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Sealingisanindispensableprocedureforpackaging,onlythesealingtostorageandconvenienttransportationsales,sothedesignofadetailedstudyofthesealingsystemhasacertainsignificance.
Thisdesigncanimprovethepropertiesofpackingpackingmachine,andhastheadvantagesofsimplestructure,smallsize,convenientinstallationandmaintenance,theoperationissimpleandconvenient.
Keywords:
packagingmachine;
sealingsystem;
transversesealingdavice;
theverticalsealingdevice
1绪论…………………………………………………………………………1
1.1研究背景及意义……………………………………………………………1
1.2包装机封口系统简介…………………………………………………………2
1.3包装机、封口机国内外发展现状……………………………………………5
1.4本文主要研究工作……………………………………………………………6
2包装机封口系统总体方案设计……………………………………………7
2.1总体方案分析…………………………………………………………………7
2.2总体方案提出…………………………………………………………………7
2.3总体方案确定…………………………………………………………………9
2.4传动方案确定…………………………………………………………………10
2.5小结……………………………………………………………………………11
3包装机封口系统部件设计…………………………………………………13
3.1纵封器的设计…………………………………………………………………13
3.2横封器的设计…………………………………………………………………15
3.3偏心链轮的设计计算…………………………………………………………15
3.4剪切机构的设计………………………………………………………………20
3.5剪切相位调节机构的设计……………………………………………………21
3.6小结……………………………………………………………………………22
4链轮的设计计算……………………………………………………………23
4.1链轮的介绍……………………………………………………………………24
4.2链轮的失效形式………………………………………………………………24
4.3链轮的详细设计计算…………………………………………………………24
4.4链传动的合理布置……………………………………………………………25
4.5链传动的张紧…………………………………………………………………26
4.6链条的材料选用………………………………………………………………27
5结论………………………………………………………………………………28
参考文献…………………………………………………………………………29
致谢…………………………………………………………………………………30
毕业设计(论文)知识产权声明……………………………………………31
毕业设计(论文)独创性声明………………………………………………32
1绪论
1.1研究背景及意义
随着经济的发展和工业自动化水平的提高,市场对产品的包装要求也越来越高,而我国的包装工业发展相对缓慢,故进行包装机的设计研究具有一定的意义。
无论在国内或国外,包装工作已涉及到各行各业,面广量大,对人民生活、国际贸易和国防建设都带来深刻的影响,甚至在现代生活中出现了过去难以想象的新情况:
