槟榔包装机设计说明书.doc

毕 业 设 计题 目： 槟榔包装机设计 院： 应用技术学院 专业：机械设计制造及其自动化 班级：0783 学号： 200713090329 学生姓名： 王宏建 导师姓名： 郭建新 完成日期： 2011年6月6日 诚 信 声 明本人声明：1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。作者签名： 日期： 年 月 日 湖南工程学院应用技术学院 毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目： 槟榔包装机设计 姓名 王宏建 系别 应用技术学院 专业 机械设计制造及自动化 班级 0783 学号 200713090329 指导老师 郭建新 教研室主任 彭浩舸 一、基本任务及要求：1完成本课题的开题报告（含文献综述）； .2完成本课题-槟榔包装机给袋机构（袋库）及取送袋机构的图纸设计工作； .3撰写毕业设计计算说明书。 .二、进度安排及完成时间：1宣布毕业设计任务、明确课题要求，收集、阅读相关资料 0.5周2.调查研究、分析课题要求、完成开题报告和毕业实习 2.5周 3方案设计： . 1）确定总体方案 2周 2）绘制工作原理图 1周4工作图设计： . 1）总体布置图设计 .3周 2）部装图设计 2周 3）零件图设计 2周5撰写毕业设计计算说明书。 2周6答辩 1周 目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 包装机械的简介11.1.1包装机械的概念11.1.2包装机械的作用11.1.3包装机械的分类21.2包装机械发展概况以及发展趋势21.2.1国内包装机械发展概况31.2.2国外包装机械发展概况31.2.3包装机械的发展趋势31.2.4我国与世界先进水平的差距41.3包装机械的组成及特点41.3.1包装机械的组成51.3.2包装机械的特点51.4本文研究的主要内容及目标5第2章 槟榔包装机整体原理设计72.1 原始资料72.2 槟榔包装工艺的确定72.2.1工艺分析72.2.2总体布局72.2.3包装机的工作过程分析9第3章 包装机的设计及计算143.1包装时间节点设定与分配143.2袋库部分的设计及计算153.2.1结构设计153.2.2电机的选取153.2.3 V型带传动的设计及计算163.2.4 平带传动的设计及计算173.2.5 滚动轴承的选取及计算183.2.6 滑动导轨的选取203.2.7 伸缩气缸的选取233.3取袋装置的设计及计算253.3.1结构设计253.3.2 气缸及吸盘的选取253.3.3 旋转驱动器的选取273.4其它部分的结构设计28第四章 安装与维修保养29结论31参考文献32致谢33附录34槟榔包装机设计摘要: 本设计从槟榔包装机的组成及结构分析出发，在分析给袋式槟榔包装机的包装工艺和使用要求的基础上，通过对关键部件的理论分析，提出一种实用、简单、可靠的传动系统，对给袋装置（袋库）、取送袋装置等关键部件的设计原理、结构特点等做了较为详细的研究和设计;本文分析各机构的运动学规律，提出可行的优化结构满足包装工艺;对关键部件提出完整的设计方法，旨在满足市场需求，推动企业创新步伐。本文借助了CAXA等软件分析运动规律和结构设计，这种利用计算机作辅助设计和分析的方法，可以应用于其它类型包装设备的设计和分析中。