【正文】 ............................................................................ 35 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 緒論 包裝機(jī)械是完成全部或部分包裝過(guò)程的機(jī)械。包裝過(guò)程包括成型、填充、裹包等主要包裝工序，以及清洗、干燥、殺菌、貼標(biāo)等前后包裝工序，轉(zhuǎn)送、選別等其他輔助工序。自動(dòng)顆粒包裝機(jī)是針對(duì) 食品、醫(yī)藥、茶葉、化工、等產(chǎn)品中松散狀、無(wú)粘性、細(xì)小的顆粒物品 并能自動(dòng)進(jìn)行幾道集中工序的包裝機(jī)，大部分應(yīng)用于食品、生活行業(yè)，跟人們的生活關(guān)系密切。 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 如顆粒包裝機(jī)的生產(chǎn)率可高達(dá) 30000 袋 /h，這是手工包裝無(wú)法比擬的。 （ 2）降低勞動(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(lái)，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(xiāo)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(wú)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。 包裝機(jī)械的分類(lèi) 我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局 按 主要功能的不同可分為： 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) 、北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 包裝容器制造類(lèi) 、 清洗機(jī) 、 無(wú)菌包裝機(jī)械 、 充填機(jī) 。包裝機(jī)還有很多其他的分類(lèi)方法：按產(chǎn)品狀態(tài)分，有 液體、塊狀、散粒體包裝機(jī)；按包裝作用分，有內(nèi)包裝、外包包裝機(jī)；按包裝行業(yè)分，有食品、日用化工、紡織品等包裝機(jī)；按包裝工位分，有單工位、多工位包裝機(jī)；按自動(dòng)化程度分，有半自動(dòng)、全自動(dòng)包裝機(jī)等。 顆粒包裝機(jī)械的組成 自動(dòng)顆粒包裝機(jī)主要由以下 6 大部件組成： （ 1） 包裝紙輸送機(jī)構(gòu)：把圈在筒上的單層包裝紙通過(guò)設(shè)計(jì)的繃緊機(jī)構(gòu)以平張薄膜的形式輸送到紙袋成型機(jī)構(gòu)。 （ 2） 袋成型機(jī)構(gòu)：把接收到的平張薄膜通過(guò)三角板和圓弧槽卷成圓筒狀，利于豎封和供料。 （ 3） 熱定型式封口機(jī)構(gòu)：利用特殊處理過(guò)滾輪的回轉(zhuǎn)，對(duì)圓筒狀包裝紙進(jìn)行枕 式豎封，并在豎封同時(shí)利用摩擦牽引包裝紙，使之向下運(yùn)動(dòng)，保證包裝紙的持續(xù)成型；橫封機(jī)構(gòu)是回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，對(duì)以豎封的筒狀包裝紙周期性的封口。所以，結(jié)合成型機(jī)構(gòu)，就實(shí)現(xiàn)了：卷狀→平張→筒狀→豎封→橫封。 （ 4） 送料機(jī)構(gòu) 通常有導(dǎo)管連通容器和灌裝帶，并可以調(diào)節(jié)流速大小。 （ 5） 切斷機(jī)構(gòu)：在熱定型式封口機(jī)構(gòu)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，切斷機(jī)構(gòu)通過(guò)凸輪回轉(zhuǎn)推動(dòng)推桿，使切刀周期性的接觸，從而從中切斷橫封的封區(qū)。 （ 6） 輸送機(jī)構(gòu)：利用帶式輸送機(jī)持續(xù)傳遞已包裝好的產(chǎn)品。 顆粒包裝機(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(chǎng)家，特別是在食品加工廠(chǎng)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(lái)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(hù)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(hù)提供生產(chǎn)自動(dòng)線(xiàn)或生產(chǎn)流水線(xiàn)設(shè)北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 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?？v觀(guān)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(lái)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。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 2 顆粒包裝機(jī)總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 顆粒包裝機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù) 計(jì)量方式：容積式計(jì)量 計(jì)量精度：177。 