未经包装出售的商品变得越来越少了,而且包装上的失败往往会使很好的产品得不到成功的销售。
因而不妨这样说,在将来,如果没有现代化的包装就没有商品的生产和销售;
可是如果没有先进的工业与科学技术的综合发展,也不可能出现高水平的现代化包装。
迄今,一些科学技术发达的国家,在食品、医药、轻工、化工、纺织、电子、仪表和兵器等工业部门,已经程度不同地形成了由原料处理、中间加工和产品包装三大基本环节所组成的包装连续化和自动化的生产过程,有的还将包装材料加工、包装容器成型及包装成品储存系统都联系起来组成高效率的流水作业线。
大量事实表明,实现包装的机械化和自动化,尤其是实现具有高度灵活性(或称柔性)的自动包装线,不仅体现了现代生产的发展方向,同时也可以获得巨大的经济效益。
现代包装机械所能完成的工作已远远超出了简单地模仿人的动作,甚至可以说在很多场合用巧妙的机械方法包装出来的成品,不论在式样、质地或精度等方面,大都是手工操作无法胜任和媲美的。
随着商品的多样化,这一点越来越引起了人们的重视。
另外,用机械手代替人手,就足以最大限度地避免操作人员同产品直接接触时可能产生的感染,从而保证食品药物的清洁卫生和金属制品的防锈防蚀。
对有剧毒、刺激性的,低温、潮湿性、爆炸、发射性的,以及必须放置在暗室的物品,实现了包装的机械化和自动化,便可大大改善操作条件,避免污染危害环境。
至于对需要进行长期、频繁、重复的以及其他苯重的包装工作,如能实现机械化和自动化,则能大大减轻体力劳动强度,增进工人健康和提高生产效率。
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,若改善机械包装则会大大减轻损伤。
机械包装的生产能力往往比手工包装提高几倍、十几倍甚至几十倍,无疑这将会更好地适应市场的实际需要,合理安排劳动力,为社会多创造财富。
本课题所设计的颗粒包装机适用于包装散粒食品、药品、化学试剂、茶叶等颗粒小包产品。
而目前全自动颗粒包装机的应用仍旧不够广泛,全自动颗粒包装
机应最多的要属食品包装了,据调查多数小型食品制造商仍使用的是半自动,甚至是全手动的包装机,这种包装机不仅效率低,而且耗费人力,但是优点是造价便宜操作简单,所以现在急需要一种造价既便宜,操作又简便的颗粒包装机。
封口系统是包装机的主要组成部分,所以它的设计对于包装机来说是至关重要的,包装机的效率、包装准确性直接决定了包装机的优劣。
1.2包装机封口系统简介
目前我国包装机、封口机应用极为广泛。
除单独使用的封口机外,还有许多封口机与其它机器共同组成的生产自动线,大大提高了生产自动化程度及效率,减少了工人的劳动强度,提高了包装质量。
塑料袋装产品的封口方法有扎结、热封、钉封、粘封等,其中以热封封口方法较简单可靠,应用最广。
热封是利用塑料具有热塑性,使封口部位的塑料薄膜加热、加压相互粘合在一起。
热封的方式很多,有热板封合、熔断封合、高频封合、超声波封合、电磁感应缝合和红外线封合等。
热板封合如图1.1所示,把加热板加热到一定的温度,将要封合的塑料薄膜紧压在一起,这是热封原理与结构最为简单的一种,封合速度较快,可恒温控制,这种方法常应用于封合聚乙烯等复合薄膜,而对受热易收缩与分解的薄膜,如各种热收缩薄膜,聚氯乙烯等不宜应用。
1-热板2-封缝3-薄膜4-耐热橡胶5-工作台
图1.1热板封合
回转辊筒封合如图1.2所示,将一对反向等速回转辊筒的一方或者双方加热,两辊中间通过重合膜进行加热、加压封合,本方法的一大特点是能连续封合。
主要适用于复合包装薄膜,因单层薄膜受热易变形会导致封缝外观质量较差而不宜应用。
1-热辊2-薄膜3-封缝
图1.2回转辊筒封合
带状缝合如图1.3所示,一对相向回转的金属带之间,夹着要封合的薄膜直线运动,在前进中通过钢带两侧加热、加压、冷却。
本结构稍为复杂,一般用于袋口的最后封口上,既能再运动中封合,以能适应受热易变形的薄膜。
1-加热区2-冷却区3-钢带4-薄膜
图1.3带状封合
滑动加压封合如图1.4所示,薄膜首先通过一对热板中间受到加热(电加热或空气加热),再经一对反向回转辊加压封合。
本方法结构简单,能适应那些热变形大的薄膜的连续封合。
1-热板2-加热辊3-封缝4-薄膜
