咖啡粉枕式包裝機(jī)橫封切斷裝置設(shè)計(jì)[三維PROE]

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稱重式又可分為電子秤、杠桿秤兩種。有些包裝機(jī)還采用組合式,如粗供料采用容積式, 精供料采用稱重式等。所用包裝材料主要是具有可熱封的塑料單膜和各種復(fù)合膜(如:紙—塑復(fù)合、塑—塑復(fù)合、鋁—塑復(fù)合等) 。包裝成形袋以扁平袋為多(如:枕形袋、三邊封口袋、四邊封口袋) 。熱封方式主要有:往復(fù)式、L 型閉合式、旋轉(zhuǎn)式。 在產(chǎn)品技術(shù)方面，包裝機(jī)的主要特點(diǎn)是： a. 速度高，品種多； b.精度高; c.可靠性高; d.自動(dòng)化和智能化水平高。 包裝機(jī)械是包裝工業(yè)的重要基礎(chǔ)，沒(méi)有現(xiàn)代化的包裝機(jī)械就沒(méi)有現(xiàn)代化的包裝工業(yè)。包裝機(jī)械的未來(lái)是各種高新技術(shù)、新機(jī)構(gòu)、新控制方法的高度結(jié)合，其技術(shù)特征將趨于“三高”，即高速、高效、高質(zhì)量，重點(diǎn)發(fā)展方向?qū)②呌诠?jié)能降耗、性能穩(wěn)定可靠、控制水平先進(jìn)、結(jié)構(gòu)緊湊、噪音低、效率高、操作簡(jiǎn)單、外觀造型更加注重美學(xué)設(shè)計(jì)、控制和操作更加趨于人性化。[1] 本課題枕式包裝機(jī)來(lái)源于鹽城市盛和輕工機(jī)械廠，具體的內(nèi)容為咖啡粉枕式包裝機(jī)總體設(shè)計(jì)及橫封切斷裝置設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)前認(rèn)真研究被加工包裝的圖樣，研究其尺寸、形狀、材料、硬度、重量、加工部位的結(jié)構(gòu)及加工時(shí)進(jìn)行必要的消毒和對(duì)操作人員身體健康要求等內(nèi)容，為設(shè)計(jì)提供大量的數(shù)據(jù)、資料，作好充分的、全面的技術(shù)準(zhǔn)備。在準(zhǔn)備了充足的資料之后,進(jìn)行分析與整理?？傮w的主要設(shè)計(jì)任務(wù)是進(jìn)行咖啡粉枕式包裝機(jī)總體設(shè)計(jì),在完成總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上，主要完成其橫封切斷裝置的設(shè)計(jì). 使設(shè)備既能滿足包裝要求，保證包裝膜對(duì)正，便于調(diào)整；又能使其運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；便于維修。 2 咖啡粉枕式包裝機(jī)總體設(shè)計(jì) 咖啡粉枕式包裝機(jī)總體設(shè)計(jì)，通常是根據(jù)與用戶簽定的合同和技術(shù)協(xié)議書(shū),針對(duì)具體加工對(duì)象，擬訂結(jié)構(gòu)方案，并進(jìn)行方案圖樣和有關(guān)技術(shù)文件的設(shè)計(jì)。 2.1 總體方案論證 咖啡粉包裝機(jī)總體方案的擬訂是進(jìn)行機(jī)器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步。因?yàn)榭傮w方案在很大程度上決定了機(jī)器的結(jié)構(gòu)配置和使用性能。因此，應(yīng)根據(jù)粉劑物料的形態(tài)要求和特點(diǎn)，按一定的原則、結(jié)合一般食品機(jī)械常用的設(shè)計(jì),使用方法、充分考慮各種因素，并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析后擬訂出先進(jìn)、合理、經(jīng)濟(jì)、可靠的總體方案。 2.1.1功能與應(yīng)用范圍 咖啡粉枕式包裝機(jī)自上世紀(jì)五十年代開(kāi)發(fā)到現(xiàn)在已有數(shù)十年了，當(dāng)時(shí)開(kāi)發(fā)出的機(jī)種功能單一，應(yīng)用范圍窄，但是容易實(shí)現(xiàn)、可靠。電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)通過(guò)三角帶(或稱為V形帶)或平皮帶輸送給分配軸，再由分配軸分給計(jì)量裝置、豎封切斷裝置、橫封切斷裝置、輸出包裝物等，只能對(duì)單一內(nèi)裝物及同一尺寸的內(nèi)裝物進(jìn)行包裝。這樣就存在有如下幾個(gè)問(wèn)題: (a)包裝機(jī)的生產(chǎn)能力不可改變; (b)包裝機(jī)對(duì)內(nèi)裝物尺寸變化的適應(yīng)性差; (c)橫封封切時(shí)的線速度與豎封牽引供送的速度應(yīng)該一致，但必須改變橫封封切的運(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)實(shí)現(xiàn)。橫封切斷的運(yùn)動(dòng)規(guī)律問(wèn)題; (d)供送內(nèi)裝物、供送薄膜、豎封牽引、橫封切斷等的最佳配合問(wèn)題; (e)是否要配備離合器，對(duì)調(diào)試是至關(guān)重要的。 (f)對(duì)刀的調(diào)整問(wèn)題; (g)當(dāng)有印刷圖案時(shí)，保證圖案的完整性的問(wèn)題。 考慮到市場(chǎng)的深入，人們對(duì)產(chǎn)品追求多元化、個(gè)性化。故產(chǎn)品的包裝范圍要廣、功能要齊全、速度要快。