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立式袋包裝機(jī)總體設(shè)計(jì)作者姓名： 指導(dǎo)教師： 單位名稱： 專業(yè)名稱： --The overall design of a vertical bag packaging machineBy Supervisor：-i-畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：立式袋包裝機(jī)總體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)(論文) 的基本內(nèi)容：1、 立式袋包裝機(jī)總體方案設(shè)計(jì)及主要參數(shù)計(jì)算2、 總體裝配圖設(shè)計(jì)3、 主要零部件零件圖設(shè)計(jì)4、 編寫設(shè)計(jì)說明書5、 外文科技文獻(xiàn)翻譯畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專題部分：題目： 設(shè)計(jì)或論文專題的基本內(nèi)容：學(xué)生接受畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目日期第周指導(dǎo)教師簽指字：年 月 日東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要-ii-立式袋包裝機(jī)總體設(shè)計(jì)摘要本文主要介紹了立式袋包裝機(jī)的設(shè)計(jì)過程，對(duì)設(shè)備的基本原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)以及各個(gè)子系統(tǒng)的主要功能都作了詳細(xì)介紹。立式包裝機(jī)適用于日化、醫(yī)藥、食品、農(nóng)藥等各個(gè)行業(yè)的連續(xù)灌裝。整機(jī)采用不銹鋼制造，清潔衛(wèi)生，完全符合食品生產(chǎn)的 GMP 要求。其包裝速度快，可調(diào)速，可自動(dòng)完成制袋、計(jì)量、充填、封合、分切、計(jì)數(shù)。這種方法適用于粉狀、顆粒、塊狀、流體及膠體狀物料的包裝，特別以小食品、顆粒沖劑和速溶食品的包裝應(yīng)用最為廣泛。其包裝材料可為塑料單膜、復(fù)合薄膜等。立式包裝機(jī)主要由計(jì)量裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、橫封裝置、縱封裝置，切斷裝置、成型器，光電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等幾部分構(gòu)成。本次設(shè)計(jì)主要完成機(jī)器總體、制袋成型器、橫封裝置，縱封裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)等主要零部件的設(shè)計(jì)，對(duì)主要結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)做了設(shè)計(jì)計(jì)算，完成了基本方案的確定。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用三維繪圖軟件 SolidWorks 進(jìn)行三維建模和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使用 CAXA 繪制二維工程圖。 立式包裝機(jī)的特點(diǎn)是設(shè)計(jì)緊湊合理，外形簡(jiǎn)潔美觀，調(diào)節(jié)便利，裝置準(zhǔn)確，整體靈敏度高，速度穩(wěn)定，工作電壓穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)。關(guān)鍵詞： 立式包裝機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)，橫封裝置，縱封裝置東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） Abstract-iii-The overall design of a vertical bag packaging machineAbstractThis paper introduces vertical bag packaging machine process, the basic principles of equipment, structural design, parameter design and the main functions of the various subsystems are described in detail.Vertical packaging machine is suitable for cosmetic, pharmaceutical, food, pesticide and other industries continuous filling.The machine made by stainless steel is clean, full compliance with GMP requirements of food production. Its packaging speed can be adjusted. The vertical packaging machine can automatically complete packing, measuring, filling, sealing, cutting and counting. This method is suitable for the packaging of powder, granule, block, fluid and gel-like materials, particularly in small food granules, and