【正文】 ............................................................................ 35 北京交通大學海濱學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 1 緒論 包裝機械是完成全部或部分包裝過程的機械。包裝過程包括成型、填充、裹包等主要包裝工序，以及清洗、干燥、殺菌、貼標等前后包裝工序，轉(zhuǎn)送、選別等其他輔助工序。自動顆粒包裝機是針對 食品、醫(yī)藥、茶葉、化工、等產(chǎn)品中松散狀、無粘性、細小的顆粒物品 并能自動進行幾道集中工序的包裝機，大部分應用于食品、生活行業(yè)，跟人們的生活關(guān)系密切。 包裝機械的作用 包裝機械是使產(chǎn)品實現(xiàn)機械化、自動化的根本保證，因此包裝機械在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中起著相當重要的作用。 （ 1）大幅度的提高生產(chǎn)效率 如顆粒包裝機的生產(chǎn)率可高達 30000 袋 /h，這是手工包裝無法比擬的。 （ 2）降低勞動強度，改善勞動條件 如手工包裝糖果，一個工人 8 小時要重復動作 80000 多次；如果廣泛的采用包裝機械代替手工包裝，不但能將包裝工人從繁重的體力勞動中解救出來，還大大改善了工人的勞動條件。 （ 3）保護環(huán)境，節(jié)約原材料，降低成本 手工包裝液體產(chǎn)品時，易造成產(chǎn)品外濺；包裝粉末狀產(chǎn)品時，往往造成粉塵飛揚，既污染了環(huán)境，又浪費了原材料。采用機械包裝能防止產(chǎn)品的散失，既保護了環(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，增強市場的銷售能力。 （ 5）延 長產(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，可使食品等流通范圍更加廣泛，延長食品的保質(zhì)期。 （ 6）減少包裝場地面積，節(jié)約基金投資 采用機械包裝，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。 包裝機械的分類 我國國家標準局 按 主要功能的不同可分為： 充填機 、 干燥機 、 灌裝機 、 殺菌機 、 封口機 、 捆扎機 、 裹包機 集裝機 、 多功能包裝機 、 輔助包裝機 、 貼標簽機 、北京交通大學海濱學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 包裝容器制造類 、 清洗機 、 無菌包裝機械 、 充填機 。包裝機還有很多其他的分類方法：按產(chǎn)品狀態(tài)分，有 液體、塊狀、散粒體包裝機；按包裝作用分，有內(nèi)包裝、外包包裝機；按包裝行業(yè)分，有食品、日用化工、紡織品等包裝機；按包裝工位分，有單工位、多工位包裝機；按自動化程度分，有半自動、全自動包裝機等。 顆粒包裝機械的組成 自動顆粒包裝機主要由以下 6 大部件組成： （ 1） 包裝紙輸送機構(gòu)：把圈在筒上的單層包裝紙通過設(shè)計的繃緊機構(gòu)以平張薄膜的形式輸送到紙袋成型機構(gòu)。 （ 2） 袋成型機構(gòu)：把接收到的平張薄膜通過三角板和圓弧槽卷成圓筒狀，利于豎封和供料。 （ 3） 熱定型式封口機構(gòu)：利用特殊處理過滾輪的回轉(zhuǎn)，對圓筒狀包裝紙進行枕 式豎封，并在豎封同時利用摩擦牽引包裝紙，使之向下運動，保證包裝紙的持續(xù)成型；橫封機構(gòu)是回轉(zhuǎn)機構(gòu)，對以豎封的筒狀包裝紙周期性的封口。所以，結(jié)合成型機構(gòu)，就實現(xiàn)了：卷狀→平張→筒狀→豎封→橫封。 （ 4） 送料機構(gòu) 通常有導管連通容器和灌裝帶，并可以調(diào)節(jié)流速大小。 （ 5） 切斷機構(gòu)：在熱定型式封口機構(gòu)持續(xù)運轉(zhuǎn)的同時，切斷機構(gòu)通過凸輪回轉(zhuǎn)推動推桿，使切刀周期性的接觸，從而從中切斷橫封的封區(qū)。 （ 6） 輸送機構(gòu)：利用帶式輸送機持續(xù)傳遞已包裝好的產(chǎn)品。 顆粒包裝機械的發(fā)展趨勢 包裝機械發(fā)展生產(chǎn)增長最快的是在發(fā)展中的國家 和地區(qū)，發(fā)達國家將從刺激國內(nèi)需求中獲利，并在發(fā)展中國家尋求合適的生產(chǎn)廠家，特別是在食品加工廠進行投資，提供包裝設(shè)備。 國外的包裝機械發(fā)展情況尤其以美國與德國的為代表。