页数：51页文件大小：2.05 MB来源： 包装机械设计ppt课件
本课件讲包装机总体设计，先提出设计包装机在生产率、精度、自动化程度、制造与维修等方面的基本要求，再按总体方案设计与技术设计的步骤展开，重点讲包装工艺路线与工位数确定、机构选型、总体布局，以及工作循环图的绘制。
第九章 包装机总体设计：本章分为三节。
第一节设计包装机的基本要求设计包装机时,要使机械具有先进的技术性,良好的使用性和机械加工工艺性,就必须注意满足以下几项基本要求。
通常,当包装机的应用范围小时,它的结构较简单,生产率较高,而且易实现生产的自动化。
若扩大包装机的应用范围,虽然可以实现一机多用,但往往造成机械结构的复杂、提高成本。
因此要根据使用工厂的实际需要、物料性质、包装材料性质以及包装产品的批量来确定包装机的使用范围。
生产率又分为理论生产率和实际生产率,上述的定义是指的理论生产率；
但是,在实际生产中,有时要做生产的准备、要停机装添物料和包装材料、调试和维修机器、检验产品质量等,所以在实际生产中,一般用实际生产率来表示包装机的生产率,它是指一台包装机在一段时间内(一日、一班)的包装物料的数量。
设计中,在满足使用要求的前提下,要尽量提高生产率,措施是提高包装机的运动精度、自动化程度和可靠性,分散包装工序,增加包装执行机构数量,以及缩短辅助时间等。
精度分为静力精度、运动精度和动力精度。
它是由机械零件的加工精度和装配精度决定的.运动精度,是指包装机的工作部件运动均匀性和协调性。
它是由传动系统中零部件的设计、加工、装配和调整精度决定的。
它是由包装机的零部件的刚度、按触刚度、抗振性和热变形等因素决定的。
包装机的精度愈高,对机械的制造精度、零件材料的要求愈高,使机械制造成本高。
因此,包装机的精度必须根据各种要求,进行全面综合分析后再确定。
若上述工作全部由机器来完成,则称为全自动包装机。
包装机的自动化程度愈高,它的生产率愈高,工人的劳动强度愈低。
但是,机器的构造和控制系统则愈复杂,从而提高了机器的成本、增加了机器维修的难度。
所以,必须根据使用要求和上述各种因素来确定包装机的自动化程度。
提高机器的“三化”程度,可以减少零件和部件的品种,缩短机器的设计和制造周期,增加生产批量,便于组织生产、降低机器制造成本,有利于提高机器的质量；
便于维修和保养。
包装机的结构复杂、品种繁多,所以提高机器的“三化”程度是非常迫切的,但是,包装机的发展正处在新兴阶段,“三化”工作刚刚开始,这就要求在设计包装机时,必须对其“三化”给予极大的重视。
同时,设计者必须为机器的操作者着想,使操作者便于更换包装材料、添加物料，便于观察机器的工作情况、以及便于调整、维修和保养机器。
另外,要有安全保护装置,防止发生人身安全事故、机器损坏和包装质量事故等。
噪声能损伤人的听觉器官和生理机能,必须采取一定的措施降低噪声。
如提高零部件的制造精度、配合精度,减少机器的激振力,安装隔振和吸振装置等,使包装机的噪声不超过80dB(A)。
正品率是表示在一段时间内,被包装物料的总数与其中包装质量合格的数量之比；
包装机的工作质量高,能直接提高包装机的生产效率、降低产品成本,所以设计机器时应给予极大的重视。
因此,设计时应使包装机的外形美观、尺寸比例协调、颜色美观大方。
使操作者喜欢机器、有较高的工作情绪和安全感,以利于提高生产效率。
第二节包装机的设计步骤一、总体方案设计设计包装机的第一步,是进行总体方案的设计,即在充分调查研究的基础上,进行可行性分析论证,确定包装机的使用范围、包装工艺方法、初选各部件的结构和总体布局等。
这是整台机器技术设计的依据。
因此，在拟定总体方案时。
