包装袋的制袋充填封口包装机设计Word文件下载.docx
- 文档编号:21479331
- 上传时间:2023-01-30
- 格式:DOCX
- 页数:32
- 大小:604.51KB
包装袋的制袋充填封口包装机设计Word文件下载.docx
《包装袋的制袋充填封口包装机设计Word文件下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《包装袋的制袋充填封口包装机设计Word文件下载.docx(32页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
而且粉粒状物料飞溅严重,造成环境恶劣,污染严重。
同时,食品、药品类手工包装不能满足卫生要求。
因此,需采用粉粒自动包装机。
包装机械是现代包装工业的基本设备,是商品生产中必不可少的关键性技术设备。
随着人类社会的进步,国民经济的发展,人民生活水平的提高,人们越来越重视包装的质量、品种类型,包装机械在包装领域中起着重要的作用。
包装机械是使产品包装实现机械化、自动化的根本保证。
它能够大幅度地提高生产效率;
降低劳动强度,改善劳动条件;
保护环境,节约原材料,降低产品成本;
有利于被包装产品的卫生,提高产品包装质量,增强市场销售的竞争力;
由于包装机械的计量精度高,产品包装的外形美观、整齐、统一、封口严密,提高了产品包装的质量,增强了产品销售的竞争力,可获得较高的经济效益;
延长产品的保质期,方便产品的流通。
包装机械保证包装产品质量高、生产效率高、品种多、生产环境好、生产成本低、环境污染小,因而获得较强的市场竞争能力,带来巨大的社会效益和经济效益。
粉粒自动包装机被堪称为拥有漫长发展历史和富有强大生命力的主导机型。
现已被各国视为前景较好的包装机械。
据调查,现有粉粒制袋-充填-封口包装机存在以下问题:
1.包装精度;
2.包装速度低;
3.封口质量难以保证;
4.粉粒自动包装机的横封机构运动形式的不合理,将导致封口质量问题。
包装容器的封口,是包装工艺中不可缺少的工序。
封口的好坏将直接影响包装产品的外观质量和保质期。
因此,包装质量在很大程度上取决于封口质量,所以封口机构的研究改进对提高封口质量有着重要的意义,本研究在整机研究的基础上,针对横封封口形式影响封口质量这个问题进行深入的研究。
同时,通过一系列试验,研究总结出较为完整的工艺参数,对实际生产具有十分重要的现实意义。
1.2包装机械发展概述
从广义而言,现代包装机械的含义和领域很广,包括各种自动化和半自动化的包装机械、运输包装机械、包装容器的加工机械、装潢印刷机械等。
这些相互密切联系的机械设备组成了现代化的包装机械体系。
我国现在的包装机械分类的标准工作正在研究中,参考和借鉴国外的分类方法,结合我国的具体情况,现可分三大类:
1.包装材料制造机械。
瓦楞纸板成型机、造纸机械、吹塑薄膜机、聚丙烯扁丝拉伸机。
2.包装容器制造机械。
如制瓶、制罐机械,纸箱、纸盒、塑料容器加工机械等。
3.产品包装机械。
充填、罐装、裹包、封口、捆扎、打包、装箱、装盒、收缩吸塑、真空和空气、贴标、计量等包装机械和各种多功能包装机械。
此外,还包括包装前期和后期工作过程的辅助机械,例如,清洗机械、灭菌、烘干、检测、选别分类、堆卸、输送连接和废物处理机械,以及各类连续作业的包装自动线。
如一台万能多用途的卧式枕型包装机,从制袋成型,到充填、封口装箱是一连续的作业线。
我国通过参考国外同类型产品,进行消化、吸收及自行开发研制,技术上有了很大的发展和提高。
我国现有的粉粒制袋-充填-封口包装机应用广泛,可包装液体、糊状物料、粉状物料、颗粒和固体物料,包装形式有枕形袋、三封袋、四封袋、砖形袋、屋形袋、角形自立袋等多种类型。