instant food products most widely used. The packaging material can be plastic single-membrane, composite film, etc.Vertical packaging machine is mainly composed of measurement devices, transmission, transverse sealing device, vertical sealing device, cutting devices, former, and optoelectronic monitoring system for several parts. This design was completed for the whole machine, former, transverse sealing device, vertical sealing device, transmission and other major components of the design. The basic parameters calculations of the main structural design and the basic program was completed. Moreover, the 3D modeling and structure optimizing are fulfilled by SolidWork, and the 2D engineering drawing is designed by CAXA.Vertical Packaging Machine is characterized by compact and reasonable design, simple and beautiful appearance, convenient adjustment, accurate installation, the overall high sensitivity, speed stability, voltage stability, anti-interference ability.Keywords : Vertical Packaging Machine, Transmission System, Transverse Sealing Device , Vertical Sealing Device東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄- 0 -目 錄畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 .i摘要 iiAbstract .iii第 1 章 緒論 .11.1 課題研究背景、意義及目的 11.1.1 課題研究背景 .11.1.2 課題研究目的及意義 .11.2 國(guó)內(nèi)外食品包裝行業(yè)發(fā)展及現(xiàn)狀 .21.2.1 我國(guó)食品包裝機(jī)械行業(yè)現(xiàn)狀 .21.2.2 國(guó)內(nèi)外制袋裝填包裝機(jī)的主要特點(diǎn) .31.2.3 食品包裝機(jī)械類別 .31.2.4 國(guó)內(nèi)現(xiàn)有立式包裝機(jī)械的產(chǎn)品范例 .41.3 本文主要內(nèi)容 4第 2 章 立式袋包裝機(jī)總體方案設(shè)計(jì) 62.1 包裝機(jī)設(shè)計(jì)的一般步驟 62.2 課題的構(gòu)想和思路 .62.3 包裝機(jī)械的組成 72.4 包裝機(jī)的總體方案設(shè)計(jì) 82.4.1 包裝機(jī)的功能及應(yīng)用范圍 .92.4.2 包裝機(jī)形式選擇 .102.4.3 立式袋包裝機(jī)原理分析 .12第 3 章 立式袋包裝機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì) 153.1 執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) .153.1.1 執(zhí)行系統(tǒng)組成 .153.1.2 執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容 .153.2 執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)參考 .15東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄- 1 -3.2.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的基本運(yùn)動(dòng) .153.2.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)變換的選型 .163.3 立式袋包裝機(jī)部件分析 163.3.1 制袋成型器的設(shè)計(jì) .173.3.2 熱封方式的選擇 .223.3.3 縱封滾輪的設(shè)計(jì) .243.3.4 橫封輥的設(shè)計(jì) .27第 4 章 立式袋包裝機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 344.1 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖 344.2 動(dòng)力系統(tǒng)選擇 354.2.1 主電機(jī)、減速器選擇 .354.2.2 減速器輸出鏈傳動(dòng)計(jì)算 .364.3 主軸 I 相關(guān)設(shè)計(jì) 374.3.1 主軸 I 相關(guān)傳動(dòng)比分配 374.3.2 換擋齒輪設(shè)計(jì) .384.3.3 主軸Ⅰ設(shè)計(jì) .384.4 軸Ⅱ至縱封滾輪的傳動(dòng)設(shè)計(jì) 394.4.1 