包裝設(shè)備設(shè)計(jì)—課程設(shè)計(jì).doc

1、1 包裝機(jī)方案設(shè)計(jì) 包裝機(jī)械作為使產(chǎn)品包裝實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化的根本保證在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中起著相當(dāng)重要的作用：（1）大幅度的提高生產(chǎn)效率。（2）降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件。（3）保護(hù)環(huán)境，節(jié)約原材料，降低生產(chǎn)成本。（4）有利于被包裝產(chǎn)品的衛(wèi)生，提高產(chǎn)品包裝質(zhì)量，增強(qiáng)市場(chǎng)銷(xiāo)售的競(jìng)爭(zhēng)力。包裝機(jī)械有多種分類(lèi)方法，按功能可分為單功能包裝機(jī)和多功能包裝機(jī)；按使用目的可分為內(nèi)包裝機(jī)和外包裝機(jī)；按包裝品種又可分為專(zhuān)用包裝機(jī)和通用包裝機(jī)；按自動(dòng)水平分為半自動(dòng)機(jī)和全自動(dòng)機(jī)等，此外包裝封口形式有枕式封口、三邊封口和四邊封口等。其中袋成型一充填封口包裝機(jī)是一種多功能機(jī)型，由于它能包裝產(chǎn)品品種多，應(yīng)用范圍廣、市場(chǎng)需求量大

2、，因而它是國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)研究發(fā)展的包裝機(jī)。目前，制袋充填包裝機(jī)廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工等行業(yè)。其包裝過(guò)程包括袋成型、充填、封口、切袋等主要包裝工序，以及與其相關(guān)的前后工序，如接帶、儲(chǔ)帶等，此外還包括在包裝件上打印和計(jì)量等附屬設(shè)備。立式連續(xù)制袋三邊封口包裝機(jī)將縱封和牽引合為一個(gè)縱封滾輪，將橫封和切斷裝置和為一個(gè)橫封裝置，節(jié)省了空間、時(shí)間。又考慮到方便、造價(jià)低等特點(diǎn)，此次選用立式連續(xù)制袋三邊封口包裝機(jī)。 圖11 立式連續(xù)制袋三邊封口包裝原理 1-卷筒薄膜 2-導(dǎo)輥 3-成型器 4-加料器 5-縱封滾輪 6-橫封輥 7-成品袋 卷筒薄膜在縱封滾輪的牽引下，經(jīng)導(dǎo)輥進(jìn)入制袋成型器形成種紙管狀。縱封滾輪在牽

3、引的同時(shí)封合紙管對(duì)接兩邊緣。隨后由橫封輥閉合實(shí)行橫封切斷。同樣，每次橫封動(dòng)作可同時(shí)完成上袋的下口和下袋的上口封合，并切斷分離。物料的充填是在紙管受縱封牽引下行至橫封閉合前完成的。 這種機(jī)型是一種廣泛應(yīng)用的機(jī)型，因其包裝原理的合理性和科學(xué)性而成為較多采用的設(shè)計(jì)方案。根據(jù)這一包裝原理可設(shè)計(jì)出多種的袋型。例如，增加一對(duì)縱封滾輪，使兩對(duì)縱封滾輪對(duì)稱(chēng)布置在紙管兩邊緣，同時(shí)進(jìn)行牽引縱封則形成兩條縱封縫，經(jīng)橫封后產(chǎn)生的袋型則為四邊封口袋。采用這種制袋方法主要是以美觀為出發(fā)點(diǎn)，因?yàn)樵黾拥囊粭l縱封縫在包裝袋結(jié)構(gòu)上是“多余”的，稱(chēng)作“假封”，但它卻起到一種對(duì)稱(chēng)美的作用。 另外，把橫封輥旋轉(zhuǎn)90布置，使縱封的封合面

4、與橫封的封合面成垂直狀態(tài)，則可產(chǎn)生另一種袋型。包裝薄膜經(jīng)成型器被縱封滾輪牽引縱封，隨后經(jīng)過(guò)導(dǎo)板并被與縱封面成垂直布置的橫封輥封合切斷，形成一個(gè)中縫對(duì)折兩端封合的包裝袋，也就是平常所說(shuō)的“枕式包裝”。 圖12 中縫對(duì)接兩端封口包裝原理 1-薄膜 2-縱封滾輪 3-導(dǎo)向板 4-橫封輥 5-成品袋2 包裝袋規(guī)格2.1 包裝袋材料、尺寸 此課題研究所要橫封的包裝袋的材料為熱封性復(fù)合材料，要求能適應(yīng)190280mm范圍內(nèi)，每隔10mm為一種規(guī)格的袋長(zhǎng)。2.2 包裝材料與熱封頭表面的關(guān)系花紋式樣根據(jù)所用包裝材料的性質(zhì)、厚薄而定，下表供參考： 表2-1熱封頭表面花紋與包裝材料的選用花紋組合封頭（1）封頭（2

