顆粒包裝機封口系統(tǒng)的設計

顆粒包裝機封口系統(tǒng)的設計,顆粒,裝機,封口,系統(tǒng),設計 本科畢業(yè)設計(論文) 題目：顆粒包裝機封口系統(tǒng)的設計 系 別： 機電信息系 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 學 生： 學 號： 指導教師： 2013年05月 顆粒包裝機封口系統(tǒng)的設計 摘要 本論文是對顆粒包裝機封口系統(tǒng)的設計，首先以相似類型的顆粒包裝機為參考，討論了許多包裝機的封口方法，并指出各個封口方式的優(yōu)劣，然后重點對熱封形式進行研究和設計。依據包裝工藝路線，確定了設計方案，根據對比分析結果，確定了橫封、縱封以及切斷機構的形式，從基本理論、基本工作原理、基本分析方法上對設計作了闡述，并進行了結構設計及相關計算。 封口對于包裝來說是一道不可缺少的工序，只有封口以后才能密封保存和便于運輸銷售，因此對封口系統(tǒng)的詳細研究設計就具有了一定的意義。 本設計能進一步提高包裝機封口系統(tǒng)的性能，并且結構簡單、結構尺寸較小，便于安裝和維護，操作簡單方便。 關鍵詞：包裝機；縱封；橫封；切斷 I Design of Sealing System for Granule Packaging Machine Abstract The paper is about granule packaging machine , discusses the sealing method for many packaging machine, and points out that various sealing methods, and then focus on the research and design of the heat sealing form. On the basis of the packaging process, the design scheme is determined, according to the results of comparative analysis, to determine the horizontal, longitudinal sealing and cutting mechanism of form. From the basic theory, basic principle, basic analysis method of design is expounded, and the structure design and calculation. Sealing is an indispensable procedure for packaging, only the sealing to storage and convenient transportation sales, so the design of a detailed study of the sealing system has a certain significance. This design can improve the properties of packing packing machine, and has the advantages of simple structure, small size, convenient installation and maintenance, the operation is simple and convenient. Keywords：packaging machine; sealing system; transverse sealing davice; the vertical sealing device 目 錄 1 緒 論 …………………………………………………………………………1 1.1研究背景及意義 ……………………………………………………………1 1.2包裝機封口系統(tǒng)簡介 …………………………………………………………2 1.3包裝機、封口機國內外發(fā)展現狀 ……………………………………………5 1.4本文主要研究工作 ……………………………………………………………6 2 包裝機封口系統(tǒng)總體方案設計 ……………………………………………7 2.1總體方案分析 …………………………………………………………………7 2.2總體方案提出 …………………………………………………………………7 2.3總體方案確定 …………………………………………………………………9 2.4傳動方案確定…………………………………………………………………10 2.5小結……………………………………………………………………………11 3 包裝機封口系統(tǒng)部件設計………………………………………………… 13 3.1縱封器的設計…………………………………………………………………13 3.2橫封器的設計…………………………………………………………………15 3.3偏心鏈輪的設計計算…………………………………………………………15 3.4剪切機構的設計………………………………………………………………20 3.5剪切相位調節(jié)機構的設計……………………………………………………21 