必须全面地考虑,使确定的方案既先进又经济效益高。
具体包括以下内容：1.调查研究(1)调查使用单位要求主要调查、了解被包装的种类、性质、尺寸、形状、包装方法和形式及对包装的要求、包装材料的种类、规格、特性及供应情况，了解操作工人对现有同类型包装机的意见、对新设计包装机的要求,了解工人的操作技术水平，并且要了解新设计包装机的工作环境,包装环境的温度、湿度等。
以及制造包装机的经验。
还要查阅国内外有关的各种科技文献,了解国内外同类机型机械的现状及发展趋势。
如果该项目是可行时,还必须提出方案的具体实施方案计划和措施,并请有关专家论证,然后报请主管部门审批。
拟定整台机的传动系统图、拟定包装机的工作循环图,在上述工作进行的同时进行总体布局、定出主要的技术参数、绘出包装机的总体图。
以上各阶段既有相对的独立性,又是互相密切联系的,在设计中可以交叉进行,减少不必要的返工,以便使设计工作周密地、有次序地进行,确保设计质量和进度。
第三节包装机总体方案设计总体方案设计是整机的关键性设计,它主要包括以下主要内容：一、确定包装机的使用范围按使用范围分,包装机可分为专用包装机、通用包装机和多用包装机。
确定使用范围的原则是：1.专用包装机若被包装的物料生产批量大、品种规格不变,可选用专用包装机,这样便于提高包装机的生产率和自动化程度。
这样可增加同类包装机的生产批量,减少包装机使用单位的设备投资费用,同时也降低了包装成本。
一般应跟据包装机使用单位的要求,在保证机械作用可靠性高、制造成本低的原则下,使包装机的应用范围广一些为宜。
鉴于被包装物料种类、规格繁多.包装材料的品种、规格和性能又各不相同,包装产品流通环境也各不相同,所适用的包装工艺也各不相同。
导致包装机的结构也各不相同,所以包装工艺是整台机设计的依据.1.确定包装方法和形式(1)分析包装物料的性质常用的物料按其状态可分为块状、粉状、颗粒状、流体状,应采用的包装方法和形式也各不相同,如流体物料常采用常压灌装法、等压灌装法、真空灌装法等。
为了保证包装的质量,如装啤酒宜采用等压灌装法、桔汁宜采用真空灌装法,另外,同一种物料,当规格相同时,也可以采用不同的包装形式,如糖块可选用裹包方法中的单端及双端扭结式、端折式、袋装式等。
这时要在充分分析、比较的基础上,选择能使包装机结构简单的包装方法和形式。
1-供送物料2-供送包装材料3-长接口折边及第一次热封4-长接口边第二次热封5-两侧面折边6-侧面第一次热封7-包装件翻转8一侧面第二次热封
用来表示这种顺序的图称为包装程序图,如图9.1所示为某种块状物料裹包时的包装程序图。
有的包装方法和形式往往就决定了包装程序,如液体真空灌装程序是升瓶一抽气一灌液一排除余液一降瓶。
有的包装方法和形式相同,可以用不同的包装程序来完成,如图9.2所示是裹包方法中的折叠式包装。
图(a)是物料在上下和左右移动中完成包装,图(b)所示是物料在平行移动和翻转过程中完成包装,图(c)所示是物料在一条直线上移动的过程中完成包装,从图中看出不同的包装程序将使包装机的有关结构和总体布局不相同,应选择使包装机械结构简单、便于总体布局的包装程序,程序是包装机总体布局的依据,必须给予充分的重视。
常见的工艺路线有直线型、阶梯型、圆孤型和组合型。
图9.2(C)是折叠式裹包的卧式直线型工艺路线图。
图9.4所示是充填一封口机的圆孤型工艺路线图。
图9.2 裹包包装程序图
图9.4 圆弧型工艺路线1、2-供袋3-张袋4-充填5-排气6-横封口7-输出图9.3 阶梯形工艺路线图
图9.5是液体灌装机的圆弧型工艺路线图。
灌装过程是在主轴旋转,瓶子在分配盘的旋转过程中完成的。