5、）包裝材料玻璃紙防潮玻璃紙聚乙烯玻璃紙聚乙烯/玻璃紙/聚丙烯聚丙烯（無(wú)延伸）聚丙烯（拉伸）無(wú)延伸聚丙烯/拉伸聚丙烯聚丙烯（中低壓）鋁箔涂塑料袋表2-1 注：最實(shí)用；一般用；不用3 連續(xù)式橫封器設(shè)計(jì)3.1 橫封器的結(jié)構(gòu) 如圖3-1所示，連續(xù)式橫封器每一只橫封輥上均對(duì)稱(chēng)分布兩只熱封頭，由電熱絲加熱并自動(dòng)進(jìn)行恒溫控制，熱封所需的壓力可借助兩側(cè)的壓縮彈簧加以適當(dāng)調(diào)節(jié)。熱封頭的工作表面大都具有花紋，以加強(qiáng)包裝袋的密封強(qiáng)度并增加美觀。圖3-1 立式袋裝機(jī)連續(xù)橫封器結(jié)構(gòu)圖1-主動(dòng)齒輪 2-橫封輥 3-電熱管 4-加壓彈簧 5-機(jī)架 6-調(diào)節(jié)套筒 7-鎖緊螺母 8-支桿 9-滑環(huán) 10-碳刷3.2 連續(xù)式橫封

6、器的傳動(dòng)3.2.1 偏心鏈輪機(jī)構(gòu)因橫封機(jī)構(gòu)在進(jìn)行封合時(shí)必須滿(mǎn)足對(duì)不同長(zhǎng)度的包裝袋的封合，橫封頭在封 合的瞬間，熱封頭線(xiàn)速度必須與包裝袋的線(xiàn)速度相同。橫封器采用偏心鏈輪不等速回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，當(dāng)封合過(guò)程中包裝袋長(zhǎng)度變化時(shí)，調(diào)節(jié)偏心鏈輪不等速回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的主鏈輪上的偏心距便可實(shí)現(xiàn)同步封合。圖3-2 偏心鏈輪不等速回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)1- 輥花手輪 2-主動(dòng)鏈輪 3-套筒輥?zhàn)渔?4-從動(dòng)鏈輪 5-套筒輥?zhàn)虞喥逆溳営蓛芍幌嗤X數(shù)的主從動(dòng)鏈輪2、4和一只張進(jìn)鏈輪5,再繞以套筒滾子鏈3構(gòu)成。其中主動(dòng)鏈輪2由分配軸帶動(dòng)作勻速回轉(zhuǎn)，其偏心距可借輥花手輪1進(jìn)行調(diào)整。從動(dòng)鏈輪4則繞定軸作不等速回轉(zhuǎn)，并經(jīng)中間傳動(dòng)裝置帶動(dòng)橫封器的熱封

7、頭實(shí)現(xiàn)不等速回轉(zhuǎn)。3.2.2 運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析圖3-3 偏心鏈輪機(jī)構(gòu)工作簡(jiǎn)圖 設(shè)o1、o2分別表示主從動(dòng)鏈輪的回轉(zhuǎn)中心，其中心距o1o2=l,節(jié)圓半徑o1a=o2b=r;主動(dòng)鏈輪的偏心距oo1=e,角速度為0。若某瞬間的角位移為，相應(yīng)的從動(dòng)鏈輪角位移為，當(dāng)主動(dòng)鏈輪節(jié)圓上任意一點(diǎn)a轉(zhuǎn)到與鏈條ab相切時(shí)，該點(diǎn)的瞬時(shí)線(xiàn)速度為a,其值a=0，（=ao）設(shè)它與鏈條同向的分速度a,另a與a的夾角為，則其值 a=acos （3-1）在oo1o2中，有余弦定理可得 cos= (3-2)另oo1o2=,因ao1o2=90,故ao1o=- 又得 2=r2+e2-2recos（-）= r2+e2+2resin （3-3

