包裝機(jī)械課程設(shè)計(jì)縱封器.doc

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目錄 一．設(shè)計(jì)背景 1 二.包裝機(jī)整體分析 2 三． 封口方法和機(jī)構(gòu) 3 3.1縱封方式 3 3.1.1板式熱封 3 3.1.2板式縱封器 4 3.2設(shè)計(jì)要求以及數(shù)據(jù)分析 5 四．零件設(shè)計(jì) 5 4.1熱封板的設(shè)計(jì) 5 4.2氣缸的選擇 6 4.3調(diào)壓彈簧的設(shè)計(jì) 7 4.3.1彈簧受力以及材料的選擇 7 4.3.2彈簧直徑的確定 7 4.3.4彈簧工作圈數(shù)的確定 8 4.3.4驗(yàn)算 8 五．整體設(shè)計(jì) 9 5.1整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 5.2整體尺寸設(shè)計(jì) 10 六．心得體會(huì) 11 參考文獻(xiàn) 12 一．設(shè)計(jì)背景 隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活的不斷提高，包裝工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中所占比重和作用也越來(lái)越大。一方面映射出全球工業(yè)化生產(chǎn)的高速發(fā)展，另一方面又可以看出人們?cè)谧非笊唐穬?nèi)在質(zhì)量的同時(shí)，對(duì)商品包裝的要求也越來(lái)越高。這為推動(dòng)包裝機(jī)械工業(yè)帶來(lái)的巨大的動(dòng)力。綜觀世界范圍來(lái)看，包裝機(jī)械工業(yè)是一個(gè)市場(chǎng)潛力巨大的朝陽(yáng)行業(yè)，特別是在近幾年發(fā)展迅猛，已經(jīng)在各國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有重要的地位。它可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善生產(chǎn)環(huán)境，降低生產(chǎn)成本，提高商品檔次，增加附加值，從而增強(qiáng)商品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、帶來(lái)更大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。目前，美、口、德、意是世界包裝機(jī)械的四大強(qiáng)國(guó)，這些國(guó)家生產(chǎn)的包裝機(jī)械品種多、數(shù)量大，在國(guó)際市場(chǎng)上具有較高的占有率。 目前世界包裝機(jī)械發(fā)展總趨勢(shì)是發(fā)展重點(diǎn)趨向十效率高、自重輕、外觀造型、占地的空間較小、低耗能、結(jié)構(gòu)緊湊適應(yīng)環(huán)境和工作人員的心理需求的高速、高效、高質(zhì)量的“二高”產(chǎn)品包裝機(jī)。這在國(guó)外體現(xiàn)為現(xiàn)代化的先進(jìn)包裝機(jī)械的技術(shù)，特別是經(jīng)濟(jì)及科技發(fā)達(dá)的歐美及口本等技術(shù)先進(jìn)國(guó)家生產(chǎn)的有關(guān)包裝機(jī)械設(shè)備，其技術(shù)伴隨著商品經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，已處十國(guó)際相對(duì)領(lǐng)先地位，他們將機(jī)械技術(shù)與微電子技術(shù)和信息技術(shù)結(jié)合，開(kāi)發(fā)數(shù)字化、智能化、柔性化的新型包裝機(jī)械產(chǎn)品。近些年來(lái)，發(fā)達(dá)國(guó)家一方面為滿足現(xiàn)代商品包裝多樣化的需求，發(fā)展多品種，小批量的通用包裝技術(shù)設(shè)備;同時(shí)又緊跟高科技發(fā)展步伐，不斷應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，發(fā)展和開(kāi)發(fā)應(yīng)用高科技的現(xiàn)代化通用型包裝機(jī)械，不斷從提高包裝機(jī)械的智能化。 在國(guó)內(nèi)，包裝機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)是在引進(jìn)、消化、吸收的基礎(chǔ)上，有了一定的創(chuàng)新，產(chǎn)品科技含量也在一直提升，這些有關(guān)包裝機(jī)械產(chǎn)品不斷的向成套連線、機(jī)電結(jié)合、主輔機(jī)結(jié)合方向發(fā)展。當(dāng)然，包裝機(jī)械相關(guān)產(chǎn)品在研發(fā)過(guò)程中也存在一些有待解決的問(wèn)題，主要有如何根據(jù)本國(guó)國(guó)情，提高產(chǎn)品的“二化水平”，做到包裝產(chǎn)品規(guī)格多樣化，工作高速化，提高可靠性以及如何使食品和藥品包裝機(jī)達(dá)到無(wú)菌化。