【正文】 第1章 緒論潤滑油小包裝生產(chǎn)線及旋蓋機結構設計第1章 緒論、潤滑油小包裝生產(chǎn)線概況目前，我國包裝行業(yè)的企業(yè)所有制構成有了很明顯的變化，民間投資不斷活躍并成了這個領域的一個亮點。在包裝行業(yè)，小包裝生產(chǎn)由于其方便化、體積小、包裝容易等優(yōu)點已經(jīng)逐漸成為包裝行業(yè)的主流。因此，對小包裝生產(chǎn)線的研究，滿足了當前社會需要，并成為一個有意義的課題。而潤滑油小包裝生產(chǎn)線現(xiàn)況與行業(yè)的現(xiàn)況差不多，在運用許多高新技術后，小包裝生產(chǎn)線在高速PLC的運算和控制下，大大地提高了生產(chǎn)效率，降低了成本，深受國內(nèi)許多中小廠家喜愛。本潤滑油小包裝生產(chǎn)線由兩臺灌裝機（46灌/分鐘）、兩臺旋蓋機、一臺熱封要、一臺噴碼機、一臺包裝機（56灌/分鐘）、碼垛機一臺及其配套設備組成。具有由空瓶灌裝到裝箱成品自動輸出一系列功能。其有PLC程控、機械按鈕操作、光電自動定位等特點，使整體的操作更加簡單、完善，是企業(yè)提高生產(chǎn)效率、減少操作人員、降低勞動強度、提高包裝檔次的首選設備。、本次論文的設計任務、設計思想及設計特點、設計任務本論文的設計任務是對生產(chǎn)線上的旋蓋機進行設計機械和控制系統(tǒng)設計，要求其結構科學，工作穩(wěn)定且可以滿足潤滑油小包裝生產(chǎn)線實際生產(chǎn)的需要。、設計思想半自動直線式旋蓋機設計涉及到機械、電氣以及自動控制等各方面的知識，需要機械、電子、自動控制的各方面的綜合知識進行設計。設計符合實際生產(chǎn)需求，各方面還符合國家標準。本文的設計思想包括以下幾個方面內(nèi)容：旋蓋機總體結構設計進行旋蓋機結構總體方案設計，分析旋蓋機功能組成部分，進行最優(yōu)化選擇設計，讓其實現(xiàn)。旋蓋機控制系統(tǒng)設計觀察旋蓋機的工作流程，分析其工作原理并繪制控制系統(tǒng)圖（電路原理圖）。對旋蓋機控制系統(tǒng)的硬件的選型，并編制控制系統(tǒng)程序，繪制其控制系統(tǒng)接線圖，梯形圖等。、設計特點本設計的定位是設計一臺半自動旋蓋機，在設計過程中我們重點要解決旋蓋機機械及控制系統(tǒng)設計問題。同時，我們必須要能實現(xiàn)旋蓋機對產(chǎn)品的自動定位、旋蓋、自動輸出產(chǎn)品等幾個主要功能。為此，本人通過對旋蓋機工作過程及工作原理的認識，設計一款可以針對不同的產(chǎn)品可根據(jù)其自身特點進行調(diào)節(jié)使用的旋蓋機。該機結合了現(xiàn)代PLC自動控制技術，機電氣一體化，具有結構簡單、效率高、經(jīng)濟性好、可靠性好等特點。、旋蓋機現(xiàn)況及所設計的旋蓋機在整個生產(chǎn)線中的作用、旋蓋機的現(xiàn)況目前國內(nèi)罐裝生產(chǎn)線中廣泛使用的旋蓋機大多為直線式旋蓋機，采用瓶頸掛蓋，經(jīng)定位、預封后使蓋平穩(wěn)坐落在瓶口上，最后由皮帶對蓋頂部搓壓摩擦而將蓋旋緊。該機構緊湊，旋蓋機的機構簡單。但在實踐中，對小直徑蓋由于搓壓皮帶對蓋的摩擦力矩減小，要高速將蓋旋緊就較困難。由于直線式是單通道旋蓋方案，其生產(chǎn)能力受到限制，一般最高生產(chǎn)能力為150～200瓶/min左右。