加上我國(guó)超市的發(fā)展，推動(dòng)咖啡粉枕式包裝機(jī)的發(fā)展，也提出了相適性的功能與適用范圍的需求問(wèn)題 適用的范圍如下: (a)包裝材料:防潮玻璃紙、涂塑玻璃紙、聚乙烯、聚丙烯、袋包紙、鋁箔以及其他復(fù)合材料 (b)包裝物品:面包、糕點(diǎn)、蔬菜、加工食品、醫(yī)藥品、機(jī)械零件、咖啡粉及其他等粉狀物品[3] 2.1.2 工藝分析 咖啡粉枕式自動(dòng)包裝機(jī)是針對(duì)粉狀物件進(jìn)行外包裝的一種手段。在工藝分析 中，首先對(duì)內(nèi)裝物物件的特性、包裝材料和包裝過(guò)程作詳細(xì)的分析和研究，并對(duì) 單功能機(jī)的分析，進(jìn)行擴(kuò)展其功能，如擴(kuò)展它的包裝尺寸范圍、擴(kuò)展它的包裝物 件、擴(kuò)展它的包裝材料、擴(kuò)展它的包裝生產(chǎn)力等。這些擴(kuò)展涉及到的主要部件的 分析比較，以便得出可靠的機(jī)構(gòu)。 (a)粉體物料的特性工藝分析 粉狀物體可以是包裝咖啡粉、味精、感冒沖劑及其它顆粒性物料。一般來(lái)說(shuō)在設(shè)計(jì)時(shí)，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，針對(duì)類型范圍相近的物件進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此就會(huì)選擇一些相近的物件在同一臺(tái)機(jī)上包裝。另一方面，內(nèi)裝物的變化，只需簡(jiǎn)單更改零件就可以了。如尺寸大小變更可以調(diào)整成型器或更換成型器，其它的可以只是簡(jiǎn)單調(diào)整。易碎的物件可以在豎封牽引、橫封切斷器上粘貼一些緩沖的物料，而無(wú)需更換零件就可以使機(jī)械適應(yīng)范圍廣?？偠灾?，咖啡粉枕式包裝機(jī)的適用范圍極廣，只要是成粉狀物件一般都可以包裝。 (b)包裝材料的要求 包裝紙的選擇在包裝機(jī)設(shè)計(jì)中也是重要的。塑料包裝的問(wèn)世，引起了包裝機(jī)的革命。使包裝工藝、包裝技術(shù)發(fā)生了巨大變化。如塑料包裝，可以采用高頻加熱熱封包裝、或電熱絲脈沖熱封包裝。如袋裝的味精、小兒感冒沖劑等，目前食品、醫(yī)藥行業(yè)采用聚乙烯薄膜包裝是很廣泛的;紙張經(jīng)涂塑料后的復(fù)合材料包裝也被廣泛使用，如糖果等。 咖啡粉枕式自動(dòng)包裝機(jī)多采用PP卷和聚乙烯涂塑紙等復(fù)合材料等?？紤]到在薄膜牽引時(shí)，薄膜要受較大的張力，一般說(shuō)來(lái)，包裝的速度越高，包裝材料越容易被拉斷。如果包裝紙的拉力強(qiáng)度不夠，勢(shì)必影響包裝速度的提高。因此，選擇包裝紙的質(zhì)量是十分重要的。在此設(shè)計(jì)過(guò)程中我們采用PP卷。 (c)包裝工藝方案的擬定 由分析可知，包裝工藝路線是:薄膜經(jīng)牽引輥牽引由導(dǎo)向輥進(jìn)入成型器，再經(jīng)豎封牽引器牽引并封邊使PP卷薄膜成型袋筒形. 如圖2.1所示，是咖啡粉枕式自動(dòng)包裝機(jī)圖。PP卷在走帶裝置牽引下，牽引PP卷間隙式前進(jìn)，在通過(guò)成型器時(shí)被折成筒狀，計(jì)量裝置將計(jì)量好的物料—咖啡粉送入成型器中的筒狀材料內(nèi)，物品便隨同材料一起前進(jìn)，豎封裝置將包裹在筒柱狀的PP卷豎向熱封，后經(jīng)走袋裝置下拉至橫封裝置。橫封切斷器熱封咖啡袋的左端和右端，同時(shí)在中間切斷分開(kāi)，切斷分開(kāi)的咖啡帶靠自重掉入料倉(cāng)輸出成品。從工藝上分析可知，為達(dá)到高速，要優(yōu)化橫封切斷器的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。由于橫封裝置靠凸輪構(gòu)件作間隙式往復(fù)運(yùn)動(dòng)，是否適宜高速運(yùn)行，要對(duì)橫封切斷器進(jìn)行詳細(xì)分析。 為滿足其多功能，橫封裝置和豎封裝置都可以進(jìn)行細(xì)微調(diào)整，來(lái)適應(yīng)不同內(nèi)裝物的尺寸，達(dá)到滿足大范圍包裝。簡(jiǎn)單更改成形器，可以使其滿足包裝內(nèi)裝物尺寸的變化，如寬度和高度。簡(jiǎn)單調(diào)整計(jì)量裝置的計(jì)量容積，可以包裝不同重量的咖啡粉。因此，要完成其多功能、范圍廣、高速度等，就必須設(shè)計(jì)出更為合理的機(jī)構(gòu)來(lái)滿足要求 2.1.3總體布局 包裝工藝確定以后，要考慮如何實(shí)現(xiàn)這種包裝動(dòng)作。因此，要求選擇合適的傳動(dòng)、操作和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這些機(jī)構(gòu)組成若干個(gè)部件，這些部件相互位置怎樣安排?它們又是怎樣聯(lián)系和形成一個(gè)完整的總體?這就是包裝機(jī)總體設(shè)計(jì)的任務(wù)。 包裝機(jī)的傳動(dòng)與控制機(jī)構(gòu)，可以采用機(jī)械式，液壓式，或氣動(dòng)式。應(yīng)根據(jù)產(chǎn) 品的特點(diǎn)、生產(chǎn)能力、使用者的情況等具體條件以及機(jī)器動(dòng)作的復(fù)雜程度而定。 咖啡粉枕式自動(dòng)包裝機(jī)一般包裝速度在(3050袋/min)，最高可以達(dá)到(100袋/min)。