螺旋式自動(dòng)定量包裝機(jī)設(shè)計(jì)

螺旋式自動(dòng)定量包裝機(jī)設(shè)計(jì)1 緒論1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義 隨著人們生活水平的日益提高,對產(chǎn)品的包裝要求也越來越高，自動(dòng)定量包裝機(jī)是輕工業(yè)產(chǎn)業(yè)中必不可少的自動(dòng)機(jī)械之一，我國近些年來包裝工業(yè)發(fā)展迅速，但又在某種程度上受到機(jī)械工業(yè)發(fā)展相對滯后的影響。包裝機(jī)械發(fā)展較為緩慢，因此進(jìn)行顆粒包裝機(jī)的設(shè)計(jì)研究具有一定的意義。通過本次也涉及，能夠是我們對包裝機(jī)械有一個(gè)鉸深的了解，對螺旋式結(jié)構(gòu)，包裝機(jī)工作過程進(jìn)行分析研究并有所創(chuàng)新，同時(shí)也培養(yǎng)了對我們所學(xué)知識(shí)的理解、收集、查閱文獻(xiàn)資料的能力，發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題的能力。1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況國內(nèi)：我國的包裝機(jī)械概況與展望目前我國包裝機(jī)械企業(yè)規(guī)模偏小，技術(shù)裝備不是很完善，管理水平比較低，自我發(fā)展和技術(shù)設(shè)計(jì)開發(fā)能力較弱，產(chǎn)品品種單一。產(chǎn)品技術(shù)含量、附加值較低；新產(chǎn)品開發(fā)周期長，不能及時(shí)響應(yīng)市場需求，及時(shí)提供市場、用戶急需的產(chǎn)品。企業(yè)主要精力都花費(fèi)在量的擴(kuò)張上，對質(zhì)的提升、科技進(jìn)步的投入嚴(yán)重不足，產(chǎn)品在低水平上重復(fù)；另外，產(chǎn)品安全防護(hù)措施較差，安全意識(shí)不強(qiáng)。目前我國的包裝機(jī)械產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量不穩(wěn)定、性能單一、成本高、技術(shù)含量低的狀況。但包裝行業(yè)產(chǎn)品量廣，我們的行業(yè)仍然欣欣向榮，堪稱“朝陽工業(yè)”。國外：國外包裝機(jī)械業(yè)概況美國、日本、德國、意大利是世界上包裝機(jī)械四大強(qiáng)國。 美國是世界上包裝機(jī)械發(fā)展歷史較長的國家，早已形成了獨(dú)立完整的包裝機(jī)械體 系，其品種和產(chǎn)量均居世界之首。10多年來，美國始終保持著世界最大包裝機(jī)械生 產(chǎn)和消費(fèi)大 國的地位。其產(chǎn)品以高、大、精、尖產(chǎn)品居多，機(jī)械與計(jì)算機(jī)緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化控制。新型機(jī)械產(chǎn)品中以成型、填充、封口三種機(jī)械的增長最快，裹包機(jī)和薄膜包裝機(jī)占整個(gè)市場份額的15%，紙盒封盒包裝機(jī)在市場占有率中居第二位。一些大公司 生產(chǎn)的包裝機(jī)械集機(jī)-電-儀及微機(jī)控制于一體， 采用光電感應(yīng)，以光標(biāo)控制，并配有 防靜電裝置。其大型自動(dòng)包裝機(jī)不僅包裝容積大，課題的目 的、意義；國 內(nèi)外技術(shù)現(xiàn) 狀及發(fā)展趨 勢 而且能集制袋、稱重、充填、抽真 空、封口等工序在一臺(tái)單機(jī)上完成。德國包裝機(jī)械業(yè)多年來始終處于穩(wěn)定增長狀態(tài)，出口比例占80%左右。德國是世界上最大的包裝機(jī)械出口國。 意大利是僅次于德國的第二大包裝機(jī)械出口國。 意大利的包裝機(jī)械多用于食品工 業(yè)，具有性能優(yōu)良、外觀考究、價(jià)格便宜的特點(diǎn)，出口比例占80%左右。目前，世界各國對包裝機(jī)械的發(fā)展都十分重視，集機(jī)、電、氣、光、生、磁為一 體的高新技術(shù)產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。生產(chǎn)高效率化、資源高利用化、產(chǎn)品節(jié)能化、高新技術(shù)實(shí)用化、科研成果商業(yè)化已成為世界各國包裝機(jī)械發(fā)展的趨勢。1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 1.完成對自動(dòng)定量包裝機(jī)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，并完成機(jī)械部分的二維圖、三維圖。其中機(jī)械部分的設(shè)計(jì)先要對原產(chǎn)品進(jìn)行測繪，并運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法按照要求對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。其中包括儲(chǔ)料倉的設(shè)計(jì)、雙螺旋給料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、夾袋機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與縫包裝置的設(shè)計(jì)等。2.完成PLC控制系統(tǒng)與液壓氣壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并對PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行程序編制。