這些必然需要我們著緊包裝機(jī)械的研究，不斷的開(kāi)發(fā)新的技術(shù)，這樣才能加快國(guó)內(nèi)包裝機(jī)械技術(shù)的提升。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，出現(xiàn)了各種類(lèi)型的產(chǎn)品，對(duì)包裝技術(shù)和設(shè)備提出了新的要求，包裝機(jī)械在流通領(lǐng)域中發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。目前包裝機(jī)械市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，未來(lái)的包裝機(jī)械將配合產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化趨勢(shì)，促進(jìn)包裝設(shè)備總體水平提高，發(fā)展多功能，高效率，低耗能的包裝設(shè)備。隨著社會(huì)的發(fā)展，日出生活消費(fèi)品的小袋包裝需求不斷增加，為了解決市場(chǎng)對(duì)枕形包裝的需要，促進(jìn)了顆粒物料高速立式枕形包裝機(jī)的發(fā)展。 二.包裝機(jī)整體分析 立式袋成型充填封口機(jī)以顆粒包裝機(jī)為例，如圖2-1所示，主要包括包裝膜支撐裝置，張緊導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，制袋成型裝置，計(jì)量充填裝置，加熱封合裝置，封口切斷裝置以及傳動(dòng)，電氣控制等裝置。 圖2-1顆粒包裝機(jī) 1—傳動(dòng)箱 2—輸出機(jī)構(gòu) 3—封口切斷機(jī) 4—拉模機(jī)構(gòu) 5—加熱裝置 6—成型器 7—計(jì)量充填袋 8—色標(biāo)傳感器 9—接近開(kāi)光 10—包裝膜卷 11—供膜機(jī)構(gòu) 12—料斗 該機(jī)采用立式口袋成型法，包裝膜通過(guò)張緊導(dǎo)向機(jī)構(gòu)經(jīng)口袋成型器對(duì)折后，被安裝在熱封臂上的熱封器封合成口袋，計(jì)量器在旋轉(zhuǎn)中將計(jì)量好的物料充如口袋，隨后，口袋被拉紙滾輪拉下一個(gè)袋長(zhǎng)，熱封器又一次做封合動(dòng)作，將前一個(gè)口袋的上口封合，同時(shí)也完成了上一個(gè)口袋的下底和縱邊的封合，并由切刀將已充填封合的口袋在正確的封道位置上切斷，從而制成包裝成品。如此循環(huán)完成包裝作業(yè)。工作原理如圖2-2所示 圖2-2立式間歇制袋中封口裝置原理圖 3． 封口方法和機(jī)構(gòu) 3.1縱封方式 3.1.1板式熱封 根據(jù)加熱加壓方法的不同，熱封方法可分為板式熱封和滾輪式熱封，下面主要介紹板式熱封。板式熱封式最普遍的熱封方法，它是采用加熱板間歇加熱，加壓以實(shí)現(xiàn)塑料薄膜的封口。熱封原理如圖3-1所示，待封口的2層薄膜3被輸送進(jìn)入加熱板1合工作臺(tái)5之間，然后被緊壓在防黏材料4上，加熱到一定溫度的加熱板1和工作臺(tái)5對(duì)其進(jìn)行加熱，加壓，然后經(jīng)過(guò)冷卻即可實(shí)現(xiàn)緊密封口。 圖3-1板式熱封 1—加熱板 2—封縫 3—薄膜 4—防黏材料 5—工作臺(tái) 3.1.2板式縱封器 縱封器是完成制袋成型后筒狀薄膜縱向封接功能的重要部件，適用于薄膜包裝材料的縱向封口。根據(jù)包裝薄膜運(yùn)動(dòng)方向的不同，可將縱封器分為連續(xù)式和間歇式兩大類(lèi)。間歇式縱封器又稱(chēng)為板式總封器，大多呈板條狀結(jié)構(gòu)，多采用凸輪，氣缸等結(jié)構(gòu)，推動(dòng)熱封器作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)薄膜的封合，其后還需借助其他裝置完成拉模運(yùn)動(dòng)。 板式縱封器主要由加料管，板形熱封器以及往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。圖3-2所示是幾種常見(jiàn)的機(jī)構(gòu)型式。其中（a）為直推式：氣缸固定，活塞推動(dòng)縱封板往復(fù)移動(dòng)并壓緊，具有結(jié)構(gòu)緊湊、壓力較均勻等優(yōu)點(diǎn)。（b）圖為拉動(dòng)式：氣缸可以在機(jī)體內(nèi)設(shè)置，整機(jī)外形較平整，拉動(dòng)時(shí)采用杠桿原理，以增大作用力的倍數(shù)，但增加了氣缸的行程，且熱封板橫向受壓不均勻。（c）圖為杠桿式：將氣缸推力通過(guò)杠桿轉(zhuǎn)換成熱封板對(duì)縱縫處的壓力，具有上述兩者的某些優(yōu)點(diǎn)，克服了一些不足；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加了傳動(dòng)桿件，傳動(dòng)效果受到一定影響。（d）圖為杠桿夾合式：氣缸擺動(dòng)，使用于對(duì)接式縱縫的封合。 