Ⅱ、Ⅲ軸間鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì) 394.4.2 伺服微調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) .404.4.3 軸Ⅱ至縱封滾輪間各齒輪參數(shù) .414.5 軸Ⅰ至橫封輥傳動(dòng)設(shè)計(jì) 414.5.1 偏心鏈輪傳動(dòng) .414.5.2 軸Ⅰ至橫封輥傳動(dòng)齒輪設(shè)計(jì) .41第 5 章 經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合分析 .435.1 包裝機(jī)經(jīng)濟(jì)分析 435.2 包裝機(jī)技術(shù)分析 435.3 環(huán)境分析 43第 6 章 結(jié)論 .44參考文獻(xiàn) .45致謝 46附錄 A.47東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄- 2 -附錄Ｂ.58東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 章 緒論- 1 -第 1 章 緒 論1.1 課題研究背景、意義及目的1.1.1 課題研究背景包裝工業(yè)作為一門新興工業(yè)，具有明顯的時(shí)代特征。它既是配套工業(yè)，也是當(dāng)今的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一。在日益發(fā)展的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中，包裝工業(yè)對(duì)其他工業(yè)的發(fā)展起到了推動(dòng)作用。主要表現(xiàn)在對(duì)相關(guān)工業(yè)的發(fā)展方面：從所用包裝材料看，它推動(dòng)了造紙工業(yè)、塑料工業(yè)、冶金工業(yè)和化學(xué)工業(yè)等部門的發(fā)展；從包裝技術(shù)方面看，它對(duì)機(jī)械工業(yè)、電子工業(yè)、印刷工業(yè)、新材料工業(yè)以及裝潢設(shè)計(jì)等方面提出了更高的要求；從消費(fèi)領(lǐng)域看，對(duì)食品、飲料、糧食、醫(yī)藥及日用化工品等，起到了重要的促進(jìn)作用。中國(guó)的包裝工業(yè)，由上世紀(jì) 80 年代開始騰飛，經(jīng)過十幾年時(shí)間的發(fā)展而初具規(guī)模。特別是食品包裝業(yè)更是飛速發(fā)展，取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。這一切主要表現(xiàn)在包裝工藝不斷完善，包裝技術(shù)不斷改進(jìn)，包裝材料不斷創(chuàng)新。對(duì)于食品包裝，其產(chǎn)品已呈現(xiàn)出多品種、多式樣及多層次的特點(diǎn)。所謂多品種，包括金屬罐、玻璃瓶；塑料制品的各類成型袋及瓶、罐容器；紙制品的各種瓦楞紙箱及紙盒軟包裝、紙袋包裝；另外還有些富有特色的木、竹、瓷制品的包裝。所謂多式樣是指包裝品結(jié)構(gòu)造型緊跟時(shí)代潮流，新穎多樣、色彩鮮艷、裝潢精美。而多層次是指包裝品的高、中、低檔并存，以適應(yīng)市場(chǎng)需求。目前應(yīng)用于食品工業(yè)的包裝技術(shù)可謂多種多樣，而且新技術(shù)層出不窮。廣泛應(yīng)用的包裝技術(shù)主要有：適用于熟食的蒸煮食品包裝技術(shù)；適用于食品防霉保鮮的無菌包裝技術(shù)；用于蔬菜、水果、生鮮食品的冷藏包裝技術(shù)；用于方便食品、水產(chǎn)品的速凍包裝技術(shù)；普通食品的真空包裝技術(shù)、充氣包裝技術(shù)和熱收縮包裝技術(shù)等等。食品包裝技術(shù)的應(yīng)用及其創(chuàng)新，極大地推動(dòng)著包裝機(jī)械的發(fā)展。應(yīng)用于現(xiàn)代食品工業(yè)的白動(dòng)化包裝大多數(shù)以生產(chǎn)線的形式出現(xiàn)，集機(jī)、電、氣、液控制于一體，成套性強(qiáng)、可靠性高。并且，以模塊化組合的形式出現(xiàn)，具備系列化、標(biāo)推化、通用化的特點(diǎn)。此外，越來越多采用的微機(jī)控制、模糊控制等同新技術(shù)，使包裝機(jī)械躍上一個(gè)新臺(tái)階。 [1] 1.1.2 課題研究目的及意義根據(jù)我國(guó)食品工業(yè)發(fā)展規(guī)劃，到二十一世紀(jì)二十年代，食品工業(yè)的產(chǎn)值從現(xiàn)在 600 億元到2000 億元，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，勢(shì)必對(duì)食品包裝技術(shù)、包裝材料和包裝機(jī)械帶來一個(gè)大發(fā)展。就當(dāng)前情況看包裝機(jī)械遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足食品工業(yè)迅速發(fā)展的需要。所以擺在機(jī)械工業(yè)面前的任務(wù)是非常艱巨的。食品是人民生活的基本必需品。食品從生產(chǎn)到食用者手，往往要經(jīng)好多人的手，如有病菌，就會(huì)傳染別人，若不包裝，在運(yùn)輸銷售過程中，又會(huì)沽上大量的塵土，都會(huì)影響人們身體的健康。我國(guó)政府為了保陋人民身體健康，公布了“食品衛(wèi)生法” ，對(duì)食品要求必須包裝。東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 章 緒論- 2 -為應(yīng)對(duì)食品衛(wèi)生的要求和市場(chǎng)需求，食品包裝機(jī)械自應(yīng)用以來，得到了飛速發(fā)展。近半個(gè)多世紀(jì)以來，隨著生產(chǎn)與流通日益社會(huì)化，現(xiàn)代化、產(chǎn)品包裝正以嶄新的面貌崛起，受到人們普遍重視。