3.6小結……………………………………………………………………………22 4 鏈輪的設計計算 ……………………………………………………………23 4.1鏈輪的介紹……………………………………………………………………24 4.2鏈輪的失效形式………………………………………………………………24 4.3鏈輪的詳細設計計算…………………………………………………………24 4.4鏈傳動的合理布置……………………………………………………………25 4.5鏈傳動的張緊…………………………………………………………………26 4.6鏈條的材料選用………………………………………………………………27 5結論………………………………………………………………………………28 參考文獻 …………………………………………………………………………29 致謝…………………………………………………………………………………30 III 畢業(yè)設計（論文）知識產權聲明 ……………………………………………31 畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明 ………………………………………………32 IV 1 緒論 1 緒論 1.1研究背景及意義 隨著經濟的發(fā)展和工業(yè)自動化水平的提高，市場對產品的包裝要求也越來越高，而我國的包裝工業(yè)發(fā)展相對緩慢，故進行包裝機的設計研究具有一定的意義。 無論在國內或國外，包裝工作已涉及到各行各業(yè)，面廣量大，對人民生活、國際貿易和國防建設都帶來深刻的影響，甚至在現代生活中出現了過去難以想象的新情況:未經包裝出售的商品變得越來越少了，而且包裝上的失敗往往會使很好的產品得不到成功的銷售。因而不妨這樣說，在將來，如果沒有現代化的包裝就沒有商品的生產和銷售;可是如果沒有先進的工業(yè)與科學技術的綜合發(fā)展，也不可能出現高水平的現代化包裝。迄今，一些科學技術發(fā)達的國家，在食品、醫(yī)藥、輕工、化工、紡織、電子、儀表和兵器等工業(yè)部門，已經程度不同地形成了由原料處理、中間加工和產品包裝三大基本環(huán)節(jié)所組成的包裝連續(xù)化和自動化的生產過程，有的還將包裝材料加工、包裝容器成型及包裝成品儲存系統(tǒng)都聯系起來組成高效率的流水作業(yè)線。大量事實表明，實現包裝的機械化和自動化，尤其是實現具有高度靈活性(或稱柔性)的自動包裝線，不僅體現了現代生產的發(fā)展方向，同時也可以獲得巨大的經濟效益。 現代包裝機械所能完成的工作已遠遠超出了簡單地模仿人的動作，甚至可以說在很多場合用巧妙的機械方法包裝出來的成品，不論在式樣、質地或精度等方面，大都是手工操作無法勝任和媲美的。隨著商品的多樣化，這一點越來越引起了人們的重視。另外，用機械手代替人手，就足以最大限度地避免操作人員同產品直接接觸時可能產生的感染，從而保證食品藥物的清潔衛(wèi)生和金屬制品的防銹防蝕。對有劇毒、刺激性的，低溫、潮濕性、爆炸、發(fā)射性的，以及必須放置在暗室的物品，實現了包裝的機械化和自動化，便可大大改善操作條件，避免污染危害環(huán)境。至于對需要進行長期、頻繁、重復的以及其他苯重的包裝工作，如能實現機械化和自動化，則能大大減輕體力勞動強度，增進工人健康和提高生產效率。有些粉末、液體物料在手工包裝過程中容易發(fā)生逸散、起泡、飛濺現象，若改善機械包裝則會大大減輕損傷。機械包裝的生產能力往往比手工包裝提高幾倍、十幾倍甚至幾十倍，無疑這將會更好地適應市場的實際需要，合理安排勞動力，為社會多創(chuàng)造財富。 本課題所設計的顆粒包裝機適用于包裝散粒食品、藥品、化學試劑、茶葉等顆粒小包產品。而目前全自動顆粒包裝機的應用仍舊不夠廣泛，全自動顆粒包裝 36 畢業(yè)設計（論文） 機應最多的要屬食品包裝了，據調查多數小型食品制造商仍使用的是半自動，甚至是全手動的包裝機，這種包裝機不僅效率低，而且耗費人力，但是優(yōu)點是造價便宜操作簡單，所以現在急需要一種造價既便宜，操作又簡便的顆粒包裝機。封口系統(tǒng)是包裝機的主要組成部分，所以它的設計對于包裝機來說是至關重要的，包裝機的效率、包裝準確性直接決定了包裝機的優(yōu)劣。 1.2包裝機封口系統(tǒng)簡介 目前我國包裝機、封口機應用極為廣泛。除單獨使用的封口機外，還有許多封口機與其它機器共同組成的生產自動線，大大提高了生產自動化程度及效率，減少了工人的勞動強度，提高了包裝質量。塑料袋裝產品的封口方法有扎結、熱封、釘封、粘封等，其中以熱封封口方法較簡單可靠，應用最廣。 熱封是利用塑料具有熱塑性，使封口部位的塑料薄膜加熱、加壓相互粘合在一起。熱封的方式很多，有熱板封合、熔斷封合、高頻封合、超聲波封合、電磁感應縫合和紅外線封合等。 熱板封合如圖1.1所示， 把加熱板加熱到一定的溫度，將要封合的塑料薄膜緊壓在一起，這是熱封原理與結構最為簡單的一種，封合速度較快，可恒溫控制，這種方法常應用于封合聚乙烯等復合薄膜，而對受熱易收縮與分解的薄膜，如各種熱收縮薄膜，聚氯乙烯等不宜應用。 1-熱板 2-封縫 3-薄膜 4-耐熱橡膠 5-工作臺 圖 1.1 熱板封合 回轉輥筒封合如圖1.2所示，將一對反向等速回轉輥筒的一方或者雙方加熱，兩輥中間通過重合膜進行加熱、加壓封合，本方法的一大特點是能連續(xù)封合。主要適用于復合包裝薄膜，因單層薄膜受熱易變形會導致封縫外觀質量較差而不宜應用。 