其中液壓氣壓系統(tǒng)主要對夾袋裝置的收縮與伸張進(jìn)行控制，而PLC程序編制采用通用的梯形圖進(jìn)行，以便于交流運(yùn)用。2 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.1 雙螺旋給料機(jī)的設(shè)計(jì) 2.1.1 已知參數(shù)和工作條件 本次設(shè)計(jì)的定量包機(jī)裝大螺旋包裝量為1.5t/h，小螺旋為0.9t/h。 2.1.2 螺旋給料機(jī)機(jī)輸送量和功率計(jì)算 水平螺旋給料機(jī)的生產(chǎn)率可以按照下邊的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算: (t/h) (2.1) 式中: 機(jī)槽內(nèi)物料的橫斷面積（m）； 被輸送的物料的軸向的運(yùn)動(dòng)速度； 物料的單位容積重量（t/m）。 機(jī)槽內(nèi)物料的橫斷面積為 (2.2) 式中: 螺旋葉片直徑（m）； 機(jī)槽的填充系數(shù)，其具體數(shù)據(jù)可見下表2-1； 傾斜布置的輸送機(jī)對的修正系數(shù)，由于本次設(shè)計(jì)的輸送進(jìn)料部分是水平方向布置，故其值為1.0； 螺旋葉片的形式對輸送量的影響系數(shù)，見表2-2。表2-1（各種散料的特性系數(shù)）物料名稱推薦填充系數(shù)A值小麥0.300.4065稻谷0.300.4060面粉0.300.4040麩皮、米糠、胚芽0.200.354050棉籽0.300.3555碎油餅0.250.3040 表2-2（螺旋葉片形式的修正系數(shù)）葉片形式滿面式齒式帶式漿式1.00.80.70.3 查詢糧食工程設(shè)計(jì)手冊中的關(guān)于螺旋輸送軸的有關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)要求等，選擇滿面式葉片的螺旋體，根據(jù)螺旋給料機(jī)螺旋體與螺旋軸的系列推薦尺寸，選擇螺旋體直徑D=160mm，對應(yīng)的螺旋軸直徑d=36mm。再根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算 (2.3) 式中: 螺旋葉片直徑，以選擇的為160mm； 物料的裝滿系數(shù)； 螺距，推薦的直徑為160mm的葉片對應(yīng)的螺距為130mm； 螺旋軸轉(zhuǎn)速（r/min），系列值為60、70、80、90、100、110、120、140、160、190，選擇推薦值100r/min； 物料容重，上面表格可查閱； 傾斜修正系數(shù)，為水平布置，其值為1.0； 螺旋葉片葉形的影響系數(shù)，選擇的為滿面式，其值1.0。 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率（kw）計(jì)算公式 (2.4) 式中: 給料量，已知數(shù)據(jù)是1.5t/h； 物料阻力系數(shù)：糧食及其加工產(chǎn)品取1.21.3，麥芽、棉籽、糖塊取1.5，蘇打、食鹽取2.5； 螺旋給料機(jī)的水平投影長度，設(shè)計(jì)量為1.0m； 傾斜輸送時(shí)物料提升的高度，向上為+，向下為-本次設(shè)計(jì)為水平布置，為0； 電機(jī)功率儲(chǔ)備系數(shù)，取11.4； 總傳動(dòng)效率取0.94。螺距不僅決定著螺旋的升角，還決定著在一定填充系數(shù)下物料運(yùn)行的滑移面，所以螺距的大小直接影響著物料輸送過程。最大螺距應(yīng)滿足下列兩個(gè)條件:要考慮螺旋面與物料的摩擦關(guān)系以及速度各分量間的適當(dāng)分布關(guān)系兩個(gè)條件，來確定最合理的螺距尺寸。物料顆粒在螺旋面軸向方向上的作用力為為了, 則必須滿足條件。在最小半徑處的螺旋升角是最大的，輸送方向的作用力最小。根據(jù)這個(gè)條件，最大的許用螺距值，由下式確定 (2.5) (2.6)若以(D是螺旋的外徑)代人上式，則得 (2.7)另外，在確定最大的許用螺距時(shí)，必須滿足的第二個(gè)條件是建立在使物料顆粒具有最合理的速度各分量間的關(guān)系的基礎(chǔ)上的，即應(yīng)使物料顆粒具有盡可能大的軸向給料速度，同時(shí)又使螺旋面上各點(diǎn)的軸向輸送速度大于圓周速度。螺距的大小將影響速度各分量的分布。當(dāng)螺距增加時(shí)，雖然軸向輸送速度增大，但是會(huì)出現(xiàn)圓周速度不恰當(dāng)?shù)姆植记闆r;相反，當(dāng)螺距較小時(shí)，速度各分量的分布情況較好，但是軸向輸送速度卻較小。于是，根據(jù)在螺旋圓周處的的條件。 (2.8)即 (2.9) 可得出 (2.10) 所以，需要滿足，和兩個(gè)條件。物料的摩擦系數(shù)同物料在料槽里的運(yùn)動(dòng)取向、運(yùn)動(dòng)速度、物料的尺寸、濕度以及螺旋葉片材料及表面狀態(tài)等有關(guān)。輸送物料的摩擦系數(shù)可參考連續(xù)運(yùn)輸機(jī)設(shè)計(jì)手冊。通常可按下式計(jì)算螺距 (2.11)對于標(biāo)準(zhǔn)的螺旋輸送機(jī)，值一般取為0.81。當(dāng)傾斜布置或輸送物料流動(dòng)性較差時(shí)；當(dāng)水平布置，可取值等于0.81。 故取，那么大螺旋螺距為=0.50m，小螺旋螺旋為=0.25m。 螺旋軸徑的大小與螺距有關(guān)，因?yàn)閮烧吖餐瑳Q定了螺旋葉片的升角，也就決定了物料的滑移方向及速度分布，所以應(yīng)從考慮螺旋面與物料的摩擦關(guān)系以及速度各分量的適當(dāng)分布來確定最理的軸徑與螺距之間的關(guān)系。