美國當前包裝機械發(fā)展的趨勢：微電子、電腦、工業(yè)機器人、智能型、圖像傳感技術(shù)和新材料等在包裝機械中將會得到越來越廣泛的應用，包裝機械日趨向自動化、高效率化、節(jié)能化方向發(fā)展。德國的包裝機械，以用戶需求為先導提供成套設(shè)備，為生產(chǎn)企業(yè)提供結(jié)構(gòu)性以及經(jīng)濟性完整的系統(tǒng)方案。在為用戶提供生產(chǎn)自動線或生產(chǎn)流水線設(shè)北京交通大學海濱學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 備的同時，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，還是較簡單的設(shè)備，都按配套性要求提供?？v觀美國和德國的發(fā)展趨勢，雖然各有特色，但自動化、高效化、節(jié)能化將是包裝機械生產(chǎn)商共同的追求。 國內(nèi)的包裝機械發(fā)展歷史時間短，總體技術(shù)水平和生產(chǎn)能力較低，但近年來在國內(nèi)巨大包裝市場的促進以及國外先進技術(shù)的影響，發(fā)展速度很快，局部技術(shù)有了很明顯的提高。 北京交通大學海濱學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 2 顆粒包裝機總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 顆粒包裝機設(shè)計參數(shù) 計量方式：容積式計量 計量精度：177。 5% 包裝速度： 5075 袋 /分 制袋尺寸：長 55100mm、寬 3080mm 電源電壓： 220 伏 /50 Hz 顆粒包裝機的設(shè)計方案 方案一： 組成 機構(gòu)名稱 包裝紙輸送機構(gòu) 紙袋成型機構(gòu) 熱定型式封口機構(gòu) 切斷機構(gòu) 機構(gòu)形式 由供紙輥、導向輥、拉紙輥及切紙刀組成 象鼻成型器 1 對縱封輥， 1 對橫封輥 凸輪機構(gòu)，切刀 功能實現(xiàn)過程 把圈在筒上的單層包裝紙通過設(shè)計的繃緊機構(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)，對圓筒狀包裝紙進行枕式豎封，并在豎封同時利用摩擦牽引包裝紙，使之向下運動，保證包裝紙的持續(xù)成型；回轉(zhuǎn)的 橫封輥 ，對已豎封 的筒狀包裝紙周期性的封口，在熱定型式封口機構(gòu)持續(xù)運轉(zhuǎn)的同時，凸輪回轉(zhuǎn)推動推桿上連接的切刀，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持續(xù)傳遞出。 特點 整體機構(gòu)多利用齒輪、鏈輪，傳力特性良好，運動精確性高，工作效率高，靠操作性強，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 機構(gòu)名稱 包裝紙輸送機構(gòu) 紙袋成型機構(gòu) 熱定型式封口機構(gòu) 切斷機構(gòu) 機構(gòu)形式 由 1 個固定在機架上的傳動桿套牢卷筒薄膜，令三根傳動桿作繃緊裝置 三角形成型器 L 型封口器，橫 封器 切刀 北京交通大學海濱學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 功能實現(xiàn) 在此方案中采用間歇式運動，包裝袋成型的方式是紙從上方向下運送，運動是由下方的輥輪牽引的。紙通過 三角形 成型器將其卷成圓筒狀后繼續(xù)向下運動。封口成 L 型，將紙筒的縱向開口和底面開口封合，封好后開始進行灌裝。灌裝好后的紙袋繼續(xù)向下運動，下面橫封器使上開口封合，并由下面的切刀切斷。 特點 整體機構(gòu)多利用齒輪、鏈輪，傳力特性良好，靠操作性強，安全可靠性高，加工容易，封口和切斷在一個運動中同時完成，操作簡單，但對機構(gòu)求較高。 機械運動方案評價比較 機械運動方案評價的方法有 3 種，分別是經(jīng)驗 法、數(shù)學法和試驗法， 課程設(shè)計采用經(jīng)驗評價法，根據(jù)自己的經(jīng)驗對方案作粗略的定性評價。 