要實(shí)現(xiàn)這樣高的包裝速度，而且要保證動(dòng)作的相互協(xié)調(diào)和工作可靠穩(wěn)定，用液壓式或氣動(dòng)式控制機(jī)構(gòu)尚有困難，因?yàn)橐后w和氣體有可壓縮性，而且油液的粘度大，高速換向運(yùn)動(dòng)時(shí)慣性沖擊大、發(fā)熱高，液壓還會(huì)因溫度升高而使粘度變化，影響動(dòng)作的準(zhǔn)確性，所以一般只用于活塞往復(fù)動(dòng)作在30袋/min左右的機(jī)械。目前國(guó)內(nèi)外在咖啡粉枕式自動(dòng)包裝機(jī)中大多采用機(jī)械傳動(dòng)方式。因?yàn)檫B桿、凸輪機(jī)構(gòu)一經(jīng)調(diào)整后就能嚴(yán)格保證動(dòng)作的可靠性，并且能實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的動(dòng)作，并配合當(dāng)今的電子技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)，更進(jìn)一步提高生產(chǎn)率 圖2.1 咖啡粉枕式包裝機(jī)總裝圖 根據(jù)以上分析，本畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的咖啡粉枕式自動(dòng)包裝機(jī)的總體設(shè)計(jì)和橫封裝置采用機(jī)械式控制系統(tǒng)，涉及有:鏈條傳動(dòng)，帶(齒形帶)傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng)，凸輪傳動(dòng)等機(jī)構(gòu)。 一臺(tái)包裝機(jī)由哪些幾部分組成，決定于包裝工藝的要求?？Х确壅硎阶詣?dòng)包裝機(jī)由以下部分組成: (a)傳動(dòng)系統(tǒng); (b)供紙裝置; (c)成形器部件; (d)走袋裝置; (e)豎封裝置; (f)橫封切斷裝置; (g)配電裝置和殺菌裝置。 布局形式的選定，最主要根據(jù)包裝工藝的特點(diǎn)即決定于包裝的工藝性。布局形式要便于包裝，使機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化，工人操作和維修方便。根據(jù)包裝工藝，咖啡粉枕式自動(dòng)包裝機(jī)布局形式宜采用立式布局，這樣便于進(jìn)料、送紙、包裝、封切等。因咖啡粉狀物料易自動(dòng)落料，所以省去一些輔助送料裝置。 在設(shè)計(jì)中總體布局要求: (a)傳動(dòng)系統(tǒng)力求簡(jiǎn)潔，在能滿足多功能基礎(chǔ)上保證結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單; (b)機(jī)械操作，調(diào)整簡(jiǎn)單，易上手，裝拆方便，聯(lián)鎖防護(hù)可靠: (c)操縱面板位置因方便操作，同時(shí)也要考慮到食品的衛(wèi)生安全等等; (d)排料位置考慮方便安全，能不用動(dòng)力，靠自身重力安全落料; (e)外形美觀大方，移動(dòng)安裝方便。[10] 2.1.4工作循環(huán)過(guò)程 咖啡粉枕式自動(dòng)包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)適合于間隙式自動(dòng)包裝。 工藝是間隙的，只有在內(nèi)裝物供送時(shí)，每送入一件必須保證橫封切斷器封切一件。因此其工作循環(huán)過(guò)程比較簡(jiǎn)單。 2.2總體傳動(dòng)系統(tǒng) 傳動(dòng)系統(tǒng)是機(jī)器的重要組成部分，由它驅(qū)動(dòng)各個(gè)執(zhí)行部件，按工藝要求完成各種動(dòng)作。傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)精度，將直接影響機(jī)器的包裝加工質(zhì)量。傳動(dòng)系統(tǒng)的精度不高是機(jī)器振動(dòng)、噪音主要來(lái)源。傳動(dòng)系統(tǒng)直接影響機(jī)器結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，所以傳動(dòng)系統(tǒng)關(guān)系到機(jī)器的結(jié)構(gòu)和性能。 2.2.1傳動(dòng)系統(tǒng)的組成 由上面討論過(guò)的包裝工藝知，傳動(dòng)系統(tǒng)的組成由如下幾部分組成: (1) 供送薄膜; (2)內(nèi)裝物件供送; (3)豎封裝置的運(yùn)動(dòng); (4)橫封切斷器裝置的運(yùn)動(dòng)。 由包裝工藝及循環(huán)過(guò)程知，它們的幾部分傳動(dòng)要求是: (1)內(nèi)裝物供送的推頭間距應(yīng)與袋長(zhǎng)相適應(yīng)。一般來(lái)說(shuō)在高速接縫式自動(dòng)包裝機(jī)中，內(nèi)裝物供送的推頭間距應(yīng)取包裝物最長(zhǎng)的尺寸，以達(dá)到大范圍包裝的功能。理想情況是內(nèi)裝物被推送進(jìn)成型器時(shí)與包裝材料的速度大致協(xié)調(diào)。 (2)在工作時(shí)，橫封切斷裝置應(yīng)與包裝薄膜材料的運(yùn)動(dòng)速度相當(dāng)，以免橫封產(chǎn)生皺紋。為適應(yīng)不同袋長(zhǎng)要求，因使橫封切斷裝置封切瞬時(shí)的位移可微調(diào)。 (3)應(yīng)嚴(yán)格保證滿足橫封切斷裝置往復(fù)封切一袋咖啡粉時(shí)，走帶裝置下一步前進(jìn)一個(gè)咖啡帶長(zhǎng)的傳動(dòng)要求。 (4)橫封切斷裝置應(yīng)在兩袋之間的中間位置熱封并切斷。 對(duì)于走袋裝置，它的運(yùn)動(dòng)首先要保持PP卷在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中有適宜的張緊力;其次它們的運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)與供送袋長(zhǎng)相適應(yīng)。當(dāng)包裝薄膜材料印有商標(biāo)圖案，并要求圖案與物品始終保持相對(duì)位置時(shí)，則需要自動(dòng)補(bǔ)償供送長(zhǎng)度與圖案間距不一致所造成的積累誤差。 3 咖啡粉枕式包裝機(jī)橫封切斷裝置設(shè)計(jì) 全自動(dòng)制袋包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)組成,除去動(dòng)力、傳動(dòng)和輸送部分及控制系統(tǒng)外,主要由制袋裝置、計(jì)量充填裝置、封口切斷裝置等構(gòu)成。該機(jī)主要適用于顆粒狀、粉狀及流體或半流體物料的小袋包裝。 3.1基于功能原理與功能分析方案設(shè)計(jì) 基于功能原理與功能分析方案設(shè)計(jì)的任務(wù)是:針對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的某些確定的功能要求，去尋找某些物理效應(yīng)、原理方法，并借助一些作用原理來(lái)求得實(shí)現(xiàn)這些功能目標(biāo)的解法原理。在功能方案設(shè)計(jì)中常常引入某種新技術(shù)、新工藝、新材料，它首先要求設(shè)計(jì)者要有新想法、新構(gòu)思。同時(shí)同一功能要求可以采用不同的工作原理來(lái)實(shí)現(xiàn)，而同一種工作原理，又可以采用不同的實(shí)現(xiàn)方法，從而等到不同的方案設(shè)計(jì)。 當(dāng)明確了設(shè)計(jì)任務(wù)后，把要實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行功能分析，分析其總功能。為了便于實(shí)現(xiàn)，一個(gè)系統(tǒng)的總功能常常需要分解成若千個(gè)分功能，并相應(yīng)找到實(shí)現(xiàn)各分功能的原理方案，如果分功能還是太復(fù)雜，則可進(jìn)一步分解為更低層次的分功能。一個(gè)同時(shí)對(duì)總功能進(jìn)行功能分解，可以得到不同的功能元，再通過(guò)系統(tǒng)搜索得到一系列的功能元解，從而形成功能元矩陣，就可以得到若千種組合方案。機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的最終目的是要尋求一種既能實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能要求、又能性能優(yōu)良、價(jià)格低廉的最佳方案。最后通過(guò)對(duì)各種方案進(jìn)行分析、比較，經(jīng)過(guò)科學(xué)的評(píng)價(jià)和決策，才能獲得最佳方案。 間歇式橫封機(jī)構(gòu)是制袋封口機(jī)中最重要的機(jī)構(gòu)之一。它是利用加熱元件配合相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)包裝袋的橫向(頂部或底部) 封口。常用的橫封機(jī)構(gòu)有氣動(dòng)式、機(jī)械式和機(jī)械氣缸組合式3種。氣動(dòng)式需要兩個(gè)以上專門(mén)的氣缸和供氣系統(tǒng); 機(jī)械氣缸組合式是經(jīng)多個(gè)典型的機(jī)構(gòu)(如多桿組合機(jī)構(gòu)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、凸輪擺桿機(jī)構(gòu)或曲柄擺桿機(jī)構(gòu)等) 與氣缸組合而成; 常用的機(jī)械式橫封機(jī)構(gòu)是多桿機(jī)構(gòu)或成組的齒輪擺桿機(jī)構(gòu), 存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造安裝調(diào)試較困難以及工作可靠性偏低等問(wèn)題。 凸輪滑桿間歇橫封機(jī)構(gòu)是在廣泛吸收各種間歇橫封機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上, 進(jìn)行結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化后而得到的一種創(chuàng)新機(jī)構(gòu)。它可以取代現(xiàn)有的多種間歇橫封機(jī)構(gòu), 并可應(yīng)用于高速自動(dòng)制袋機(jī)中。 就具體到本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō),設(shè)計(jì)者所設(shè)計(jì)的橫封裝置是通過(guò)凸輪來(lái)進(jìn)行往復(fù)的壓切咖啡粉包裝袋,使其獲得要達(dá)到的運(yùn)動(dòng)目的.機(jī)構(gòu)的部裝圖詳見(jiàn)圖3.1。[6] 3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 凸輪滑桿間歇橫封機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖如圖所示。