圖2.1(螺旋葉片受力分析)從上圖可以看出，物料在螺旋面上軸向受力分量為（為螺旋升角） (2.12)式中:a角是由物料對螺旋面的摩擦角P以及螺旋表面粗糙程度決定的。對于一般熱壓或用冷扎鋼板拉制的螺旋片表面，可以忽略螺旋葉面粗糙程度對9)角的影響，此時(shí)可認(rèn)為。所以， (2.13) 因?yàn)槁菪莂在葉片根部最大，此處的輸送方向(軸向)作用力最小。與應(yīng)滿足關(guān)系之一是，即。將，帶入上式并整理得出： (2.14)確定最小軸徑還應(yīng)滿足的第二個(gè)條件是物料具有盡可能大的軸向速度，同時(shí)螺旋面上各點(diǎn)的軸向速度大于圓周速度。圓周速度和軸向速度分別為 (2.15) (2.16) 圖2.2 (螺旋葉片速度分析) 要使得螺旋面在葉片根部的軸向速度大于圓周速度，得出 (2.17)根據(jù)上式計(jì)算，當(dāng)取0.3，時(shí)，；當(dāng)u值增加時(shí)，還增加，也就是說，根據(jù)上式計(jì)算得出的軸徑相當(dāng)大，這勢必降低有效輸送截面為了保證足夠的有效輸送截面從而保證輸送能力，就得加大結(jié)構(gòu)，使得輸送機(jī)結(jié)構(gòu)粗大笨重，成本提高。所以，螺旋軸徑與螺距的關(guān)系應(yīng)是輸送功能與結(jié)構(gòu)的合。在能夠滿足輸送要求的前提下，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊。由于這種場合使用的輸送機(jī)填充系數(shù)較低，只要保證靠近葉片外側(cè)的物料具有較大的軸向速度，且向速度大于圓周速度即可。經(jīng)綜合分析可得大螺旋軸直徑d1=35mm,小螺旋直徑d2=65mm。 由于螺旋給料機(jī)夠?qū)儆谛⌒偷倪B續(xù)輸送設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單。在輸送物料的時(shí)候，對于螺旋軸徑所占據(jù)的截面，對輸送能力有一定的影響。所以在輸送能力計(jì)算時(shí)不能忽略軸徑所占的截面。 由輸送量公式 (2.18) 可以得出轉(zhuǎn)速 (2.19) 式中，為螺旋轉(zhuǎn)數(shù)(r/ min)，s為螺旋螺距(m)，為螺旋葉片外徑與料槽內(nèi)壁最小間隙，一般為515mm。 一般說來 ，螺旋轉(zhuǎn)速加快，生產(chǎn)能力提高。但是當(dāng)轉(zhuǎn)速超過一定的極限值時(shí)，物料會(huì)因?yàn)殡x心力過大而向外拋，以致無法輸送，所以轉(zhuǎn)速n還需要有一定的限定，不能超過某一極限值。 實(shí)際轉(zhuǎn)速與最大轉(zhuǎn)速之間有一定的限定關(guān)系 (2.20） (2.21） 式中：， 螺旋直徑(m)， 物料綜合特性系數(shù)。 如果計(jì)算得到的轉(zhuǎn)速太高，則應(yīng)對計(jì)算出的螺旋軸徑、 值適當(dāng)調(diào)整查表可得=35，又有=0.250m。計(jì)算可得：極限轉(zhuǎn)速=70（r/m）。圓整為下列轉(zhuǎn)速：20、30、35、45、60、75、90、120、150、190r/min。故取大螺旋轉(zhuǎn)速為=60r/min，小螺旋轉(zhuǎn)速為=45r/min。螺旋給料機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率，是用于克服在物料輸送過程中的各種阻力所消耗的能量，主要包括以下幾個(gè)部分。1）使被運(yùn)物料提升高度H(水平或傾斜)所需的能量；2）被運(yùn)物料對料槽壁和螺旋面的摩擦所引起的能量消耗；3）物料內(nèi)部顆粒間的相互摩擦引起的能量消耗；4）物料沿料槽運(yùn)動(dòng)造成在止推軸承處的摩擦引起的能量消耗；5）中間軸承和末端軸承處的摩擦引起的能量消耗。從另外的角度,可以這樣分，物料與料槽間摩擦消耗的功率；物料與螺旋葉片間摩擦消耗的功率；軸承處摩擦消耗的功率；提升物料及物料顆粒間相互運(yùn)動(dòng)消耗的功率。這樣，螺旋給料機(jī)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)功率，就由機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中所產(chǎn)生的阻力來決定的。阻力主要由以下幾個(gè)部分組成。1）物料與料槽之間的磨擦力阻力；2）物料對螺旋的摩擦阻力；3）物料傾斜向上輸送時(shí)的阻力；4）物料懸掛軸承下的堆積阻力；5）物料被攪拌所產(chǎn)生的阻力；6）軸承的摩擦阻力。 2.1.3 螺旋給料機(jī)進(jìn)出料口裝置螺旋輸送機(jī)的出料口有方形出料口、手推式出料口和齒條式出料口三種，后兩種出料口拉板的開閉方向，按安裝不同分為右裝、左裝兩種。右裝站在螺旋機(jī)頭節(jié)往尾節(jié)看，拉板向右拉開；左裝站在螺旋機(jī)頭節(jié)往尾節(jié)看，拉板向左拉開。圖2.3(進(jìn)料口)圖2.4(出料口) 2.1.4 槽體的設(shè)計(jì)圖2.5(槽體) 如圖2.5所示，水平慢速螺旋給料機(jī)的料槽通常用24mm厚的薄鋼板構(gòu)成成。橫斷面兩側(cè)壁垂直，底部為半圓形，每節(jié)料槽的端部和側(cè)壁上端均用角鋼加固，以保證料槽的剛度，實(shí)現(xiàn)節(jié)與節(jié)間、頂部蓋板與料槽的連接，料槽底部應(yīng)設(shè)置鑄鐵件或角鋼焊接件的支承腳。底部半圓的內(nèi)徑應(yīng)比螺旋葉片直徑大48mm。垂直快速螺旋輸送機(jī)料槽橫斷面為圓形，通常采用薄壁無縫鋼管制成。不銹鋼或薄鋼板制成園筒或帶有垂直側(cè)邊的U形槽，為了便于連接和增加剛性，在料槽的縱向邊緣及各節(jié)段的橫向接口處都焊有角鋼，料槽有時(shí)也用木板制成，其半圓形槽底包有鐵片，每隔23(米)設(shè)支架一個(gè)，槽用可拆卸的蓋子蓋在上面。