圖3-2板式縱封器 1—縱封板 2—?dú)飧? 3.2設(shè)計(jì)要求以及數(shù)據(jù)分析 本次設(shè)計(jì)為直推式板式縱封器，要求相關(guān)零件，設(shè)計(jì)縱封器，縱封器可以進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)，并由氣缸推動(dòng)縱封器。根據(jù)數(shù)據(jù)要求，選擇包裝速度為20袋/分，計(jì)量范圍為100ml,袋長(zhǎng)為90mm。 表：數(shù)據(jù)要求 包裝速度 計(jì)量范圍 制袋尺寸 制袋方式 功率 15-25袋/分 80-150 長(zhǎng)： 60-120㎜ 三面封 1.54 表3-1 四．零件設(shè)計(jì) 4.1熱封板的設(shè)計(jì) 熱封板是固定在縱封器上用于加熱熱封的零件，直接與待加工的塑料袋接觸。根據(jù)制袋的尺寸長(zhǎng)為90mm，可確定縱封板的長(zhǎng)度為90mm，由表可確定袋的封口寬度為10mm，即縱封板的接觸面寬度為10mm，可知縱封板接觸面的尺寸為90mm10mm?？v封板形狀如圖4-1所示： 圖4-1縱封板 1—接觸面 2—加熱原件 表4-1 生產(chǎn)用塑料袋規(guī)格 項(xiàng)目 內(nèi)容 指 標(biāo) Ⅰ型 Ⅱ型 Ⅲ型 Ⅳ型 Ⅴ型 Ⅵ型 Ⅶ型 Ⅷ型 Ⅸ型 Ⅹ型 極限偏差 長(zhǎng)度，mm 800 850 940 1000 1080 850 3700 940 800 3100 10 寬度，mm 600 600 640 720 550 500 2000 720 550 1800 10 厚度，mm 0.1 0.07 0.1 0.1 0.07 0.01 封口寬度，mm ≥ 5 ----- ----- 封口底端距邊長(zhǎng)，mm ≥ 10 ----- ----- 4.2氣缸的選擇 氣缸是引導(dǎo)活塞在其中進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的圓筒形金屬機(jī)件，是由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和密封件組成。在縱封器上，氣缸主要是推動(dòng)縱封板做往復(fù)移動(dòng)并壓緊，實(shí)現(xiàn)封口。此處選擇單作用氣缸，即僅一端有活塞桿，從活塞一側(cè)供氣、在一個(gè)方向輸出力，靠彈簧或自重返回。 板式縱封器驅(qū)動(dòng)氣缸的運(yùn)動(dòng)行程一般不大，缸徑的確定可根據(jù)壓縮空氣的工作壓力以及薄膜材料及其厚度，熱封溫度經(jīng)計(jì)算，熱封單位面積的封合壓力可在0.1～1MPa的范圍內(nèi)選取。這里選擇封合壓力為0.3MPa，接觸面積為900可初步確定壓力為： 若氣缸的效率為85%，則粗略的氣缸的推力為32.4kgf，所以根據(jù)計(jì)算，參照產(chǎn)品手冊(cè)，選擇氣缸的缸徑及型號(hào)，見(jiàn)下表： 表4-2 氣缸的參數(shù) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 氣缸型號(hào) 缸徑 （mm） 行程 （mm） 耗氣量 （L/次） 理論推力（kgf） 縱封 GPM32-40 32 40 0.2 32.1 根據(jù)所選氣缸的計(jì)算工作壓力為： F=32.1kgf9.8N=314.58N 縱封的壓強(qiáng)為： P=F/S=314.58/900=0.35MPa 所以根據(jù)計(jì)算可知，該氣缸符合要求。 4.3調(diào)壓彈簧的設(shè)計(jì) 4.3.1彈簧受力以及材料的選擇 調(diào)壓彈簧是安裝在氣缸與縱封板之間的導(dǎo)向柱上，主要作用是當(dāng)氣缸推動(dòng)壓縮是進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)，使壓力均勻變化，使熱封效果最佳。 根據(jù)氣缸的工作壓力，可知?dú)飧鬃饔玫綗岱獍迳系淖饔昧?14.58N。根據(jù)工作性能，選擇彈性好，回火穩(wěn)定性好，易脫碳，用于承受大載荷彈簧。選取65Mn材料彈簧。根據(jù)所選的彈簧可知彈簧預(yù)緊力為200N。根據(jù)熱封板的尺寸大小，初設(shè)彈簧中徑D=5mm，根據(jù)旋繞比C=5，估取出彈簧絲直徑d=1mm，根據(jù)表查得彈簧絲的許用切應(yīng)力為540MPa。 4.3.2彈簧直徑的確定 選擇旋繞比C，通常可取C≈5—8，這里取C=5，經(jīng)過(guò)計(jì)算： ， 得出曲度系數(shù)K=1.31 確定彈簧絲直徑： 得出d≥3.5mm。取d為5mm，D為20mm。 4.3.4彈簧工作圈數(shù)的確定 根據(jù)變形條件確定彈簧工作圈數(shù)： ， 查表得切變模量G為80000G/MPa，可得n=10。 內(nèi)徑D1=D-d=15mm，外徑D2=D+d=25mm，節(jié)距p=（0.28～0.5）D，p=6mm,自由高度H0≈pn+(1.5～2)d,即H0=67.5mm，彈簧剛度，得32mm。 4.3.4驗(yàn)算 疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算。