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開題報告
題目:三角包裝袋形式的液體立式成型-充填-封口包裝機設計
1.設計參數(shù)及要求
1.1 設計要求
1．三角袋成型器設計。
2. 液體定量充填裝置設計。
3．薄膜牽拉傳送機構設計。
4．橫封，縱封機構設計。
5. 包裝機總體設計。
1.2 設計參數(shù)
制袋尺寸：長120-180mm，寬100-150mm；
制袋形式：三角袋；
計量范圍：150-550ml；
計量方法：任選；
包裝速度：15-20袋/min。
1.3 工作量
1． A0圖紙四張；
2．說明書20000字以上；
3．外文翻譯：5000字以上,要求翻譯一篇與機械專業(yè)有關的外文資料；
4．交通館包裝實驗室參觀包裝機的具體結構，了解包裝機的各部分組成原理和工作原理；
5．查閱有關資料：查閱相關資料和設計手冊，確定設計方案，以便順利地完成本次設計；
主要參考資料：
①許成林.包裝機械原理與設計.上?？萍汲霭嫔?1988.9.
②趙淮.包裝機械選用手冊（上下冊）. 化工出版社.2001.5.
③賀素良.包裝設備數(shù)字控制技術.國防科大出版社.2000.6.
④王懷奧.包裝工程測試技術.化工出版社.2004.7.
6．總裝設計，主要部件設計；
7．零件圖設計，修改主要部件設計；
8．編寫設計說明書。
2.設計題目的意義和目的
1．目的：包裝機械根據(jù)包裝物與包裝材料的供給方式，可分為全自動包裝機械及半自動包裝機械；按包裝物的使用范圍劃分，還可分為通用包裝機、兼用包裝機及專用包裝機；依包裝種類可分為內(nèi)包裝機及外包裝機等。近幾年來我國的包裝機械雖然發(fā)展很快，產(chǎn)品水平也上升到了新臺階，開始顯現(xiàn)規(guī)?；?、成套化、自動化的趨勢，傳動復雜、技術含量高的設備開始出現(xiàn)。但是與國外產(chǎn)品相比仍然存在很大的技術差距。我國現(xiàn)有的一些包裝機械產(chǎn)品技術含量不高，而國外已將很多先進技術應用在包裝機械上，如遠距離遙控技術(包括監(jiān)控)、步進電機技術、自動柔性補償技術、激光切割技術、信息處理技術等。國內(nèi)大多以生產(chǎn)單機為主，而國外大多為成套生產(chǎn)線，很少單機銷售。我國的食品和包裝機械單機多、成套少，通用機型多、滿足特殊要求、特殊物料的設備少;技術含量低的多，高技術附加值、高生產(chǎn)率的產(chǎn)品少；智能化設備還處于研制階段。我國食品和包裝機械產(chǎn)品的質量差距主要表現(xiàn)在穩(wěn)定性和可靠性差、造型落后，外觀粗糙、基礎件和配套件壽命短、無故障運行時間短、大修周期短，且絕大多數(shù)產(chǎn)品還沒有制定可靠性標準。同時我國食品和包裝機械主要還是仿制、測繪，稍加國產(chǎn)化改進，很少有自行研究開發(fā)的。目前國內(nèi)的科研、開發(fā)投人較少。我們的開發(fā)手段落后，現(xiàn)在好一點的企業(yè)開展了“甩圖版工程”，但真正使用CAD的還很少。產(chǎn)品開發(fā)缺少創(chuàng)新，難上水平。生產(chǎn)手段落后，大部分還是用陳舊的通用設備加工。新產(chǎn)品開發(fā)不但數(shù)量少，而且開發(fā)周期長。在企業(yè)管理上，往往重生產(chǎn)加工、輕研究開發(fā)、創(chuàng)新不夠，不能緊跟市場需求及時提供產(chǎn)品。 現(xiàn)在隨著人們膳食結構的調(diào)整和飲食習慣的改變，促進了食品加工業(yè)的快速發(fā)展，增加了對高品質的包裝機械和食品加工機械的需求。所以現(xiàn)代包裝機設計應該滿足“綠色設計”，即人性化設計的要求。它是面向質量設計、裝配設計、制造設計、維修設計、可靠性設計的綜合設計。包裝機械的設計要考慮到可靠性、安全性、環(huán)保性、低噪音等各方面的因素。充分體現(xiàn)原理優(yōu)化、結構優(yōu)化、制造優(yōu)化、造型優(yōu)化。
