【正文】 滑油小包裝生產(chǎn)線旋蓋機(jī)機(jī)械及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 β定義為 %100?tFF氣缸的理論輸出力 氣缸的實(shí)際負(fù)載＝? （ l3－ 5） 氣缸的實(shí)際負(fù)載是由實(shí)際工況所決定的，若確定了氣缸負(fù)載率 ?，則由定義就能確定氣缸的理論輸出力，從而可以計(jì)算氣缸的缸徑。 2）負(fù)載率β 從對氣缸運(yùn)行特性的研究可知，要精確確定氣缸的實(shí)際輸出力是困難的。 氣缸的效率 ? 是氣缸的實(shí)際推力和理論推力的比值，即 tFF?? （ 133） 所以 ? ?pAF 1?? （ 134） 氣缸的效率取決于密封的種類，氣缸內(nèi)表面和活塞桿加工的狀態(tài)及潤滑狀態(tài)。如雙作用單活塞桿氣缸推力計(jì)算如下： 理論推力（活塞桿伸出） Ft1＝ A1p （ 131） 理論拉力（活塞桿縮回） Ft2＝ A2p （ 132） 式中 Ft Ft2—— 氣缸理論輸出力（ N）； A A2—— 無桿腔、有桿腔活塞面積（ m2）； P—— 氣缸工作壓力（ Pa）。 4）嵌入式氣缸 氣缸缸筒直接制作在夾具體內(nèi)。 3）回轉(zhuǎn)式氣缸 缸體固定在機(jī)床主軸上，可隨機(jī)床主軸作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。 第 3 章 構(gòu)件材料的選擇及論證 15 氣缸的安裝形式可分為 1）固定式氣缸 氣缸安裝在機(jī)體上固定不動，有腳座式和法蘭式。按結(jié)構(gòu)特征，氣缸主要分為活塞式氣缸和膜片式氣缸兩種。 氣缸的種類很多，一般按氣缸的結(jié)構(gòu)特征、功能、驅(qū)動方式或安裝方法等進(jìn)行分類。 當(dāng)從無桿腔輸入壓縮空氣時(shí)，有桿腔排氣，氣缸兩腔的壓力差作用在活塞上所形成的力克服阻力負(fù)載推動活塞運(yùn)動，使活塞桿伸出；當(dāng)有桿腔進(jìn)氣，無桿腔排氣時(shí)，使活塞桿縮回。雙作用氣缸內(nèi)部被活塞分成兩個腔。 茂名學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)：某潤滑油小包裝生產(chǎn)線旋蓋機(jī)機(jī)械及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 1 12 13 14 、氣缸 、氣缸的工作原理、分類及安裝形式 圖 普通雙作用氣缸 3－緩沖柱塞 2－活塞 4－缸筒 5－導(dǎo)向套 6－防 塵圈 7－前端蓋 8－氣口 9－傳感器 10－活塞桿 11－耐磨環(huán) 12－密封圈 13－后端蓋 14－緩沖節(jié)流閥 以氣動系統(tǒng)中最常使用的單活塞桿雙作用氣缸為例來說明，氣缸典型結(jié)構(gòu)如圖 所示。這種旋轉(zhuǎn)磁場在一周內(nèi)有三種形態(tài)，每種磁狀態(tài)持續(xù) 120 度。 上述過程可以看成是按一定順序換相通電的過程，或者說是磁場旋轉(zhuǎn)的過程。當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極轉(zhuǎn)過 120 度以后，直接裝在轉(zhuǎn)子軸上的旋轉(zhuǎn)遮光板也跟著同時(shí)旋轉(zhuǎn)，并遮住 VP1而使 VP2 受光照射，從而使功率管 V1 截止，功率管 V2 導(dǎo)通，電流從繞組 流出而流入繞組 ，使得轉(zhuǎn)子磁極繼續(xù)按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，并帶著遮光板同時(shí)沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。借助于安裝在電機(jī)軸上的旋轉(zhuǎn)遮光板（也稱為截光器）的作用，使得從光源 射來的光線依次照射在各個光電器件上，并依照某一光電器件是否被照射到光線來判斷轉(zhuǎn)子磁極的位置。圖中采用光電器件作為位置傳感器，以 3個功率晶體管 V V V3構(gòu)成功率邏輯單元。 因此，所謂直流無刷電動機(jī)，就其基本結(jié)構(gòu)而言，可以認(rèn)為是一臺由電子開關(guān)電路、永磁式同步電動機(jī)以及位置傳感器三者組成的“電動機(jī)系統(tǒng)”，其原理框圖如圖 所示。 間接式位置傳感器是利用電樞繞組的感應(yīng)電動勢間接檢測轉(zhuǎn)子位置。 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)圓盤的第 3 章 構(gòu)件材料的選擇及論證 13 位置進(jìn)行通斷變化。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(jī)。其主要工作原理是電流的磁效應(yīng)，這包括霍爾效應(yīng)和磁陰效應(yīng)。這種方式結(jié)構(gòu)簡單 ，輸出電平高，適用于大中開支電動機(jī)。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。 位置傳感器在無刷直流電動機(jī)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(guān)電路 電路提供正確的換相信息。這兩個磁勢的瞬時(shí)速度不同，但是平均速度相等，因此能保持“同步”。而在開關(guān)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。無刷直流電動機(jī)本質(zhì)上是自控同步電動機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)子跟隨定子旋轉(zhuǎn)磁場運(yùn)動，因此，應(yīng)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。同時(shí)，伴有著新型永磁材料欽鐵姍的實(shí)用化，電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)越來越多樣化，使無刷直流電機(jī)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。