其結(jié)構(gòu)主要由橫封滑桿、回位彈簧和旋轉(zhuǎn)凸輪部分組成。 橫封滑桿在凸輪驅(qū)動(dòng)下, 作往復(fù)移動(dòng), 在移動(dòng)過(guò)程中將筒狀包裝材料進(jìn)行夾持。其夾持部位嵌有加熱器使包裝材料封口處受熱熔化并使之夾緊, 從而實(shí)現(xiàn)封合。包裝材料被夾持壓緊的時(shí)間與程度均與凸輪和滑桿有關(guān), 應(yīng)在機(jī)構(gòu)安裝時(shí)調(diào)試決定。 回位彈簧與凸輪配合,使滑桿能準(zhǔn)確地靠住凸輪輪廓, 在包裝材料的移動(dòng)過(guò)程中, 完成夾持、開(kāi)合的動(dòng)作。凸輪是保證在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成封合的關(guān)鍵機(jī)構(gòu), 凸輪旋轉(zhuǎn)一周, 完成一個(gè)袋的封口。凸輪的結(jié)構(gòu)與行程決定著袋的高度和封口效果, 一般都采用圓盤(pán)凸輪。凸輪的結(jié)構(gòu)特性取決于包裝機(jī)的制袋規(guī)格和充滿物料后的體積( 特別是截面尺寸) 及包裝袋的輸送( 移動(dòng)) 速度。 整個(gè)機(jī)構(gòu)由機(jī)架支承。凸輪由動(dòng)力傳送機(jī)構(gòu)(也可直接由電機(jī)) 帶動(dòng)旋轉(zhuǎn), 由它驅(qū)動(dòng)嵌有加熱元件的滑桿總成?；瑮U總成有作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的內(nèi)外封合機(jī)構(gòu), 而內(nèi)外封合機(jī)構(gòu)則通過(guò)拉簧拉緊至與凸輪接觸。凸輪旋轉(zhuǎn)時(shí), 使內(nèi)外封合機(jī)構(gòu)作往復(fù)移動(dòng)并實(shí)現(xiàn)封口處兩熱封器間歇開(kāi)合; 兩熱封器張開(kāi)時(shí), 裝滿定量物品的長(zhǎng)條袋(塑料類軟性包裝材料向下移動(dòng), 移動(dòng)一個(gè)袋高距離時(shí)停止, 凸輪驅(qū)動(dòng)兩熱 圖3.1 橫封裝置部裝圖 封器合攏, 最后將其包裝封壓緊, 使包裝袋受熱加壓而封口。緊接著機(jī)構(gòu)再進(jìn)行下一個(gè)封口動(dòng)作) 。 這種機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕巧, 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn), 易于調(diào)節(jié)控制, 且制造成本較低。 3.3機(jī)構(gòu)分析 機(jī)構(gòu)分析包括受力分析、運(yùn)動(dòng)分析和工藝分析。 3.3.1受力分析 (a)凸輪受力分析 凸輪受驅(qū)動(dòng)力(凸輪軸上的作用力)、滑桿總成的作用力和凸輪本身的慣性力。凸輪驅(qū)動(dòng)力等于滑桿總成作用力與凸輪慣性力之和, 而滑桿總成的作用力由正壓力和接觸點(diǎn)處的摩擦力組成。即: P = F + Q = f + N + Q (1) 式中: P —凸輪驅(qū)動(dòng)力 F —滑桿總成作用力(F= f + N ) f —凸輪滑桿接觸處的摩擦力 N —凸輪滑桿接觸處的正壓力 Q —凸輪慣性力 (b)滑桿總成受力分析 滑桿總成受力就是內(nèi)外滑桿的受力, 當(dāng)滑桿質(zhì)量相等時(shí), 其內(nèi)外滑桿受力大小相等、方向相反, 正因?yàn)檫@一特點(diǎn)使得包裝機(jī)在間歇封口時(shí)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。內(nèi)外滑桿受力表達(dá)式為: N = T + QG+ fG+ W (2) 式中:N —凸輪滑桿接觸處的正壓力, 即凸輪推動(dòng) 滑桿運(yùn)動(dòng)的力 T—彈簧(拉簧) 拉力 QG—滑桿慣性力 fG—滑桿與機(jī)架導(dǎo)軌間的摩擦力 W —包裝袋封口處對(duì)滑桿上熱封器的作用力 (c)包裝袋封口處受力分析 包裝袋封口處垂直方向上受包裝成袋物品的重力(一袋重或多袋重, 封口切斷時(shí)為單袋重, 只封不切為多袋重) , 而在水平方向上就只有熱封器的壓力。該力在封口時(shí)由包裝材料受壓的變形能和處彈性元件的受壓變形能抵消。 3.3.2運(yùn)動(dòng)分析 本創(chuàng)新機(jī)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)之一就是在水平面上受力處于封閉平衡狀態(tài)。其運(yùn)動(dòng)對(duì)于兩滑桿來(lái)說(shuō),也是封閉的, 即內(nèi)滑桿與外滑桿運(yùn)動(dòng)方向互逆。當(dāng)兩者質(zhì)量完全相等時(shí), 其運(yùn)動(dòng)的位移大小、速度和加速大小均相等。在封袋時(shí), 靠?jī)?nèi)外滑桿的力同時(shí)作用在包裝袋封口處。當(dāng)把包裝袋拋開(kāi)時(shí), 實(shí)際上也是內(nèi)外滑桿的兩個(gè)大小相等、方向相反的作用力再加上內(nèi)外滑桿兩方向相反慣性力發(fā)生作用,也就是內(nèi)滑桿的慣性力和熱封作用力對(duì)外滑桿的慣性力和熱封作用力發(fā)生碰撞作用。為避免在熱封時(shí)產(chǎn)生沖擊與振動(dòng), 除調(diào)整時(shí)保證有一定的間隙外, 更主要的是通過(guò)凸輪設(shè)計(jì)來(lái)解決。 