关键词: 槟榔；给袋式；包装机；包装工艺Betel nut packaging machine designAbstract: The design of the packaging machine from the betel nut composition and structural analysis starting in the analysis of betel nut bag packaging machine for packaging process and requirements, based on the key components of the theory through the analysis, a practical, simple, reliable transmission on the device to the bags (bags libraries), to take delivery of key components such as bags of device design principles, structural features, and so do a more detailed study and design; This paper analyzes the various laws of kinematics, and put forward feasible to optimize the structure to meet the packaging process ; of the key components of a complete design method proposed to meet the market demand, promote business innovation.This analysis with the software such as movement of CAXA and structural design, such as the use of computer-aided design and analysis methods can be applied to other types of packaging equipment design and analysis.Keywords: betel nut; to the bag; packaging machine; packaging technology第1章 绪论1.1 包装机械的简介1.1.1包装机械的概念包装机械是指完成全部或部分包装过程的机器。包装过程包括成型、充填、封口、裹包等主要包装工序以及清洗、干燥、杀菌、贴标、捆扎、集装、拆卸等前后包装工序，转送、选别等其它辅助包装工序。国家标准GB/T 4122 .2 -1996包装术语·机械中更是对包装机械做了如下定义：“完成全部或部分包装过程的机器，包装过程包括成型、充填、裹包等主要包装工序，以及与其相关的前后工序，以及清洗、干燥、杀菌、贴标、捆扎、集装和拆卸等前后包装工序，转送、选别等其他辅助工序。”1.1.2包装机械的作用 现代工业生产中，主要包括三大基本环节，即原料处理、中间加工和包装。包装是工业生产中相当重要的环节，实现包装的主要手段是使用包装机械。包装机械是使产品包装实现机械化、自动化的根本保证。包装机械和其他自动机械一样，主要具有以下几个作用： (l)能大幅度地提高生产效率，加快产品的不断更新。包装机械的生产能力一般比手工包装提高十几倍，甚至几十倍。 (2)降低劳动强度，改善劳动条件。机械包装能将工人从紧张繁重的重复劳动中解放出来，而且可以避免和减少恶劣条件对工人的身体造成影响，大大改善劳动条件。 (3)能节约材料，降低成本，保护环境。有些粉末、液体物料在手工包装过程中容易发生逸散、起泡、飞溅现象，采用机械包装能防止产品的散失，既保护了环境，又节约了原材料，降低了成本。 (4)有利于被包装产品的卫生，提高产品质量，增强市场销售的竞争力。采用机械包装避免了人与产品直接接触，有利于提高卫生条件。另外，由于机械包装产品的外形美观、整齐、统一、封口严密，从而提高了包装质量与销售竞争能力，可获得较高的经济效益。 (5)延长产品的保质期，方便产品的流通。