大米自動(dòng)包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)含SW三維及22張CAD圖

大米自動(dòng)包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)含SW三維及22張CAD圖,大米,自動(dòng),裝機(jī),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),sw,三維,22,cad 大米包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘 要 本論文是關(guān)于大米包裝自動(dòng)化設(shè)備簡(jiǎn)稱大米包裝的設(shè)計(jì)。大米自動(dòng)包裝機(jī)是將大 米裝入袋內(nèi)，自動(dòng)化檢測(cè)重量，再封裝，其主要由輸送機(jī)構(gòu)、封口機(jī)構(gòu)、送料機(jī)構(gòu)、 機(jī)架等組成，具有操作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)量大、適用范圍廣等特點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)進(jìn)行了大米包裝機(jī)的設(shè)計(jì)方案論證、包裝原理分析、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度 計(jì)算等，設(shè)計(jì)的大米包裝機(jī)主要由供料料斗、定量供料器、橫封和切斷，其工作原理 是通過進(jìn)料料斗輸送大米，通過安裝的智能檢測(cè)設(shè)備控制大米的重量，機(jī)械爪控制米 袋的抓取放下，隨后裝滿米的袋子通過傳送帶輸送到縫紉機(jī)處封口，最后運(yùn)輸出去。 本機(jī)具有整體性好、運(yùn)動(dòng)精度高、工作效率高、安全可靠、操作容易、制造成本 低等特點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：大米包裝機(jī)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，橫封 ABSTRACT This paper is about the design of rice packaging automation equipment, short for rice packaging. The rice automatic packing machine is to load the rice into the bag and automatically detect the weight and then package. It is mainly composed of the conveying mechanism, the sealing mechanism, the feeding mechanism and the frame. It has the characteristics of simple operation, large production and wide application. The design has carried out the design demonstration of the rice packing machine, the analysis of the packaging principle, the mechanical structure design and the strength calculation. The designed rice packaging machine is mainly supplied by the feed hopper, the quantitative feeder, the transverse seal and the cutting off. The principle of the design is to transport rice through the feed hopper and control the rice through the installation of intelligent testing equipment. The weight is controlled by the mechanical claw, and the rice bag is grabbed and lowered. Then the bag filled with rice is transported to the sewing machine and sealed by the conveyor belt, and finally transported out. This machine has the characteristics of good integrity, high motion accuracy, high efficiency, safety and reliability, easy operation and low manufacturing cost. KEY WORDS: Rice packer, structure design, transverse seal 目 錄 摘 要 ............................................................................................................................................................IV ABSTRACT ....................................................................................................................................................V 目 錄 ............................................................................................................................................................VI 1 緒 論 ............................................................................................................................................................1 1.1 包裝機(jī)械的作用 ..............................................................................................................................1 1.2 包裝機(jī)械的分類 ..............................................................................................................................1 1.2.1 按包裝機(jī)械的自動(dòng)化程度分類 ..........................................................................................1 1.2.2 按完成包裝產(chǎn)品的類別分類 ..............................................................................................1 1.2.3 按包裝機(jī)械的功能分類 ......................................................................................................2 1.3 包裝機(jī)械的特點(diǎn) ..............................................................................................................................2 1.4 我國(guó)包裝機(jī)械的現(xiàn)狀 ......................................................................................................................2 1.5 我國(guó)包裝機(jī)存在的主要問題 ..........................................................................................................3 1.6 包裝機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì) ......................................................................................................................3 2 大米包裝機(jī)總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) ..................................................................................................................5 2.1 大米包裝機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù) ......................................................................................................................5 2.2 大米包裝機(jī)總體設(shè)計(jì) ......................................................................................................................5 2.3.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu) ..............................................................................................................................5 2.3.2 支撐形式選擇 ......................................................................................................................6 2.3 機(jī)體強(qiáng)度設(shè)計(jì) ..................................................................................................................................6 3 抓袋機(jī)構(gòu)以及下料裝置的設(shè)計(jì) ..................................................................................................................9 3.1 抓袋機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ..............................................................................................................................9 3.2 下料裝置的設(shè)計(jì) ..............................................................................................................................9 4 包裝計(jì)量裝置以及傳送裝置設(shè)計(jì) ............................................................................................................12 4.1 包裝物料的基本分類 ....................................................................................................................12 4.2 包裝物料計(jì)量供送的基本要求 ....................................................................................................12 4.3 計(jì)量裝置 ........................................................................................................................................12 4.4 傳送裝置 ........................................................................................................................................12 5 封口器的設(shè)計(jì) ............................................................................................................................................13 5.1.1 封口機(jī)原理 .........................................................................................................................13 5.2.2 封口機(jī)結(jié)構(gòu) ........................................................................................................................13 6 總結(jié)和展望 ................................................................................................................................................16 6.1 總結(jié) ................................................................................................................................................16 6.2 前景展望 ........................................................................................................................................16 致 謝 ............................................................................................................................................................17 參 考 文 獻(xiàn) ..................................................................................................................................................18 1 緒 論 包裝機(jī)械是完成全部或部分包裝過程的機(jī)械。包裝機(jī)械以中小型單機(jī)為主，具有 體積小、精密度高、易安裝、操作方便、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。包裝機(jī)械的范疇廣泛， 種類繁多。 針對(duì)國(guó)內(nèi)許多糧食部門對(duì)先進(jìn)大米自動(dòng)包裝機(jī)的需求，本設(shè)計(jì)著重探討大米自動(dòng) 包裝機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和模塊化結(jié)構(gòu)，開發(fā)出具有包裝速度快，通用性好以及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單可靠、操作方便、自動(dòng)化程度高的全自動(dòng)包裝機(jī)，對(duì)我國(guó)包裝行業(yè)發(fā)展有著積極的 意義。 1.1 包裝機(jī)械的作用 包裝機(jī)械是使產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化的根本保證，因此包裝機(jī)械在現(xiàn)代工業(yè)生 產(chǎn)中起著相當(dāng)重要的作用。 1）大幅度的提高生產(chǎn)效率 如米粒包裝機(jī)的生產(chǎn)率可高達(dá) 30000 袋/h，這是手工包 裝無法比擬的。 2）降低生產(chǎn)勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件， 如手工包裝糖果，一個(gè)工人 8 小時(shí)要重 復(fù)動(dòng)作 80000 多次；如果廣泛的采用包裝機(jī)械代替手工包裝，不但能將包裝工人從繁 重的體力勞動(dòng)中解救出來，還大大改善了工人的勞動(dòng)條件。 3）保護(hù)環(huán)境，節(jié)約原材料，降低成本 手工包裝液體產(chǎn)品時(shí)，易造成產(chǎn)品外濺； 包裝粉末狀產(chǎn)品時(shí)，往往造成粉塵飛揚(yáng)，既污染了環(huán)境，又浪費(fèi)了原材料。采用機(jī)械 包裝能防止產(chǎn)品的散失，既保護(hù)了環(huán)境，又節(jié)約了原材料。 4）改善產(chǎn)品衛(wèi)生條件，提高產(chǎn)品包裝質(zhì)量，增強(qiáng)市場(chǎng)的銷售能力。 5）延長(zhǎng)產(chǎn)品保質(zhì)期，方便產(chǎn)品的流通 采用真空、換氣、無菌等包裝機(jī)，可使食 品等流通范圍更加廣泛，延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期。 6）減少包裝場(chǎng)地面積，節(jié)約基金投資 采用機(jī)械包裝，產(chǎn)品和包裝材料的供給是 比較集中的，各包裝工序安排比較緊湊，因而減少了包裝的占地面積，可以節(jié)約基建 投資。 1.2 包裝機(jī)械的分類 1.2.1 按包裝機(jī)械的自動(dòng)化程度分類 1）全自動(dòng)包裝機(jī)。全自動(dòng)包裝機(jī)是自動(dòng)供送包裝材料和內(nèi)裝物，并能自動(dòng)完成其 他包裝工序的機(jī)器。 2）半自動(dòng)包裝機(jī)。半自動(dòng)包裝機(jī)是由人工供送包裝材料和內(nèi)裝物，但能自動(dòng)完成 其他包裝工序的機(jī)器。 1.2.2 按完成包裝產(chǎn)品的類別分類 1）專用包裝機(jī)。專用包裝機(jī)是專門用于包裝某一種產(chǎn)品的機(jī)器。 2）多用包裝機(jī)。多用包裝機(jī)是通過調(diào)整或更換有關(guān)工作部件，可以包裝兩種或兩 種以上產(chǎn)品的機(jī)器。 3）通用包裝機(jī)。通用包裝機(jī)是在指定范圍內(nèi)適用于包裝兩種或兩種以上產(chǎn)品的機(jī) 器。 