將凸輪設(shè)計(jì)為等加速與等減速運(yùn)動(dòng)的圓盤(pán)(盤(pán)狀) 對(duì)稱凸輪。也就是使滑桿在行程運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行壓合(內(nèi)外滑桿向包裝袋靠攏) 時(shí)前半個(gè)行程作等加速運(yùn)動(dòng), 后半個(gè)行程作等減速運(yùn)動(dòng), 且加速度與減速度絕對(duì)值完全相等?；瑮U作回程運(yùn)動(dòng)時(shí)先作等加速后作等減速運(yùn)動(dòng), 以減小滑桿回到凸輪基圓時(shí)的慣性沖擊。封口處熱封器張開(kāi)的時(shí)間和寬度用凸輪驅(qū)動(dòng)滑桿運(yùn)動(dòng)控制, 要保證一個(gè)袋長(zhǎng)(單袋) 能準(zhǔn)確順利地下移到位。在袋的規(guī)格變化后, 應(yīng)能通過(guò)凸輪的控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。 3.3.3工藝分析 包裝工藝最關(guān)鍵的是凸輪運(yùn)動(dòng)能驅(qū)動(dòng)滑桿使內(nèi)外熱封器張開(kāi)到所要求的寬度, 并使一袋的高度距離下移到位, 然后馬上合攏, 使袋在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)壓合封牢。 當(dāng)裝入定量物料后的袋形尺寸規(guī)格(高度和斷面尺寸等) 發(fā)生變化時(shí), 整個(gè)機(jī)構(gòu)必須能調(diào)節(jié),應(yīng)充分考慮對(duì)凸輪的運(yùn)動(dòng)控制、熱封器的安裝調(diào)節(jié)以及滑桿與凸輪接觸處的結(jié)構(gòu)與調(diào)節(jié)元件等,以滿足變化后的要求。 由于內(nèi)滑桿尺寸比外滑桿大, 而為了保證封口質(zhì)量和機(jī)械運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性, 應(yīng)設(shè)法使內(nèi)外滑桿質(zhì)量相等。具體而言, 可在選材時(shí)加以考慮。 3.4關(guān)鍵部件設(shè)計(jì) 創(chuàng)新機(jī)構(gòu)的典型部件主要是凸輪。凸輪的形狀及凸輪輪廓曲線決定著整個(gè)機(jī)構(gòu)的工作性能, 設(shè)計(jì)不當(dāng)會(huì)影響整個(gè)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作及效率。將凸輪設(shè)計(jì)成等加速與等減速運(yùn)動(dòng)對(duì)稱圓盤(pán)凸輪。這樣可以保證凸輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí), 滑桿不致于產(chǎn)生剛性沖擊, 同時(shí)還可消除振動(dòng), 提高包裝機(jī)的工作平穩(wěn)性。所示為凸輪輪廓示意圖?；瑮U在凸輪驅(qū)動(dòng)下作等加速和等減速運(yùn)動(dòng)。即滑桿在一個(gè)行程h 中, 前半行程0～ (對(duì)應(yīng)凸輪轉(zhuǎn)角為0～, 對(duì)應(yīng)滑桿移動(dòng)時(shí)間為0～) 間滑桿作等加速運(yùn)動(dòng)。 式中: 0和——分別為滑桿完成一個(gè)行程h 時(shí)凸輪轉(zhuǎn)過(guò)的角度和滑桿所需時(shí)間。 圖3.2 凸輪輪廓示意圖 滑桿作等加速運(yùn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)方程可寫(xiě)為: (3) 當(dāng)滑桿作等減速運(yùn)動(dòng)時(shí), a 為負(fù)值, 分別將初始條件代入式(3) 并以和0代替t和, 得到滑桿的運(yùn)動(dòng)方程表達(dá)式( , 為凸輪旋轉(zhuǎn)角速度) : (4) (5) 式(4) 為從0～時(shí)的等加速運(yùn)動(dòng); 式(5)為從～0時(shí)的等減速運(yùn)動(dòng)。同理, 可得出滑桿從凸輪頂部返回(回程) 作等加速和等減速運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程如下: (1) 從0～0/2 時(shí)的等加速運(yùn)動(dòng)方程: (6) (2) 從0/2～ 0時(shí)的等減速運(yùn)動(dòng)方程: (7) 由式(4)、(5)、(6)、(7) 可繪出滑桿完成一次封口包裝的位移線圖。 圖3.3 凸輪位移線圖 速度和加速度線圖同理,可繪出. 圖3.4 滑桿零件輪廓圖 由滑桿運(yùn)動(dòng)線圖可知, 在某些點(diǎn)上有加速度突變, 滑桿的慣性力也會(huì)有突變, 會(huì)產(chǎn)生沖擊, 但因?yàn)閼T性力突變值有限, 比起其它運(yùn)動(dòng)方式?jīng)_擊要小, 在機(jī)械傳動(dòng)中也稱之為柔性沖擊。除凸輪外, 滑桿結(jié)構(gòu)及其選材和機(jī)械加工也必須加以注意, 滑桿整體重量應(yīng)盡可能輕, 內(nèi)外滑桿重量應(yīng)盡可能一致。由于凸輪高速連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn), 滑桿與凸輪相接觸處始終處于高速摩擦狀態(tài), 故凸輪輪廓以及滑桿與凸輪輪廓相接觸的零件都必須選用耐磨材料:45鋼. 3.5其他設(shè)計(jì)計(jì)算 3.5.1分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)間 凸輪驅(qū)動(dòng)滑桿, 使滑桿上熱封器間歇開(kāi)合。