采用真空、充气、无菌等包装机械，可使食品、饮料等延长保质期，并使产品流通销售范围更加扩大。(6)可减少包装场地面积，节约基建投资。采用机械包装，产品和包装材料的供给比较集中，各包装工序安排紧凑，因而减少了包装的占地面积，节约基建投资。1.1.3包装机械的分类1.按包装机械的功能分类我国标准以包装机械产品主要功能的不同作为划分的原则，将包装机械分为12大类，如表1-1所示。同一类别中的包装机械产品按其功能原则进一步划分。 名称类别代号主要技术参数内容充填机C被装入产品的容量/质量/生产能力灌装机G灌装阀头数/生产能力封口机F封口尺寸/生产能力裹包机B包装尺寸/生产能力多功能包装机D（可用多个字母组合表示）主要功能的生产能力贴标签机T尺寸/生产能力干燥机Z生产能力杀菌机S生产能力捆扎机K包装尺寸清洗机Q生产能力集装机J规格/生产能力/按产品标准确定辅助包装机A（或按机器名称的第一个汉字确定）规格/生产能力/按产品标准确定表1-1 包装机械分类名称、类别代号和主要技术参数2.按包装机械的自动化程度分类(1)全自动包装机 指自动完成主要包装工序和其他辅助包装工序的机器。(2)半自动包装机 指由人工供给包装材料（容器）和内容物，但能自动完成其他包装工序的机器。3.按包装产品的类型分类(1)专用包装机 指专门用于包装某种产品的机器(2)多用包装机 指通过更换或者调整有关机构，用于包装两种或两种以上产品的机器。(3)通用包装机 指在指定范围内适用于包装两种或两种以上不同类型产品的机器。另外，包装机械还可按功能分为单功能包装机和多功能包装机（指在一台整机上可以完成两个或两个以上包装工序的机器）。1.2包装机械发展概况以及发展趋势1.2.1国内包装机械发展概况我国包装机械行业起步晚，发展较快，成就很大。目前在茶品质量、品种、技术水平和性能上有了很大进步。产品的技术水平与国外先进水平的差距在逐渐缩小。平均年增长速度大于30%，品种规格不断增加，有大量填补国内空白的包装机械问世。但从严格意义上讲，我国食品和包装机械主要还是仿制、测绘，稍加国产化改进，谈不上开发研究，大部分还是用陈旧的通用设备加工，新产品开发不但数量少，而且开发周期长。1.2.2国外包装机械发展概况国外包装机械的发展有近百年的历史，大体经历了以下几个阶段:简单机械化、初级自动化、自动包装生产线、电脑控制的高度自动化生产线。20世纪40年代中期，在食品、火柴、卷烟等行业最先使用包装机械进行产品包装，如英国的巧克力包装，美国的饼干包装被称为现代包装的先驱；20世纪5O年代，在包装机上广泛采用了光电管、电气开关，实现了包装机械的初级自动化；20世纪60年代，在包装机上广泛采用了各种新型电子元件组成控制系统，并采用机械、电气、液压、气动等综合技术，出现了专用的自动包装生产线；20世纪70年代，采用电子计算机对包装机进行控制，进一步提高了单机和自动线的自动化水平；20世纪80年代以来，包装机械行业大量地应用高新技术，如微电子技术、微光技术、超声波技术以及先电纤维等，使包装机及生产线高度自动化，使用效果更加理想可靠，包装质量大大提高。经过50多年的发展，国外包装机械工业已经形成了独立完整的体系，成为机械制造的一个重要分支。 据世界包装机械联合会统计:2010年包装机械产值居前四位的日、德、美、意四国的产值分别是37 .6亿美元(与1980年相比增加1.5倍)、56.6亿马克(与1986年相比增加1倍)、28.8亿美元(与过去5年相比增加40%)和20.7亿美元。从上述数据可以看出发达国家的包装机械产使在稳步大幅度上升，并形成强烈竞争的态势。1.2.3包装机械的发展趋势在包装机械的生产制造上，专业化生产已成为趋势。国际包装机械厂商都十分重视包装机械与整个包装系统的通用能力，一些通用标准件不再由包装机械公司生产，某些特殊的零部件则由高度专用化的生产厂家生产，而真正的包装机械公司在某种意义上是组装厂。