料槽的內(nèi)直徑要稍大于螺旋直徑，使兩者之間有一間隙。螺旋和料槽制造、裝配愈精確間隙可愈小。這對減少磨這對減少磨損和動(dòng)力消耗非常重要，一般間隙為6.09.5毫米。 2.1.5 螺旋給料機(jī)安裝技術(shù)條件 螺旋機(jī)安裝的正確性是以后使用情況良好的先決條件之一，其在使用地點(diǎn)的安裝必須妥善地進(jìn)行，并滿足技術(shù)條件的要求。 （1）螺旋機(jī)安裝基礎(chǔ)至少應(yīng)在螺旋機(jī)正式安裝以前20天澆灌完成,該基礎(chǔ)應(yīng)能可靠地支承輸送機(jī)并保證不同地基過小而發(fā)生螺旋機(jī)下沉和額外的變化,保證螺旋機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)具有足夠穩(wěn)定性。（2）螺旋機(jī)在安裝以前必須將那些在運(yùn)輸中或卸箱時(shí)粘上的塵垢的機(jī)件加以清洗。（3）相鄰機(jī)殼法蘭石應(yīng)連接平整、密合，機(jī)殼內(nèi)表面接頭處錯(cuò)位偏差不超過2mm。（4）機(jī)殼法蘭間允許墊石棉調(diào)整機(jī)殼和螺旋長度的積累誤差。 （5） 外徑與機(jī)殼間的間隙應(yīng)符合，表2-3規(guī)定最小間隙不得少于表中規(guī)定數(shù)值的60%，需要大間隙，按用戶要求制作。表2-3（mm）（外徑與機(jī)殼間間隙）螺旋公稱直徑D10016025031540050063080010001250間隙61012.51520 （6）螺旋機(jī)各中間懸吊軸承應(yīng)可靠地固定在機(jī)殼吊耳上，與相鄰螺旋聯(lián)連后螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)均勻，沒有被卡住現(xiàn)象，安裝時(shí)可在吊軸承底座與機(jī)殼吊耳間加調(diào)整墊片以保證各吊軸承同軸安裝后螺旋體軸線的同軸度應(yīng)符合表2-4規(guī)定。 表2-4（螺旋體軸線同軸度）螺旋機(jī)長度(cm)315153030505070同軸度(mm)3.04.05.05.0 （7）螺旋機(jī)主軸與減速電器的同軸度應(yīng)符合GB1184-80形狀和位置工差,未注公差的規(guī)定附表4中10級的規(guī)定。（8）螺旋機(jī)的各底座在機(jī)殼裝妥后，均應(yīng)使之著實(shí)后再擰緊地腳螺釘。（9）所有聯(lián)結(jié)螺釘均應(yīng)擰緊至可靠的程度。 （10）進(jìn)出料口現(xiàn)場安裝應(yīng)使進(jìn)出料口的法蘭支承面與螺旋機(jī)的本體軸線平行，與相連接的法蘭應(yīng)緊密貼合，不得有間隙。 （11）螺旋機(jī)裝妥后應(yīng)檢查各存油處是否人足夠潤滑油，不夠則加足之，其后進(jìn)行無負(fù)載試車；在連續(xù)進(jìn)行4小時(shí)以上試運(yùn)轉(zhuǎn)后，檢查螺旋機(jī)裝配的正確性，發(fā)現(xiàn)不符合下列條件的應(yīng)即停車，處理后再運(yùn)轉(zhuǎn)，直至處于良好運(yùn)行狀態(tài)為止。 2.1.6 傳動(dòng)裝置的選擇 （1）傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)： 1）組成：傳動(dòng)裝置由電機(jī)、鏈輪、工作機(jī)組成； 2）特點(diǎn)：齒輪沿軸向載荷分布不均勻，要求軸有較大的剛度； 3）確定傳動(dòng)方案：1電動(dòng)機(jī)；2聯(lián)軸器；3鏈輪；4聯(lián)軸器；5工作機(jī)。 （2）電機(jī)的選擇表2-5（大小螺旋電機(jī)規(guī)格）大螺旋小螺旋電機(jī)的型號G3LM-32-20-150G3LM-22-25-T040功率1.5KW0.4KW電壓AC220VAC220V 2.1.7 螺旋輸送機(jī)的使用與維護(hù)螺旋給料機(jī)是用來對粉狀、粒狀、小塊狀物料的一般用途的給料設(shè)備，各種軸承均處于灰塵中工作，因此在這樣工況條件下的螺旋機(jī)的合理操作與保養(yǎng)就具有更大的意義，螺旋機(jī)的操作和保養(yǎng)主要要求如下。 （1）螺旋機(jī)應(yīng)無負(fù)載起動(dòng)，即在機(jī)殼內(nèi)沒有物料時(shí)起動(dòng)，起動(dòng)后方能向螺旋機(jī)給料。 （2）螺旋機(jī)初始給料時(shí)，應(yīng)逐步增加給料速度至達(dá)到額定輸送能力，給料應(yīng)均勻，否則容易造成輸送物料的積塞，驅(qū)動(dòng)裝置的過載，使整臺(tái)機(jī)器早日損壞。 （3）為了保證螺旋機(jī)無負(fù)載起動(dòng)的要求，輸送機(jī)在停車前應(yīng)停止加料，等機(jī)殼內(nèi)物料完全輸盡后方可停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 （4）被輸送物料內(nèi)不得混入堅(jiān)硬的大塊物料，避免螺旋卡死而造成螺旋機(jī)的損壞。 （5）在使用中經(jīng)常檢視螺旋機(jī)各部位的工作狀態(tài)，注意各緊固機(jī)件是否松動(dòng)，如果發(fā)現(xiàn)機(jī)件松動(dòng)，則應(yīng)立即擰緊螺釘，使之重新緊固。 （6）應(yīng)當(dāng)特別注意螺旋管與聯(lián)接軸間的螺釘是否松動(dòng)，如發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象應(yīng)立即停止，矯正之。 （7）螺旋機(jī)的機(jī)蓋在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不應(yīng)取下，以免發(fā)生事故。 （8）螺旋機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)生不正?，F(xiàn)象均應(yīng)加以檢查，并消除之，不得強(qiáng)行運(yùn)轉(zhuǎn)。 （9）螺旋機(jī)各運(yùn)動(dòng)機(jī)件應(yīng)經(jīng)常加潤滑油。1）驅(qū)動(dòng)裝置的減速器應(yīng)按其說明書要求潤滑； 2）螺旋機(jī)兩端軸承箱內(nèi)用鋰基潤滑脂，每半月注入一次約5克； 3）螺旋機(jī)吊軸承，選用M1類別，其中80000型軸承浸在融化了潤滑脂中與潤滑脂一道冷卻，重新裝好后使用；如尼龍密封圈損壞應(yīng)及時(shí)更換，使用一年，用以上方法再保養(yǎng)一次，可獲良好效果； 4）螺旋機(jī)吊軸承，選用M2類別，每班加注潤滑脂，每個(gè)吊軸承瓦注脂約5克，高溫物料應(yīng)使用ZN2鈉基潤滑脂GB492-77，采用自潤滑軸瓦，也應(yīng)加入少量潤滑脂； 5）螺旋給料機(jī)機(jī)的保養(yǎng)，俗稱日?；虬啾＃胁僮魅藛T進(jìn)行。它的主要內(nèi)容是班前外觀目檢，加油潤滑，空載運(yùn)行，精心操作，班后清料。不管情況如何，均應(yīng)在交接記錄上如實(shí)載明備查。2.2 稱重傳感器的設(shè)計(jì) 2.2.1 稱重裝置的結(jié)構(gòu)形式選擇 （1）集裝袋定量包裝機(jī)的稱量形式基本分為毛重式和凈重式。連同包裝袋一起進(jìn)行稱重的方式稱為毛重式（圖2.6a),采用稱量斗對物料進(jìn)行稱重后再充填到包裝袋的方式為凈重式（圖2.6b）。圖2.6a: 該種包裝機(jī)工作過程是直接將圖 1a 所示料包 1內(nèi)的待稱物料充填到包裝袋2,在充填的同時(shí)對袋 內(nèi)物料進(jìn)行稱量,當(dāng)被稱物料的重量達(dá)到設(shè)定值時(shí),充填自動(dòng)停止。由于是連同包裝袋一起稱量的,所以稱之為毛重式包裝機(jī)。圖2.6b:先由稱量斗4對物料進(jìn)行稱量，然后再將物料充填到包裝袋內(nèi)，稱量充填分2步完成。其特點(diǎn)是包裝速生產(chǎn)能力大，但設(shè)備體積大，設(shè)備土建投資相對也大。 （2）稱量精度兩種包裝機(jī)工作形式的比較1）稱量精度 兩種工作形式的稱量精度基本相同。 圖2.6（稱量裝置結(jié)構(gòu)形式) 2）包裝能力 毛重式包裝機(jī)最快工作速度為60 s/ 袋；凈重式包裝機(jī)最快速度為40s/袋。 3）設(shè)備價(jià)格 毛重式包裝機(jī)價(jià)格較低,凈重式包裝機(jī)價(jià)格比毛重式約高1倍。 4）占用空間 毛重式包裝機(jī)占用空間高度約為 34 m,凈重式約為 68 m 。通過比較,我們認(rèn)為在包裝能力沒有特別要求的情況下,采用凈重式包裝機(jī)是較佳的選擇。 2.2.2 結(jié)構(gòu)改進(jìn) （1）毛重式稱重機(jī)構(gòu)采用杠桿原理，在傳感器普及之前被廣泛使用。但其稱量度較低，在包裝時(shí)容易產(chǎn)生誤差。目前普遍使用壓力稱重傳感器稱重提高了效率與精確度。結(jié)構(gòu)上，本文將舍棄杠桿結(jié)構(gòu)，直接將稱量桶吊裝到稱量傳感器上。 （2）稱量裝置的壁頂部加裝一個(gè)小型1/4圓形加強(qiáng)肋，防止落料桶受力變形。 （3）稱量裝置的吊架直接采用角鋼，剛性較好另外在與吊裝傳感器的螺栓兩邊加裝加強(qiáng)肋，防止橫梁變形。 （4）稱量裝置落料桶口蓋的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，機(jī)電包裝機(jī)的桶蓋與桶身及氣缸的連接桿是直接焊接在一起的，不能活動(dòng)。桶蓋的自由度與連接桿一樣，只能繞轉(zhuǎn)動(dòng)副在豎直方向轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣的話 一旦轉(zhuǎn)動(dòng)副松動(dòng)或連接桿變形，桶蓋與桶口的接觸關(guān)系就會(huì)被破壞，造成密封不良。本文將桶蓋與連接桿間又加了一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，這樣桶蓋的受力方向只能豎直向上，即使出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)副松動(dòng)，桶蓋仍然能夠與桶口保持密切接觸。另外，可以在需要時(shí)在桶蓋內(nèi)側(cè)加裝橡膠密封墊，以適應(yīng)對不同的物料的稱量。 2.2.3 秤體結(jié)構(gòu)：秤體由秤架和稱量器組成。秤架將給料裝置、稱量器、下料槽連成一體。氣動(dòng)控制箱裝在框架的一側(cè)，內(nèi)置傳感器接線盒、電磁閥等。端面用于安裝傳感器結(jié)構(gòu)件。稱量器由秤斗及稱重傳感器等組成，秤斗一側(cè)水平放置放料氣缸，用于秤斗放料門的開啟/閉合。 圖 2.7(稱重裝置) 2.2.4 稱量桶材料選擇 由于稱重裝置要求稱量精度，而且稱量的物料（化肥）含有化學(xué)成分，會(huì)有腐蝕金屬的現(xiàn)象。為了保證稱量精度和稱重裝置的整體結(jié)構(gòu)及功能性，本文選擇了白鐵皮、不銹鋼板作為候選稱量桶的制作材料。 2.2.5 稱體容積選擇 考慮到重力式顆粒料定量包裝機(jī)工作的連續(xù)性，儲(chǔ)料斗內(nèi)的糧食至少要保證兩次包裝所需的質(zhì)量，即50kg。由于是雙稱包裝，以實(shí)現(xiàn)必要時(shí)粒料分別稱重與混合。