如图9.2(b)和图9.6所示。
包装工艺路线直接影响包装机的外形、操作条件、执行机构数目和包装机的生产率、成本等。
为了搞好包装机设计,必须分析各种工艺路线的特点,找到最佳的工艺路线。
工位数应根据包装程序、包装工艺路线和包装机的生产率等选定。
a,间歇运动式多工位包装机物料在包装过程中,由一个包装工位转移到另一包装工位的运动形式是间歇式的。
b.连续运动式多工位包装机
物料在包装过程中,由一个包装工位转移到另一个包装工位是由主传送机构驱动作连续运动的。
它又分为单头式和多头式。
单头式：是在一台包装机中,完成同一包装操作的执行执构只有一个。
多头式：是在一台包装机中,完成同一包装操作的执行机构有数个。
当物料的包装工艺方法很复杂,包装程序多,需要多个包装执行机构时,优先选择多工位包装机。
这样可以将各包装工序分散在几个工位上完成,有的包装工序可在物料的运动转移过程中完成,有利于包装机的总体布局。
当要求包装机具有较高的生产率时,应选用多工位包装机。
另外,也有特殊情况,有的包装工序多,但是包装工序操作必须在一个位置上不动的情况下完成包装,所需的执行机构也多,此时应选择单工位包装机。
如捆扎机有12个捆扎工序,它是单工位包装机。
当包装工艺方法比较简单,所需要的包装执行机构比较少,生产率要求高时,应选用连续运动型包装机。
其中,如果包装工序不是很多,要求生产率较高,采用连续运动型时不会使执行机构变得很复杂时,应选择单头式连续运动型包装机。
如果包装工序数少,相应的包装执行
机构数目也少,同时要求生产率比较高时,应选用多头连续运动型包装机。
如果包装工序中,某一个工序要求时间长时,则可选这个工序为多头型执行机构,其余工序选用单头型执行机构。
包装机主要由被包装物料整理和计量供送机构、包装材料的整理和供送机构、包装执行机构、主传送机构、包装成品输出机构、控制、操纵机构、传动系统和支承件组成。
每个组成机构有多种结构型式,驱动各个机构运动的机构型式也是多种多样的,所以要在全面综合考虑的基础上加以选择。
选择各组成机构的具体结构时,要从使用性能和环境、设计和制造能力、生产成本等因素加以考虑,选择使结构简单、紧凑,便于加工、便于操作、便于总体布局的结构型式。
选择驱动机构时,必须严格分析每一包装动作的运动规律、调节范围,如明确工作行程和回程运动的速度和加速度的规律、停歇位置、明确各个执行机构在整个包装循环周期内相互配合关系。
要分析各驱动机构的运动速度和运动精度,如当对机构的运动速度和精度要求高时,就不宜采用液压和气压传动；
当对机构的运动速度和精度没有较高的要求，而使用工厂又有压缩空气源时,则可选用气压传动。
当包装机的速度要在一定范围内调整时,可选用有级或无级调速。
另外,为了便于包装机总体布局,可选用组合机构来实现包装执行机构的复杂动作。
选择机构时,要选出多种方案,并且画出机构简图,经过充分的对比后再确定。
总体布局时,一般以主传动系统为基准,本着从粗到细、从简单到复杂的原则,周密分析各种因素的影响,经过多次反复布置才能完成。
在机器造型设计时,必须懂得造型要素的形状、色彩、比例、平衡、调和等美学法则。
根据包装工艺路线图,以主传送系统为基础,将各个执行件安排在相应的位置上。
再安排各个执行机构的运动驱动件的位置。
布置包装材料的供送机构,包装材料一般是同包装物料同时传人主传送机构,有时也提前进入。
柔性包装材料从上向下送入方便,但也可以水平供送。
半刚性和刚性材料以水平送进较多。
卷筒材料支架的高度要安排适当,重量大时可以安在机器的侧面,重量小时可放在机器的上部。
布置时不仅要考虑操作方便,而且还要考虑整机造型美观。