技术性能上，将其他领域的先进技术应用在包装机械上，如机电一体化技术、远距离遥控技术、自动柔性补偿技术等，使产品技术性能大幅度提高。包装生产线向柔性自动化和“无人化”过渡。在某些包装生产线中更多地引入微机、智能机器人等先进技术，用于包装生产线中物料供送控制、产品质量检测、故障诊断和管理等方面，使包装生产线向柔性自动化和“无人化”自动包装车间、工厂过渡。从而使包装机和包装生产线的生产效率更高、成本更低、包装产品质量更稳定。同时包装机械设计使用仿真设计技术变得越来越普遍。把各种机器单元以数据库形式存入计算机，把图纸数字化后输入计算机，由计算机自动合成三维模型；再把实际生产的指标和数据、可能发生的故障等输入计算机。计算机三维模型即可依照实际工作情况进行操作，演示出生产能力、废品率、生产环节匹配、生产线瓶颈在何处等，还可根据用户意见进行修改模型直到用户满意。采用计算机仿真技术后，大大缩短了包装机械的设计周期及新产品开发周期。1.2.4我国与世界先进水平的差距与发达国家相比，中国包装机械存在以下几点差距：(1)从产品结构看，中国包装机械品种少，配套数量少，缺少高精度产品和大型包装生产线，不能满足国内市场需求。(2)从产品质量看，我国包装机械存在性能低、稳定性和可靠性差、控制技术差、外观造型不美观、表面处理粗糙、许多基础元器件质量差等缺点，整体产品的质量受到影响，使低档产品居多，无法满足包装高档产品及出口商品的需求。(3)从企业状况看，中国包装机械行业缺少龙头企业。大多数企业生产规模小，专业化程度低，产品档次低并且制造同类产品的企业多，普遍存在技术力量薄弱、技术装备水平偏低的状况。(4)从产品开发看，我国还基本停留在测试仿制阶段，自行开发能力弱，缺少科研生产基地，科研经费少。(5)从技术更新速度看，中国包装机械技术更新的速度太慢。现在我国包装机械产品中仅有5%左右能够达到发达国家20世纪90年代初期的水平；还有20%的产品仅能和国外20世纪80年代的产品相比；其余60%左右仅能达到国外20世纪70年代的水平。总之，中国包装机械技术水平比先进国家的技术水平整体落后20年，在产品的开发、性能、质量、可靠性和服务等方面的竞争中处于劣势。1.3包装机械的组成及特点1.3.1包装机械的组成包装机械结构有复杂有简单，自动化程度有高有底，但可以归纳为六大组成部分：（1） 动力架与机架 动力架提供动力，机架用于安装、固定、支撑包装机械。（2）包装材料、容器的整理与供送系统 完成对包装材料容器的供送与整理等工序。（3）被包装产品的计量与供送系统 对被包装产品进行整理、排列、计量，并输送到预定工位。（4）包装执行机构 直接完成包装操作。（5）传动系统 用各种形式的结构将动力与运动传给执行机构和控制系统。（6）控制系统 控制机械的动力输出、传动机构的运动、包装执行机构的动作及相互配合。1.3.2包装机械的特点包装机械应用于食品、医药、化工及军事等多种行业，具有以下特点：（1）种类繁多，包装对象、工艺多样化；（2）更新换代快，产品不断向高速化发展；（3）电动机功率小，一般为0.2-20KW；（4）多功能性，便于提高生产效率，方便制造和维修，减少设备投资。1.4本文研究的主要内容及目标通过查阅相关文献资料，以及实地观察，对全自动给袋式包装机进行整体原理设计，并对包装机的给袋装置（袋库）、取送袋装置详细设计。主要设计部分有：机架、总体布局（包括布置执行机构、传动机构）、传动系统、主要技术参数的确定（包括结构参数、运动参数、动力参数、工艺参数等），部分运动机构的带轮设计以及取袋装置的设计。本课题的主要目的在于，设计一种全自动槟榔包装机，为企业节约了大量的人工成本，提高了生产效率，增强了企业市场销售的竞争力。良好的包装延长了槟榔的保质期，方便了槟榔在市场的流通，更是使小作坊式的槟榔食品加工业能够一跃成为真正的食品产业。本次设计主要工作包括对各个部分进行设计、分析，并绘制出总体布置图、部装图及零件图。