2.意義：按包裝機械的工作原理與結構性能通常將包裝機械分成八個組成要素：Ⅰ，被包裝物品的計量與供送系統(tǒng)；該系統(tǒng)是指將被包裝物品進行計量，整理，排列，并輸送至預定工位的裝置系統(tǒng)。有的還完成被包裝物品的成型和分割。Ⅱ，包裝材料的整理與供送系統(tǒng)；該系統(tǒng)是指將包裝材料進行定長切斷或整理排列，并逐個輸送至預定工位的裝置系統(tǒng)。Ⅲ，主傳送系統(tǒng)；該系統(tǒng)是指將被包裝物品和包裝材料由一個包裝工位順次傳送到下一個包裝工位的裝置系統(tǒng)。Ⅳ，包裝執(zhí)行機構；Ⅴ，成品輸出機構。Ⅵ，動力機與傳動系統(tǒng)；該系統(tǒng)是指將動力機的動力與運動傳遞給執(zhí)行機構和控制元件，使之實現(xiàn)預定動作的裝置系統(tǒng)。Ⅶ，控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)由各種自動和手動控制裝置組成，是現(xiàn)代包裝機械的重要組成部分，包括包裝過程及其參數(shù)的控制，包裝質量，故障與安全的控制等。Ⅷ，機身；機身用于支撐和固定有關零部件，保持其工作時要求的相對位置，并起一定的保護和美化外觀等作用。本次包裝機械的畢業(yè)設計涉及到大學期間所學的機械原理，機械設計，機械系統(tǒng)設計，機電傳動控制，測試與傳感等多門課程。作為大學四年的最后一次大型的綜合性設計它會提升我們綜合運用所學知識，融合各個學科，交叉運用各個學科知識的能力，很好的培養(yǎng)了我們的研究能力，設計能力和動手能力，認真完成本次的畢業(yè)設計可以為我們將來的學習和工作打下良好的基礎。
3.成型－充填－封口包裝機概述
3.1 成型－充填－封口包裝機的發(fā)展概況
成型－充填－封口包裝機是能夠完成包裝容器的成型，充填，封口的機器。我國的成型－充填－封口包裝機起步較晚，80年代以前只能生產(chǎn)幾個品種，且水平很低。自70年代末，80年代初起，由于我國改革開放，經(jīng)濟飛速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，對包裝產(chǎn)品的數(shù)量和質量的需求不斷增加。這種市場需求的刺激，加上國家和政府主管部門的重視，政策引導和積極扶持，使成型－充填－封口包裝機的研究，設計和制造得到迅速的發(fā)展。機電一體化和微機控制也為研發(fā)成型－充填－封口包裝機提供了廣闊的前景。
3.2 成型－充填－封口包裝機的分類及特點
成型－充填－封口包裝機按其功能可以分為袋成型－充填－封口包裝機和熱成型－充填－封口包裝機兩大類型。
1．袋成型－充填－封口包裝機 袋成型－充填－封口包裝機是將卷筒狀的撓性包裝材料制成袋筒，充入物料后，進行封口，三個功能自動連續(xù)完成的機器。袋成型－充填－封口包裝機應用廣泛，可包裝液體，糊狀物料，也可以包裝顆粒和固體物料。包裝袋的形式有枕形袋，三封袋，四封袋，磚形袋，屋形袋，角形自立袋等多種類型。
2．熱成型－充填－封口包裝機 熱成型－充填－封口包裝機是在加熱的條件下，對熱塑性的片狀包裝材料進行深沖形成包裝容器，然后進行充填和封口的機器。該機器一般使用兩層卷料，一層是“成型”卷料，另一層是“蓋封”卷料?！俺尚汀本砹辖?jīng)過加熱成型制成包裝容器，由工人或自動充填裝置填料后，再將“蓋封”覆蓋在容器上，用加熱的方式與容器四周凸面密封，再由沖裁裝置沖裁成單個的包裝盒。
4.袋成型－充填－封口包裝機
4.1 分類及組成
袋成型－充填－封口包裝機常用于包裝塊狀，片狀，粒狀，梗枝狀，粉狀以及流體和半流體物料。其特點是直接用卷筒狀的熱封包裝材料，自動完成制袋，計量和充填，排氣或充氣，封口和切斷等多種功能。熱封包裝材料主要有各種塑料薄膜以及由紙，塑料，鋁箔等制成的復合材料，它們具有防濕阻氣，易于熱封和印刷，質輕柔，價廉，易于攜帶和開啟等優(yōu)點。根據(jù)制袋與充填物料的方向不同，袋成型－充填－封口包裝機一般分為立式和臥式兩種類型。