计量范围分为2g~10g、20g~50g、50g~100g、100g~250g、250g~500g、500g~1000g、1000g~2000g。
通过PLC和PC控制技术的不断推广和应用,使制袋-充填-封口包装机的自动化程度得到了很大的提高。
典型的粉粒制袋-充填-封口包装机的生产厂家所生产的包装机及其相关参数。
北京大松惠基包装机械公司生产的立式粉粒制袋-充填-封口包装机,应用范围比较广泛,适用于调味粉、奶粉、味精、食品添加剂、洗衣粉、粉末农药,包装袋属于中型袋,采用的横封装置是连续对辊式,其缺点是开机和关机时,在辊轮中间都要夹持部分包装材料,既难于清洗,又浪费材料。
广州铭科包装机械有限公司生产的包装机,横封装置采用的是扇形开合的封口方式,只适用于小包装袋的包装,当包装袋的尺寸扩大后,其封口质量难以保证。
国外的粉粒制袋-充填-封口包装机生产采用模块化设计思想,将计量装置、制袋成型器物输送、包装材料输供、热封装置等设计成多种标准模块。
通过标准模块的合理组合,以适应不同物料特性、不同材料种类和不同包装容量的要求,促进了包装机械生产在一定范围内实现标准化、通用化和系列化,突出了包装机械的特殊功能。
日本生产的NW-405型卧式枕型包装机的包装速度已达每小时1.5万包。
美国已经开发了再封式拉链袋,包装在开封后可以再封,以保持物品的鲜度。
英国也开始采用这种包装形式。
1.3课题研究的主要内容
1.在调研的基础上,根据对几种不同类型粉粒制袋-充填-封口包装机的特点和总体方案的分析,将分析主要工作机构(供送、下料、成型、牵引、封切、传动)之间的相互配合关系;
完成对粉粒制袋-充填-封口包装机的结构改进设计和理论分析及其主要参数的确定。
并前言利用CAXAV5软件对关键部件进行有限元分析。
2.在设计过程中,突破传统的设计方法,将采用虚拟样机设计技术,在设计计算的基础上,应用CAXA实体设计软件研究粉粒制袋-充填-封口包装机的整机实体建模、虚拟装配,完成数字样机;
并对数字样机进行运动仿真,验证其是否满足设计要求。
3.利用设计的试验台,进行封口的包装试验,即包装袋的封口试验、拉伸试验、耐静压试验,得出许用包装的封口温度范围,扇形机构与平行机构包装强度与时间、温度之间的关系和包装材料的最佳封口条件。
2粉粒包装机总体方案设计
本文以粉粒制袋-充填-封口包装机为研究对象,首先对包装机进行改进设计,并为后续的三维建模研究提供必要的参数。
在此基础上研究包装袋的封口强度和耐静压强度,获得温度、时间和强度之间的参数关系及塑料薄膜的热封参数。
通过对粉粒制袋-充填-封口包装机总体方案设计和整机的功艺分析,绘制出工作循环图,并分别对动力系统、传动系统和执行系统进行了设计。
2.1包装机工作原理及功能
按照功能要求,在对粉粒制袋-充填-封口包装机进行工艺分析基础上,设计编制工作循环图,使执行机构之间得到了紧密的配合。
2.1.1功能要求和适用范围
1.功能要求
能够自动完成成型、计量、充填、封合及分切等工序,并解决现有几种包装机所存在的封口质量的问题,可以达到生产要求。
包装机械是指完成全部或部分包装过程的机械。
包装过程包括充填、裹包、封口、捆扎机等主要包装工序,以及与其相关的前后工序,如开箱、洗瓶、堆垛和拆卸等。
此外还包括在包装件上打印和计量等附属设备,见图2-1。
图2-1包装机基本功能图
2.适用范围
根据对市场包装机种类及性能的调查再结合现有样机的类型,本研究中包装机的适用范围如下:
(1)包装材料:
防潮玻璃纸、聚乙烯/尼龙、纸/聚乙烯、聚酯/铝箔/聚乙烯、聚酯/聚丙烯。
(2)包装物料:
小颗粒物品及不易粘附的粉状物品的包装,如化肥、种子、麦片、砂糖、味精、豆粉、豆奶、芝麻糊、米粉、医药、化工原料、茶叶等。
(3)包装规格:
包装袋长50~140mm;
宽50~130mm;
计量范围5~50g。
(4)生产能力:
50~80袋/分钟。