1-熱輥 2-薄膜 3-封縫 圖1.2 回轉輥筒封合 帶狀縫合如圖1.3所示，一對相向回轉的金屬帶之間，夾著要封合的薄膜直線運動，在前進中通過鋼帶兩側加熱、加壓、冷卻。本結構稍為復雜，一般用于袋口的最后封口上，既能再運動中封合，以能適應受熱易變形的薄膜。 1-加熱區(qū) 2-冷卻區(qū) 3-鋼帶 4-薄膜 圖1.3 帶狀封合 滑動加壓封合如圖1.4所示，薄膜首先通過一對熱板中間受到加熱（電加熱或空氣加熱），再經一對反向回轉輥加壓封合。本方法結構簡單，能適應那些熱變形大的薄膜的連續(xù)封合。 1-熱板 2-加熱輥 3-封縫 4-薄膜 圖1.4 滑動加壓封合 脈沖封合如圖1.5所示，用捏鉻合金扁電熱絲壓著薄膜，再瞬時通以大電流加熱，接著用空氣或通冷卻水強制封縫冷卻，最后放開壓板。本方法結構上略比熱板封合復雜，但適用于易熱變形與受熱易分解的薄膜，所得封口質量較好，因冷卻占有時間，故生產率受到限制，只適用于間歇封合，在熱電絲與薄膜間常用耐熱防粘的聚四氟乙烯織物，薄膜另一端承壓臺上帶耐熱的硅橡膠襯墊，使焊縫均勻。 1-壓板 2-扁電熱絲 3-防粘材料 4-封縫 5-薄膜 6-耐熱橡膠墊 7-工作臺 圖1.5 脈沖加壓封合 熔斷封合如圖1.6所示，將熱源與要封合的薄膜靠近，使封口部融化成球狀。這種封縫的封口強度較大，適用于熱收縮薄膜，但不適應熱分解性的薄膜。 1，3-薄膜 2-封縫 4，5-冷卻板 6-加熱板 圖1.6 熱板熔焊封合 高頻封合如圖1.7所示，薄膜用上、下電極壓著，外加高頻電源時，聚合物有感應阻抗而發(fā)熱融化形成封縫，因是內部加熱，中心溫度較高而不過熱，所得封縫強度較高，對聚氯乙烯很適合，但不適用低阻抗薄膜。 1-壓頭 2-高頻電極 3-封縫 4-薄膜 5-工作臺 圖1.7 高頻加壓封合 電磁感應封合，向圈狀的電阻通上高頻電流，就在其周圍產生高頻磁場，磁場內如有磁性材料就會根據磁滯損耗而發(fā)熱，若在薄膜之間加上很薄的磁性材料，或在塑料中預先摻加一些磁性氧化鐵粉，塑料即瞬時熔化粘合，加熱部分可不需直接和塑料袋接觸，因此能連續(xù)又高速地進行封合，適合于生產線的生產，這是近幾年內熱封塑料的新方法。 紅外線封合，將紅外線直接照射在薄膜有關位置進行熔化封口，照射源的發(fā)熱極高，深色容易加熱，對透明薄膜只要在封口層下鋪上黑布即可。本方法能對一般加熱無法封口的聚四氟乙烯和厚度達5～6毫米以上的聚乙烯片進行封合，這亦是近年來國內外研制出熱封塑料的新方法。 1.3包裝機、封口機國內外發(fā)展現狀 我國封口機等包裝機械起步較晚，1990年尚未形成完備的工業(yè)體系，95籌劃后，我國封口機等包裝機械得到快速發(fā)展，年平均增長速度大于30%，進入2000年以后，仍以20%的速度增長。經過20多年的發(fā)展，我國封口機等包裝機械已成為機械工業(yè)中十大行業(yè)之一。無論是產量還是產值，都取得了令人矚目的成績[1]。近20年來的發(fā)展，我國封口機已經從人工參與較多的手工封口技術逐漸發(fā)展到現在全自動封口技術。隨著電子技術和機械制造的成熟和發(fā)展，全自動封口機也向著更加高精尖的領域發(fā)展。但是手動和半自動的封口機應用較為廣泛，還并未擺脫人力需求較多的缺點。目前我國的封口機研究主要分為三個方面：1.創(chuàng)新設計方面的研究；2.安全設計技術方面的研究；3.衛(wèi)生設計技術方面的研究[2]。 國外的包裝封口技術成熟較早，高頻封合，超聲波封合，電磁感應封合，紅外線封合等封口方法研究較早，已經非常成熟了。德國、意大利、英國、瑞士、和法國等，都是世界上很重要的包裝機、封口機生產國家。德國的封口機在制造和技術性能等方面居世界領先地位。一些大公司生產的封口機采用光電感應，以光標控制，并配有防靜電裝置。德國的包裝封口機出口比例占80%左右，是世界上最大的包裝機械出口國。意大利是僅次于德國的第二包裝封口機制造大國，其封口機械多用于食品工業(yè)，具有性能優(yōu)良，外觀考究，價格便宜的特點。目前世界各國對包裝機封口機的發(fā)展十分重視，尤其是封口機的精確化、智能化和自動化的研究，高科技產品不斷涌現。生產高效化、資源高利用化、產品節(jié)能化、實用化、科研成果商業(yè)化已經成為世界各國的包裝封口機械發(fā)展的趨勢。無論國內還是國外，應用最廣泛的還是熱封式的封口機，縱封器多選用滾輪式熱封器，選擇這種熱封方法的好處就是穩(wěn)定、簡單、經濟、便于維修；橫封器千差萬別，但主要還是以熱封為主。國外高檔包裝、精密包裝多用超聲波封合，因為這種封口方式熱效應極小，不起皺，無封合痕跡。量產時也經常用到紅外線封合的方式，這種方式不但封合精確，而且封合深度可達5～6mm，是比較新的封合方式。國內外自動化較高的封口機對本課題的研究有很大幫助。 1.4本文主要研究工作 本文首先確定了包裝機的總體布局，然后提出了封口系統(tǒng)的具體設計方案，根據方案，主要的設計和研究內容有： a. 顆粒包裝機的原理方案設計； b. 顆粒包裝機的傳動系統(tǒng)方案設計； c. 縱封機構的詳細設計； d. 橫封機構的詳細設計； e . 切斷機構的詳細設計。 2 包裝機封口系統(tǒng)總體方案設計 2 包裝機封口系統(tǒng)總體方案設計 2.1總體方案分析 包裝機中封口的方法多樣，但是效率高，自動化高的包裝機往往用的還是熱封的封口方法。熱封方法也是應用最廣的一種方法。