1.2.3 按包裝機(jī)械的功能分類 包裝機(jī)械按功能不同，可分為：充填機(jī)、干燥機(jī)、灌裝機(jī)、殺菌機(jī)、封口機(jī)、捆 扎機(jī)、裹包機(jī) 集裝機(jī)、多功能包裝機(jī)、輔助包裝機(jī)、貼標(biāo)簽機(jī)、包裝容器制造類、清 洗機(jī)、無菌包裝機(jī)械，以及完成其他包裝作業(yè)的輔助包裝機(jī)械。 1.3 包裝機(jī)械的特點(diǎn) 包裝機(jī)械大部分屬于自動(dòng)機(jī)，既具有一般自動(dòng)機(jī)的共性，也具有其自身的特性， 主要特點(diǎn)如下： 1）大多數(shù)包裝機(jī)械的結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)速度快且動(dòng)作配合要求高。為滿足性 能要求，對(duì)零部件的剛度和表面質(zhì)量等都要較高要求。 2）用于食品和藥品的包裝機(jī)械便于清洗，與藥品和食品接觸的部位要用不銹鋼或 經(jīng)表面處理的無毒材料制成，符合藥品和食品的衛(wèi)生和安全要求。 3）包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作力一般都較小，電機(jī)功率也較小。 4）包裝機(jī)械一般都采用無級(jí)變速裝置，以便靈活調(diào)整包裝速度、調(diào)節(jié)生產(chǎn)能力。 5）包裝機(jī)械自動(dòng)化程度高，大多采用微機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)了操作和控制的智能化。 6）包裝機(jī)械是特殊類型的專業(yè)機(jī)械，種類繁多，生產(chǎn)數(shù)量有限。為便于制造和維 修，減少設(shè)備投資，在包裝機(jī)械的設(shè)計(jì)中應(yīng)注意標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化、模塊化及 多功能性。 1.4 我國(guó)包裝機(jī)械的現(xiàn)狀 我國(guó)包裝機(jī)械發(fā)展較晚，目前正處于起步應(yīng)用階段，雖然從九十年代后，我國(guó)的 制袋充填機(jī)有了較快發(fā)展，通過參考國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品進(jìn)行消化吸收，自主開發(fā)研制，技術(shù) 上有了很大的提高，但與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)大多數(shù)產(chǎn)品技術(shù)含量低，產(chǎn)品差異程度低， 成熟產(chǎn)品技術(shù)易模仿和抄襲，造成低水平重復(fù)，阻礙了對(duì)包裝機(jī)的技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展。 在產(chǎn)品技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)米粒包裝機(jī)的主要特點(diǎn)如下： 1）速度低，品種少 國(guó)外大多數(shù)制袋充填包裝機(jī)根據(jù)包裝物料的不同和產(chǎn)量的大小，一般在 20-100 袋/ 分之間，大多為單列式包裝，封合形式一般是三邊封，四邊封和背封式。 2）精度低 采用螺桿充填的粉料計(jì)量充填系統(tǒng)，當(dāng)充填量為 100g～1000g 時(shí)，國(guó)外機(jī)器的計(jì) 量精度一般<1%，而國(guó)內(nèi)一般在 62%～63%之間。 3）可靠性低 國(guó)內(nèi)一些企業(yè)為了能在產(chǎn)品初期快速賺錢，低價(jià)格傾銷，采用無質(zhì)量保證的電子 元件、控件或低級(jí)的原材料，再加上無規(guī)范的加工和裝配工藝，沒有針對(duì)具體情況進(jìn) 行改造，導(dǎo)致產(chǎn)品不穩(wěn)定或不適合用戶使用要求。 4 ）自動(dòng)化和智能化水平低 近年來，我國(guó)的包裝機(jī)械雖采取了一些 PLC 和具有智能控制功能的儀表，但總體 來說，大多數(shù)還是低水平的機(jī)電控制，還沒有帶有數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、采集、修正功能的機(jī)器。 1.5 我國(guó)包裝機(jī)存在的主要問題 米粒立式包裝機(jī)雖然占地面積小，成本低，但在包裝粉末型物料的效果與物料品 種兼容性這兩項(xiàng)要求上，大多數(shù)這種設(shè)備中都不能盡如人意。 粉末型產(chǎn)品米粒細(xì)小，在包裝過程極易產(chǎn)生粉末“反撲” 現(xiàn)象。 “反撲”現(xiàn)象會(huì)造成包 裝封口不嚴(yán)，并會(huì)在一定程度上污染工作環(huán)境，因?yàn)榱⑹桨b設(shè)備是垂直下料，下料 口與包裝袋袋底距離較大，并且是在包裝的同時(shí)進(jìn)行制袋，在下料過程中物料以包材 為“滑梯”滑入袋內(nèi)，如果粉末揚(yáng)起，則會(huì)污染封口，致使封口不能被密封，這樣一來， 產(chǎn)品的質(zhì)量往往會(huì)受到影響。 其次，生產(chǎn)混合型物料時(shí)，立式包裝設(shè)備因?yàn)闊o法在設(shè)備上曾加工位，所以在灌 裝時(shí)必須將物料預(yù)先混合才能下料，但實(shí)際生產(chǎn)中往往因?yàn)槲锪项A(yù)先混合或傳輸過程 中的不均勻，導(dǎo)致實(shí)際產(chǎn)品混合比例與配方比例不符。 粒狀物料飛濺嚴(yán)重，粉塵飛揚(yáng)，空氣污染嚴(yán)重，工作環(huán)境惡劣，有毒有害的粉塵 對(duì)人體傷害嚴(yán)重。而且對(duì)食品、藥品采用手工包裝不能符合衛(wèi)生要求，以及對(duì)人體有 毒有害的物品更需要自動(dòng)化、無人化包裝。 比如給料系統(tǒng)的優(yōu)劣，也將直接影響計(jì)量結(jié)果，有時(shí)，甚至造成設(shè)備無法使用的 嚴(yán)重后果。因?yàn)榻o料過程中的落差，是對(duì)一部分物料的估計(jì)值，如果給料系統(tǒng)不穩(wěn)定， 那么落差就處于不穩(wěn)定狀態(tài)，計(jì)量結(jié)果就會(huì)不穩(wěn)定。因此盡快解決粉粒狀物料高速度、 高準(zhǔn)確度自動(dòng)定量充填包裝技術(shù)難題具有非常重要的意義。 另外，在米粒包裝機(jī)中還可能存在夾料、包裝袋錯(cuò)邊或起皺、包裝袋封口不嚴(yán)、 包裝袋外形不正等問題。 1.6 包裝機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì) 包裝機(jī)械發(fā)展生產(chǎn)增長(zhǎng)最快的是在發(fā)展中的國(guó)家和地區(qū)，發(fā)達(dá)國(guó)家將從刺激國(guó)內(nèi) 需求中獲利，并在發(fā)展中國(guó)家尋求合適的生產(chǎn)廠家，特別是在食品加工廠進(jìn)行投資， 提供包裝設(shè)備。 國(guó)外的包裝機(jī)械發(fā)展情況尤其以美國(guó)與德國(guó)的為代表。