(5)整机功率:
1.2KW。
2.1.2工艺分析
根据功能要求,粉粒制袋-充填-封口包装机的包装过程循环如图2-2所示。
1.工位
分为单工位和多工位。
单工位包装机的所有包装操作都集中在一个工位上完成,当一件(组)物品完成全部包装并输出之后,下一件(组)物品才能进入机器开始包装。
多工位包装机,物品从输入到输出,必须经过多个工位,而且在不同的工位上依次完成各个包装操作。
由于粉粒制袋-充填-封口包装机的包装过程比较复杂,需要较多的执行机构(供料、计量、充填、封口、切断等),将包装操作分散在不同的工位上同位。
图2-1包装过程循环图
2.运动形式
运动形式分为间歇运动和连续运动。
间歇运歇步进运动,主要包装操作可在物品静止时完成惯性力和冲击现象不利于提高生产率。
连续运动装机进行工作时,各个执行机构是并行工作的,能减小机器空间。
根据分析,本设计采用间歇式。
3.单头型和多头型
特指连续运动多工位包装机完成同一包装操作的执行机构的数目。
每一物品的包装操作都依次经过所有执行机构,则称为单头连续运动;
若完成同一包装操作的执行机构有多个则称为多头连续运动多工位包装机。
当执行机构种类较多时,为减少执行机构的数目,宜于选用单头型。
综上分析,本课题研究的包装机采用多工位、单头间歇运动型。
2.1.3主要构成及工作原理
1.主要构成
粉粒制袋-充填-封口包装机由动力系统(电机1)、传动系统(分配轴7、传袋轴)、执行系统(横封装置2、传袋装置3、纵封装置5、成型装置6、传送装置8、计量装置10、细供料装置11、粗供料装置12)和控制系统组成。
2.工作原理
工作时,由供料装置11、12将物料(粉粒、颗粒等)送入粉粒制袋-充填-封口包装机的料仓后,计量装置10将完成定量的物料送入制袋成型装置6,同时包装材料经薄膜传送装置8引入成型器卷绕成筒状,纵封装置5完成纵向封口,横封装置2完成包装袋的顶封和下一个袋的底面封口,成为两道焊缝。
由于下料通道被包装袋裹住,纵封封合后就可直接向袋内填充物料,随之由拉袋装置3移动一个工位完成顶封封口,并用切刀切断完成包装工序,见图2-3。
1-电机;
2-横封装置;
3-传袋装置;
4-除静电装置;
5-纵封装置
6-成型装置;
7-分配轴;
8-传送装置;
9-薄膜;
10-计量装置;
11-细供料装置;
12-粗供料装置;
图2-2粉粒制袋-充填-封口包装机结构图
2.2设计方案及工作循环图编制
包装机的各执行机构运动是多样的,要使其能够自动可靠地完成包装操作,每个执行机构都必需按给定的规律运动,并且它们之间的动作必须协调配合,按一定的程序依次完成。
为了保证执行机构的动作能够按工作要求取得密切的配合,并尽量缩短运动循环周期时间,完成包装并提高生产率,所以要编制工作循环图。
2.2.1执行机构的动作配合
本机执行机构主要为包装材料传送装置8,传袋装置3,计量装置10,封口装置2、5,见图2-2。
包装材料传送装置:
间歇运动,卷筒包装材料,通过输送辊、压纸辊和牵引辊匀速输送一个包装袋的长度后,停止运动,此时充填、封口。
传袋装置:
间歇运动,当包装材料传送装置输送一个袋长后,由滚轮传送包装材料下移一个袋距,然后停止运动。
计量装置:
连续运动,送料后,粗计量与细计量同步工作,在包装材料完成封口时,物料充填完全。
封口装置:
间歇运动,包装材料与物料输送时,在开状态停止,完成一个袋的输送后,封口装置匀速运动完成封口,在封口期间有停留时间,包装袋切断后,匀速运动回到原位。
各执行构件间动作应该相互协调,运动时间尽量重叠,便于缩短运动周期,提高生产率。
2.2.2执行构件的行程时间与速度
对于各个包装操作的工艺时间及许用速度、加速度,当前还缺少确切数据。
根据多年来的实践经验,一般认为这种间歇送纸的许用速度可取0.5m/s,而执行构件的平均运动速度可达0.45-0.5m/s;