图1.4滑动加压封合
脉冲封合如图1.5所示,用捏铬合金扁电热丝压着薄膜,再瞬时通以大电流加热,接着用空气或通冷却水强制封缝冷却,最后放开压板。
本方法结构上略比热板封合复杂,但适用于易热变形与受热易分解的薄膜,所得封口质量较好,因冷却占有时间,故生产率受到限制,只适用于间歇封合,在热电丝与薄膜间常用耐热防粘的聚四氟乙烯织物,薄膜另一端承压台上带耐热的硅橡胶衬垫,使焊缝均匀。
1-压板2-扁电热丝3-防粘材料4-封缝
5-薄膜6-耐热橡胶垫7-工作台
图1.5脉冲加压封合
熔断封合如图1.6所示,将热源与要封合的薄膜靠近,使封口部融化成球状。
这种封缝的封口强度较大,适用于热收缩薄膜,但不适应热分解性的薄膜。
1,3-薄膜2-封缝4,5-冷却板6-加热板
图1.6热板熔焊封合
高频封合如图1.7所示,薄膜用上、下电极压着,外加高频电源时,聚合物有感应阻抗而发热融化形成封缝,因是内部加热,中心温度较高而不过热,所得封缝强度较高,对聚氯乙烯很适合,但不适用低阻抗薄膜。
1-压头2-高频电极3-封缝4-薄膜5-工作台
图1.7高频加压封合
电磁感应封合,向圈状的电阻通上高频电流,就在其周围产生高频磁场,磁场内如有磁性材料就会根据磁滞损耗而发热,若在薄膜之间加上很薄的磁性材料,或在塑料中预先掺加一些磁性氧化铁粉,塑料即瞬时熔化粘合,加热部分可不需直接和塑料袋接触,因此能连续又高速地进行封合,适合于生产线的生产,这是近几年内热封塑料的新方法。
红外线封合,将红外线直接照射在薄膜有关位置进行熔化封口,照射源的发热极高,深色容易加热,对透明薄膜只要在封口层下铺上黑布即可。
本方法能对一般加热无法封口的聚四氟乙烯和厚度达5~6毫米以上的聚乙烯片进行封合,这亦是近年来国内外研制出热封塑料的新方法。
1.3包装机、封口机国内外发展现状
我国封口机等包装机械起步较晚,1990年尚未形成完备的工业体系,95筹划后,我国封口机等包装机械得到快速发展,年平均增长速度大于30%,进入2000年以后,仍以20%的速度增长。
经过20多年的发展,我国封口机等包装机械已成为机械工业中十大行业之一。
无论是产量还是产值,都取得了令人瞩目的成绩[1]。
近20年来的发展,我国封口机已经从人工参与较多的手工封口技术逐渐发展到现在全自动封口技术。
随着电子技术和机械制造的成熟和发展,全自动封口机也向着更加高精尖的领域发展。
但是手动和半自动的封口机应用较为广泛,还并未摆脱人力需求较多的缺点。
目前我国的封口机研究主要分为三个方面:
1.创新设计方面的研究;
2.安全设计技术方面的研究;
3.卫生设计技术方面的研究[2]。
国外的包装封口技术成熟较早,高频封合,超声波封合,电磁感应封合,红外线封合等封口方法研究较早,已经非常成熟了。
德国、意大利、英国、瑞士、和法国等,都是世界上很重要的包装机、封口机生产国家。
德国的封口机在制造和技术性能等方面居世界领先地位。
一些大公司生产的封口机采用光电感应,以光标控制,并配有防静电装置。
德国的包装封口机出口比例占80%左右,是世界上最大的包装机械出口国。
意大利是仅次于德国的第二包装封口机制造大国,其封口机械多用于食品工业,具有性能优良,外观考究,价格便宜的特点。
目前世界各国对包装机封口机的发展十分重视,尤其是封口机的精确化、智能化和自动化的研究,高科技产品不断涌现。
生产高效化、资源高利用化、产品节能化、实用化、科研成果商业化已经成为世界各国的包装封口机械发展的趋势。
无论国内还是国外,应用最广泛的还是热封式的封口机,纵封器多选用滚轮式热封器,选择这种热封方法的好处就是稳定、简单、经济、便于维修;
横封器千差万别,但主要还是以热封为主。
国外高档包装、精密包装多用超声波封合,因为这种封口方式热效应极小,不起皱,无封合痕迹。
量产时也经常用到红外线封合的方式,这种方式不但封合精确,而且封合深度可达5~6mm,是比较新的封合方式。
国内外自动化较高的封口机对本课题的研究有很大帮助。
1.4本文主要研究工作
本文首先确定了包装机的总体布局,然后提出了封口系统的具体设计方案,根据方案,主要的设计和研究内容有:
a.颗粒包装机的原理方案设计;