8、）令o1o2=s,在oo1o2中，應(yīng)用余弦定理和正弦定理分別得 s= sin=sin 所以 sin= （3-4）將式a=w0 及式（3-2）、式（3-3）、式（3-4）帶入式（3-1）中，經(jīng)整理得： a= 0（r+） （3-5） 由圖3-3可見(jiàn)，同一根鏈條在張緊時(shí)a、b兩點(diǎn)的線(xiàn)速度應(yīng)該相等，即 b=a 。若b與從動(dòng)鏈輪的節(jié)圓相切，并令該輪的瞬時(shí)角速度為，則b=r=0（r+） 故得 =0（1+） (3-6)從動(dòng)鏈輪角速度隨主動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)角變化。求極值可得: ，最終可求得最大、最小的輸出角速度：， （3-7）對(duì)立式袋裝機(jī)，在限定的袋長(zhǎng)范圍內(nèi)，規(guī)格偏大的扁平袋所需的橫封速度可取為fmax；而規(guī)格偏小的扁

9、平袋所需的橫封速度可取為f=min。不難看出,對(duì)某一具體的偏心鏈輪來(lái)說(shuō),r是定值,而e是可調(diào)的變量,隨e的改變會(huì)有相應(yīng)的不同 、值,且和e是線(xiàn)性函數(shù)關(guān)系,借用中間某些環(huán)節(jié),即可找出偏心距e與袋長(zhǎng)l間的對(duì)應(yīng)關(guān)系1。3.2.3 基本參數(shù)的確定 立式連續(xù)制袋式袋裝機(jī)橫封機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)關(guān)系如圖2-3所示,圖中z1=z2,z5=z6,z4=qz3,其中q是橫封棍上熱封件的個(gè)數(shù),常用的為q=14之間,如果要求該不等速機(jī)構(gòu)輸出的封合角速度為f，相應(yīng)的橫封輥封合角速度為hf，則 即 本設(shè)計(jì)中q=4。 圖3-4 橫封器的中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)制袋工藝要求熱封件在熱合瞬間與包裝料袋運(yùn)動(dòng)線(xiàn)速度相同,則有: hfrh=式中:rh-

10、橫封輥上熱封件的回轉(zhuǎn)半徑, 故得： 0（1+）=q （3-8） 在設(shè)計(jì)時(shí)可規(guī)定袋長(zhǎng)范圍內(nèi)中間袋長(zhǎng)（或稱(chēng)平均袋長(zhǎng)）lp的熱封計(jì)算值，使e=0，if=1，由式（3-8）得0= 令偏心鏈輪的轉(zhuǎn)速為n0，由于0=，則 rh= （3-9）代入式（3-8）可得 f=0 （3-10）式（3-10）表明，按照給定袋長(zhǎng)規(guī)格范圍，能很方便的確定某一種袋長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的偏心鏈輪機(jī)構(gòu)的輸出角速度。4 橫封輥設(shè)計(jì)根據(jù)本次設(shè)計(jì)要求：名稱(chēng)型號(hào)包裝速度計(jì)量范圍顆粒自動(dòng)包裝機(jī)10-15袋/分80-150 制袋尺寸制袋方式功率長(zhǎng)：190-280寬：80-160三面封1.54 橫封輥封截面長(zhǎng)度及橫封切刀外沿半徑的確定：由上表可知設(shè)生產(chǎn)力

11、q=15袋/分，袋長(zhǎng)l=190-280,袋寬b=80-160。根據(jù)袋寬橫封輥上封截面長(zhǎng)度必須大于160，因此取封截面長(zhǎng)度為170。橫封器在封合時(shí)，熱封頭封合瞬間的線(xiàn)速度與包裝袋運(yùn)動(dòng)的線(xiàn)速度相等。主動(dòng)偏心輪以0均勻角速度回轉(zhuǎn)時(shí),該偏心鏈輪機(jī)構(gòu)的鏈輪作非均勻角速度轉(zhuǎn)動(dòng)。在封合瞬間，封頭的角速度為。確定不同袋長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的偏心距刻度值，已知袋長(zhǎng)的最小值和最大值lmax=280mm，lmin=190mm，故平均袋長(zhǎng)lp=0.5（lmax+lmin）=0.5（280+190）=235mm。設(shè)橫封切刀外沿的半徑為r，熱封頭個(gè)數(shù)為q=4，因此有：qqlp/60=r。令偏心鏈輪的轉(zhuǎn)速為n0(r/min),由于0=