美國(guó)當(dāng)前包裝機(jī)械發(fā)展的 趨勢(shì)：微電子、電腦、工業(yè)機(jī)器人、智能型、圖像傳感技術(shù)和新材料等在包裝機(jī)械中 將會(huì)得到越來越廣泛的應(yīng)用，包裝機(jī)械日趨向自動(dòng)化、高效率化、節(jié)能化方向發(fā)展。 德國(guó)的包裝機(jī)械，以用戶需求為先導(dǎo)提供成套設(shè)備，為生產(chǎn)企業(yè)提供結(jié)構(gòu)性以及經(jīng)濟(jì) 性完整的系統(tǒng)方案。在為用戶提供生產(chǎn)自動(dòng)線或生產(chǎn)流水線設(shè)備的同時(shí)，尤其注重成 套設(shè)備的完整性，尤其是高技術(shù)、高附加值設(shè)備，還是較簡(jiǎn)單的設(shè)備，都按配套性要 求提供。縱觀美國(guó)和德國(guó)的發(fā)展趨勢(shì)，雖然各有特色，但自動(dòng)化、高效化、節(jié)能化將 是包裝機(jī)械生產(chǎn)商共同的追求。 國(guó)內(nèi)的包裝機(jī)械發(fā)展歷史時(shí)間短，總體技術(shù)水平和生產(chǎn)能力較低，但近年來在國(guó) 內(nèi)巨大包裝市場(chǎng)的促進(jìn)以及國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的影響，發(fā)展速度很快，局部技術(shù)有了很明 顯的提高。 2 大米包裝機(jī)總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 2.1 大米包裝機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù) 計(jì)量方式：容積式計(jì)量 計(jì)量精度：±5% 包裝速度：3 袋/分 電源電壓：220 伏/50 Hz 2.2 大米包裝機(jī)總體設(shè)計(jì) 包裝機(jī)械的總體設(shè)計(jì)的步驟是：布置執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)和操作件，確定支撐形 式和繪制總體布局圖。本文主要針對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，包括下料裝置、制袋裝置、 傳送帶裝置以及封口裝置的設(shè)計(jì)。工作原理是，首先人工將米袋套在機(jī)械爪上，接著 氣缸將機(jī)械爪張開張緊米袋，隨后下料裝置輸送米到袋中，下料結(jié)束后氣缸帶動(dòng)機(jī)械 爪閉合，米袋由于自重落入到傳送帶上，傳送帶將米袋輸送至縫紉機(jī)處進(jìn)行封口，最 后將包裝好的米袋輸送出去。 具體如下圖： 圖 2.1 2.3.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 即布置被包裝物品的計(jì)量與供送系統(tǒng)、包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 首先，根據(jù)包裝工藝路線圖，各個(gè)執(zhí)行構(gòu)件應(yīng)布置在整體的上部，以便于觀察執(zhí) 行情況，并且米粒受到重力向下流，安裝在較高位置可以順流而下，提高效率。對(duì)此， 必須注意以下兩點(diǎn)： 1）為使執(zhí)行機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊.應(yīng)盡量減少機(jī)構(gòu)的構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，并盡量縮小其幾何 尺寸和所占空間位置。原動(dòng)件應(yīng)盡可能接近執(zhí)行構(gòu)件。 2）為簡(jiǎn)化傳動(dòng)系統(tǒng)、便于閱試與維修和減少傳動(dòng)件居損對(duì)傳動(dòng)梢度的影響，要求 原動(dòng)件盡可能集中地布，在一根或少數(shù)幾根軸上。 實(shí)際上，執(zhí)行構(gòu)件往往是比較分散的.以致于它們的原動(dòng)件較難集中。這時(shí)，可將 相近的幾個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)集中布置成為一個(gè)大部件。這樣，一臺(tái)包裝機(jī)就相當(dāng)于由若干個(gè) 大部件所構(gòu)。 2.3.2 支撐形式選擇 包裝機(jī)的支撐件有底座、箱體、立柱、橫梁等。支撐件的作用是使有關(guān)零部件正 確定位并保持其相對(duì)工作位置。對(duì)支撐件的要求如圖 2-1 所示： 1）足夠的剛度，支撐件在承受較大載荷時(shí)的變形不超過允許值； 2）足夠的抗振性，是機(jī)器能穩(wěn)定可靠的工作； 3）質(zhì)量適中，力求節(jié)約材料，容易搬運(yùn)； 4）便于零部件的裝配調(diào)試、操作保養(yǎng)和機(jī)器的調(diào)運(yùn)安裝； 5）外形美觀，給人以調(diào)和、勻稱、穩(wěn)定、安全的感覺。 常用的支撐形式有“一”型 、 “1” 型、 “口”型。由于工作環(huán)境的限制，并且生 產(chǎn)也僅僅是小批量間歇式生產(chǎn)，故，我們選擇“1” 型，即立體式。它占地面積小， 操作靈活，工序緊湊，很符合我們的設(shè)計(jì)需求。 2.3 機(jī)體強(qiáng)度設(shè)計(jì) 1）靜剛度 機(jī)器中任何一構(gòu)件均可視為彈性體，在受載后都要產(chǎn)生一定的變形。 水平抗彎剛度 （2-1）(/)xPKNm?? 垂直抗彎剛度 （2-2）/y 抗扭剛度 （2-3）(/)M???? 式(2-1) ~(2-3)中： Py——水平、垂直作用力； M——扭矩，N·mm； θ——扭轉(zhuǎn)角， （°） ； Δx ，Δy——水平方向和垂直方向的位移。 包裝紙輸送機(jī)構(gòu)是一個(gè)立方體 其變形主要分為幾部分：立柱自身的變形、連接頭 部分凸緣的局部變形和與支架發(fā)生的接觸變形。 彎矩變形 用位移 y 和 θ 表示變形的程度 (2-4) 2()3APaLyEJ?? (2-5) 26Dx? (2-6)()APaLEJ??? (2-7)3B (2-8)CPLaEJ??? (2-9) 2(3)6Dx 式(2-4) ~ (2-9)中： P——作用力 (包括重力)，N； E——支撐件材料彈性模量，Pa； J——支撐件的截面慣性矩，m4。 2）扭轉(zhuǎn)變形 用橫截面的相對(duì)轉(zhuǎn)角 來表示變形的程度? (2-10) MLGJ? 式(2-10)中： M——作用扭矩，N·m； L——長(zhǎng)度，m； G——彈性剪切模量，Pa。 3）截面形狀與抗彎抗扭間的關(guān)系 圓形截面有較高的抗扭剛度，但抗彎強(qiáng)度較差，故宜用于受扭為主的機(jī)架。工字 形截面的抗彎強(qiáng)度大，但是抗扭很低故宜用于承受純彎的機(jī)架。方形截面抗彎，抗扭 分別低于工字形和圓形截面，有一定的綜合性能。