4.2 立式袋成型－充填－封口包裝機
立式袋成型―充填―封口包裝機是包裝機械中應用最廣泛，批量最大的機型之一，其特點是被包裝材料的供料筒設置在制袋器內(nèi)側，制袋與充填物料由上到下沿豎直方向進行。該成型機器主要由計量裝置，傳動系統(tǒng)，橫封和縱封裝置，成型器，充填管及薄膜牽拉供送機構等部件組成。其工作原理（如圖1所示）為：放置在支承裝置上的卷筒薄膜1，繞經(jīng)導輥組2，張緊裝置3，通過成型器4卷成薄膜圓筒裹包在充填管5的表面。先用縱向熱封器6對卷成圓筒的接口部位薄膜進行縱向熱封，得到密封管筒，然后筒狀薄膜移動到橫封器7處進行橫封，構成包裝袋筒。計量裝置（圖中未畫出）把量好的物料，通過上部的充填管5充填到包裝袋內(nèi)，再由橫向熱封器7熱封并在中間切斷，形成包裝袋單元體，同時形成下一個筒袋的底部封口。
圖1 立式袋成型－充填－封口包裝機工作原理圖
1－卷筒薄膜；2－導輥組；3－張緊裝置；4－成型器；5－充填管；6－縱向熱封器；7－橫向熱封器
5. 立式袋成型－充填－封口包裝機的典型部件設計
5.1 三角袋成型器的設計
三角袋立式成型－充填－封口包裝機的三角袋有四個側面，外形象粽子，常用于包裝小份量的咖啡，牛奶，袋乳品，蜂蜜，糖漿，果汁或者其他類似的產(chǎn)品。因這種袋開口后還須保持原形而依然挺立，所以應該采用金屬或其他較厚的材料制成。翻領式成型器由外表為領狀而內(nèi)表面為圓形的內(nèi)外工作曲面組合而成，平張薄膜沿著翻領外表面翻折并沿著管子內(nèi)壁下降。當其強制通過該成型器后，其縱縫就互相搭接或者對接而形成筒狀，成型時運動阻力較大，容易造成拉伸等塑性變形，故對單層塑料薄膜的適應性較差，而適用于金屬膜或者其他較厚的材料。這種成型器廣泛的應用于立式充填封口機上，該設計中的袋寬尺寸通過更換成型器來實現(xiàn)。
薄膜在通過該成型器的時候應該力求不產(chǎn)生縱向與橫向拉伸變形，使成袋的外形平整美觀，符合制袋要求。因此，在設計翻領式成型器的時候，不但要考慮形狀和尺寸，更主要的在于確定其領口交接曲線，該設計中選用圓形加料管翻領式成型器。
圖2 圓形料管翻領式成型器的幾何圖形及參數(shù)關系圖
如上圖2，圓形料管翻領式成型器的幾何圖形及參數(shù)關系圖，為推導方便，取直角坐標，設料管的中心線為Oz軸，它同平面的相貫線是以r為半徑的一個圓。平張薄膜經(jīng)過導輥引至成型器未折彎以前要求與ABC共面，則構成等腰三角形，且與平面的夾角為，顯然D是AB直線的中點，,則ACS與BCS對呈對稱曲面，SCS即為翻領式成型器的交接曲線。S是該曲線的最低點，位于x軸上，c為最高點，在平面上的投影點是N，也位于x軸上。
若將AC任意延長至T點，依次作，，，由此得知，均為直角，且與共面，與共面。在領口交接線上任取一點P，連PT，令，，P點在平面上的投影為Q點，令，。為求PQ與u的函數(shù)關系，又令，，并寫出P點的坐標：，，，同理可以寫出T點的坐標：，，，進而求得：
代入以上各坐標值則得：
通過解析作圖法求解，得到交接曲線上任意點P的軌跡方程：
設計中如果能首先確定袋子的凈寬b，料管半徑r，翻領三角平面的后傾角及其半頂角，領口交接曲線的最大高度h，則可以求得e值。再利用公式（1－1）計算出與每一段弧長u對應的在交接曲線上各點高度，便不難連成交接曲線（scs為成型器的領口交接曲線）
5.2 機械無級調(diào)速裝置
本機采用機械式無級調(diào)速裝置，根據(jù)實際需要包裝速度可以在15－20袋/min范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，通過改變輸入與輸出輪的作用半徑，達到無級調(diào)速的要求。機械無級調(diào)速機構的類型很多，但多數(shù)是利用摩擦傳動機構實現(xiàn)的，由于其結構簡單，傳動平穩(wěn)，噪聲小，使用維修方便，效率高，所以在各類機械中得到了廣泛的應用。但由于摩擦副元件的彈性滑動，存在速度損失，所以不能用于要求調(diào)速精度高的場合。該設計采用寬V帶式機械無級調(diào)速裝置，其傳動比范圍為2－4。