12、n0/30.則：rh= qqlp/600= qlp/2。代入數(shù)據(jù)q=4、lp=235得rh=4245/23.14148，0=qqlp/60rh。4.1 熱封原理及熱封頭設(shè)計(jì)4.1.1 熱封原理熱封原理:將兩層以上的塑料薄膜熱熔到一起，這除了與塑料本身的性能有關(guān)，如熔融溫度、熱穩(wěn)定性等，還與溫度、壓力、時(shí)間和加熱方式、封合形式有關(guān)。他們都是在加熱條件下，使薄膜的熱封合部位局部達(dá)到熔融狀態(tài)，并施加一定壓力，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，分子互相滲透，經(jīng)過(guò)冷卻、定型后而起到熱封合作用。一般說(shuō)來(lái)，溫度低些、壓力小些、時(shí)間長(zhǎng)點(diǎn)，熱封質(zhì)量較好。溫度太高，薄膜容易出現(xiàn)軟化，產(chǎn)生較大的熱收縮變形，影響封口質(zhì)量，甚至燒穿；如

13、果時(shí)間太長(zhǎng)，有的塑料會(huì)受熱分解，壓力過(guò)大，使封口變成增大，封接強(qiáng)度下降。4.1.2 熱封頭設(shè)計(jì)熱封頭設(shè)計(jì)：本次設(shè)計(jì)的熱封方法采用回轉(zhuǎn)輥連續(xù)回轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)熱封，封合工藝與板式熱封相似，其封合工藝圖如下： 圖4-1 橫封工藝過(guò)程示意圖 圖4-2 轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的-曲線(xiàn) 封合工藝要求：如圖可知為了實(shí)現(xiàn)加熱及加壓切斷時(shí)包裝材料與熱封切斷件的同步要求,希望熱封切斷件與包裝材料接觸表面從p位置至q位置的線(xiàn)速度的水平分量始終與包裝材料的運(yùn)動(dòng)速度相等。因此,熱封切斷件在p處的切向線(xiàn)速度應(yīng)大于在q處的切向線(xiàn)速度,故熱封切斷件在此pq區(qū)間作不等速回轉(zhuǎn)。另外,還要求熱封切斷件在q處熱封切斷結(jié)束后以比q處較快的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)離開(kāi)

14、,以不影響物件1的前進(jìn),可見(jiàn)熱封切斷在區(qū)間按臥式袋裝橫封工藝需要必須作不等速回轉(zhuǎn),并且在q處角速度最小。 轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)以導(dǎo)桿轉(zhuǎn)角為橫坐標(biāo),從動(dòng)曲柄輸出角速度為縱坐標(biāo)-曲線(xiàn)如圖4-2所示,該曲線(xiàn)的最低點(diǎn)專(zhuān)門(mén)用來(lái)適應(yīng)臥式袋裝機(jī)橫封切斷;如用在立式袋裝機(jī)上,則=0,及=180處的最低,最高可適應(yīng)短袋及長(zhǎng)袋的熱封需要。熱封方法的原理是：將要封合的薄膜緊壓在耐熱橡膠及加熱到一定溫度的加熱板之間實(shí)現(xiàn)熱封，這種熱封機(jī)機(jī)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，封合速度也快。廣泛用于聚乙烯薄膜和聚乙烯復(fù)合薄膜的熱封，但不適用不受熱易分解或易收縮的薄膜的熱封。本次包裝袋采用聚乙烯復(fù)合薄膜制袋。對(duì)于單膜的熱封來(lái)說(shuō)，熱封頭表面大多采用光面，上

15、板或下板加熱，用不銹鋼制成，另一板為耐熱的硅橡膠，不加熱，為了阻止熱封合時(shí)塑料與加熱板粘連，在加熱板上與塑料接觸的地方應(yīng)涂上一層聚四氟乙烯；為了使封口美觀，封口寬度一般為23。對(duì)復(fù)合薄膜，為了提高封接強(qiáng)度和增加美觀，封頭表面常有縱橫花紋，封口寬度為10。因此本次設(shè)計(jì)中取封口寬度d=10對(duì)于薄膜厚度大、加熱時(shí)間短的熱封接，容易形成薄膜上下層溫度不均勻，上熱下冷或下熱上冷溫差較大的現(xiàn)象。過(guò)大的溫差容易引起與加熱板接觸的塑料薄膜表面過(guò)熱，產(chǎn)生熱變形和熱分解，影響封接質(zhì)量。這時(shí)易采用雙面加熱的方式。9.1.3 包裝袋熱封切斷形式包裝袋熱封切斷形式：切斷形式有熱切和冷切兩種。本次設(shè)計(jì)采用熱切。熱切是在一