普遍情況下顆粒狀物品的包裝袋都是塑料類制品，借助熱變形，熱封器很容易的就能將薄膜封合在一起，而塑料制品熱塑性良好，冷卻后強度較高，封口質量穩(wěn)定性好。 考慮到設計任務要求的包裝速度30-60袋/min。熱封系統(tǒng)的連續(xù)性和自動化要求要高，相比間歇性的封口系統(tǒng)，連續(xù)制袋更為優(yōu)。在方案選擇優(yōu)化的時候回轉型的熱封器應該優(yōu)先考慮使用。 2.2總體方案提出 方案一：臥式間歇制袋三邊封口系統(tǒng)，如圖2.1所示。 1-卷筒薄膜 2-導輥 3-成型器 4-導桿 5-張口器 6-橫封器 7-加料器 8-縱封牽引器 9-分切刀 10-成品袋 圖2.1臥式間歇制袋三邊封口系統(tǒng) 此類型的封口原理如圖2.1所示。卷筒塑料薄膜1經導輥2引入成型器3，在成型器3和導桿4的作用下形成U形并由張口器5撐開。當加料器7下行進入加料位置時，橫封器6閉合，同時裝填物料。隨后，橫封器6和加料器7復位。然后?？v封器8閉合熱封并牽引薄膜移動一個袋位。最后由切刀9把包裝袋切斷。 方案二：立式間歇制袋中縫封口系統(tǒng)，如下圖2.2所示。 畢業(yè)設計（論文） 1-供料器 2-導輥 3-卷筒薄膜 4-成型器 5-加料管 6-成型筒7-縱封器 8-橫封牽引器 9-成品器 圖2.2立式間歇制袋中縫封口系統(tǒng) 如圖2.2所示，卷筒塑料薄膜3經導輥2被引入成型器4，通過成型器4和加料管5以及成型筒6的作用，形成中縫搭接的圓筒形。其中加料管5的作用為：外作制袋管，內為輸料管。封合時，縱封器7垂直壓合在套于內筒和外壁的薄膜搭接處，加熱形成牢固的縱封。然后，縱封器復位，由橫封器8閉合對薄膜進行橫封同時向下牽引一個袋的距離，并在最終位置加壓切斷。可見，每一次橫封可以同時完成上袋的下口和下袋的上口封合。而物料的填充實在薄膜受牽引下移時完成的。 方案三：立式連續(xù)制袋三邊封口系統(tǒng)，如下圖2.3所示。 1-卷筒薄膜 2-導輥 3-成型器 4-加料器 5-縱封滾輪 6-橫封輥 7-切斷刀 8-成品袋 圖2.3立式連續(xù)制袋三邊封口系統(tǒng) 如圖2.3所示卷筒薄膜在縱封滾輪的牽引下，經導輥進入制袋成型器形成種紙管狀?？v封滾輪在牽引的同時封合紙管對接兩邊緣。隨后由橫封輥閉合實行橫封切斷。同樣，每次橫封動作可同時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。 2.3總體方案確定 a. 方案1和方案2都是間歇制袋的，工作效率沒有方案3高。 b. 方案1的橫封和縱封以及方案2的橫封，機械動作復雜，要求的機械結構也相對復雜。相比之下方案3更優(yōu)。 c. 方案2和方案3的橫封器包含了切斷機構，故此可以考慮使用橫封切斷一體。 d. 方案3節(jié)省了空間、時間，又考慮到方便、造價低等特點，此次選用立式連續(xù)制袋三邊封口包裝機。 縱封原理方案的確定，如下圖2.4所示： 1-熱輥 2-塑料薄膜 3-封縫 圖2.4 回轉滾筒封合簡圖 如圖2.4所示，塑料薄膜2經過熱輥1的牽引熱封在封縫3處熱合。這種封合方式既考慮了效率，又考慮了經濟性和穩(wěn)定性。 橫封原理方案確定，如下圖2.5所示： 1、3-輥體 2-加熱管 圖2.5 橫封輥結構簡圖 如圖2.5所示，在一個回轉周期內，輥體兩次對塑料薄膜進行加熱封合。 2.4傳動方案確定 薄膜袋的封口過程如圖2.6所示，物料從1進入包裝袋，包裝袋在2處開始縱封，經過3的橫封，完成封口，最后再由切斷機構對包裝袋進行切斷。 1-縱封器 2-橫封器 3，4，5，6，7，8，9，10-鏈輪 11-切斷裝置 圖2.6 傳動方案裝配簡圖 電機將動力通過小鏈輪傳到大鏈輪4上，帶動主軸上的鏈輪5和鏈輪7。鏈輪5通過鏈條將動力傳到鏈輪6上，鏈輪6帶動縱封器2運轉。帶輪7經鏈條將動力傳到鏈輪8上，鏈輪8帶動偏心鏈輪10作不等速回轉，然后偏心鏈輪10將動力傳送到鏈輪9上帶動橫封器3的回轉。 主電機的確定： 由于整臺機器較小，功率、扭矩都較小，故而不需要較大的電機。由于要實現電機變速，綜上所述，參考機械設計手冊和同類型的小型機器，選擇型號為LL86HB156的步進電機，其主要性能參數如下所示： 步距角（°）：1.8；相電流（A）：6.0；設定轉速（r/min）：300r/min；保持轉矩（N·m）：12.2；轉動慣量(g·cm2)：4000；重量（kg）：5.4。 總傳動比分配： 機器的包裝速度是：30-60袋/min，所以橫封器嚙合次數應該達到30-60次/min，袋長范圍為60-180mm，據此，計算縱封器的轉速n。 袋長暫取L=100mm，包裝效率暫定Q=30袋/min，則包裝完一袋需要的時間為2秒。使縱封輥旋轉一周剛好封合兩個袋長，則由公式（2.1）可知縱封輥的半徑： 2L=2πR （2.1） 將所取數值代入，則縱封輥半徑R≈32mm。 由公式（2.2）可知縱封輥的角速度： （2.2） 將數值代入，則縱封輥的角速度ωz=1.5625rad/s 包裝的線速度=30袋/min100mm/袋=3000mm/min=50mm/s （2.3） 則可得縱封輥的轉速n≈15r/min （2.4） 傳動比的具體分配如下，電機到減速裝置的減速比為6，減速裝置到縱封系 統(tǒng)的減速比為3.33，減速裝置到橫封系統(tǒng)的減速比為1.8。 