近幾年來隨著食品飲料工業(yè)向大規(guī)模高效率方向發(fā)展，國際上先進的罐裝生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力一般都達到300～500瓶/min，并將洗瓶、罐裝和旋蓋組合成整機。這不僅使設備更加緊湊，減少生產(chǎn)線占地面積，又減小了洗瓶、灌裝和旋蓋工序之間的輸送距離，對防止產(chǎn)品的二次污染有很大意義。由于原有的直線式旋蓋機和回轉(zhuǎn)式灌裝機很難組合成整機，新穎的多頭回轉(zhuǎn)式旋蓋機就應運而生。這種旋蓋機可以和灌裝機一樣通過增加頭數(shù)來增加產(chǎn)量。采用抓蓋、旋蓋方式的旋蓋頭不僅適用各種旋開蓋的封口，稍加改動后還能用于其他各種金屬、塑料螺紋蓋的封口。回轉(zhuǎn)式旋蓋機應用前景良好，可在各種食品飲料生產(chǎn)線和制藥工業(yè)的生產(chǎn)線中廣泛應用。然而，在我國應用的罐頭旋蓋機還存在很多的不足。首先是自動化程度低，經(jīng)旋蓋機旋蓋后仍需進行人工旋蓋才能達到加工要求；其次是效率低下，不能滿足我國罐頭生產(chǎn)現(xiàn)狀；還有就是旋蓋質(zhì)量低，返工率高等問題。這些問題，是由于旋蓋機自動化集成程度低、控制精度不高所造成的。本文所設計的是半自動直線式旋蓋機，是在傳統(tǒng)的半自動直線旋蓋機的基礎上改良設計的。雖然還存在以一所提到的一些問題，不過設備的穩(wěn)定性跟旋蓋質(zhì)量有了很大的提高，結構簡單、性價比高、經(jīng)濟效益好。、所設計的旋蓋機在整個生產(chǎn)線中的作用旋蓋機是自動灌裝生產(chǎn)線的主要設備之一，用于玻璃瓶或PET瓶的螺紋蓋封口。隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對產(chǎn)品的包裝質(zhì)量的要求也越來越高。由于螺紋蓋具有封口快捷，開啟方便及開啟后瓶又可重新封好等優(yōu)點，使其在許多產(chǎn)品的包裝中應用越來越廣泛，諸如飲料、酒類、調(diào)味料、化妝品及藥品等瓶包裝的封口就大量采用螺紋蓋封口。所以在整個生產(chǎn)線中，旋蓋機的作用是至關重要的。本旋蓋機具有恒扭矩旋蓋頭，壓力可方便調(diào)整。結構緊湊、合理，能方便與罐裝設備組成生產(chǎn)線。機器優(yōu)點:直線式設計，組成流水線方便美觀。采用強電磁左旋蓋扭力器，徹底解決了傳統(tǒng)機械摩擦片在旋蓋時緊時松的弊病。它可以把灌裝好的潤滑油瓶通過傳送帶運輸，快速旋蓋封口傳送到下一道工序。節(jié)省了工作時間和產(chǎn)品成本，大大提高了生產(chǎn)效率。、小結本章介紹了潤滑油小包裝生產(chǎn)線概況，本次的設計任務、設計思想和設計特點，以及所設計的旋蓋機在整個生產(chǎn)線中的作用。確定了本文的設計方向和主要任務。第2章 重要參數(shù)的確定與論證、重要參數(shù)的確定主要技術參數(shù)：旋頭數(shù)為兩個；適用蓋（直徑）：＜25～50mm；適用蓋（高度）：35mm；生產(chǎn)效率：50灌／分鐘電源：380V 50Hz電動機功率：外形尺寸：7005001243 mm、重要參數(shù)的論證、產(chǎn)品設計要求：一機多用：利用同一臺設備旋不同高度、不同直徑的瓶蓋，提高設備的利用率；使用安全，維修方便：在整體設計中考慮機器的安裝、調(diào)整和開機以及設備的維修、保養(yǎng)和維護，使零部件更換方便，盡量做到通用化、標準化；降低成本：為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，要求設備精度和自動化程度高，但設備的售價也相應提高，因此設計時，要結合生產(chǎn)工藝要求，對相關因素進行綜合考慮。