5% 包裝速度： 5075 袋 /分 制袋尺寸：長(zhǎng) 55100mm、寬 3080mm 電源電壓： 220 伏 /50 Hz 顆粒包裝機(jī)的設(shè)計(jì)方案 方案一： 組成 機(jī)構(gòu)名稱(chēng) 包裝紙輸送機(jī)構(gòu) 紙袋成型機(jī)構(gòu) 熱定型式封口機(jī)構(gòu) 切斷機(jī)構(gòu) 機(jī)構(gòu)形式 由供紙輥、導(dǎo)向輥、拉紙輥及切紙刀組成 象鼻成型器 1 對(duì)縱封輥， 1 對(duì)橫封輥 凸輪機(jī)構(gòu)，切刀 功能實(shí)現(xiàn)過(guò)程 把圈在筒上的單層包裝紙通過(guò)設(shè)計(jì)的繃緊機(jī)構(gòu)以平張薄膜的形式輸送到 象鼻成型器 ，象鼻成型器 把接收到的平張薄膜通過(guò)三角板和圓弧槽卷成圓筒狀，利于豎封和灌料；縱封輥 回轉(zhuǎn)，對(duì)圓筒狀包裝紙進(jìn)行枕式豎封，并在豎封同時(shí)利用摩擦牽引包裝紙，使之向下運(yùn)動(dòng)，保證包裝紙的持續(xù)成型；回轉(zhuǎn)的 橫封輥 ，對(duì)已豎封 的筒狀包裝紙周期性的封口，在熱定型式封口機(jī)構(gòu)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，凸輪回轉(zhuǎn)推動(dòng)推桿上連接的切刀，使兩塊切刀周期性的接觸，從而從中切斷橫封的封區(qū)，產(chǎn)品制成并利用帶式輸送機(jī)持續(xù)傳遞出。 特點(diǎn) 整體機(jī)構(gòu)多利用齒輪、鏈輪，傳力特性良好，運(yùn)動(dòng)精確性高，工作效率高，靠操作性強(qiáng)，安全可靠性高，加工容易，互換性良好而制造成本低廉。 方案二： 組成 機(jī)構(gòu)名稱(chēng) 包裝紙輸送機(jī)構(gòu) 紙袋成型機(jī)構(gòu) 熱定型式封口機(jī)構(gòu) 切斷機(jī)構(gòu) 機(jī)構(gòu)形式 由 1 個(gè)固定在機(jī)架上的傳動(dòng)桿套牢卷筒薄膜，令三根傳動(dòng)桿作繃緊裝置 三角形成型器 L 型封口器，橫 封器 切刀 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 功能實(shí)現(xiàn) 在此方案中采用間歇式運(yùn)動(dòng)，包裝袋成型的方式是紙從上方向下運(yùn)送，運(yùn)動(dòng)是由下方的輥輪牽引的。紙通過(guò) 三角形 成型器將其卷成圓筒狀后繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)。封口成 L 型，將紙筒的縱向開(kāi)口和底面開(kāi)口封合，封好后開(kāi)始進(jìn)行灌裝。灌裝好后的紙袋繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，下面橫封器使上開(kāi)口封合，并由下面的切刀切斷。 特點(diǎn) 整體機(jī)構(gòu)多利用齒輪、鏈輪，傳力特性良好，靠操作性強(qiáng)，安全可靠性高，加工容易，封口和切斷在一個(gè)運(yùn)動(dòng)中同時(shí)完成，操作簡(jiǎn)單，但對(duì)機(jī)構(gòu)求較高。 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案評(píng)價(jià)比較 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案評(píng)價(jià)的方法有 3 種，分別是經(jīng)驗(yàn) 法、數(shù)學(xué)法和試驗(yàn)法， 課程設(shè)計(jì)采用經(jīng)驗(yàn)評(píng)價(jià)法，根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)對(duì)方案作粗略的定性評(píng)價(jià)。 表 21 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案評(píng)價(jià)比較 方案一 方案二 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 系統(tǒng)功能 實(shí)現(xiàn)工藝動(dòng)作的準(zhǔn)確性 良好 良好 一般 良好 特定功能 良好 良好 良好 良好 運(yùn)動(dòng)性能 轉(zhuǎn)速、行程可調(diào)性 良好 一般 一般 一般 運(yùn)動(dòng)精度 優(yōu) 優(yōu) 良好 良好 動(dòng)力性能 承載能力 良好 良好 良好 良好 增力特性 良好 良好 良好 良好 傳力特性 良好 良好 良好 良好 震動(dòng)噪聲 小 小 一般 一般 工作性能 效率高低 較高 較高 較高 很好 壽命長(zhǎng)短 較長(zhǎng) 較長(zhǎng) 較長(zhǎng) 較長(zhǎng) 可操作性 便捷 便捷 便捷 便捷 安全性 好 好 好 好 可靠性 好 好 好 好 適用范圍 廣泛 廣泛 有限制 廣泛 經(jīng)濟(jì)性 加工難易 易 易 易 易 能耗大小 小 小 小 小 制造成本 低 低 低 低 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 根據(jù)表 21 的綜合比較可知，輸送機(jī)構(gòu)選擇方案一更加完備，功能更加完善；成型機(jī)構(gòu)優(yōu)選象鼻成型器更為高效，應(yīng)用更廣泛；封口機(jī)構(gòu)成對(duì)出現(xiàn)更好，切斷機(jī)構(gòu)也是優(yōu)選方案一。