布置被包装物料的计量与供送机构,一般要放在主传送机构的前面,可在横向、纵向、上面和下面供送,被包装物料的计量与供送机构往往设计为一体,料斗的高度要适当。
布置包装执行机构,首先按包装工艺路线图,沿主传送机构的方向,将各个包装执行件布置在主传送机构的一侧、两侧或上方。
然后再安排各包装执行机构运动的驱动机构。
布置包装成品输出机构,一般应放在主传送机构的后部或上方。
应注意使操作者便于观察包装质量、便于整理与收集成品。
布置各执行机构的驱动机构时,为了提高传动精度,缩短传动链,尽量减少构件的数量和运动副,尽量将原动件靠近执行构件,并尽量集中在一根或少数几根轴上。
一般都拟定数种方案,经充分分析比较后,选择其中结构简单、紧凑、传动链短、传动精度高、传动效率高、且易于布置空间位置的方案。
如包装机一般不选用摩擦传动,尽量将传动件布置在支承件内部或侧面,以利于减少包装机的体积和占地面积。
根据已选定的传动方案,拟定出传动系统图。
即是根据国家机械制图标准规定的符号,把轴、轴承、皮带轮、链轮、齿轮、离合器、联轴器、电动机、变速器等各传动件的相互联系和位置表达出来。
它是设计包装机具体结构的基础。
如图9.8所示。
首选确定操作者的位置、一般操作者站在包装机的前面,操作者的工作位置应是包装工序最集中和最容易发生故障的位置。
工作位置确定后,再参照图9.9的尺寸范围,将各操纵件布置在相应的位置。
一般操纵件的运动方向应与被操纵件运动方向保持一致。
调速手轮要轻便、灵活、顺时针转动为增速并设指示牌。
确定包装机工作台面的高度时,要考虑包装操作者工作状态,当站着工作时，工作台面高度应在1000～1200mm的范围内为宜；
当经常坐着工作时,台面的高度应在700～900mm的范围内为宜。
包装机上的指示仪表、信号灯、报警器、安全阀等装置,都应布置在便于操作者观察、维护和安全可靠的位置。
图9.9 操纵件布置范围
卧式包装机一般采用“一”形支承；
立式包装机采用“︱”形支承,如图9.10 (a)(b)所示。
也有的包装机采用“⊥”支承,如图9.10(c)所示,图(d)是框架式支承。
图9.10 包装机支承形式
图9.11是总体布局简图。
图9.11 总体布局筒图1-料斗2—包装材料供送机构3—成形器4-纵封器5—操纵开关6—控制系统7—横封机构8一成品输出部件9一调整手轮10—支承
工作循环图的表示方法有两种：圆环型：它是以包装机的主分配轴转一周为一个工作循环周期,将各个执行执构的运动时间转换成为与主分配轴转角的关系,再用圆形表达出来。
直线型：它是以一条水平线段为一个工作循环周期,再按包装程序将各个执行机构在此循环周期内的工作状况分别用线段表示出来。
当机构在某段时间内做连续匀速转动、振动或静止时,是用水平线段表示；
当机构在某段时间内是运动的时候,是用斜直线表示的。
在机械传动的包装机中,由于主分配轴往往做连续回转运动,主分配轴传一周为一个工作循环周期,所以应将各执行机构运动与主分配轴转角的关系表达清楚,如图9.12所示。
必须注意,工作循环图只能表示在一个工作循环周期内,各执行机构的运动和停留的顺序及时间,并不能表示各执行机构的运动速度和变化规律。
检查工作循环图正确性的标准：a.必须保证各执行构件工作时,不发生时间上和空间上的干涉,它们的工作要密切配合,保证包装顺利完成。
b.避免由于某个执行机构的工作速度影响整台包装机的生产率的提高,因此,应尽量使各执行机构的运动速度和加速度同时达到许用值。
c.要尽可能增加各执行构件运动的同步化。
执行机构工作时间重叠越多,工作循环周期愈短,包装机的生产率就愈高。