開(kāi)啟的時(shí)間必須保證包裝袋單袋高度移動(dòng)到位。合攏時(shí)進(jìn)行封口, 封口時(shí)間應(yīng)在保證封牢的前提下盡可能短。機(jī)構(gòu)開(kāi)合運(yùn)動(dòng)時(shí)間越短, 機(jī)械效率就越高。 3.5.2分析機(jī)構(gòu)移動(dòng)位移 凸輪控制著滑桿的封口器開(kāi)啟大小, 其開(kāi)啟大小必須保證包裝袋充滿物料后能順利下移, 但不能開(kāi)啟太大, 否則影響效率。另外, 要隨著包裝規(guī)格的改變, 調(diào)節(jié)開(kāi)啟寬度, 保證工作效率。 3.5.3分析機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié) 機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)包括整機(jī)調(diào)節(jié)與部件機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)。應(yīng)使凸輪驅(qū)動(dòng)與滑桿運(yùn)動(dòng)能滿足整機(jī)調(diào)節(jié)的要求,而部件機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)則應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單方便。主要是調(diào)節(jié)凸輪控制機(jī)構(gòu)和滑桿上熱封器開(kāi)合位移, 可通過(guò)在與凸輪輪廓相接觸部位加墊塊, 或調(diào)整滑桿上有關(guān)構(gòu)件的安裝固定位置等, 或設(shè)計(jì)一組便于更換的凸輪等方法解決。 3.5.4壓簧的設(shè)計(jì)與計(jì)算 根據(jù)橫封裝置所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，要求設(shè)計(jì)一彈簧。由于咖啡粉枕式包裝機(jī)橫封切斷裝置設(shè)計(jì)中的凸輪運(yùn)動(dòng)所要推動(dòng)導(dǎo)桿的力不是很大，所以設(shè)定彈簧最大工作載荷F2=200N，估取彈簧絲直徑d=6mm。具體計(jì)算請(qǐng)見(jiàn)下表： 項(xiàng)目 公式或經(jīng)驗(yàn) 尺寸 1 材料 碳素 65Mn 2 彈簧類別 1類 3 估取彈簧絲直徑d--mm 6 4 拉伸強(qiáng)度極限 --Mpa 由估取彈簧絲直徑d初選 1716 5 許用剪切應(yīng)力τ--Mpa 0.3 514.800 6 剪切彈性模量G--Mpa 81500～78500, 78500 78500 7 拉壓彈性模量E--Mpa 202000～204000, 197000 8 中徑 由結(jié)構(gòu)定 48 9 旋繞比(彈簧指數(shù))C 4～10 8.000 10 補(bǔ)償系數(shù)(曲度系數(shù))K 1.184 11 最大工作載荷 --N 200 12 試算彈簧絲直徑 3.069 13 確定彈簧絲直徑d 6 14 重新計(jì)算旋繞比C 8.000 15 重新計(jì)算補(bǔ)償系數(shù)K 1.184 16 重新試算彈簧絲直徑 3.069 17 最終確定彈簧絲直徑d 6 18 最小變形量 由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定 8.2 19 工作行程h 由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定 50 20 最大變形量 =+h 58.2 21 彈簧工作圈數(shù)n 33.462 22 n圓整 8.500 23 彈簧剛度k--N/mm 13.528 24 最小工作載荷 --N 110.932 25 外徑D 54 26 內(nèi)徑 42 27 自由高度 由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定 100 28 壓縮彈簧細(xì)長(zhǎng)比b 1～5.3 2.083 29 總?cè)?shù) =+(2～2.5) 冷卷 10 30 死圈 1.500 31 節(jié)距t 11.059 32 軸向間隙δ δ=t-d 5.059 33 并緊高度 兩端磨平 57.000 34 0.30.7 理想值0.6 1.353 35 螺旋角α α rad 0.073 36 5---9度 4.194 37 展開(kāi)長(zhǎng)度L 1512.013 38 質(zhì)量ms g 329.184 39 疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算 40 最大循環(huán)剪應(yīng)力 134.004 41 最小循環(huán)剪應(yīng)力 74.326 42 安全系數(shù) 4.258 43 1.31.7 1.82.2 44 靜強(qiáng)度驗(yàn)算 45 剪切屈服極限taoS 46 安全系數(shù) 47 振動(dòng)驗(yàn)算 48 固有頻率 0.003 49 工件頻率 1400r/min 23.333 根據(jù)上面的一系列計(jì)算,可繪出壓簧的圖形,如圖 3.6咖啡粉枕式包裝機(jī)計(jì)量裝置三維爆炸圖 圖3.5 壓簧 在商品流通中人們對(duì)小袋商品的包裝提出了越來(lái)越高的要求,不僅要求包裝美觀、便于運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用方便和產(chǎn)品保質(zhì),而且要求包裝袋內(nèi)的商品計(jì)量準(zhǔn)確,誤差小?！