b.颗粒包装机的传动系统方案设计;
c.纵封机构的详细设计;
d.横封机构的详细设计;
e.切断机构的详细设计。
2包装机封口系统总体方案设计
2.1总体方案分析
包装机中封口的方法多样,但是效率高,自动化高的包装机往往用的还是热封的封口方法。
热封方法也是应用最广的一种方法。
普遍情况下颗粒状物品的包装袋都是塑料类制品,借助热变形,热封器很容易的就能将薄膜封合在一起,而塑料制品热塑性良好,冷却后强度较高,封口质量稳定性好。
考虑到设计任务要求的包装速度30-60袋/min。
热封系统的连续性和自动化要求要高,相比间歇性的封口系统,连续制袋更为优。
在方案选择优化的时候回转型的热封器应该优先考虑使用。
2.2总体方案提出
方案一:
卧式间歇制袋三边封口系统,如图2.1所示。
1-卷筒薄膜2-导辊3-成型器4-导杆5-张口器
6-横封器7-加料器8-纵封牵引器9-分切刀10-成品袋
图2.1卧式间歇制袋三边封口系统
此类型的封口原理如图2.1所示。
卷筒塑料薄膜1经导辊2引入成型器3,在成型器3和导杆4的作用下形成U形并由张口器5撑开。
当加料器7下行进入加料位置时,横封器6闭合,同时装填物料。
随后,横封器6和加料器7复位。
然后。
纵封器8闭合热封并牵引薄膜移动一个袋位。
最后由切刀9把包装袋切断。
方案二:
立式间歇制袋中缝封口系统,如下图2.2所示。
1-供料器2-导辊3-卷筒薄膜4-成型器
5-加料管6-成型筒7-纵封器8-横封牵引器9-成品器
图2.2立式间歇制袋中缝封口系统
如图2.2所示,卷筒塑料薄膜3经导辊2被引入成型器4,通过成型器4和加料管5以及成型筒6的作用,形成中缝搭接的圆筒形。
其中加料管5的作用为:
外作制袋管,内为输料管。
封合时,纵封器7垂直压合在套于内筒和外壁的薄膜搭接处,加热形成牢固的纵封。
然后,纵封器复位,由横封器8闭合对薄膜进行横封同时向下牵引一个袋的距离,并在最终位置加压切断。
可见,每一次横封可以同时完成上袋的下口和下袋的上口封合。
而物料的填充实在薄膜受牵引下移时完成的。
方案三:
立式连续制袋三边封口系统,如下图2.3所示。
1-卷筒薄膜2-导辊3-成型器4-加料器
5-纵封滚轮6-横封辊7-切断刀8-成品袋
图2.3立式连续制袋三边封口系统
如图2.3所示卷筒薄膜在纵封滚轮的牵引下,经导辊进入制袋成型器形成种纸管状。
纵封滚轮在牵引的同时封合纸管对接两边缘。
随后由横封辊闭合实行横封切断。
同样,每次横封动作可同时完成上袋的下口和下袋的上口封合,并切断分离。
物料的充填是在纸管受纵封牵引下行至横封闭合前完成的。
2.3总体方案确定
a.方案1和方案2都是间歇制袋的,工作效率没有方案3高。
b.方案1的横封和纵封以及方案2的横封,机械动作复杂,要求的机械结构也相对复杂。
相比之下方案3更优。
c.方案2和方案3的横封器包含了切断机构,故此可以考虑使用横封切断一体。
d.方案3节省了空间、时间,又考虑到方便、造价低等特点,此次选用立式连续制袋三边封口包装机。
纵封原理方案的确定,如下图2.4所示:
1-热辊2-塑料薄膜3-封缝
图2.4回转滚筒封合简图
如图2.4所示,塑料薄膜2经过热辊1的牵引热封在封缝3处热合。
这种封合方式既考虑了效率,又考虑了经济性和稳定性。
横封原理方案确定,如下图2.5所示:
1、3-辊体2-加热管
图2.5横封辊结构简图
如图2.5所示,在一个回转周期内,辊体两次对塑料薄膜进行加热封合。
2.4传动方案确定
薄膜袋的封口过程如图2.6所示,物料从1进入包装袋,包装袋在2处开始纵封,经过3的横封,完成封口,最后再由切断机构对包装袋进行切断。
1-纵封器2-横封器3,4,5,6,7,8,9,10-链轮11-切断装置
图2.6传动方案装配简图
电机将动力通过小链轮传到大链轮4上,带动主轴上的链轮5和链轮7。
链轮5通过链条将动力传到链轮6上,链轮6带动纵封器2运转。
带轮7经链条将动力传到链轮8上,链轮8带动偏心链轮10作不等速回转,然后偏心链轮10将动力传送到链轮9上带动横封器3的回转。
主电机的确定:
由于整台机器较小,功率、扭矩都较小,故而不需要较大的电机。