主軸轉速計算： 綜合上述傳動比的分配，主軸轉速計算如下，見公式（2.5）： n主軸 =n電機×i鏈輪減速 =300÷6=50r/min （2.5） 主軸最小直徑計算，見公式（2.6）： d0A==23.17mm （2.6） 設計軸時一般考慮軸上的鍵槽對強度的影響，設計時應該根據槽的個數增大尺寸，其經驗公式計算如下，見公式（2.7）： d=d023.3mm≈25mm （2.7） 最終主軸最小直徑取25mm。 2.5小結 設計之初，傳動系統(tǒng)選擇的主要減速方式是：渦輪蝸桿，齒輪減速，其傳動比小，但是強度大。經過導師指導，換成了一大一小鏈輪組合來代替部分齒輪和渦輪蝸桿進行減速。鏈輪配合的最大傳動比可以達到10；并且由于本包裝機整體尺寸較小，所需要的力也不大，工作條件完全可以滿足，所以最終選擇了依靠鏈輪組來對傳動系統(tǒng)進行減速工作。 3 包裝機封口系統(tǒng)部件設計 3 包裝機封口系統(tǒng)部件設計 塑料薄膜及其復合材料是自動制袋包裝機中最常用的包裝材料，特別是多層復合薄膜，因為它的氣密性良好以及高強度而廣泛應用于食品包裝中。 塑料薄膜的封口采用熱融封合的方法，具體操作是：對塑料薄膜的兩個接觸面加熱，使其處于熔融的熱塑化狀態(tài)，再給封接部位施壓，使薄膜兩個封接面融合密封牢固。影響封合質量的因素主要是加熱溫度、封合壓力和和作用時間。熱融封合的方法有多種形式[2]，最常用的是電阻加熱法和脈沖加熱法，另外還有高頻電加熱封合、超聲波加熱封合、電磁加熱封合和紅外線加熱封合等。每種方法均適用于一定品種范圍的塑料材料。在自動制袋裝填包裝機中，廣泛應用電阻加熱的熱融封合方法，因其具有機構簡單，調控方便的特點。而且，用于食品包裝的薄膜主要是聚乙烯及其復合材料居多，也就是說主要以聚乙烯為熱封合材料，因此用電阻加熱封合法是完全能滿足要求的[3]。 連續(xù)制袋包裝機中有兩個封合裝置：縱封裝置和橫封裝置，分別實現包裝袋的縱縫封接和橫向封合。他們均采用電阻加熱的封合方法。 3.1縱封器的設計 在連續(xù)式自動制袋裝填包裝機中，由于薄膜連續(xù)輸送，因此其縱縫封接是連續(xù)進行的。為此采用一對滾輪式電阻加熱的熱融封接器來實現連續(xù)縱封。在此，熱融封接滾輪不僅完成包裝薄膜制袋的縱向熱封，同時還起到對包裝薄膜的輔助牽引輸送作用。也就是說，牽引和縱封是同時進行的，牽引滾輪同時也是縱封滾輪。 如下圖3.1所示是縱封執(zhí)行機構的結構。兩縱封輥輪的圓筒內均裝有加熱器，發(fā)熱元件一般用電阻發(fā)熱線圈，繞裝在支座上，再通過支座安裝在軸承座或者安裝板上。當縱封輥輪隨軸旋轉時，加熱器固定不動，持續(xù)的對輥子的圓筒壁均勻加熱。加熱溫度通過測溫器測量，并由溫控表控制器變化范圍。 縱封器的動力來源在傳動系統(tǒng)設計時候已經提到，通過鏈輪帶動了縱封器的主動軸，縱封器的主動軸和被動軸通過一對相互嚙合的齒輪同時驅動兩軸，使縱封輥實現相對旋轉。 畢業(yè)設計（論文） 1-加熱線圈 2-套筒 3-縱封輥 4-彈性擋圈 5-調節(jié)支桿 6-導熱套筒 7-軸承 8-縱封軸 圖3.1 縱封器結構圖 如圖3.1所示，縱封裝置主要由一對縱封輥1組成，輥子的外圓周表面緊密壓合，壓合力來自彈簧力的作用?？v封輥分別安裝在軸的左端，由螺母固定，使得輥輪可隨軸轉動。軸7的兩端軸承固定安裝。另外一軸可以相對滑動，滑動的目的是調節(jié)兩縱封輥的相對距離和壓力，其上端固定一個調節(jié)支桿8。 在縱封輥的封合圓柱表面上都加工有均勻細密的網紋，以增加封口的牢固度，使熱封美觀而且質量得到保證。另外，由于縱封輥輪在工作中長時間處于加熱狀態(tài)，并連續(xù)相對滾壓運轉，因此需要有較好的綜合力學性能。在實際生產中可采用合金結構鋼加工，如40Cr等鋼材制造。 對于縱封輥輪的受力情況，已知低密度聚乙烯和鋼之間的靜滑動摩擦系數f=0.27，設調節(jié)支桿上的彈簧的預緊力為200N，則對縱封輥產生的摩擦力為： F=200×0.27=54N （3.1） 已知縱封輥的直徑為D=64mm，由公式T=可得： （3.2） 則縱封輥的功率，由公式（3.3）： P縱=≈181W （3.3） 則主軸的功率P=P縱×i=431W （3.4） 3.2橫封器的設計 橫封器用于復合薄膜包裝袋的橫向熱熔封合。橫封器是將經縱封器進行縱向封合后筒狀的包裝材料，按照工藝要求的長度規(guī)格進行橫向封合，按照橫封器工作的運動形式，可分為連續(xù)運動和間歇運動兩種形式。根據設計需要，本次設計中采用連續(xù)式縱封裝置。 因塑料袋裝機有連續(xù)或間歇運動之分，故橫封器在機能、運動形式、實現運動的機構及橫封的結構方面往往有較大差異，即使是連續(xù)式橫封器，若該機僅只需完成單一規(guī)格袋的，一般較簡單，如要適用多規(guī)格可調的袋裝機就較為復雜。 將一對軸線平行反向等速回轉的滾輪的一方或雙方加熱，在二滾輪中通過封口薄膜進行封焊，其滾輪結構如下圖3.2所示，這種結構又稱橫封器，用來對連續(xù)運動的薄膜進行塑料袋橫向封口。滾輪依靠支桿4上的彈簧保持彈性接觸，其壓緊力大小可通過鎖緊螺母1和調節(jié)套筒2等來獲得。其中主動齒輪8帶動從動齒輪14等速回轉，橫封輥也就等速回轉接觸加熱。在滾輪內裝有電熱絲卷繞后外套鋼管的加熱棒，電流由碳刷5和滑環(huán)（圖中未畫出）與加熱棒中的電熱絲相通。