16、定壓力作用下，將薄膜局部加熱熔化分離的一種切斷方式，通常和橫封機(jī)構(gòu)連在一起，即在橫封的同時(shí)完成切斷。本次切斷采用熱切中的電加熱刀（恒溫切斷）。在一些高速包裝機(jī)上，采用脈沖電加熱的方法進(jìn)行封接和切斷已經(jīng)不能滿(mǎn)足要求，因此常用恒溫切斷方法（又稱(chēng)電加熱切刀法）。5 橫封滾的主要零件設(shè)計(jì)5.1 軸設(shè)計(jì)熱封切刀是安裝在軸上的，經(jīng)過(guò)以上的設(shè)計(jì)知道熱封刀的回轉(zhuǎn)半徑為148mm,封頭寬10 mm。設(shè)計(jì)熱封切刀的底座寬為120 mm。軸的直徑大于熱封切刀的底座寬，因此可設(shè)計(jì)軸上安裝熱封切刀部位的直徑為150mm。軸上安裝軸承的部位的直徑要比安裝熱封切刀部位的直徑小。且大小等于軸承小徑。軸上還有安裝齒輪的部分和安

17、裝其它部件的部分。因?yàn)椴糠蛛娂訜嵫b置要安裝在軸內(nèi)從軸端到達(dá)熱封合切刀上，因此軸的兩端到安裝熱封合切刀的部分中間要設(shè)置通道。安裝軸承和齒輪及其它部件的部位的尺寸根據(jù)所選的零部件而相應(yīng)的確定。5.2 軸承選取軸承選?。河脕?lái)支承軸或軸上回轉(zhuǎn)零件、保持軸的旋轉(zhuǎn)精度、減小磨擦和磨損。本此設(shè)計(jì)中軸承的選?。涸跈M封機(jī)工作過(guò)程中，工作壓力不大，軸承的負(fù)荷不大。轉(zhuǎn)速不高，因此對(duì)軸承的強(qiáng)度要求不高，根據(jù)軸承工作要求及與軸的配合取深溝球軸承中的代號(hào)為6005的軸承。其基本尺寸/mm：d=25，d=47，b=12，rs=0.6.其安裝尺寸/mm:da=30，da=42,ras=0.6.基本額定動(dòng)載荷10kn?；绢~定

18、靜載荷5.85kn。極限轉(zhuǎn)速：脂潤(rùn)滑：13000r/min，油潤(rùn)滑：17000r/min。5.3 壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：通過(guò)手輪與壓縮彈簧調(diào)節(jié)熱封所需壓力。用螺栓調(diào)節(jié)上下刀間的間隙大小,用螺栓調(diào)節(jié)因物件厚薄尺寸影響橫封縫的上下位置橫封輥熱封件表面的花紋與所熱封包裝材料有關(guān)。封合過(guò)程中，如果封合壓力過(guò)小，則薄膜相互滲透不足，封合不牢靠，達(dá)不到封合要求。如果壓力過(guò)大，則薄膜變形較大，影響封口質(zhì)量。封合時(shí)熱封所需壓力主要由彈簧的彈力實(shí)現(xiàn)。調(diào)節(jié)過(guò)程中，當(dāng)需要增加熱封壓力時(shí)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)套筒向由旋，從而擠壓彈簧，彈簧再使橫封輥產(chǎn)生相應(yīng)位移，從而增加兩橫封輥間壓力。當(dāng)熱封壓力過(guò)大需要減小時(shí)，將調(diào)節(jié)套筒向左旋，此時(shí)彈簧伸開(kāi)，彈力減小，夾在橫封輥上的壓力也減小。熱封壓力也相應(yīng)的減小從而達(dá)到要求。熱封壓力由彈簧產(chǎn)生，彈簧的彈力與彈簧的材料，形式有關(guān)。因此對(duì)壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要是對(duì)彈簧進(jìn)行選取。連續(xù)式橫封器封合過(guò)程中所需要的熱封壓力不大，一般在0.10.6mp之間。彈簧有螺旋彈簧、環(huán)形彈簧、蝶形彈簧、平面渦卷彈簧和板彈簧等，在橫封機(jī)構(gòu)中選用螺旋彈簧。螺旋彈簧是用金屬絲按螺旋線(xiàn)卷繞而成。其又可分為圓柱形、截錐形等。按受載荷情況可分為拉伸彈簧、壓縮彈簧和扭轉(zhuǎn)彈簧。橫封機(jī)構(gòu)中用于調(diào)節(jié)熱封壓力的是圓柱形壓縮彈簧。對(duì)比彈簧所用材料及橫封器中熱封壓力，本次橫封器設(shè)計(jì)中選擇碳素鋼彈簧。彈簧材料直