由于要实现电机变速,综上所述,参考机械设计手册和同类型的小型机器,选择型号为LL86HB156的步进电机,其主要性能参数如下所示:
步距角(°
):
1.8;
相电流(A):
6.0;
设定转速(r/min):
300r/min;
保持转矩(N·
m):
12.2;
转动惯量(g·
cm²
4000;
重量(kg):
5.4。
总传动比分配:
机器的包装速度是:
30-60袋/min,所以横封器啮合次数应该达到30-60次/min,袋长范围为60-180mm,据此,计算纵封器的转速n。
袋长暂取L=100mm,包装效率暂定Q=30袋/min,则包装完一袋需要的时间为2秒。
使纵封辊旋转一周刚好封合两个袋长,则由公式(2.1)可知纵封辊的半径:
2L=2πR(2.1)
将所取数值代入,则纵封辊半径R≈32mm。
由公式(2.2)可知纵封辊的角速度:
(2.2)
将数值代入,则纵封辊的角速度ωz=1.5625rad/s
包装的线速度=30袋/min
100mm/袋=3000mm/min=50mm/s(2.3)
则可得纵封辊的转速n≈15r/min(2.4)
传动比的具体分配如下,电机到减速装置的减速比为6,减速装置到纵封系统的减速比为3.33,减速装置到横封系统的减速比为1.8。
主轴转速计算:
综合上述传动比的分配,主轴转速计算如下,见公式(2.5):
n主轴=n电机×
i链轮减速=300÷
6=50r/min(2.5)
主轴最小直径计算,见公式(2.6):
d0
A
=
=23.17mm(2.6)
设计轴时一般考虑轴上的键槽对强度的影响,设计时应该根据槽的个数增大尺寸,其经验公式计算如下,见公式(2.7):
d=d0
23.3mm≈25mm(2.7)
最终主轴最小直径取25mm。
2.5小结
设计之初,传动系统选择的主要减速方式是:
涡轮蜗杆,齿轮减速,其传动比小,但是强度大。
经过导师指导,换成了一大一小链轮组合来代替部分齿轮和涡轮蜗杆进行减速。
链轮配合的最大传动比可以达到10;
并且由于本包装机整体尺寸较小,所需要的力也不大,工作条件完全可以满足,所以最终选择了依靠链轮组来对传动系统进行减速工作。
3包装机封口系统部件设计
塑料薄膜及其复合材料是自动制袋包装机中最常用的包装材料,特别是多层复合薄膜,因为它的气密性良好以及高强度而广泛应用于食品包装中。
塑料薄膜的封口采用热融封合的方法,具体操作是:
对塑料薄膜的两个接触面加热,使其处于熔融的热塑化状态,再给封接部位施压,使薄膜两个封接面融合密封牢固。
影响封合质量的因素主要是加热温度、封合压力和和作用时间。
热融封合的方法有多种形式[2],最常用的是电阻加热法和脉冲加热法,另外还有高频电加热封合、超声波加热封合、电磁加热封合和红外线加热封合等。
每种方法均适用于一定品种范围的塑料材料。
在自动制袋装填包装机中,广泛应用电阻加热的热融封合方法,因其具有机构简单,调控方便的特点。
而且,用于食品包装的薄膜主要是聚乙烯及其复合材料居多,也就是说主要以聚乙烯为热封合材料,因此用电阻加热封合法是完全能满足要求的[3]。
连续制袋包装机中有两个封合装置:
纵封装置和横封装置,分别实现包装袋的纵缝封接和横向封合。
他们均采用电阻加热的封合方法。
3.1纵封器的设计
在连续式自动制袋装填包装机中,由于薄膜连续输送,因此其纵缝封接是连续进行的。
为此采用一对滚轮式电阻加热的热融封接器来实现连续纵封。
在此,热融封接滚轮不仅完成包装薄膜制袋的纵向热封,同时还起到对包装薄膜的辅助牵引输送作用。
也就是说,牵引和纵封是同时进行的,牵引滚轮同时也是纵封滚轮。
如下图3.1所示是纵封执行机构的结构。
两纵封辊轮的圆筒内均装有加热器,发热元件一般用电阻发热线圈,绕装在支座上,再通过支座安装在轴承座或者安装板上。
当纵封辊轮随轴旋转时,加热器固定不动,持续的对辊子的圆筒壁均匀加热。
加热温度通过测温器测量,并由温控表控制器变化范围。
纵封器的动力来源在传动系统设计时候已经提到,通过链轮带动了纵封
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