滾輪外形呈菱形（見界面A-A），利用留下的圓弧部分封口，在圓弧面上可刻有網狀花紋，以利封口美觀并保證封口質量。熱封輥的有效長度（150mm）必須大于最大袋寬（120mm），熱封輥的半徑r應使其熱封時的線速度與塑料移動速度相等。橫封輥材料可用40Cr鋼，溫度可在100～178攝氏溫度范圍內調節(jié)。 1-鎖緊螺母 2-調節(jié)套筒 3-機架 4-支桿 5-碳刷 6-橫封輥 7-橫封主動軸 8-主動齒輪 9-軸套 10-從動鏈輪 11-傳動鏈輪 12-螺母 13-從動軸 14-從動齒輪 15-彈簧擋圈 16-加熱棒 17-彈性墊片 18-支架 圖3.2 橫封器 橫封器的一些設計計算： 由于包裝袋袋寬范圍為：70-120mm，所以橫封輥的長度>120mm，這里設計為150mm。 由于包裝袋的袋長范圍為：60-180mm，設計選擇的長度為100mm，平均袋長Lp=120mm，單軸熱封頭頭數取q=2，所以橫封輥半徑r可由下式（3.5）得出： r==≈38mm （3.5） 應用于連續(xù)制袋式袋裝機上的橫封機構有如下一些工藝要求應滿足，設計連續(xù)式袋裝機的橫封器應能滿足如下一些工藝要求： （1） 速度的同步 熱封時，熱封頭與連續(xù)運動著的袋筒須具有同步的速度。否則，封口部位就可能發(fā)生起皺或拉長，甚至斷裂等不現象。當袋長規(guī)格有變化時，尤其要注意這一點。因此，采用回轉型的熱封頭，由于半徑固定不變，往往采用不等速運動機構（如偏心輪機構、轉動導桿機構等）來帶動，以便適應調節(jié)其封合線速度滿足熱封要求。 （2） 橫封頭的不等速運動 由于橫封時，要求橫封頭在袋筒運動方向上的線速度和袋筒的運動速度相同，所以橫封頭必須作不等速運動。此外，工作中的橫封頭是處于高溫狀態(tài)（溫度高于100℃），為了防止包裝材料發(fā)生過熱現象，應使橫封頭的橫封動作結束，就很快速讓開，所以橫封頭也必須作不等速運動，常用的不等速機構有偏心鏈輪機構和傳動導桿機構，本次設計采用的是偏心鏈輪機構。 （3） 速度的無極可調 當包裝機的生產能力和包裝袋袋長規(guī)格變化時，由于橫封頭的回轉半徑不能調，所以只有改變橫封頭的回轉速度，即橫封速度的連續(xù)可調。 3.3偏心鏈輪的設計計算 偏心鏈輪機構是一種不等速機構，它被廣泛應用在立式包裝機連續(xù)橫封輥的傳動鏈中。通過調節(jié)偏心鏈輪不等速機構，可使連續(xù)式包裝機的橫封輥滿足如下一些工藝要求：熱封時，熱封頭與連續(xù)運動著的袋筒必須具有同步的線速度，否則，封口部位就可能發(fā)生起皺或拉長甚至斷裂等不良現象，當袋長規(guī)格有變化時，尤其應當注意這一點。 如圖3.3所示，偏心鏈輪不等速回轉機構它由兩個相同齒數的主從動帶輪2、4和一個張緊輪5，再繞以套筒輥子帶3構成。其中主動帶輪2由分配軸帶動作勻速回轉，其偏心距可以借助滾花手輪1進行調整。從動帶輪4則繞定軸作不等速回轉，并經中間傳動裝置帶動熱封器的熱封頭實現不等速回轉。 1-輥花手輪 2-主動帶輪 3-套筒輥子帶 4-從動帶輪 5-張緊輪 圖3.3偏心鏈輪不等速回轉機構 運動規(guī)律分析：圖3.4所示為偏心鏈輪機構工作原理簡圖。設O、O2分別表示主從動鏈輪的回轉中心，其中心距OO2=L，節(jié)圓半徑O1A=O2B=R；主動帶輪的偏心距OO1=e，角速度為w0。若某瞬間的角位移為θ，相應的從動帶輪的角位移為ψ，當主動帶輪節(jié)圓上任一點A轉到與帶AB相切時，該點的瞬時線速度為vA，其值vA=w0ρ，（ρ=AO，為A點的瞬時回轉半徑），設它與帶同向分速度為v＇A，令vA與v＇A的夾角為β，則其值由公式（3.6）得： 圖3.4 偏心鏈輪機構工作簡圖 （3.6） （3.7） 由圖3.4可見，同一根帶在張緊時A、B兩點的線速度應該相等，即vB=v＇A若vB與從動帶輪的節(jié)圓相切，并令該輪的瞬時速度為ω，則由公式（3.8）： （3.8） 故得： （3.9） 上式表明， 當主動偏心輪以w0等角速回轉時，則從動鏈輪作變角速度轉動。偏心鏈輪輸出運動的特性曲線見圖（圖3.5）， 實質上它反映了w-θ的變化規(guī)律。 根據不同袋長需要，輸出滿足工藝要求的角速度帶動橫封器，是設計偏心鏈輪機構時必須考慮的可調問題，欲得到所需的角速度，在實際應用中有兩個不同的途徑:直接調節(jié)選用熱合瞬時角，調解主動鏈輪上的偏心距。 調節(jié)選用熱合瞬時的θ角，即是利用式(3.9)或圖（圖3.5）特性曲線，使其中偏心距e、鏈輪半徑R及兩輪回轉中心距L不變的條件下，根據輸出的角速度ω，找到相應的主動輪瞬時轉角θ，在該瞬時使橫封器的熱封件與料袋上的光電色標處在封合狀態(tài)。由此可見，當袋長變化時應先打開不等速回轉機構輸出軸到橫封器輸入軸間的傳動鏈。待偏心輪上OO1連線與兩回轉中心連線O1O2調到應有的θ夾角時，讓橫封器的熱封件相嚙合，再合上暫時打開了的傳動鏈，橫封傳動時開時合，且找準θ夾角也十分麻煩，一般采用甚少。 圖3.5偏心鏈輪機構輸出運動特性曲線 調節(jié)主動鏈輪的偏心距同樣亦可達到改變輸出角速度滿足熱封的需要， 它是利用特性曲線的兩個極值點作為專門的熱封點， 偏心距的改變可使輸出的極大角速度在-ω0( 1+ e/R)~ω0之間；同樣也可使輸出的極小角速度在 ω0( 1-e/R )～ω0之間。與此同時，速度極限角ω1、ω2 分別有向π/2、3π/2靠攏的微小變化，包裝機在規(guī)定的袋長范圍內，其中偏小規(guī)格利用的極點進行熱合，偏大規(guī)格利用這一極點輸出角速度進行熱合。 