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，茂名學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)：某潤滑油小包裝生產(chǎn)線旋蓋機(jī)機(jī)械及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 磁極下定轉(zhuǎn)子氣隙磁通密度呈梯形分布。 、 無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu) 無刷直流電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖 所示，它主要是由永磁電機(jī)本體、位置傳感器和電子換相器組成，下面就無刷直流電機(jī)這幾個組成部分進(jìn)行介紹。在無刷直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型建立上， 對其進(jìn)行簡化，提煉出無刷直流電機(jī)系統(tǒng)方框圖以及傳遞函數(shù)，并根據(jù)該模型進(jìn)行系統(tǒng)誤差分析。 具體的電機(jī)型號為 Y8014,額定功率為 ，滿載轉(zhuǎn)速為 1390r/min,額定轉(zhuǎn)矩為 ，質(zhì)量為 17KG。 旋蓋機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩比較大，控制精度高，并且由于旋蓋電機(jī)轉(zhuǎn)動角度不大同時(shí)需要很好地對電機(jī)電流進(jìn)行 精確控制，它需要的反應(yīng)速度以及良好的低速運(yùn)行特性。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(gòu)件材料的選擇及論證 11 前大多采用無刷直流電動機(jī)伺服控制系統(tǒng)。 無刷直流電動機(jī) 的損耗小、容量大、可靠性高、干擾小、壽命長，還可使機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí)還具有同步進(jìn)電機(jī)一樣的鎖相功能。 交流伺服電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲小，但調(diào)速難、機(jī)械特性差、且控制特性是非線性的。 直流伺服電動機(jī)有優(yōu)良的控制性能，其機(jī)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(jī)所沒有的特性。在負(fù)載能力的范圍內(nèi)，步進(jìn)電機(jī)的這些關(guān)系不因電源電壓、負(fù)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。下面對這幾種電機(jī)的性能特點(diǎn)進(jìn)行比較，從而決定旋蓋電機(jī)選用的種類。 茂名學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)：某潤滑油小包裝生產(chǎn)線旋蓋機(jī)機(jī)械及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 第 3 章 構(gòu)件材料的選擇及論證 、 旋蓋機(jī)的組成 本設(shè)計(jì)的旋蓋機(jī)主要由：電機(jī)、 氣缸、 電源控制按鈕 、傳動系統(tǒng)、 機(jī)座等 五部分組成。 、 小結(jié) 本章在有產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求的大前提下，確定了本設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，并對其進(jìn)行了論證。而本設(shè)計(jì)采用的電機(jī)功率為 。而本設(shè)計(jì)的旋蓋機(jī)是雙旋蓋型的，效率達(dá)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。 所以設(shè)計(jì)時(shí)， 一般 只要 比實(shí)際需要多出一點(diǎn)點(diǎn)則可，所以采用適用瓶蓋直徑＜ 25～ 50mm，瓶蓋高度為 35mm。為了考慮經(jīng)濟(jì)問題 與實(shí)際生產(chǎn)條件的需要 ，沒必要設(shè)計(jì)那么大的適用瓶蓋直徑、高度。綜合各方面考慮，本次設(shè)計(jì)的旋蓋機(jī)只需 2 個旋蓋頭即可。本次設(shè)計(jì)的旋蓋機(jī)是針對潤滑油小包裝生產(chǎn)線所設(shè)計(jì)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。旋蓋頭數(shù)越多，在相同時(shí)間內(nèi)加工的產(chǎn)品就越多，但是所需要的設(shè)備成本 、資源的損耗也會越高。 旋緊機(jī)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。確定了本文的設(shè)計(jì)方向和主要任務(wù)。節(jié)省了工作時(shí)間和產(chǎn)品成本，大大提高了生產(chǎn)效率。 采用強(qiáng)電磁左旋蓋扭力器 ，徹底解決了傳統(tǒng)機(jī)械摩擦片在旋蓋時(shí)緊時(shí)松的弊病。結(jié)構(gòu)緊湊、合理，能方便與 罐裝 設(shè)備 組成生產(chǎn) 線 。所以在整個生產(chǎn)線中，旋蓋機(jī)的作用是至關(guān)重要的 。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。雖然還存在以一所提到的一些問題，不過設(shè)備的穩(wěn)定性跟旋蓋質(zhì)量有了很大的提高，結(jié)構(gòu)簡單、性價(jià)比高、經(jīng)濟(jì)效益好。這些問題，是由于旋蓋機(jī)自動化集成程度低、控制精度不高所造成的。 然而，在我國應(yīng)用的罐頭旋蓋機(jī)還存在很多的不足。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。由于原有的直線式旋蓋機(jī)和回轉(zhuǎn)式灌裝機(jī)很難組合成整機(jī)，新穎的多頭回轉(zhuǎn)式旋蓋機(jī)就應(yīng)運(yùn)而生。 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(jìn)的罐裝生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力一般都達(dá)到 300～ 500 瓶 /min，并將洗瓶、罐裝和旋蓋組合成整機(jī)。