H0為彈簧的自由長(zhǎng)度，F(xiàn)1和為安裝載荷和預(yù)壓變形量，F(xiàn)2和為工作時(shí)的最大載荷和最大變形量。當(dāng)彈簧所受載荷在F1和F2之間不斷循環(huán)變化時(shí)，可得彈簧材料內(nèi)部所產(chǎn)生的最大和最小循環(huán)切應(yīng)力分別為： ，得 ，得 對(duì)于上述變應(yīng)力作用下的普通圓柱螺旋壓縮彈簧，疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)計(jì)算值及其強(qiáng)度條件可按下式： 其中為彈簧材料的脈動(dòng)循環(huán)剪切疲勞極限，為彈簧材料的拉伸強(qiáng)度極限MPa。材料為65M彈簧鋼絲時(shí)， =1800MPa， 為彈簧疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)安全系數(shù)，當(dāng)彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算和材料的力學(xué)性數(shù)據(jù)精確性高時(shí)，取。 驗(yàn)算穩(wěn)定性。對(duì)于壓縮彈簧，如其長(zhǎng)度較大時(shí)，則受力后容易失去穩(wěn)定性，這在工作中是不允許的。為了便于制造及避免失穩(wěn)現(xiàn)象，建議一般壓縮彈簧的長(zhǎng)細(xì)比，在兩端固定時(shí)，b＜5.3，但由以上設(shè)計(jì)得出b=1.7，因此需要進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，并滿足，為不穩(wěn)定系數(shù)，通過(guò)查表得=0.54，，因此Fc=116.64＞，符合彈簧穩(wěn)定性。 五．整體設(shè)計(jì) 5.1整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由于設(shè)計(jì)的是直推式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖所示，其中1是縱封板，固定在導(dǎo)板上，導(dǎo)板在氣缸的推動(dòng)下做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，被封袋子在兩縱封板之間間歇運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)封合?？紤]到包裝機(jī)的整體結(jié)構(gòu)以及外觀尺寸，氣缸設(shè)計(jì)在機(jī)架中間，而縱封器在靠邊的位置，安裝在包裝機(jī)里時(shí)氣缸在包裝機(jī)里，縱封板露在外面實(shí)現(xiàn)縱封，不影響整體外觀。 圖5-1機(jī)架 1—縱封板 2—?dú)飧?3—導(dǎo)向柱 5.2整體尺寸設(shè)計(jì) 考慮到氣缸尺寸以及工作運(yùn)動(dòng)范圍，確定機(jī)架整體尺寸如圖5-2所示： 圖5-2縱封器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 六．心得體會(huì) 通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)顆粒包裝機(jī)方面的知識(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中雖然遇到了一些問(wèn)題，但經(jīng)過(guò)一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識(shí)欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。實(shí)踐出真知，通過(guò)親自動(dòng)手制作，使我們掌握的知識(shí)不再是紙上談兵。 在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。給我很多專(zhuān)業(yè)知識(shí)以及專(zhuān)業(yè)技能上的提升，給了我很多思，給了我莫大的空間。同時(shí)，設(shè)計(jì)讓我感觸很深。使我對(duì)抽象的理論有了具體的認(rèn)識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使我更好掌握了有關(guān)專(zhuān)業(yè)方面的知識(shí)；熟練了繪圖軟件的操作；了解了各種包裝機(jī)的工作原理；以及如何提高計(jì)算和分析等等。 回顧起此課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，從理論到實(shí)踐，在這段日子里，可以說(shuō)得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，但可喜的是最終都得到了解決。  參考文獻(xiàn) [1]戴遠(yuǎn)敬.立式袋成型包裝機(jī)中常用拉膜機(jī)構(gòu)分析[J].包裝與食品機(jī)械，1999,17,(1):7～10. 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