5.3 高頻加熱式橫封器
圖3 高頻加熱式橫封器
1，3 封合電極 2，彈性夾板 4，加熱切刀
如圖3所示，高頻加熱式橫封器有左右兩只電極，即封合電極。其間通入高頻電流進行加熱。在電極兩外側各配置一對彈性夾板，以利于減少電極合攏時的剛性沖擊和對封口縫的拉力。電極表面膠粘著環(huán)氧板及聚四氟乙烯編織物作為耐熱，絕緣，防粘材料，與薄膜偶爾被熱穿時可以防止高頻加熱切刀與封合電極直接接觸而產(chǎn)生的電火花現(xiàn)象。這種高頻加熱式橫封器兼有橫封和切斷的功能。
5.4 縱封牽拉滾輪
該立式包裝機的縱封牽拉滾輪選用熱輥加壓封合，如圖4所示，將一對或其中一個相向等速回轉的輥筒1加熱，使連續(xù)通過其間的薄膜2受壓封合，因為三角袋立式包裝機袋用材料較厚，所以易采用這種熱封加壓封合方法。這組縱封牽拉滾輪兼有縱封和牽拉薄膜的功能。
圖3 熱輥加熱封合
1－輥筒；2－薄膜；3－封縫
6. 題目的研究現(xiàn)狀
1．包裝機械設計的類別主要有：測繪仿制設計、開發(fā)性設計、改進性設計、系列化設計。對于中低速運行的包裝機，目前我們基本上可以進行自主設計。而高速運行的包裝機，特別是一些先進機型，大多是測繪、仿制國外的同類機型，進行國產(chǎn)化設計和系列化設計。其主要的原因是：大多數(shù)設計人員還沒有真正掌握先進的設計方法，如高速包裝機械的動力學設計理論和方法等，對高速工況下機構的動態(tài)精度分析等問題還不能模擬解決；
2．產(chǎn)、學、研結合不夠緊密，理論上的科研成果不能及時地在實際設計中運用，設計人員缺乏及時的技術培訓；
3．整個行業(yè)缺乏宏觀調(diào)控的力度，優(yōu)勢資源不能得到合理的配置與調(diào)整；
4．在包裝機械設計領域，絕大多數(shù)設計人員仍沿用以前的設計方法：I，根據(jù)設計任務書尋找同類機型作為樣機； II，參考樣機制定各項技術性能指標及使用范圍；III，設計工作原理圖、傳動系統(tǒng)圖；IV，設計關鍵零件，部件；V，設計總裝圖方案和動作循環(huán)圖；VI，設計部件圖、總裝圖和零件圖；VII，對主要部件中的關鍵零件進行強度、剛度校核；VIII，設計控制原理圖、施工圖等；
5．國內(nèi)一些大學的設計軟件，可以對包裝機中常用機構進行有限元分析和優(yōu)化設計，其開發(fā)的凸輪連桿機構CAD／CAM軟件已經(jīng)能夠滿足企業(yè)進行凸輪連桿機構自主設計的能力，但在實際包裝機械的設計中應用還不普遍。新型包裝機械往往是機、電、氣一體化的設備。充分利用信息產(chǎn)品的最新成果，采用氣動執(zhí)行機構、伺服電機驅動等分離傳動技術，可使整機的傳動鏈大大縮短，結構大為簡化，工作精度和速度大大提高。其中的關鍵技術之一是采用了多電機拖動的同步控制技術。其實掌握這種技術并不很難，只是一些設計人員不了解包裝機械的這一發(fā)展趨勢。如果說以前我國包裝機械設計是仿制、學習階段，那么現(xiàn)在我們應該有創(chuàng)新設計的意識。
7. 調(diào)研提綱
1．成型器結構及設計方法；
2．充填裝置種類，結構及特點；
3．橫封，縱封機構；
4．總體設計方案。
8. 研究內(nèi)容和時間計劃
1．第七學期：文獻閱讀，外文翻譯；
2．第八學期開學-3月31日：調(diào)研實習，開題報告，確定總體方案；
3．4月1日-4月30日：總體設計，主要部件設計；
4．5月1日-5月20日：零件圖設計，修改主要部件及總裝圖紙；
5．5月21日-5月31日：撰寫設計說明書；
6．6月1日-6月中旬：圖紙審核修改，說明書審核，準備答辯。