如將經換算后袋長值刻在相應的偏心距的標尺上，只要調節(jié)偏心距到預定的袋長刻度上并加以固定，就能立即使用。這種方法調整方便，得到廣泛應用。這種機構就叫可調式偏心鏈輪，見圖3.6。 圖3.6可調式偏心鏈輪結構簡圖 調整時首先松開調整螺桿上的鎖緊螺母，然后轉動調整螺桿，使偏心鏈輪所需調整的刻度值對準傳動軸中心，調節(jié)好之后將其鎖緊即可。偏心鏈輪偏心位置相對橫封輥的位置調整見圖3.3。偏心鏈輪與鏈輪1的齒數相同，前后橫封輥齒輪的齒數相同，后橫封輥齒輪齒數是齒輪1齒數的2倍。這樣，偏心鏈輪沿傳動軸轉一圈，鏈輪1與齒輪1也相應轉一圈，而前后橫封輥齒輪只轉半圈。這就是說， 偏心鏈輪沿傳動軸轉一圈，橫封輥轉半圈，對一袋進行封口。經主機點動運轉，當前橫封輥上的A點與后橫封輥上的B點重合時，調節(jié)偏心軸的位置，使偏心鏈輪的偏心方向與鏈條緊邊運動軌跡方向垂直，并使偏心軸處于鏈條緊邊的一側，然后將齒輪1與后橫封輥齒輪相嚙合即可。 由于偏心鏈輪不等速回轉機構輸出角速度的大小與偏心距e、鏈輪半徑R、兩輪軸中心距L各參數有關，因此設計偏心鏈輪不等速機構時，e、R、g也是必須計算確定的重要參數。由前分析可知，主動鏈輪的輸出角速度的兩個極限值: （3.10） 兩式左端、為從動輪與主動輪的角速度之比，用字母i表示，改寫成: （3.11） 如前所述，制袋工藝要求熱封件在熱合瞬間與包裝料袋運動線速度相同， 則有： = （3.12） 式中：Rh-橫封件的回轉半徑，故得： （3.13） 在設計時可在規(guī)定袋長范圍內取中間袋長或稱平均袋長lp 的熱封計算值，可使e=0、i=1，由式(3.13)可知： （3.14） 設偏心鏈輪的轉速為n0(r/min)，由于： =πn0/30 （3.15） 則： （3.16） 代入（3.10），可得： ωf=（l/lp）ω0 （3.17） 也可寫if=l/lp。 與式（3.11）聯立，求得不同袋長所對應的主動鏈的偏心距： ef=±（1-if）R （3.18） 根據機械設計手冊上鏈輪齒數選取的優(yōu)先數列，先取鏈輪的齒數Z=31，鏈條節(jié)距P取8mm，中心距為300mm，則此偏心鏈輪的節(jié)圓半徑R應為： R= （3.19） 則當袋長為100mm時，偏心鏈輪的偏心距為： （3.20） 令偏心鏈輪（分配軸）的轉速為n0，則根據公式（3.14），可得n0=30r/min。 在裝配和調整不等速機構時，可遵循以下方法： 1） 首先把偏心鏈輪調節(jié)在處，即鏈輪中心和主軸中心重合。轉動偏心鏈輪使其偏心線（即調節(jié)螺桿軸線）垂直于兩鏈輪軸的中心連線，同時使最小袋長值的一邊靠近鏈條主動邊。 2） 確保橫封輥正處于熱合狀態(tài)，即封切刀相互接合狀態(tài)。 3） 配上鏈條，完成安裝。 4） 按要求調節(jié)偏心值到需要的袋長值，如此即可啟動機器工作。 偏心鏈輪不等速機構的優(yōu)點在于結構簡單，精度要求較低，使用調整方便。但其調速范圍因為取決于鏈輪偏心值，因此受到結構的限制。而且值大側帶張緊輪擺動范圍大，其張力波動大，對運動不利。另外，此結構不適于高速運動和可逆?zhèn)鲃?，速度越高，帶跳動越歷害。 3.4剪切機構的設計 利用卷筒包裝材料來實現物料的包裝，都存在著成為單個包裝產品的切斷工序，切斷的方式根據熱封方式、包裝材料輸送形式和切斷方法可分為熱切和冷切兩類，熱切如高頻加熱到、脈沖電加熱熔斷和電加熱切刀等；冷切如回轉刀、鍘刀、剪刀、和鋸齒刀等多種。 熱切：它是靠薄膜受熱熔化和施加一定壓力而使薄膜分開的一種方法。采用熱切的切斷機構可與橫封機構合在一起，在橫封同時，進行熱切斷。熱切中有高頻加熱刀，電熱絲熔斷及電加熱切刀等。其中高頻加熱刀用在間歇式袋裝機上，對聚氟乙烯薄膜袋進行封口，同時完成切斷，實際是一只具有刃口的電極；電熱絲中間的一根1～2毫米左右直徑的圓電熱絲，根據需要可選擇斷續(xù)或連續(xù)通入脈沖電流，電熱絲與薄膜直接接觸使熔化的薄膜切斷；電加熱切刀是具有刃及熱量可使薄膜切斷。 冷切及其機構：冷切是利用金屬刀刃的鋒利度使薄膜在橫截面上受剪切力而分開薄膜的料袋方法。下圖3.7為輥刀式切斷裝置。 1-轉刀 2-定刀 圖3.7 輥刀式切斷裝置 回轉刀切斷機構如圖3.7所示，由轉刀與固定組合而成，兩刀的形狀尺寸完全相同，僅安裝方向相反，回轉刀順料袋前進方向作等速回轉，每袋一周，動刀與定刀間有微隙，保證無袋時不會打壞刀尖。有袋時順利分切。工作時?；剞D刀刃與定刀刃間不是全線同時相遇的，而是在刀刃的的全長上按1～2左右的傾角依次相遇的，這樣似剪刀一般，更有利于將薄膜分割開。 回轉刀切斷包裝袋的速度應大于薄膜前進的速度。為保持切刀鋒利，兩刃間有微隙，這樣切斷薄膜袋時，并不是靠兩把金屬刀刃完全相遇來完成的，而是靠活動刀刃線速度大于薄膜袋運動速度，產生的擠與拉相結合將薄膜分割開。所以，刀的回轉線速度小于薄膜前進速度是不行的，即使等于薄膜前進的線速度的話，也是切而不斷。只有回轉刀比薄膜有較高的線速度，將薄膜剪切變形。強度大大削弱，然后使前一包裝袋趕快離開本體到拉斷作用。 因該回轉刀切斷機構不是與橫封機構設計在一起的，而切斷時必須切在橫封接縫正中，才能使薄膜袋外形美觀。因而切斷在機構橫封器的下面，有一切斷刀與橫封器間的同步問題，解決同步問題就必須設計切斷機構的相位調節(jié)裝置。 