在技术设计完成后,要根据设计的实际情况补充和修改原拟定的工作循环图,得到包装机实际的工作循环图。
因为在技术设计中,往往由于包装机总体布局、各部件结构和材料等原因,使有的工作机构所实现的运动规律和原拟定的方案不完全相同,所以必须依据执行机构的实际运动修改原拟定的工作循环草图,并绘制出实际的工作循环图。
如图9.12所示
图9.12是扭结式糖果裹包机的工作循环图。
图中实线部分是原绘制的工作循环草图,虚线部分是在完成整台机的技术设计后修改和补充的部分。
在原方案中,出糖工位的糖钳是在l20～150°期间完成张开动作的。
在完成技术设计后,发现所选用的开闭钳机构使糖钳在235～270°期间内张开,使打糖杆在糖钳没有张开时强行将糖输出。
由此,必须修改原先的总体方案,修改的方法很多,本修改方案选用办法是将打糖杆与推糖杆用同一曲柄机构驱动,使打糖杆的出糖动作延迟,等到输出工位的糖钳张开后再进行打糖。
如图9.12中点划线所示部分。
图9.12 扭结式糖果裹包机工作循环图
还可以从图中找出工作时间最长的机构,在可能的条件下,将这个机构所完成的包装工序分散,缩短工作时间,这样可提高包装机的生产率。
图9.13 旋转式真空灌装机简图1-底座2-传齿轮3-主轴承座4-下凸轮5-主分配转盘6-瓶于升降机构7-面扳8-玻璃瓶9-量杯10-灌装头11-上托扳12-真空管13-抽料管14-拉臂15-上凸轮16-真空表17-控制箱18-汽液分离器19-进料阀门20-液位控制箱21-外套箱22-料箱23-真空分配器24-真空管25-进料管
空瓶是由输送履带和星形拨轮送到旋转盘的升瓶机构6上,经过旋转一定的角度,空瓶被下凸轮顶人灌装头内,瓶内被抽成真空时量杯已提升到液面以上,量杯内的料液被抽人瓶内。
空瓶是按顺时针方向旋转,空瓶一进人升降机构上转盘已转22°,这时量杯已低于液面进入进料阶段,量杯9通过上凸轮开始从料液中逐渐提升。
当转至35°时,空瓶自下凸轮4的斜坡开始上升。
当转至68°时,量杯已升至液面之上,此时空瓶继续上升,当转至80°时,空瓶被顶人灌装头,瞬时内,空瓶被抽成真空、量杯内的液料即被吸人瓶内,经转至229～244°范围内灌装完毕,在244～289°范围内为稳定阶段,主要为了防止真空漏失,或者真空减弱时,管子漏料(指的是料管内的点滴附壁料液)而留的安全余地,如果灌装一完毕瓶口马上离开,灌装头的料管内的附壁点滴液料会漏下来。
转至289°时料瓶开始由下凸轮斜坡下降,当转到298°时量杯也由上凸轮斜坡开始下降,转至325°时料瓶进人退瓶水平方位,转至328°时量杯已下降到料箱液面之下开始进料阶段,当转至337°时已灌装完毕的瓶子由星形拨轮拨离旋转盘进人输送带。
当分配盘转至35°时,空瓶在升瓶机构带动下开始上升,当主分配盘转至80°时,瓶口已同灌装咀紧密接触,瓶子不再上升。
当转盘转至298°时,杯开始下降,直到转盘转至328°时,量杯已完全进入料箱液面之下,开始为下一个工作循环作进液工作。
图9.14 旋转型液体灌装机动作配合方框图
如制袋-充填-封口机中的热封温度、时间和压力；
清洗机和杀菌机所需温度。
等压灌装机中的压力。
图9.15 旋转型真空灌装机工作循环图
i—包装机某执行机构,一般是工作负载最大的机构；
i=1,2,3…m;Ni—第i个机构所需的功率；
—动力机与第i个机构间的传动总效率；
K—负载特性影响系数,取K=1～1.2。
K值可根据包装机执行机构负载情况选取,当载荷稳定时,取K=1;若负载变化大时,K=1.2。
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