如果速度过高,机器工作不够稳定,容易出故障,包装质量也下降。
现
参照这些经验数据来确定执行构件的运动速度和时间。
在包装机中,对于具体的执行机构来说,完成一个包装件的全部工作运动和空程运动(包括停止)的时间是该执行机构的运动循环周期,简称运动周期简称Td。
通常包括三部分组成:
Td=Ts+Tx+Tp
Ts—工作运动时间,
Tx—空程运动时间,
Tp—停止时间。
本研究以分配轴7旋转一圈作为运动周期。
根据本机的适用范围和要求,生产能力为50~80袋/分,袋长为50~140mm。
1.分配轴
当生产能力为50袋/分时,旋转一圈的工作时间为60/50=1.2s;
当生产能力为80/分粉粒制袋-充填-封口包装机的设计时,旋转一圈的工作时间为60/80=0.75s。
2.薄膜传送装置
间歇传送,工作时作匀速运动,传送速度为O.5m/s,则当薄膜前进50mm时,需时间为0.05/0.5=0.1s;
当薄膜前进140mm时,需要时间为0.14/0.5=0.28s。
3.拉袋装置
间歇旋转运动,取运动平均速度为0.5m/s,则当滚轮转动周长50mm时,需要时间为0.05/0.5=0.1s;
当滚轮转动周长140mm时,需要时间为0.14/0.5=0.28s;
传袋轴工作时,离合器通电,所以需要时间为0.1s~0.28s;
制动器通电时间就为分配轴旋转时间与离合器通电之差为0.65s~0.92s。
4.计量装置
连续运动,物料在计量料斗的行程为130mm,从计量料斗内开始下料到封口处的行程为370mm,靠重力向下填充,则
考虑到下料过程中受到摩擦,所以物料在称重阶段的流动时间为0.2s,充填阶段的流动时间为0.3s。
5.封口装置
进行封口运动时,行程为35mm,速度为0.15m/s,需要时间是0.035/0.15=0.23s。
2.2.3绘制工作循环图
根据初步拟定的运动规律和动作配合,绘制工作循环图。
对于机械传动,要将执行构件运动与时间的关系转换为与分配轴转角的关系。
本研究选取直角坐标式运动循环图,取水平轴表示一个运动循环周期,将各个执行机构在此周期内的运动状况分别表示出来。
在该图中用直线表示运动的执行机构,用水平直线表示静止或连续匀速转动及振动。
如图2-3所示,由于粉粒制袋-充填-封口包装机的分配轴是连续转动的,所以其运动周期是分配轴旋转一圈的时间。
表示了在一个运动循环周期1.2s内,袋长为140mm时,各个执行机构的运动规律和工作程序。
将各个执行机构运动的时间转换成分配轴所对应的旋转角度。
计量装置,称重斗下料需分配轴旋转60°
(0.2s),进行称重需时分配轴旋转90°
;
打开料斗进行充填下料需分配轴旋转90°
(0.3s),关上料斗需分配轴旋转90°
。
在计量装置下完料后,对应分配轴旋转了180°
,要包装封口装置已进行封合。
横封装置和纵封装置的运动是同步的,其进程需分配轴旋转70°
,封口时间为分配轴旋转130°
,回程时间也为70°
横封装置进行封口时分配轴旋转了160°
,在160°
~290°
时,进行封合工作,在290°
时,完成切断工作。
拉袋装置,在横封装置完成切断后,进行拉袋动作,需分配轴旋转84°
(袋长140mm),即290°
~374°
包装材料供送,工作时间需分配轴旋转84°
,要在拉袋装置工作之前动作,所以工作时间为206°
图2-3工作循环图
3包装机动力系统设计
动力系统采用电动机驱动。
通过类比调查法,确定本包装机选择JY2B-4单相异步电动机。
其额定功率为0.55KW,额定转速为1400R/MIN,电压为220V,最大转矩为3.75Nm。
3.1传动系统设计
传动系统将电动机提供的动力,通过分配轴,传给拉袋装置、热封装置等。
根据包装工艺和工作循环过程可知,主要装置的传动要求如下:
1.物料的充填周期与包装袋的尺寸相适应。
充填周期要求满足最大包装袋尺寸,下料时,物料的充填速度要与供送材料的速度一致。
2.保证包装袋被切断时,物料充填进行下一个周期。
3.横封装置应在两袋之间的中间位置热封并切断。
要适当调整运动周期,以符合包装袋粉粒制袋-充填-封口包装机的设计尺寸和计量的改变。
4.包装材料的牵引辊和传袋装置滚轮的运动要保证材料在整个工作循环过程中有适宜的张紧力,并且运动速度要与包装袋的长度相适应。
根据上述要求进行设计传动方案,并采用CAXAv5软件对分配轴进行有限元分析。
3.1.1传动简图
如图3-1所示为分配轴传动图,电动机1经带传动至蜗轮蜗杆减速器2,减速器通过分配轴8将动力输出。
分配轴上装有横封凸轮3、4,驱动传袋轴偏心盘5,纵封凸轮6、7,偏心盘5还驱动传袋装置9间歇转动。
1-电动机2-减速器3、4-横封凸轮5-偏心盘
6、7-纵封凸轮8-分配轴9-传袋装置
3-1分配轴传动图
1-电磁制动器2-电磁离合器3-大齿轮
4、5-传袋轮6-小齿轮7-传动轴
3-2传袋轴传动图
如图3-2所示为传袋轴传动图,传袋轴7通过分配轴上的偏心盘5驱动,通过离合
器1和制动器2控制,传袋轴上装有齿轮3,齿轮3与齿轮4啮合,带动传袋滚轮5运动。
3.1.2分配轴转速确定
要求包装机的生产能力是50~80袋/分钟,所以确定分配轴8的转速可在50~80r/min
的范围内作无级调解。
电动机转速为:
1400r/min,则总的传动比i为”:
i=1400/(50~80)=17.5~28
因而,电动机至分配轴的降速比应能在17.5~28的范围内无级调节。
为此采用两级降速,
第一级用宽三角带无级变速,第二级采用蜗轮蜗杆降速。
3.2基于CAXAV5软件的有限元分析
由于工作时,分配轴在输出动力的同时,驱动横封、纵封装置及传袋等传动部件的运动,
所以要对分配轴进行强度分析。
故本文基于CAXAV5软件对分配轴进行了有限元强度分析。
在工程设计中,有限元法可分析零部件的强度、刚度及其动态特性,预知所设计的零部
件是否满足要求。
分配轴的受力分析如图3-3所示。
图3-3受力图
分析步骤如图3-4所示。
图3-3有限元分析步骤
图3-4模型图
选定分配轴的材料为45号钢,调质处理。
对分配轴进行单元划分、施加约束和载荷见,由于包装机械所受载荷为轻载荷,所以忽略带轮对轴的影响;
然后进行求解计算;
当求解结束后,进行后处理过程,得到分析结果,位移图见图3-5。
位移图
主应力图见图3-6,图3-7,图3-8和图3-9所示。
图3-6σ1主应力图
图3-7σ2主应力图
图3-8σ3主应力图
图3-9σ4主应力图
根据结果图f)等效应力云图可知,E点为危险截面处,有σMAX=7.335≤[σ]=160MPa满足强度条件,所以分配轴符合设计要求。
根据位移图,可知最大变形量为0.008237mm,包装材料的厚度一般为0.05~0.08mm,所以,在工作时,该变形不会影响到封口装置完成封口的功能
4封口装置设计和改造
4.1横封装置设计
4.1.1横封装置设计
执行系统是包装机实现制袋、充填、封口功能的关键,由横封装置2与纵封装置5、供料装置11、12、计量装置10、供送装置8、制袋装置6、传袋装置3等构成。
本节将完成执行系统中横封装置、计量装置、制袋装置的改进设计及其他装置的理论研究。
横封装置是粉粒制袋-充填-封口包装机中最重要的机构。
横封装置的作用是利用加热元件配合相应的运动从而实现包装袋的横向(顶部或底部)封口。
包装的封口是包装工艺中不可缺少的工序。
因此,包装质量在很大程度上取决于封口质量。
所以,横封装置的改进设计是更为重要的。
1.驱动形式
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 装袋 充填 封口 装机 设计