但在實(shí)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。 、 旋蓋機(jī)現(xiàn)況及 所設(shè)計(jì)的旋蓋機(jī)在整個生產(chǎn)線中的作用 、 旋蓋機(jī)的現(xiàn)況 目前國內(nèi)罐裝生產(chǎn)線中廣泛使用的旋蓋機(jī)大多為直線式旋蓋機(jī)，采用瓶頸掛蓋，經(jīng)定位、預(yù)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。 為此，本人通過對旋蓋機(jī)工作過程及工作原理的認(rèn)識，設(shè)計(jì)一款可以針對不同的產(chǎn)品可根據(jù)其自身特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)使用的旋蓋機(jī)。 、 設(shè)計(jì)特點(diǎn) 本設(shè)計(jì)的定位是設(shè)計(jì)一臺半自動旋蓋機(jī)，在設(shè)計(jì)過程中 我們重點(diǎn)要解決旋蓋機(jī)機(jī)械及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題。 旋蓋機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 茂名學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)：某潤滑油小包裝生產(chǎn)線旋蓋機(jī)機(jī)械及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 觀察旋蓋機(jī)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）。 設(shè)計(jì)符合實(shí)際生產(chǎn)需求，各方面還符合國家標(biāo)準(zhǔn)。 、 本次論文的設(shè)計(jì)任務(wù)、設(shè)計(jì)思想及設(shè)計(jì)特點(diǎn) 、 設(shè)計(jì)任務(wù) 本論 文的設(shè)計(jì)任務(wù)是 對生產(chǎn)線上的旋蓋機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)機(jī)械和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，要求其結(jié)構(gòu)科學(xué)，工作穩(wěn)定且可以滿足潤滑油小包裝生產(chǎn)線實(shí)際生產(chǎn)的需要。具有由空瓶灌裝到裝箱成品自動輸出一系列功能。 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(yùn)用許多高新技術(shù)后， 小包 裝生產(chǎn)線在高速 PLC 的運(yùn)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 。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(diǎn)已經(jīng)逐漸成為包裝行業(yè)的主流?？刂葡到y(tǒng) 則采用 PLC自動控制 ，并且按照旋蓋機(jī)工作流程編寫了半自動控制程序。 對旋蓋機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作了簡要的介紹， 并 著重 對 旋蓋頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 作深入的研究。 1 摘要 報(bào)告了 潤滑油小包裝生產(chǎn)線及 旋蓋機(jī) 的 概況 ，針對 旋蓋機(jī) 其中的一些缺陷作出改良設(shè)計(jì)。 確定了旋蓋機(jī)的重要設(shè)計(jì)參數(shù)， 介紹了 旋蓋機(jī) 構(gòu)件材料 的選擇，并對其進(jìn)行了論證。 介紹了 旋蓋力矩的計(jì)算 工作原理、工作流程及總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞 :旋蓋機(jī)；設(shè)計(jì)參數(shù)；構(gòu)件；結(jié)構(gòu)；計(jì)算；控制系統(tǒng) 茂名學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)：某潤滑油小包裝生產(chǎn)線旋蓋機(jī)機(jī)械及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 Abstract Report the lubricant small packaging production line and capping machine, according to some of capping machines make improvement design flaws. Determine the capping machine design parameters, and introduces the mechanism parts capping material selection, and analyses the argument. On the overall structure of machine design makes a brief introduction to spin, and emphasizes the structure design for covering. Introduces the calculation of moment capping working principle and working process and structural design. Control syste m adopts PLC automatic control and capping machines working process according to write the semiautomatic control procedures. Keywords ： capping machine ； Design parameters ； Component, Structure ；Calculation； The control system