旋緊機要合適：過緊則用戶不易開瓶，影響顧客使用；過松則不利于密封，造成泄漏影響產(chǎn)品質(zhì)量。、參數(shù)的論證旋蓋頭數(shù)的論證第2章 重要參數(shù)的確定與論證目前國內(nèi)所生產(chǎn)使用的旋蓋機生產(chǎn)效率普遍低下，一般都是通過增加旋蓋頭數(shù)來提高生產(chǎn)效率。旋蓋頭數(shù)越多，在相同時間內(nèi)加工的產(chǎn)品就越多，但是所需要的設備成本、資源的損耗也會越高。所以并不是說旋蓋頭數(shù)越多越好，這還要根據(jù)你自己工廠的生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)批數(shù)選擇適合自己的機型頭數(shù)。本次設計的旋蓋機是針對潤滑油小包裝生產(chǎn)線所設計的，工廠的生產(chǎn)規(guī)模不大，自動水平也不高且對生產(chǎn)效率的要求一般。所以從經(jīng)濟效益方面來說不需要生產(chǎn)效率太高的旋蓋機，只有能滿足本工廠日常生產(chǎn)需求即可。綜合各方面考慮，本次設計的旋蓋機只需2個旋蓋頭即可。適用蓋（高度、直徑）的論證考慮到我們設計的這一臺旋蓋機主要是用來旋潤滑油瓶蓋，而且經(jīng)實際測量得到瓶蓋直徑的范圍一般在30～45mm之間，而瓶蓋高度則在20～30mm范圍內(nèi)。為了考慮經(jīng)濟問題與實際生產(chǎn)條件的需要，沒必要設計那么大的適用瓶蓋直徑、高度。因為設計過大的適用瓶蓋直徑或過高的適用瓶蓋高度，一來是用不上，二來也會造成很大的浪費，與工廠的利益不符。所以設計時，一般只要比實際需要多出一點點則可，所以采用適用瓶蓋直徑＜25～50mm，瓶蓋高度為35mm。生產(chǎn)效率的論證因為本潤滑油小包裝生產(chǎn)線由兩臺灌裝機（46灌/分鐘）、兩臺旋蓋機組成，所以旋蓋機的生產(chǎn)效率大于或等于灌裝機的生產(chǎn)效率即可，即大于或等于46灌/分鐘。而本設計的旋蓋機是雙旋蓋型的，效率達到50灌/分鐘，可以很好的銜接灌裝工序，滿足了生產(chǎn)線的需要。電源及電動機功率的論證而因為旋蓋頭數(shù)少，所需要的的力矩不大，而且生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率也不是很高，所以在選用電動機功率方面不必要太高的電機功率，選用一般型號的無刷直流電機則可。使用一般的工業(yè)設備用電380V 50Hz電源，方便設備的安裝使用。、小結本章在有產(chǎn)品設計要求的大前提下，確定了本設計的重要參數(shù)，并對其進行了論證。為之后的工作作出了有力的依據(jù)，使以后的設計更為準確、方便。第3章 構件材料的選擇及論證、旋蓋機的組成本設計的旋蓋機主要由：電機、氣缸、電源控制按鈕、傳動系統(tǒng)、機座等五部分組成。、旋蓋電機、旋蓋電機選型：旋蓋機的驅(qū)動電機可以選用步進電機，交直流電機，永磁同步電機以及其他一些特種電機。下面對這幾種電機的性能特點進行比較，從而決定旋蓋電機選用的種類。步進電機是離散運動的裝置，具有結構簡單、維護方便、起動靈敏、停車準確等性能。在負載能力的范圍內(nèi)，步進電機的這些關系不因電源電壓、負載大小、環(huán)境條件的波動而變化，誤差不長期積累，可作為一種天然的數(shù)字控制的元件。