無論圓形、方形或矩形，空心截面 的剛度總比實(shí)心截面的剛度大，因此支撐件應(yīng)該做成中空形式。 另外，截面面積不變，加大外形輪廓尺寸，減小壁厚，亦即使材料遠(yuǎn)離中性軸的 位置，可提高截面的抗彎，抗扭剛度。從結(jié)構(gòu)上來看，由于空心矩形內(nèi)腔容易安設(shè)其 他零件，故許多機(jī)架的截面常采用方形或矩形截面。 槽形截面鋼和工字形截面比較， 抗彎強(qiáng)度相差不大，抗扭強(qiáng)度又高于工字形截面。 3 抓袋機(jī)構(gòu)以及下料裝置的設(shè)計(jì) 3.1 抓袋機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 抓袋機(jī)構(gòu)是自動(dòng)袋裝機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵部件，其作用是通過人手工上袋，通過氣缸控 制袋口的張緊以及放松。抓袋機(jī)構(gòu)的選擇、設(shè)計(jì)和使用，直接影響著產(chǎn)品的包裝質(zhì)量 以及及其布局等。因此抓袋機(jī)構(gòu)的選擇和設(shè)計(jì)計(jì)算是非常重要的。 根據(jù)實(shí)際米袋的尺寸，設(shè)計(jì)了一款氣動(dòng)式機(jī)械手抓，如圖所示。 工作原理是，首先人工將米袋套在機(jī)械爪上，接著氣缸將機(jī)械爪張開張緊米袋， 隨后下料裝置輸送米到袋中，下料結(jié)束后氣缸帶動(dòng)機(jī)械爪閉合，米袋由于自重落入到 傳送帶上。 其優(yōu)點(diǎn)如下： 1）尺寸設(shè)計(jì)合理的前提下對(duì)米袋造成的拉伸變形以及皺折等影響不大。 2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，抓取放下方便，制造成本低，調(diào)試容易。 圖 3.1 3.2 下料裝置的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中，下料裝置設(shè)計(jì)如圖 3.2 所示。 圖 3.2 本設(shè)計(jì)的米粒包裝機(jī)中的下料機(jī)構(gòu)需要保證米粒下料均勻，同時(shí)設(shè)計(jì)有緩料裝置， 防止裝置的堵塞。下料裝置內(nèi)壁光滑，易于下料。 剛度校核如下： 1）靜剛度 機(jī)器中任何一構(gòu)件均可視為彈性體，在受載后都要產(chǎn)生一定的變形。 水平抗彎剛度 (3-1)(/)xPKNm?? 垂直抗彎剛度 (3-2)/y 抗扭剛度 (3-3)(/)M???? 式(3-1) ~ (3-3)中： Py——水平、垂直作用力； M——扭矩，N·mm； θ——扭轉(zhuǎn)角， （°） ； Δx ，Δy——水平方向和垂直方向的位移。 外殼就是一個(gè)立方體 其變形主要分為幾部分：立柱自身的變形、連接頭部分凸緣 的局部變形和與支架發(fā)生的接觸變形。 彎矩變形 用位移 y 和 θ 表示變形的程度 (3-4) 2()3APaLyEJ?? (3-5) 26Dx? (3-6)()APaLEJ??? (3-7)3B (3-8)CPLaEJ??? (3-9) 2(3)6Dx 式(3-4) ~ (3-9)中： P——作用力 (包括重力)，N； E——支撐件材料彈性模量，Pa； J——支撐件的截面慣性矩，m4。 2）扭轉(zhuǎn)變形 用橫截面的相對(duì)轉(zhuǎn)角 來表示變形的程度? (3-10) MLGJ? 式(3-10) 中： M——作用扭矩，N·m； L——長(zhǎng)度，m； G——彈性剪切模量，Pa。 4 包裝計(jì)量裝置以及傳送裝置設(shè)計(jì) 4.1 包裝物料的基本分類 包裝物料的狀態(tài)、形狀和物性直接影響物料的計(jì)量和供送，因此，設(shè)計(jì)包裝物料 供送裝置時(shí)，必須全面了解被包裝物料的基本性質(zhì)，包括：流體的黏度和密度，米粒 料的密度和粒度，粉體的密度和堆積角等。 包裝物料按其狀態(tài)和流動(dòng)性可分為：流體、半流體、散體、固體；按物料形狀可 分為：粉體、米粒、規(guī)則塊體、不規(guī)則塊體等。 4.2 包裝物料計(jì)量供送的基本要求 包裝物料的準(zhǔn)確計(jì)量和快速穩(wěn)定供送是實(shí)現(xiàn)機(jī)械化包裝的首要條件。包裝物料計(jì) 量供送裝置選擇和設(shè)計(jì)的基本要求如下： 1）滿足包裝工藝要求，實(shí)現(xiàn)物料間歇式供送； 2）根據(jù)物料供送要求，實(shí)現(xiàn)無聊計(jì)量及供送的機(jī)械化和自動(dòng)化； 3）滿足包裝機(jī)生產(chǎn)率對(duì)物料供送速度和計(jì)量精度的要求，生產(chǎn)能力、工作速度可 調(diào)整； 4）便于檢測(cè)、控制、維修和調(diào)試； 5）滿足衛(wèi)生性和安全性要求，便于清洗和維護(hù)。 4.3 計(jì)量裝置 對(duì)于密度穩(wěn)定、米粒均勻、粘附性小、流動(dòng)性好的松散粉粒物料，如味精、砂糖、 食鹽等，采用容積式計(jì)量方法比較合適。常用的有量杯式、螺桿式、活塞式等不同類 型。容積式計(jì)量具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、計(jì)量速度較快、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。 按計(jì)量容腔是否可調(diào)，可將容積式計(jì)量裝置分為固定容積計(jì)量法和可調(diào)容積計(jì)量 法，根據(jù)本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求包裝袋的大小不同，將選用可調(diào)式計(jì)量裝置。 4.4 傳送裝置 傳送裝置主要由電機(jī)，傳送機(jī)架，支腳，滾軸，皮帶，軸承，端蓋等組成，如下 圖所示。 圖 4.1 5 封口器的設(shè)計(jì) 橫封器將經(jīng)縱封器縱向熱封合后的包裝材料，按照工藝要求的長(zhǎng)度規(guī)格進(jìn)行橫向 縫合。為簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、減小橫封器體積，一般將橫封器和切斷裝置結(jié)合一起設(shè)計(jì)。 按照橫封器運(yùn)動(dòng)形式的不同，橫封器可分為旋轉(zhuǎn)式橫封器和往復(fù)式橫封器兩種。根據(jù) 橫封器加熱方式不同，橫封器可分為高頻加熱式、電加熱式、脈沖電加熱式等。 5.1.1 封口機(jī)原理 縫紉機(jī)的工作原理：一對(duì)轉(zhuǎn)速相等、轉(zhuǎn)向相反的平行軸帶動(dòng)各自的封接刀座作相 對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，刀座上安裝有加熱器和切斷刀，平行軸旋轉(zhuǎn)一周即完成一次封接和切斷 分離動(dòng)作。