每個(gè)稱重桶的容積為 儲(chǔ)料斗的容量為 由于容重的取值關(guān)系到儲(chǔ)料斗所裝糧食的最小質(zhì)量，因此在本文中以容重較輕的大米為例來進(jìn)行計(jì)算由計(jì)算結(jié)果可知，儲(chǔ)料斗容積是滿足要求的。2.3 縫包裝置的選擇根據(jù)機(jī)臺(tái)要求課選擇GK35-2C型縫包機(jī)，改款縫包機(jī)采用銅合金連桿和軸套及滾動(dòng)軸承運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)合理，油杯滴注、手動(dòng)注油結(jié)合毛氈注油潤滑，半自動(dòng)機(jī)械剪線裝置，零件耐磨、縫紉熟度高噪音低、維修方便，使用壽命長等特點(diǎn)。2.4 儲(chǔ)料倉的設(shè)計(jì) 儲(chǔ)料斗的形狀上大下小，與螺旋給料裝置用法蘭連接并配有手動(dòng)插板閥門，用于調(diào)整下料流量及維護(hù)檢修用。側(cè)面裝有上、下料位計(jì)，用以檢測儲(chǔ)料斗的料位。達(dá)到低料位是，告知系統(tǒng)暫停灌包，等待加料;達(dá)到高料位時(shí)，控制上料機(jī)停止輸料，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖2.8。 圖2.8(儲(chǔ)料倉)2.5 帶式輸送機(jī)選擇帶式輸送機(jī)選用J型驅(qū)動(dòng)裝置，最大功率及配套見表2-6。表2-6（J型驅(qū)動(dòng)裝置最大功率及配套）規(guī)格轉(zhuǎn)速(r/min)輸送量(m3/h)驅(qū)動(dòng)裝置許用長度(m)電動(dòng)機(jī)型號減速器型號LS20010013Y90L-4-1.5ZQ25-i6-I16Y100L1-4-2.2ZQ25-i6-I23Y100L2-4-3ZQ35-i6-I30Y112M-4-4ZQ35-i6-I358010Y100L1-4-2.2ZQ35-i5-I27Y100L2-4-3ZQ35-i5-I35638Y90L-4-1.5ZQ25-i4-I25Y100L1-4-2.2ZQ35-i4-I35506.2Y90L-4-1.5ZQ35-i3-I27Y100L1-4-2.2ZQ35-i3-I35LS2509022Y100L1-4-2.2ZQ25-i6-I14Y100L2-4-3ZQ25-i6-I19Y112M-4-4ZQ35-i6-I25Y132S-4-5.5ZQ35-i6-I357118Y100L1-4-2.2ZQ35-i5-I14Y100L2-4-3ZQ35-i5-I21Y112M-4-4ZQ35-i5-I28Y90L-4-1.5ZQ25-i4-I25Y100L1-4-2.2ZQ35-i4-I35Y90L-4-1.5ZQ35-i3-I27Y100L1-4-2.2ZQ35-i3-I35續(xù)表2-6LS250轉(zhuǎn)速(r/min)輸送量(m3/h)驅(qū)動(dòng)裝置許用長度 (m)電動(dòng)機(jī)型號減速器型號5614Y132S-4-5.5ZQ40-i5-I35Y90L-4-1.5ZQ25-i4-I14Y100L1-4-2.2ZQ35-i4-I21Y100L2-4-3ZQ35-i4-I29Y112M-4-4ZQ35-i4-I354511Y90L-4-1.5ZQ35-i3-I17Y100L1-4-2.2ZQ35-i3-I25Y100L2-4-3ZQ35-i3-I35LS3158031Y100L1-4-2.2ZQ35-i5-I8Y112M-4-4ZQ35-i5-I15Y132S-4-5.5ZQ40-i5-I20Y132M-4-7.5ZQ40-i5-I27Y160M-4-11ZQ50-i5-I356324Y100L1-4-2.2ZQ35-i4-I9Y100L2-4-3ZQ35-i4-I13Y112M-4-4ZQ35-i4-I18LS3156324Y132S-4-5.5ZQ40-i4-I25Y132M-4-7.5ZQ40-i4-I355019Y90L-4-1.5ZQ35-i3-I8Y100L1-4-2.2ZQ35-i3-I12Y100L2-4-3ZQ35-i3-I17Y112M-4-4ZQ40-i3-I23Y132S-4-5.5ZQ40-i3-I304015.4Y100L-6-1.5ZQ35-i4-I10Y112M-6-2.2ZQ35-i4-I15Y132S-6-3ZQ40-i4-I20Y132M1-6-4ZQ40-i4-I27Y132M2-6-5.5ZQ40-i4-I35LS4007162Y132M1-6-4ZQ35-i7-I8Y132M2-6-5.5ZQ35-i7-I12Y160M-6-7.5ZQ40-i7-I16Y160L-6-11ZQ40-i7-I24Y180L-6-15ZQ50-i7-I32Y132M2-6-5.5ZQ40-i6-I14Y160M-6-7.5ZQ40-i6-I19Y160L-6-11ZQ50-i6-I26Y180L-6-15ZQ50-i6-I35Y132M1-6-4ZQ40-i4-I10Y132M2-6-5.5ZQ40-i4-I14Y160M-6-7.5ZQ50-i4-I19Y160L-6-11ZQ65-i4-I26Y180L-6-15ZQ65-i4-I35Y132M2-6-5.5ZQ40-i4-I35續(xù)表2-6規(guī)格轉(zhuǎn)速(r/min)輸送量(m3/h)驅(qū)動(dòng)裝置許用長度(m)電動(dòng)機(jī)型號減速器型號LS4005649Y132S-6-3ZQ35-i6-I8Y132M1-6-4ZQ35-i6-I10Y132M2-6-5.5ZQ40-i6-I14Y160M-6-7.5ZQ40-i6-I19Y160L-6-11ZQ50-i6-I26Y180L-6-15ZQ50-i6-I354539Y132M1-6-4ZQ40-i4-I10Y132M2-6-5.5ZQ40-i4-I14Y160M-6-7.5ZQ50-i4-I19Y160L-6-11ZQ65-i4-I26Y180L-6-15ZQ65-i4-I353631Y112M-6-2.2ZQ40-i3-I9Y132S-6-3ZQ40-i3-I13Y132M1-6-4ZQ40-i3-I17Y132M2-6-5.5ZQ50-i3-I24Y160M-6-7.5ZQ65-i3-I32Y160L-6-11ZQ65-i3-I35LS5006398Y132M2-6-5.5ZQ40-i6-I86398Y160M-6-7.5ZQ40-i6-I11Y160L-6-11ZQ50-i6-I16Y180L-6-15ZQ50-i6-I22Y180M-4-18.5ZQ65-i4-I27Y180L-4-22ZQ65-i4-I334062Y132M2-6-5.5ZQ40-i5-I8Y160M-6-7.5ZQ50-i5-I13Y160L-6-11ZQ65-i5-I20Y180L-6-15ZQ65-i5-I27Y200L1-6-18.5ZQ65-i5-I343250Y132S-6-3ZQ40-i3-I8Y132M1-6-4ZQ50-i3-I11Y200L1-6-18.5ZQ65-i5-I34Y132S-6-3ZQ40-i3-I8Y132M1-6-4ZQ50-i3-I112545Y132M1-6-4ZQ50-i2-I8Y132M2-6-5.5ZQ65-i2-I11Y160M-6-7.5ZQ65-i2-I15Y160L-6-11ZQ65-i2-I22Y180L-6-1.5ZQ75-i2-I30Y225S-8-18.5ZQ75-i2-I35Y160M-6-7.5ZQ65-i3-I21Y160L-6-11ZQ65-i3-I30Y180L-6-15ZQ65-i3-I35Y132M2-6-5.5ZQ40-i5-I4.5續(xù)表2-6規(guī)格轉(zhuǎn)速(r/min)輸送量(m3/h)驅(qū)動(dòng)裝置許用長度(m)電動(dòng)機(jī)型號減速器型號LS63050140Y160M-6-7.5ZQ65-i3-I21Y160L-6-11ZQ65-i3-I30Y180L-6-15ZQ65-i3-I35Y132M2-6-5.5ZQ40-i5-I4.5Y160M-6-7.5ZQ50-i3-I7Y160L-6-11ZQ65-i5-I11Y180L-6-15ZQ65-i5-I15Y200L1-6-18.5ZQ65-i5-I19Y200L2-6-22ZQ65-i5-I22Y225M-6-30ZQ75-i5-I29Y250M-6-37ZQ75-i5-I3540112Y160M-6-7.5ZQ50-i4-I9Y160L-6-11ZQ65-i4-I14Y180L-6-15ZQ65-i4-I19Y200L1-6-18.5ZQ65-i4-I24Y200L2-6-22ZQ65-i4-I29Y225M-6-30ZQ75-i4-I353290Y132M2-6-5.5ZQ50-i3-I9Y160M-6-7.5ZQ65-i3-I12Y160L-6-11ZQ65-i3-I18Y180L-6-15ZQ65-i3-I24Y200L1-6-18.5ZQ75-i3-I30Y200L2-6-22ZQ75-i3-I35Y160L-6-11ZQ65-i3-I18LS6302577Y132M1-6-4ZQ50-i2-I8Y132M2-6-5.5ZQ65-i2-I11Y160M-6-7.5ZQ65-i2-I15Y160L-6-11ZQ65-i2-I22Y180L-6-1.5ZQ75-i2-I30Y225S-8-18.5ZQ75-i2-I35查表2.6我們選擇電動(dòng)機(jī)Y90L-4-1.5以及減速器ZQ35-i3-I驅(qū)動(dòng)裝置。2.6 夾袋裝置的設(shè)計(jì) 因?yàn)榘b物品出料口是豎直方向圓筒，所以夾緊桿處于夾緊位置時(shí)應(yīng)處于豎直方向，此時(shí)加緊點(diǎn)與轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)的豎直距離為0.196m。處于夾緊位置時(shí)，其豎直方向桿長130mm，傾斜方向桿長130mm，由于擺桿擺動(dòng)角度為5，則夾緊桿擺動(dòng)也為5，其從夾緊狀態(tài)轉(zhuǎn)到放松狀態(tài)中，經(jīng)過計(jì)算，其水平移動(dòng)距離36mm，以可以輕松裝上面粉袋，設(shè)計(jì)可用。為了便于套裝面粉袋，所以出料筒要比面粉袋口直徑小，將出料口直徑定為250mm。由于擺動(dòng)角度5，其擺動(dòng)角度不大，且在凸輪旋轉(zhuǎn)一圈的過程中，擺桿只有4s鐘繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其他的56s時(shí)間都處于靜止，所以其轉(zhuǎn)動(dòng)軸對摩擦不敏感，將連接擺桿與夾緊桿的轉(zhuǎn)動(dòng)軸懸掛于機(jī)床上，潤滑采用脂潤滑。圖2.9為夾緊桿處于夾緊位置時(shí)，擺桿、夾料筒的位置。 圖2.9（夾袋裝置）3 螺旋式包裝機(jī)的PLC設(shè)計(jì)3.1 PLC簡介 S7-200S屬于模塊式PLC，主要由機(jī)架、CPU模塊、信號模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊和編程設(shè)備組成。如圖3.1為PLC控制系統(tǒng)示意圖。圖3.1(PLC控制系統(tǒng)示意圖)3.2 PLC設(shè)計(jì) 3.2.1 硬件配置 （1）PLC選用 S7-200型 （2）電源選用 PS307型 （3）CPU選用 CPU221型 （4）輸入模塊選用 數(shù)字量為16點(diǎn)的輸入模塊（SM321 DI16DC24V） （5）輸出模塊選用 數(shù)字量為16點(diǎn)的輸出模塊（SM322 DO16DC24V/0.5A） （6）模擬量模塊 模擬量為8通道輸入模塊（SM331 AI816bit） （7）根據(jù)地址分配表，數(shù)字量輸入I0.0到I1.1為10個(gè)端口，另外還有BCD撥碼開關(guān)要用到12（3位4）個(gè)端口，一共22個(gè)端口，321為16點(diǎn)輸入，所以要用到兩個(gè)數(shù)字量輸入模塊；數(shù)字量輸出Q0.0到Q0.8一共13個(gè)端口，故選用一個(gè)輸出模塊；模擬量位數(shù)選定方法如下, 擬量模塊能滿足測量重量小于20g的精度要求,故需14位的模擬量模塊（200kg/213=0.024kg,200kg/214=0.012kg）。 