坝?jì)量”是包裝過(guò)程中的重要組成部分,因此商品包裝的精確計(jì)量是包裝行業(yè)時(shí)刻關(guān)注的一項(xiàng)重要課題。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)也遇到了這方面的問(wèn)題，我們經(jīng)過(guò)分析后，決定采用容積式定量包裝計(jì)量裝置，它主要適用于視密度穩(wěn)定、容量較小的物料包裝計(jì)量。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,計(jì)量速度快,成本低,但準(zhǔn)確度低(一般只能達(dá)到3%～1 5%)。[4] 容杯式定量包裝計(jì)量裝置,分為固定和可調(diào)容杯式定量包裝計(jì)量裝置兩種。固定容杯式定量包裝計(jì)量裝置有兩種類型,一種適用于顆粒狀、粉狀物料包裝;另一種適用于粉狀物料包裝。適用于顆粒狀、粉狀物料包裝主要由料斗、定量杯、轉(zhuǎn)盤(pán)、刮板、粉罩、活門(mén)、轉(zhuǎn)軸及機(jī)架等組成。其工作原理為:轉(zhuǎn)盤(pán)帶動(dòng)定量杯在轉(zhuǎn)軸的作用下作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),當(dāng)定量杯轉(zhuǎn)入由刮板隔斷的料倉(cāng)時(shí),向其內(nèi)充填物料,同時(shí)料斗補(bǔ)充物料,以便定量杯充滿物料;當(dāng)定量杯轉(zhuǎn)出由刮板隔斷的料倉(cāng)時(shí),刮板將其上口物料刮平,保證各杯料高一致;當(dāng)定量杯轉(zhuǎn)到卸料口時(shí),由固定在機(jī)架上的頂桿撥開(kāi)其底部的活門(mén),物料經(jīng)下料管落入包裝袋,落料完畢再由頂桿關(guān)閉其底部的活門(mén),完成計(jì)量自動(dòng)落料的動(dòng)作要求。適用于粉狀物料包裝主要由料斗、定量杯、滑板、滑座、滑座蓋、支座、攪拌器及機(jī)架等組成。其工作原理同上相似。就本課題來(lái)講，我們選擇了固定定量包裝計(jì)量裝置。[2] 根據(jù)同組同學(xué)設(shè)計(jì)的二維圖，通過(guò)PRO/E2.0軟件繪制出了咖啡粉枕式包裝機(jī)計(jì)量裝置三維爆炸圖： (a)右側(cè)面 (b)左側(cè)面 (c)側(cè)視圖 (d)俯視圖 圖3.5 咖啡粉枕式包裝機(jī)計(jì)量裝置三維爆炸圖 4結(jié)論 通過(guò)對(duì)咖啡粉枕式包裝機(jī)的總體分析,研究了粉劑包裝工藝,運(yùn)用以前學(xué)過(guò)的機(jī)械原理,機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí),確定了咖啡粉枕式包裝機(jī)總體方案的論證.根據(jù)功能要求,設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單且實(shí)用的傳動(dòng)方案.對(duì)部件的主要零件—凸輪,進(jìn)行了力學(xué)分析.對(duì)與凸輪配合的軸進(jìn)行了校核計(jì)算.所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)是在吸取以前常見(jiàn)橫封機(jī)構(gòu)成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行的,具有具有如下特點(diǎn): (a)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 整個(gè)機(jī)構(gòu)中沒(méi)有特種加工的零件,所以加工方便、造價(jià)低、易于調(diào)試安裝。 (b)機(jī)器平穩(wěn)性好 運(yùn)動(dòng)中力系處于封閉平衡狀態(tài), 使機(jī)械傳動(dòng)運(yùn)行中沖擊振動(dòng)小。 (c)封口性能好 采用柔性沖擊凸輪輪廓曲線, 使得封口器在封口瞬時(shí)既降低了沖擊又保證了封口性能。 (d)實(shí)用價(jià)值高 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、造價(jià)低且調(diào)試方便。 (e)便于實(shí)現(xiàn)程序控制 本機(jī)構(gòu)可配上先進(jìn)的控制方式實(shí)現(xiàn)程序控制。 (f)更換構(gòu)件方便 滑桿總成包括熱封器及調(diào)整, 均為單件設(shè)計(jì)加工后組裝, 便于改變結(jié)構(gòu)及變更材料。 尚存在一些技術(shù)問(wèn)題,如對(duì)熱封器在燙頭內(nèi)部的布置路線還有待改進(jìn)與調(diào)整. 參考文獻(xiàn) [1] 胡家秀主編.機(jī)械零件設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999 [2] 陸振曦、陸守道主編.食品機(jī)械原理與設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，1995. 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