对需要进行校核的地方进行计算以确定是否满足设计要求。本次设计采用CAXA、AutoCAD等软件进行参数化设计。通过毕业设计，实践和掌握机械设计的基本方法和步骤，培养了自己在工程设计过程中的分析问题、解决问题和创新的能力 ，提高了在计算、制图、运用设计资料、考虑技术决策等机械设计方面的基本技能以及机械CAD技术，并对四年来的大学学习成果进行一次检测。由于知识、经验、时间有限，本次设计难免存在考虑不全之处，敬请谅解。第2章 槟榔包装机整体原理设计2.1 原始资料以下是设计的原始资料：（1）本机加工对象是槟榔，由于生产批量很大，要求设计给袋式槟榔包装机。 （2）槟榔包装采用尺寸为108×183mm的塑料食品级包装袋。 （3）根据任务要求，生产效率为s/包，每天生产2班，每班8小时，可知日产量为9600包左右，每周6个工作日。 （4）要求槟榔包装无包装袋撕裂、封口不牢、封口不齐、重量不达要求等问题。 （5）机械结构简单，工作可靠、稳定，操作方便、安全，维修容易，与槟榔接触工件不易生锈、清洁方便，包装过程开放易观察，造价较低。2.2 槟榔包装工艺的确定 2.2.1工艺分析给袋式自动包装机是针对已提供包装袋的物品进行外包装的一种手段。在工艺分析中，首先对内装物物件的特性、包装材料和包装过程作详细的分析和研究，并对单功能机的分析，进行扩展其功能，如扩展它的包装尺寸范围、扩展它的包装物件、扩展它的包装材料、扩展它的包装生产力等。这些扩展涉及到的主要部件的分析比较，以便得出可靠的机构。本包装机为槟榔包装机。槟榔为椭圆形壳状食品，轮廓清楚，但个体间体型大小差别大，质地坚硬，排列时易堆积一起而不便装入袋中，尤其是槟榔包装袋的开口不是很宽，需要将槟榔分散，然后装入包装袋。包装工艺确定以后，要考虑如何实现这种包装动作。因此，要求选择合适的传动、操作和执行机构。2.2.2总体布局包装机的传动与控制机构，可以采用机械式，液压式，或气动式。应根据产品的特点、生产能力、使用者的情况等具体条件以及机器动作的复杂程度而定。此给袋式自动包装机要求包装速度在10袋每分钟。要实现这样高的包装速度，而且要保证动作的相互协调和工作可靠稳定，考虑到液体和气体有可压缩性，此包装动作没有高速换向运动，都是小范围的反复循环动作，所以可以选用活塞往复动作的气缸进行操作。目前国内外在给袋式自动包装机中大多采用机械传动方式，因为连杆、齿轮机构一经调整后就能严格保证动作的可靠性，并且能实现比较复杂的动作，并配合当今的电子技术和微机控制技术，更进一步提高生产率。根据以上分析，此设计的给袋式自动包装机的操纵系统采用机械式控制系统，涉及有:带传动，气压传动，齿轮传动等机构。如下图所示：图2.11,袋库 2,开拉链器 3,开拉链气压缸 4,料斗 5,一级输送带 6,二级输送带 7,三级输送带 8,开袋气压缸 9,输出皮带 10,旋转气压缸 布局形式的选定，最主要根据包装工艺的特点即决定于包装的工艺性。布局式要便于包装，使机构简化，工人操作和维修方便。根据包装工艺，给袋式包装机布局形式宜采用平式布局，这样便于进料、送袋、包装、封切等。在设计中总体布局要求:(1)传动系统力求简洁，在能满足多功能基础上保证结构简单;(2)机械操作，调整简单，易上手，装拆方便，联锁防护可靠;(3)操纵手柄位置方便操作，也考虑到润滑系统等;(4)排料位置考虑方便安全;(5)外形美观大方，移动安装方便。2.2.3包装机的工作过程分析事先将一定数量的槟榔投入料斗，通过皮带轮槽机构将槟榔运送到第二级皮带上。为防止槟榔堆积，用一个柔性滚筒将堆积起来的槟榔挡住，使得只有槽内有槟榔。当槟榔堆积到一定程度而无法挡住时，柔性滚筒可以将其放过而不会对滚筒造成破坏。如下图所示：图2.21,料斗 2，滚轮，旋转方向如图所示 3，沟槽运送皮带 槟榔从料斗落下后，掉落到第二级皮带轮上，由第二级皮带轮送到第三级皮带轮上，第三级皮带轮运送速度较快，可将槟榔在落到皮带轮时迅速向前运送从而拉开与后一颗的距离，便于位于带轮一侧的光感应器进行计数。