表 21 機械運動方案評價比較 方案一 方案二 傳動機構(gòu) 執(zhí)行機構(gòu) 傳動機構(gòu) 執(zhí)行機構(gòu) 系統(tǒng)功能 實現(xiàn)工藝動作的準確性 良好 良好 一般 良好 特定功能 良好 良好 良好 良好 運動性能 轉(zhuǎn)速、行程可調(diào)性 良好 一般 一般 一般 運動精度 優(yōu) 優(yōu) 良好 良好 動力性能 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 壽命長短 較長 較長 較長 較長 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 北京交通大學海濱學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 根據(jù)表 21 的綜合比較可知，輸送機構(gòu)選擇方案一更加完備，功能更加完善；成型機構(gòu)優(yōu)選象鼻成型器更為高效，應用更廣泛；封口機構(gòu)成對出現(xiàn)更好，切斷機構(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，方案二相對的對機構(gòu)要求比較高，故 我們最后采用了方案一。 顆粒包裝機總體設(shè)計 包裝機械的總體設(shè)計的步驟是：布置執(zhí)行機構(gòu)、傳動系統(tǒng)和操作件，確定支撐形式和繪制總體布局圖。本文主要針對結(jié)構(gòu)設(shè)計進行分析，包括支撐形式、成型機構(gòu)設(shè)計、其他結(jié)構(gòu)類的零件設(shè)計。 執(zhí)行機構(gòu) 即布置被包裝物品的計量與供送系統(tǒng)、包裝材料整理與供送系統(tǒng)、主傳送系統(tǒng)、包裝執(zhí)行機構(gòu)和成品抽出機構(gòu)。 首先，根據(jù)包裝工藝路線圖，各個執(zhí)行構(gòu)件應布置在整體的上部，以便于觀察執(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。對此，必須注意以下兩點： 為使執(zhí)行機構(gòu)簡單緊湊 .應盡量減少機構(gòu)的構(gòu)件和運動副，并盡量縮小其幾何尺寸和所占空間位置。原動件應盡可能接近執(zhí)行構(gòu)件。 為簡化傳動系統(tǒng)、便于閱試與維修和減少傳動件居損對傳動梢度的影響，要求原動件盡可能集中地布，在一根或少數(shù)幾根軸上。 實際上，執(zhí)行構(gòu)件往往是比較分散的 .以致于它們的原動件較難集中。這時，可將相近的幾個執(zhí)行機構(gòu)集中布置成為一個大部件。這樣，一臺包裝機就相當于由若干個大部件所構(gòu)。 傳動系統(tǒng) 布置機械傳動系統(tǒng)包括安排動力機、變速與潤速裝置、傳動 裝置、操縱與控制裝置以及抽助裝置等的位置。布置氣液壓傳動系統(tǒng)。包括安排動力機、液壓馬達、油泵、空氣壓編機、油氣管道以及氣液壓控創(chuàng)箱等裝置。 布置傳動系統(tǒng)時必須注意的問題有以下幾點： 選用的方案應力求結(jié)構(gòu)簡單、傳動鏈短、且容易配備； 北京交通大學海濱學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 充分利用機體和支承架的內(nèi)部空間，將動力機和傳動件盡量布置在內(nèi)部或者側(cè)面，以縮小機器外形； 在布置傳動是應使各執(zhí)行機構(gòu)動作協(xié)調(diào)，例如在遠距離傳遞旋動運動時常采用鏈傳動，但注意到鏈節(jié)的磨損可能會使從動鏈輪與主動鏈輪產(chǎn)生相位錯移精； 為便于調(diào)試，機械傳動系統(tǒng)的手動調(diào)整裝 置，最好安置在操作者能觀察到有關(guān)執(zhí)行機構(gòu)工作情況的位置。首先，傳動設(shè)計部件包括動力機、變速與調(diào)速裝置、傳動裝置、操縱與控制裝置應置于下方，便于查看并應對工作突發(fā)情況。 綜合以上考慮，我們把大部分傳動系統(tǒng)零件設(shè)計在中部以及下部。 支撐形式選擇 包裝機的支撐件有底座、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工作位置。對支撐件的要求如圖 21 所示： 圖 21 包裝機的支撐形式 （ 1）足夠的剛度，支撐件在承受較大載荷時的變形不超過允許值； （ 2）足夠的抗振性，是機器能穩(wěn)定可靠的工作； （ 3）質(zhì)量適中，力求節(jié)約材料，容易搬運； （ 4）便于零部件的裝配調(diào)試、操作保養(yǎng)和機器的調(diào)運安裝； （ 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，并北京交通大學海濱學院畢業(yè)設(shè)計（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)計需求。 機體強度設(shè)計 （ 1）靜剛度 機器中任何一構(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 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? ??