在保證基本功能的前提下 ，方案一的 互換性良好而制造成本低廉，方案二相對(duì)的對(duì)機(jī)構(gòu)要求比較高，故 我們最后采用了方案一。 顆粒包裝機(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，包括支撐形式、成型機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、其他結(jié)構(gòu)類(lèi)的零件設(shè)計(jì)。 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)、包裝材料整理與供送系統(tǒng)、主傳送系統(tǒng)、包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)和成品抽出機(jī)構(gòu)。 首先，根據(jù)包裝工藝路線(xiàn)圖，各個(gè)執(zhí)行構(gòu)件應(yīng)布置在整體的上部，以便于觀(guān)察執(zhí)行情況，并且顆粒物受到重力向下流，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)： 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。 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)。 傳動(dòng)系統(tǒng) 布置機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)包括安排動(dòng)力機(jī)、變速與潤(rùn)速裝置、傳動(dòng) 裝置、操縱與控制裝置以及抽助裝置等的位置。布置氣液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。包括安排動(dòng)力機(jī)、液壓馬達(dá)、油泵、空氣壓編機(jī)、油氣管道以及氣液壓控創(chuàng)箱等裝置。 布置傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)必須注意的問(wèn)題有以下幾點(diǎn)： 選用的方案應(yīng)力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)鏈短、且容易配備； 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 充分利用機(jī)體和支承架的內(nèi)部空間，將動(dòng)力機(jī)和傳動(dòng)件盡量布置在內(nèi)部或者側(cè)面，以縮小機(jī)器外形； 在布置傳動(dòng)是應(yīng)使各執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作協(xié)調(diào)，例如在遠(yuǎn)距離傳遞旋動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)常采用鏈傳動(dòng)，但注意到鏈節(jié)的磨損可能會(huì)使從動(dòng)鏈輪與主動(dòng)鏈輪產(chǎn)生相位錯(cuò)移精； 為便于調(diào)試，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的手動(dòng)調(diào)整裝 置，最好安置在操作者能觀(guān)察到有關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作情況的位置。首先，傳動(dòng)設(shè)計(jì)部件包括動(dòng)力機(jī)、變速與調(diào)速裝置、傳動(dòng)裝置、操縱與控制裝置應(yīng)置于下方，便于查看并應(yīng)對(duì)工作突發(fā)情況。 綜合以上考慮，我們把大部分傳動(dòng)系統(tǒng)零件設(shè)計(jì)在中部以及下部。 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 21 所示： 圖 21 包裝機(jī)的支撐形式 （ 1）足夠的剛度，支撐件在承受較大載荷時(shí)的變形不超過(guò)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(guān)，給人以調(diào)和、勻稱(chēng)、穩(wěn)定、安全的感覺(jué)。 常用的支撐形式有“一”型 、“ 1” 型、“口”型。由于工作環(huán)境的限制，并北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 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。 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 ( / )xx xPK N mm?? (21) 垂直抗彎剛度 ( / )yy yPK N mm?? (22) 抗扭剛度 ( / )MK N m m? ?? ? ? (23) 式 (21) ~ (23)中： Py—— 水平、垂直作用力； M—— 扭矩， Nmm； θ—— 扭轉(zhuǎn)角，（176。）； 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 2 ()3A Pa L ay EJ?? (24) 22()6D Pax L ay EJL??? (25) (2 3 )6A Pa L aEJ? ?? (26) 3B PLaEJ? ? (27) 3C PLaEJ? ?? (28) 22(3 )6D Pa x LEJL? ??