图2.31,滑板 2,二级带轮 3,三级带轮 从三级皮带轮处飞出后，考虑到包装过程是连续的，而接住槟榔过程需要一定的时间，故采用两个无底塑料容器来轮流接住槟榔，采用塑料杯容器主要是为了节约材料，二是不会起锈而影响工作与产品质量。当一个容器在接住槟榔达到固定数目时，气压控制缸将会移动，使得接满槟榔的塑料杯离开底部挡板，槟榔落下进行下一步的包装，而另一个塑料杯则替换前一个的位置来继续接槟榔。第一个塑料杯中落下的槟榔则已经通过序号5所示的弧形滑板滑入漏斗中开始入袋。这样可以节约时间增加效率。图2.4图2.51,高速带轮 2,塑料杯 3,气压缸 4,挡板 5,弧形滑板 槟榔顺着弧形滑板落下后通过漏斗滑入漏斗下方已开口的包装袋，然后经夹紧后送入封口机构处封口。包装的取袋动作由成对的真空吸盘完成，其中每个气压缸有上下两个真空吸盘，这样开袋时可使包装袋受力均匀，开袋效果比较好。通过5旋转气压缸的旋转带动4取袋气压缸，取袋气压缸从A工位取袋后旋转到B开拉链工位，用开拉链器将拉链打开，然后旋转气压缸继续逆时针旋转，取袋气压缸旋转到C工位，与3开袋气压缸一起拉开包装袋等待槟榔落入。其工作程序如图2.6所示：图2.61,袋库 2,开拉链气压缸 3,开袋气压缸 4,取袋气压缸 5,旋转气压缸图2.71,开拉链器 2,上真空吸盘 3,下真空吸盘当槟榔入袋后，真空吸盘放气，包装袋通过滑板自由滑入封口机构处进行压紧和封口。压紧的过程如下图所示，气压缸拉开包装袋灌入槟榔时，压紧-热封口机构处于张开状态，其张开尺寸略大于一包槟榔的厚度，当槟榔灌入完毕，真空吸盘松开时，气压缸支柱6带动气压缸逆时针旋转去吸取下一个包装袋，由机械原理知识可知5连杆则会向前运动推动移动热封口板沿导轨向前滑动，将压紧-热封口机构合拢进行封口。这样设计可以使得包装动作连续，节奏紧凑，减少机械部件降低成本，且包装准确度提高。图2.81,气压缸 2,导轨 3,移动热封口板 4,固定热封口板 5,连杆 6,气压缸支柱 图2.81,加热板 2,防粘橡胶 3,夹紧板 4,已入袋槟榔压紧-热封口机构的结构如上图所示，其中3为夹紧板，目的是为了将包装袋的拉链夹紧缝合，采用橡胶材料，具有弹性。 封口完成后，槟榔便会由皮带传送到包装机外部进行清点装箱。以上便是槟榔包装机对槟榔进行包装的一个完整的工艺流程拟定。 第3章 包装机的设计及计算3.1包装时间节点设定与分配根据包装工艺流程，可知槟榔的包装步骤可以分为取袋、开袋、计数、排气以及封袋，其中开袋包括了开拉链与开包装袋两个部分。为了达到既定的生产效率，在取袋、开拉链的同时，计数装置要对槟榔进行计数，并入容器，待包装袋就位，即可进行入袋包装。若要达到最佳时间分配，则应满足如下关系： 为了保证入袋时包装袋已完成开袋动作且在既定位置等候，故给出0.5秒的时差，以免减少不必要的浪费，即：由于采取了两个容器轮流接槟榔的模式，若要达到最佳时间分配，则应满足：而且在总时间上应满足：可知槟榔进入容器的时间为3秒，这样可以到达连续包装的目的，即当一个容器正在接槟榔时，另一个容器内的槟榔已在进行包装，该过程可以循环下去。入袋时间经测试大概在1.5秒左右，热封口时间比较短暂，假设为1秒，此时输出包装机的时间可以自由控制，若槟榔不能及时输出机器外部，只需不停留在热封口机构原处阻碍下一包封口即可，在输送带上的停留并不影响包装，最终会运送出机器外进行清点。利用伸缩气压缸取袋的时间较短，设为0.5秒。然后由旋转气缸送至开拉链机构处，开完拉链后并送至灌袋处，经测试时间为1.5秒。最后进行开袋，用时0.5秒。于是得时间节点如下：实际生产中，考虑到包装时槟榔数量排在第一位，为保证足量，实际入容器的时间将会适当延长，同理入袋的时间也可适当延长,在这里我们假定需要4秒，入袋时间延长为2秒，即