在对产品功能分析的基础上，通过创新构思、系统建模、动力分析、动态优化，从而得到最佳设计方案。

技术设计是将原理设计结构化，确定零部件的数量、形状、尺寸、材料等，对主要部件中关键零件进行动力计算、功率计算、强度计算、刚度计算。

毕业设计是工科大学毕业生面临毕业时，一次综合的全面的设计能力的训练。

目前在于培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用机械设计和相关的课程的理论知识能力，加强和扩展有关机械设计方面的知识。

2高精度定量软包机工作原理

2.1机械部分

整机包括七大部分：

传动部分、纵封器（薄膜供送装置）、袋成型装置、横封及切断装置、物料供给装置以及电控检测装置。

2.1.1包装过程

1）通过无级调速机构调整机器包装速度；

2）用间隔齿轮改变包装袋尺寸规格，主要是通过轴与浮箱的上下移动调整下料；

3）用偏心轮机构调整各机构运行同步，主要是保证袋长在一定范围内变化时横封辊封合时的圆周线速度与纵封辊的圆周线速度相适应；

4）通过纵封辊进行连续滚动拉袋，纵封辊及横封辊封合，切断，并通过温度调节仪分别实现及横封辊的温度控制；

5）通过光电继电器及“凸轮微型开关”机构使丛封辊实现增速或减速（即光电微调），以达到包装纸袋长与纵封辊速度同步，确保切断位置固定。

其包装过程示意图如图2-1

图2-1包装过程示意图

2.1.2几个主要传动部件的简要说明

1）无级调速机构

该机构是用来调整机器包装速度的,其结构如下:

调整速度时首先松开锁母2；当顺时针旋转手柄1时，动轮3外移，主动轮以外的动轮4在弹簧5作用下，使它压紧三角带，从而使三角带向皮带轮外缘移动，实现增速运动。

当反转手柄1时动轮3压紧三角带，迫使三角带克服弹簧5的压力，向主动皮带轮小直径方向移动，实现了减速运动。

图2-2无级调速机构

2）间隔齿轮及锥辊无级调速机构

a）间隔齿轮的作用是改变包装袋袋长而设置，从传动系统原理图来看它的运

动关系是主轴每旋转一周，一.纵封辊送进一次薄膜纸并前进一个袋长，二.横封辊旋转半圈封合一次，因此当改变包装带长尺寸时，必须与其相适应的齿轮啮合，它的特点是：

间隔齿轮的齿数，即相当于袋长的尺寸。

b）锥辊无级调速机构与间隔齿轮配合使用，其作用在于调整己定袋长的幅度，这对提高光点跟踪的准确性起到了可靠的保证，其调整幅度见表：

表2-1其调整幅度

间隔齿轮数（袋长）

锥辊无级调速的袋长幅度（mm）

55

55-70

75

70-90

100

90-110

c）偏心轮机构（见图2-3），该机器的纵封的作用有两个：

一个是进行纵向封合作用，另一个是带动包装纸进行送纸。

而横封部分的封合是间歇的，按正常的工作要求是在横封进行封合这段时间内，它的线速度应与纵封辊的线速度一致，不然会使包装材料受到拉伸而破损或松弛起皱，以至造成封合不良，为此，本机设置可偏心链轮机构，以保证袋长在一定的范围内变化时，能使横封辊封合时的圆周线速度与纵封辊的圆周线速度相适应。

图2-3偏心轮机构

当包装尺寸改变除了更换相适应的间隔齿轮及调整锥辊外，同时还应对偏心轮机构进行适当的调整，首先将偏心轮左边的锁母松开，旋转偏心链轮调节旋纽，使其标签上的的数值对准轴上的刻度，然后将锁母锁紧，即调节完成。

当所选的袋长处于偏心链轮中心位置尺寸时（此时袋长尺寸为80mm），这时偏心链轮中心与主轴重合，同时横封辊的圆周速度与纵封辊的圆周线速度一致的。

当选取的袋长不是80mm时，这时偏心链轮的中心与主轴的中心不重合有一定的偏心距，这时,由于主轴的转速是等速的，而主轴的中心与主轴的中心不重合有一定的偏心距，这样同样半圈的时间内偏心链轮左右的半圈的齿数不等，则使齿数多的半圈的线速度大一些；齿数少的半圈的线速度就低，偏心链轮呈现为不等速运动。

因此，改变包装袋长的尺寸后应适应的调整偏心链轮的连心量，即可以实现横封辊与纵封辊二者的线速度一致［2］。

d）行星差动轮机构（图2-4）

当在本机器上使用独立商标之包装材料进行工作时，按其成品袋要求，横封封口的位置应整处在两个商标的中央，可是再整个工作的过程中，由于纵封辊的拉伸，加热温度的影响，包装纸在整个过程中的阻尼，包装材料在加工过程中复卷时的拉力，包装纸的存放条件和时间等等方面的影响，包装纸在使用时，不能保证横封封合位置时一直处于两个商标的中间，为了弥补位置上的偏差，必须对纵封辊的速度进行必要的休整，以达到这一目的，而行差动星轮机构即是这一目的的执行机构。

当封合位置正确时，由减速电机驱动的蜗轮杆Z不动，则Z120、Z100不动，主轴的运动通过齿轮组传到同轴上的Z50传给星轮，星轮一方面子自转，另一方面带动系杆齿轮Z30绕Z100做公转运动，经系杆齿轮转止纵封主动轴进行反转运动，经Z100、Z120使星轮转速减低后加快，这样两个运动合成的运动的速度就减慢或加快，以达到休整的目的。

图2-4行星差动轮机构

2.2电气部分

本机能源采用JY7134电容单相电源电动机，功率370