存在著固有的低頻共振和高頻失步的主要缺點，前者在步進電機運行過程中是不可逾越的，是產(chǎn)生振動、噪聲甚至失步的主要因素，特別是當傳動比選擇不合適，使常用的進給速度區(qū)正好處在步進電機共振頻率附近時，將引起共振，使步進電機失步，甚至不能運行。直流伺服電動機有優(yōu)良的控制性能，其機械特性和調(diào)速特性均為平行的直線，這是各類交流電動機所沒有的特性。但直流電機機械電刷和換向器這間是強迫接觸，造成它結構復雜、可靠性差，變化的接觸電阻、火花、噪聲、難維護等一系列問題影響了其調(diào)速精度和性能，從而影響了直流伺服電動機的應用范圍。交流伺服電動機結構簡單、電機運行平穩(wěn)、噪聲小，但調(diào)速難、機械特性差、且控制特性是非線性的。并且由于轉(zhuǎn)子電阻大，損耗大，效率也低，因此比同容量直流伺服電機體積大、重量重。無刷直流電動機的損耗小、容量大、可靠性高、干擾小、壽命長，還可使機械結構設計得體積更小、重量更輕，起動轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)動慣量小，因而動態(tài)特性好，同時還具有同步進電機一樣的鎖相功能。另外無刷直流伺服電機有非常優(yōu)秀的線性機械特性，寬的調(diào)速范圍、簡單的控制電路等優(yōu)點。在需要精確定位，高速動作的場合和工業(yè)系統(tǒng)，目第3章 構件材料的選擇及論證前大多采用無刷直流電動機伺服控制系統(tǒng)。這種高性能電機的采用不公提高了生產(chǎn)效率、降低能耗，而且大大改善了產(chǎn)品質(zhì)量和提高了產(chǎn)品的價值。旋蓋機的啟動轉(zhuǎn)矩比較大，控制精度高，并且由于旋蓋電機轉(zhuǎn)動角度不大同時需要很好地對電機電流進行精確控制，它需要的反應速度以及良好的低速運行特性。因此，在設計旋蓋機系統(tǒng)時，選用無刷直流電機進行旋蓋電機。具體的電機型號為Y8014,，滿載轉(zhuǎn)速為1390r/min,，質(zhì)量為17KG。、無刷直流電機的運行原理本節(jié)介紹無刷直流電動機的運行原理，先對無刷直流電機的機械結構和電氣結構進行分析，分析其換相原理以及各種進行電機位置檢測的方式，并針對無刷直流電機三相星形繞組半控橋電路分析其工作原理，提出了各種無刷直流電機的調(diào)速方式。在無刷直流電機數(shù)學模型建立上，對其進行簡化，提煉出無刷直流電機系統(tǒng)方框圖以及傳遞函數(shù)，并根據(jù)該模型進行系統(tǒng)誤差分析。在無刷直流電機的機械結構和數(shù)學模型兩方面，進行了深入研究和介紹。、無刷直流電機的結構，它主要是由永磁電機本體、位置傳感器和電子換相器組成，下面就無刷直流電機這幾個組成部分進行介紹。永磁無刷直流電機的電機本體由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子繞組一般分為三相且多采用整距集中式繞組；轉(zhuǎn)子則由永磁鋼按一定的極對數(shù)組成，轉(zhuǎn)子磁鋼的形狀呈弧形，磁極下定轉(zhuǎn)子氣隙磁通密度呈梯形分布。無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子結構不僅有傳統(tǒng)的內(nèi)轉(zhuǎn)子結構，又有近年來出現(xiàn)的盤式結構、外轉(zhuǎn)子結構以及線性結構等新型形式。