3.5 剪切相位調節(jié)機構的設計 剪切相位調節(jié)機構如下圖3.8所示，相位調節(jié)裝置可通過調節(jié)兩鏈輪的相對位置來實現。 1-軸套擋環(huán) 2-螺母 3-軸套 4-從動鏈輪 5-鍵 6-彈簧 7-六角螺栓 8-軸承 9-主軸 10-剪切輥刀 圖3.8 剪切相位調節(jié)機構 如圖3.8所示，帶動回轉刀軸回轉的鏈輪4的軸向固定靠彈簧6的推力，當切斷刀工作不與橫封器同步時，只要用手按圖示向右推動鏈輪4，則鏈輪4沿軸9上的鍵5克服彈簧力，離開主動鏈輪，并根據滯后或超前的情況分別對鏈輪4作逆或順時針回轉一定角度后再將鏈輪4送回原處，與主動輪鏈輪鏈條嚙合，即能滿足同步要求。 3.6小結 在本節(jié)所有內容中，偏心鏈輪的設計和剪切相位調節(jié)機構的設計是難點也是重點。而之所以要設計這兩個機構和所選的封口系統(tǒng)有直接關系，所選的連續(xù)性的封口系統(tǒng)，自動化高、效率高、人為參與過程較少，這就帶來了一個問題，長時間的運轉，機器所積累的誤差不能通過人為的消除，這樣不論是對包裝質量、還是包裝美觀度都有很大的影響。同時，為了節(jié)約成本，這兩個機構的設計也必不可少，不能因為袋長發(fā)生變化就需要跟換橫封器和切斷機構。所以說這兩個機構體現了整機的自動化程度。 4 鏈輪的設計計算 4 鏈輪的設計計算 由于本包裝機整體較小，多數設計任務是外形和尺寸的設計，力求整機穩(wěn)定。由于本機的功率和扭矩非常小，參照其他同類型的機器，所選用和設計的零件都能滿足機器的正常運轉。因為本機對鏈輪使用較多，這里只選取主軸用于減速工作的從動鏈輪進行設計計算。鏈輪的結構如下圖4.1所示。 圖4.1 鏈輪 4.1 鏈輪的介紹 鏈傳動是一種撓性傳動，它由鏈條和鏈輪（小鏈輪和大鏈輪）組成（如圖4.1），通過鏈輪輪齒與鏈條鏈節(jié)的嚙合來傳遞運動和動力，鏈傳動在機械制造中應用廣泛。 與摩擦型的帶傳動相比，鏈傳動無彈性滑動和整體打滑現象，因而能保持準確的平均傳動比，傳動效率較高；又因鏈條不需要像帶那樣張得很緊，所以作用于軸上的徑向壓力較??；鏈條采用金屬材料制造，在同樣的使用條件下，鏈傳動的整體尺寸較小，結構較為緊湊；同時，鏈傳動能在高溫和潮濕的環(huán)境中工作。 與齒輪傳動相比，鏈傳動的制造與安裝精度要求較低，成本也低。在遠距離傳動時，其結構比齒輪傳動輕便的多。 鏈傳動的主要缺點是：只能實現平行軸間鏈輪的同向傳動；不宜用在載荷變化很大、高速和急速反向的傳動中。 傳動鏈又可以分為短節(jié)距精密滾子鏈（簡稱滾子鏈）、齒形鏈等類型。其中滾子鏈常用于傳動系統(tǒng)的低速級，一般傳遞的功率在100kW以下，鏈速不超過15m/s，推薦使用的最大傳動比imax=8.齒形鏈應用較少。 畢業(yè)設計（論文） 4.2 鏈輪的失效形式 鏈輪和鏈條相比，鏈輪的強度高，使用壽命較長，所以鏈傳動的失效，主要是鏈條的失效，其主要失效形式是 a. 鏈條疲勞破壞. 鏈條各元件在變應力作用下，經過一定循環(huán)次數，鏈板發(fā)生疲勞斷裂，滾子，套筒表面出現疲勞點蝕和疲勞裂紋.在正常潤滑條件下，鏈板的疲勞強度是決定鏈傳動承載能力的主要因素。 b. 鏈條鉸鏈的磨損 鉸鏈磨損會使鏈節(jié)距增大而產生跳齒和脫鏈.該失效形式一般發(fā)生在開式或潤滑不良的鏈傳動中。 c. 鏈條鉸鏈膠合 在潤滑不當或鏈輪轉速過高時，鏈條鉸鏈的銷軸和套筒的工作表面會因潤滑油膜破壞，在高溫，高壓下直接接觸導致兩表面粘結，相對運動使粘結部位撕開，形成表面撕開而損壞，稱為膠合，因而要限制鏈傳動的極限轉速。 d. 鏈板疲勞破壞 鏈在松邊拉力和緊邊拉力的反復作用下，經過一定的循環(huán)次數，鏈板會發(fā)生疲勞破壞。正常潤滑條件下，疲勞強度是限定鏈傳動承載能力的主要因素。 e. 過載拉斷 這種拉斷常發(fā)生于低速重載或嚴重過載的傳動中。 4.3 鏈輪的詳細設計計算 由于電機到主軸的傳動比為6，對于大小鏈輪，根據鏈輪齒數的優(yōu)先數列，小齒數取17，大齒數取102，所選的滾子鏈規(guī)格和主要參數如下： ISO鏈號：05B；滾子直徑：d1=5mm；內鏈節(jié)寬：b1=3mm；銷軸直徑：d2=2.31mm；內鏈板高度：h2=7.11mm；排距：pt=5.64mm；抗拉載荷：單排4.4kN，雙排7.8kN。由于系統(tǒng)的載荷不是很大，單排鏈足以滿足系統(tǒng)的需要，所以鏈選擇單排鏈。最終的滾子鏈的標記為：05B-1-54 GB/T1243-1997。 則根據以上參數，由公式（4.1）可知鏈輪的分度圓直徑為： d= （4.1） 代入數據，則有： d1≈260mm d2≈44mm 根據公式（4.2）和（4.3）知，鏈輪齒頂圓直徑為： damin= （4.2） damax= （4.3） 則da1=263mm da2=47mm 齒根圓直徑，根據公式（4.4）： （4.4） 則可得出： =255mm =39mm 齒寬根據公式（4-.5）可得： b= （4.5） b=2.79mm 齒高根據公式（4-.6）得： （4.6） 則齒高定為2.7mm。 綜上所述，所選的一對鏈輪的具體參數如下表4.1： 表4.1 鏈輪的具體參數 分度圓直徑d（mm） 齒數Z 齒頂圓直徑da（mm） 齒根圓直徑df（mm） 齒寬 b（mm） 齒高 ha（mm） 大鏈輪 260 17 263 255 2.79 2.7 小鏈輪 44 102 47 39 2.79