3.2.1 程序流程圖 程序流程圖如圖3.2圖3.2（程序流程圖） 3.2.3 I/O地址及符號地址表I/O地址及符號地址表3-1：表3-1（程序流程圖）I0.0啟動(dòng)按鈕I0.1停止按鈕I0.2掉袋位信號I0.3上料位信號I0.4下料位信號I0.5故障信號I0.6緊停信號I0.7復(fù)位信號I1.0壓袋位信號I1.1計(jì)數(shù)器清零信號Q0.0啟動(dòng)皮帶輸送電機(jī)Q0.1啟動(dòng)粗給料電機(jī)Q0.2啟動(dòng)細(xì)給料機(jī)Q0.3袋ok信號Q0.4打開粗流閥信號Q0.5打開細(xì)流閥信號 續(xù)表3-1Q0.6產(chǎn)生推袋閥信號T33T34啟動(dòng)延時(shí)定時(shí)器T35T36停止延時(shí)定時(shí)器IW10每袋水泥的設(shè)定重量（BCD輸入）PIW10稱重傳感器輸入重量DB1.DBW100保存袋數(shù)DB1.DBW110保存總重量 3.3.4 程序設(shè)計(jì)及說明設(shè)計(jì)思路： （1）首先順序延時(shí)啟動(dòng)各個(gè)電機(jī),利用定時(shí)器順序觸發(fā),反序延時(shí)停止的程序類似。 （2）通過在各個(gè)電機(jī)輸出前加一個(gè)常閉開關(guān)實(shí)現(xiàn)緊停,或故障停止。 （3）通過數(shù)字量輸入模塊加BCD撥碼開關(guān)設(shè)定目標(biāo)重量，由于輸入的是BCD數(shù)（IW10），故需要將其各個(gè)位（百位、十位、個(gè)位）分別取出再進(jìn)行BCD-I轉(zhuǎn)換，由于比較量為浮點(diǎn)型，故將其轉(zhuǎn)換成32位浮點(diǎn)數(shù)。 （4）傳感器輸入的是實(shí)際袋重量（PIW10），將其轉(zhuǎn)換成浮點(diǎn)型，以便于比較。 （5）DB塊DB1.DBW100,DB1.DBD110分別保存袋數(shù)與總重量運(yùn)用ADD指令實(shí)現(xiàn)累加。梯形圖程序如下：圖3.4（Network 1） 圖3.5（Network 2） 圖3.6（Network 3）圖3.7（Network 4）圖3.8（Network 5）圖3.9（Network 6）圖3.10（Network 7）圖3.12（Network 8）圖3.13（Network 9）圖3.13（Network 10，11）圖3.13（Network 12）圖3.14（Network 13）圖3.15（Network 14）圖3.16（Network 15）圖3.17（Network 16）圖3.18（Network 17）圖3.19（Network 18）圖3.20（Network 19）圖3.21（Network 20）圖3.22（Network 21）圖3.23（Network 22）圖3.24（Network 23） 3.2.5 設(shè)計(jì)心得 （1）硬件組態(tài)是PLC控制的關(guān)鍵部分，要正確配置各個(gè)模塊需要對輸入輸出變量有個(gè)全局的把握，例如模擬量的位數(shù)決定分辨率或精度，總的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，決定各個(gè)模塊的個(gè)數(shù)。組態(tài)過程中還要記錄下各個(gè)模塊的端口地址，以方便編程。程序設(shè)計(jì)也是PLC控制的重要組成部分，程序的好壞直接決定了控制的優(yōu)劣。設(shè)計(jì)中要結(jié)合外部開關(guān)按鈕的類型，不同的按鈕可能程序有所不同，例如，要對外部輸出進(jìn)行保持，當(dāng)外部開關(guān)是自鎖型的，程序就不一定要自鎖，反之則需要自鎖。要充分利用各個(gè)模塊的端口，正確分配地址。 （2）完成整個(gè)設(shè)計(jì)后，熟悉了PLC硬件組態(tài)及編程過程，初步學(xué)會(huì)了用PLC對簡單實(shí)際過程進(jìn)行控制，同時(shí)也感覺到看似簡單的過程，在進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一系列問題，需要不斷調(diào)試以滿足要求。4 氣動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 氣壓控制系統(tǒng)的簡單介紹氣壓傳動(dòng)是以壓說空氣為工作介質(zhì)傳遞力和信息的傳動(dòng)方式，是流體傳動(dòng)與控制的一個(gè)分支。氣動(dòng)系統(tǒng)是將氣源裝置產(chǎn)生具有一定壓力能的壓縮氣體，經(jīng)管道和中指閥類元件輸送到執(zhí)行元件，以實(shí)現(xiàn)在工程中的應(yīng)用。組成氣動(dòng)控制系統(tǒng)的元件和裝置及儲(chǔ)存、凈化等輔助裝置，為氣動(dòng)系統(tǒng)提供符合要求的壓縮氣體。 （1）氣源裝置 壓縮空氣的發(fā)生裝置及儲(chǔ)存、凈化等輔助裝置，為氣動(dòng)系統(tǒng)提供符合要求的壓縮氣體。 （2）氣動(dòng)執(zhí)行元件 將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，并完成相應(yīng)動(dòng)作的元件，如氣缸、氣