同時，伴有著新型永磁材料欽鐵姍的實用化，電機轉(zhuǎn)子結構越來越多樣化，使無刷直流電機正朝著高力矩、高精度、微型化和耐環(huán)境等多用途方向發(fā)展。電子換相器是由功率開關和位置信號處理電路構成，主要用來控制定子各繞組通電的順序和時間。無刷直流電動機本質(zhì)上是自控同步電動機，電機轉(zhuǎn)子跟隨定子旋轉(zhuǎn)磁場運動，因此，應按一定的順序給定子各相繞組輪流通電，使之產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的定子磁場。無刷直流電動機的三相繞組中通過的電流是120度電角度（三相橋式中常見的一種功率開關通電方式，任何時刻只有兩相繞組通電）的方波，繞組在持續(xù)通過恒定電流的時間內(nèi)產(chǎn)生的定子磁場在空間是靜止不動的。而在開關換相期間，隨著電流從一相轉(zhuǎn)移到另一相，定子磁場隨之跳躍了一個電角度。而轉(zhuǎn)子磁勢則隨著轉(zhuǎn)子連續(xù)旋轉(zhuǎn)。這兩個磁勢的瞬時速度不同，但是平均速度相等，因此能保持“同步”。無刷直流電動機由于采用了自控式逆變器即電子換相器，電機輸入電流的頻率和電機轉(zhuǎn)速始終保持同步，電機和逆變器不會產(chǎn)生振蕩和失步，這也是無刷直流電機的優(yōu)點之一。位置傳感器在無刷直流電動機中起著檢測轉(zhuǎn)子磁極位置的作用，將轉(zhuǎn)子磁極的位置信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)位置信號處理電路處理后控制定子繞組換相，為功率開關電路電路提供正確的換相信息。由于功率開關的導通順序與轉(zhuǎn)子雷劈角同步，因而位置傳感器與功率開關一起，起著與傳統(tǒng)有刷直流電機的機械換向器和電刷相類似的作用。位置傳感器的種類比較多，可分為直接式和間接式，直接式位置傳感器，由于其檢測精度和可靠性高而被廣泛采用。典型的直接式位置傳感器有下列幾種：利用磁性旋轉(zhuǎn)圓盤的遠近來改變固定部分的電感，并利用振蕩條件的變化來建立通斷信號。這種方式結構簡單，輸出電平高，適用于大中開支電動機。常見的磁敏式傳感器有霍爾元件、霍爾集成電路、磁敏電阻器及磁敏二極管等多種。其主要工作原理是電流的磁效應，這包括霍爾效應和磁陰效應。它的轉(zhuǎn)子是永磁結構，其極數(shù)與同步電動機的一樣，而定子用霍爾元件等磁敏元件來感受轉(zhuǎn)子磁極位置，發(fā)出相應信號。這種方法信號較弱，且精度易受溫度影響，但體積較小，多用于中小型電動機。它是由跟隨著電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的帶缺甲的導磁圓盤和固定不動的三只差動變壓器組成。轉(zhuǎn)動圓盤體現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置信號，差動變壓器作為檢測元件檢測轉(zhuǎn)子位置信號并向逆變器的控制電路輸出控制信號。這種方法結構簡單、檢測可靠。它是由發(fā)光二極管和光敏晶體管等光電元件組成的電路，利用有槽口的旋轉(zhuǎn)圓盤的位置進行通斷變化。這種方法檢測分辨率高，適用于高速運轉(zhuǎn)的電動機。間接式位置傳感器是利用電樞繞組的感應電動勢間接檢測轉(zhuǎn)子位置。但是這種方法只能在有感應電動勢的情況下有效。因此，所謂直流無刷電