制作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的主動(dòng)軸一般設(shè)置成中心軸位置相對(duì)固定的形式，從動(dòng)軸采 取彈性浮動(dòng)形式，封接壓力來自從動(dòng)軸左右兩端安裝的壓力彈簧，根據(jù)包裝材料性質(zhì) 以及厚度尺寸的不同來調(diào)節(jié)彈簧的壓力數(shù)值。包裝材料較厚時(shí)，需要較大的封接力， 彈簧的壓力數(shù)值相應(yīng)調(diào)節(jié)的大些；反之，則調(diào)整的小些。包裝物料厚度不同，相應(yīng)的 旋轉(zhuǎn)式橫封刀座的旋轉(zhuǎn)半徑也有所區(qū)別，通常為 50mm 或 60mm.橫封刀座上雕刻花紋， 以加強(qiáng)包裝袋的密封強(qiáng)度并增加美觀效果。花紋式樣依據(jù)所用包裝材料的性質(zhì)、厚度 而定，不同的包裝材料使用不同花紋，常用的有橫紋、豎紋或網(wǎng)紋。如表 5-1 所示。 5.2.2 封口機(jī)結(jié)構(gòu) 圖 5-4 所示為 BZ801 臥式包裝機(jī)的橫封與切斷機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，這是一種典型的旋轉(zhuǎn)式 橫封與切斷裝置，實(shí)現(xiàn)被包裝物充填后包裝材料的橫封與切斷。裝置主要由旋轉(zhuǎn)熱封 頭、切刀、加熱器以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。熱封由安裝在回轉(zhuǎn)軸 12、16 的熱封頭 3、6 在回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過程中完成，同時(shí)，安裝在熱封頭上的切斷刀 4、5 完成包裝袋的切斷。主 動(dòng)齒輪 13、從動(dòng)齒輪 15 將鏈輪輸入的轉(zhuǎn)速傳遞，實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速相等、轉(zhuǎn)向相反的 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。熱封頭內(nèi)安裝電熱管和熱電偶，實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)溫度的自動(dòng)控制。主動(dòng)軸 12、從 動(dòng)軸 16 的端部分別安裝滑環(huán) 10 和碳刷 9，分別完成測(cè)溫信號(hào)及加熱電流的傳輸。從動(dòng) 軸 12 兩端分別安裝在可浮動(dòng)的軸承架 2、8 上，通過調(diào)整回轉(zhuǎn)橫封器的中心距，可滿 足不同厚度包裝材料的包裝要求。橫封器封切壓力的大小由彈簧 1 調(diào)節(jié)。 表 5-1 熱封頭表面花紋與包裝材料的選用 封頭（1）花紋 組合 封頭（2） 玻璃紙 防潮玻璃紙 聚乙烯玻璃紙 聚乙烯/玻璃紙/ 聚丙烯 聚丙烯（無延伸） 聚丙烯（拉伸） 無延伸聚丙烯/ 拉伸聚丙烯 聚丙烯（低壓） 鉛箔 包 裝 材 料 涂塑材料 注： --最適用 --一般用 --不用 圖 5.1 圖 5-1 所示為立式包裝機(jī)上使用的一種連續(xù)橫封器結(jié)構(gòu)。每個(gè)橫封輥上均對(duì)稱分 布兩只熱封頭（見截圖 A--A） ，由電熱絲加熱并自動(dòng)進(jìn)行恒溫控制。熱封所需壓力可 依靠熱封頭兩側(cè)的壓縮彈簧加以調(diào)節(jié)。 分析上述旋轉(zhuǎn)式橫封器的結(jié)構(gòu)與工作原理，可歸納出橫封器設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求： 1）速度同步。橫封過程中，從橫封頭接觸包裝袋開始，到橫封頭完成橫封、切斷， 橫封頭的線速度在包裝袋運(yùn)動(dòng)方向上的速度分量和包裝袋的運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)該相等；否則， 封口部位可能起皺或拉長(zhǎng)，甚至出現(xiàn)斷裂或損壞包裝袋等不良現(xiàn)象，既影響封接質(zhì)量， 又影響包裝美觀。同時(shí)，橫封器沒旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間，必須與包裝膜走一個(gè)袋長(zhǎng)的時(shí)間 以及縱封的時(shí)間等。 2）作不等速運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)式橫封器的橫封工藝過程示意圖 5-6 所示，橫封滾刀從點(diǎn) P 開始與包裝袋接觸并進(jìn)行加熱，至終點(diǎn) Q 進(jìn)行施壓、封合和切斷。當(dāng)包裝袋較厚時(shí)， 為達(dá)到兩者的同步運(yùn)動(dòng)要求，務(wù)必保證橫封頭在由 P 點(diǎn)至 Q 點(diǎn)、再由 Q 點(diǎn)至 P’點(diǎn)的 運(yùn)動(dòng)過程中，其水平線速度始終與包裝袋袋筒的運(yùn)動(dòng)速度接近一致。同時(shí)，由于橫封 頭處于高溫狀態(tài)，為防止包裝材料發(fā)生過熱現(xiàn)象，要求已橫封切斷的包裝袋快速分離， 提高包裝袋的橫封與切斷質(zhì)量。 3）可無級(jí)調(diào)速。當(dāng)包裝機(jī)的生產(chǎn)能力及袋長(zhǎng)規(guī)格發(fā)生變化時(shí)，包裝袋的運(yùn)動(dòng)速度 要發(fā)生變化，因此，橫封頭與包裝袋接觸處的線速度也發(fā)生變化。由于橫封頭的回轉(zhuǎn) 半徑不能調(diào)整，因此只能無極調(diào)整橫封頭的回轉(zhuǎn)速度。 4）保護(hù)設(shè)置。為防止包裝物料中意外出現(xiàn)的硬性物料損壞橫封頭、切斷刀，橫封 器應(yīng)設(shè)計(jì)彈性保護(hù)裝置，以提高橫封器的使用壽命，圖 5-4 的可浮動(dòng)軸承架的設(shè)計(jì)目 的就是防止橫封器的意外損壞。 6 總結(jié)和展望 6.1 總結(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)已將結(jié)束，回顧這半年來的辛勤工作，總結(jié)如下： 畢業(yè)設(shè)計(jì)是我在大學(xué)學(xué)習(xí)階段的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，是對(duì)所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)的 一種綜合應(yīng)用，是一種綜合的再學(xué)習(xí)、再提高的過程，這一過程有助于培養(yǎng)我的學(xué)習(xí) 能力和獨(dú)立工作能力。 通過對(duì)袋裝米粒包裝機(jī)的設(shè)計(jì)，總結(jié)出在對(duì)本設(shè)計(jì)題目進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾 點(diǎn)問題： 1）在設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮包裝機(jī)的每一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與整體的配合，同時(shí)要考慮各個(gè)機(jī) 構(gòu)與機(jī)架直接強(qiáng)度關(guān)系，確保滿足強(qiáng)度要求； 2）在設(shè)計(jì)帶成型機(jī)構(gòu)時(shí)，主要要考慮包裝袋寬度的變化，要能滿足設(shè)計(jì)要求； 3）在橫峰切斷裝置中，應(yīng)該考慮橫封處的花紋能滿足要求同事要保證生產(chǎn)率； 本次設(shè)計(jì)學(xué)到了很多知識(shí)，雖然最終完成了本次設(shè)計(jì)但多少都會(huì)存在問題，在本 次設(shè)計(jì)中唯一的缺點(diǎn)是缺少計(jì)數(shù)裝置，這將是我在做包裝機(jī)中的一大遺憾。雖然在畢 業(yè)設(shè)計(jì)的過程中存在許多問題，但通過自己不斷的查閱書籍和導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)，最后 所有困難都迎刃而解。這對(duì)于培養(yǎng)我們的自學(xué)能力和獨(dú)立工作能力是非常有幫助的。 6.2 前景展望 通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我感到自己應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)及專業(yè)知識(shí)解決問題的能力有了很 大的提高，并且這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題，是一個(gè)實(shí)際的社會(huì)存在的普遍應(yīng)用的機(jī)器，因 此，他有一定的存在價(jià)值，并且包裝機(jī)在現(xiàn)在社會(huì)中應(yīng)用范圍廣。通過對(duì)此包裝機(jī)的 設(shè)計(jì)、在今后的優(yōu)化，我想這將對(duì)解放勞動(dòng)力以及提高生產(chǎn)效率以及食品安全方面有 大有利益。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，到了工作單位后，我將能夠更快的適應(yīng)工作崗位和工 作要求。我對(duì)自己充滿信心。 總之，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我而言是受益匪淺的。 致 謝 四年的大學(xué)生活就快走入尾聲，我們的校園生活就要?jiǎng)澤暇涮?hào)，心中是無盡的難 舍與眷戀。從這里走出，對(duì)我的人生來說，將是踏上一個(gè)新的征程，要把所學(xué)的知識(shí) 應(yīng)用到實(shí)際工作中去。 回首四年，取得了些許成績(jī)，生活中有快樂也有艱辛。感謝老師四年來對(duì)我孜孜 不倦的教誨，對(duì)我成長(zhǎng)的關(guān)心和愛護(hù)。 學(xué)友情深，情同兄弟。四年的風(fēng)風(fēng)雨雨，我們一同走過，充滿著關(guān)愛，給我留下 了值得珍藏的最美好的記憶。 在我的十幾年求學(xué)歷程里，離不開父母的鼓勵(lì)和支持，是他們辛勤的勞作，無私 的付出，為我創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)條件，我才能順利完成完成學(xué)業(yè)，感激他們一直以來對(duì) 我的撫養(yǎng)與培育。 最后，我要特別感謝 xx 老師。是她在我畢業(yè)的最后關(guān)頭給了我們巨大的幫助與鼓 勵(lì)，使我能夠順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，在此表示衷心的感激。 xx 老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和深厚的理論水平都使我收益匪淺。 她無論在理論上還是在實(shí)踐中，都給與我很大的幫助，使我得到不少的提高這對(duì)于我 以后的工作和學(xué)習(xí)都有一種巨大的幫助，感謝她耐心的輔導(dǎo)。 在撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）期間，xx 等同學(xué)對(duì)我畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中的袋成型機(jī)構(gòu) 的選擇研究工作給予了熱情幫助，在此向他們表達(dá)我的感激之情。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 孫智慧，高德．包裝機(jī)械［M］ ．中國(guó)輕工業(yè)出版社．2010-2：125-153． [2] 黃穎為．包裝機(jī)械結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)［M］ ．化學(xué)工業(yè)出版社．2007：2-27． [3] 王三民，朱文?。畽C(jī)械原理與設(shè)計(jì)［M］ ．機(jī)械工業(yè)出版社．2000． [4] 周開勤．機(jī)械零件手冊(cè)［M］ ．高等教育出版社．2001-7：63-120． [5] 李連進(jìn)，李光，王東愛．包裝機(jī)械選用設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］ ．化學(xué)工業(yè)出版社．2013． [6] 裘文言，霍元賞．機(jī)械制圖［M］ ．高等教育出版社．2009-7：126-191． [7] 郭載康．包裝機(jī)械結(jié) 構(gòu)參考圖冊(cè)［M］ ．上?？茖W(xué)技術(shù)出版社．1981-12． [8] 徐灝．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］ ．機(jī)械工業(yè)出版社．1991-9． [9] 雷伏元．包裝工程機(jī)械概論［M］ ．湖南大學(xué)出版社．1989-6：15-25． [10] 戴枝榮．工程材料．高等教育出版社［M］ ．1992-4：20-93． [11] 雷伏元．包裝機(jī)械概論［M］ ．湖南大學(xué)出版社．1989：3-9． [12] 侯珍秀．機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)［M］ ．哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社．2001：101-167． [13] 孫鳳蘭，馬喜川．包裝機(jī)械概論［M］ ．印刷工業(yè)出版社．1998． [14] 高德．包裝機(jī)械設(shè)計(jì)［M］ ．化學(xué)工業(yè)出版社．2005：23-87． [15] 高德．實(shí)用食品包裝技術(shù)［J］ ．化學(xué)工業(yè)出版社．2004． [16] 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