對(duì)于包裝機(jī)械而言又有臥式包裝機(jī)與立式包裝機(jī)之分。立式包裝機(jī)適用于日化、醫(yī)藥、食品、農(nóng)藥等各個(gè)行業(yè)的連續(xù)灌裝。整機(jī)采用不銹鋼制造，清潔衛(wèi)生，完全符合食品生產(chǎn)的 GMP 要求。其包裝速度快，可無級(jí)調(diào)速，可自動(dòng)完成制袋、計(jì)量、充填、封合、分切、計(jì)數(shù)?？砂b：紙/聚乙烯、玻璃紙/聚乙烯、聚酯/聚乙烯、BOPP 薄膜、茶葉濾紙等可熱封的復(fù)合包裝材料。立式包裝機(jī)的特點(diǎn)是設(shè)計(jì)緊湊合理，外形簡(jiǎn)潔美觀，調(diào)節(jié)便利，裝置準(zhǔn)確，具有起動(dòng)緩沖功能，整體靈敏度高，速度穩(wěn)定，工作電壓穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)。相對(duì)于臥式自動(dòng)制袋裝填包裝機(jī)來說，立式包裝整體上結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，更有利于優(yōu)化設(shè)計(jì)，薄膜輸送、補(bǔ)償調(diào)節(jié)更為方便，更有利于小型包裝袋的裝填包裝。立式制袋裝填包裝機(jī)的設(shè)計(jì)對(duì)于小型包裝袋的生產(chǎn)有著更廣泛的市場(chǎng)需求，本課題的目的是立式制袋裝填包裝機(jī)的設(shè)計(jì)。1.2 國(guó)內(nèi)外食品包裝行業(yè)發(fā)展及現(xiàn)狀1.2.1 我國(guó)食品包裝機(jī)械行業(yè)現(xiàn)狀我國(guó)食品包裝機(jī)械起步較晚，改革開放后，社會(huì)對(duì)食品包裝機(jī)械的需求不斷增加，加上政府的重視與扶持，我國(guó)食品包裝機(jī)械得到迅速發(fā)展，年平均增長(zhǎng)速度大于 30%，進(jìn)人 20 世紀(jì) 90 年代后，其仍以 20%以上的速度增長(zhǎng)。經(jīng)過 20 多年的發(fā)展，我國(guó)食品包裝機(jī)械已成為機(jī)械工業(yè)中十四大行業(yè)之一，無論是產(chǎn)量還是品種，都取得了令人矚目的成就。 [2]全國(guó)包裝工業(yè)總產(chǎn)值從 1980 年 72 億元增長(zhǎng)為現(xiàn)在的 2300 多億元，如今國(guó)內(nèi)的包裝工業(yè)每年為幾萬億元的工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品和上千億美元的出口商品提供包裝，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起到了重要作用。盡管我國(guó)食品包裝機(jī)械市場(chǎng)需求在趨于減緩，但由于今后國(guó)家仍加大支援“三農(nóng)”力度，必然給我國(guó)食品包裝機(jī)械發(fā)展帶來生機(jī)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)食品包裝機(jī)械直接服務(wù)于食品工業(yè)的比例高達(dá) 70%以上。 [3]1.2.2 國(guó)內(nèi)外制袋裝填包裝機(jī)的主要特點(diǎn)（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、模組化。用一臺(tái)包裝機(jī)完成對(duì)不同物料的包裝時(shí)。利用原有機(jī)型的模組化設(shè)計(jì)可在短時(shí)間內(nèi)迅速進(jìn)行規(guī)格更換或轉(zhuǎn)換為其它包裝形式的機(jī)型。并為不同的計(jì)量系統(tǒng)提供了足夠的空間。如利用枕型包裝機(jī)稍加調(diào)整就可實(shí)現(xiàn)三角袋的包裝。（2）包裝速度高速化。目前，小袋包裝機(jī)單列包裝速度一般為 40 一 90 袋／分，近些年來很多公司推出的多列式包裝機(jī)( 從 2 列到 10 列)可使包裝速度大大提高。如意大利 ILAPAK 公司的 300 和 400 系列枕型包裝機(jī)，計(jì)量范圍 150-450g，包裝速度 120 袋／分；日本橫濱電機(jī)制作所的 YDE 一 70 型四邊封合包裝機(jī)。計(jì)量范圍：0.5～30ml，可以 2—10 列，最高速度為 800 袋／分；日本三光機(jī)械的 FC-1000 型東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 章 緒論- 3 -小袋枕型包裝機(jī)，最高可達(dá) 12 列。速度可達(dá) 1000 袋／分。（3）結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)高精度化。由于采用各種新技術(shù)，如通過伺服電機(jī)、編碼器及數(shù)字控制(NC)、動(dòng)力負(fù)載控制 PLC 等高精密執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制各種動(dòng)作，使整機(jī)的充填計(jì)量精度和制袋精度都有所提高。如日本東京自動(dòng)機(jī)械的SIGMA3 型粉末計(jì)量機(jī)，配有可調(diào)速驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，采用螺桿下料充填，最大充填為每次 1.2Kg，充填精度 60.25％。（4）控制智能化、彈性化。大多機(jī)器都通過智能型控制儀表和觸摸屏上的菜單式應(yīng)用軟件對(duì)機(jī)器的各種參數(shù)進(jìn)行跟蹤調(diào)整。電子顯示屏顯示切袋長(zhǎng)度、包裝速度、充填物的凈含量以及包裝產(chǎn)量等，一目了然。標(biāo)準(zhǔn)的色標(biāo)跟蹤光電系統(tǒng)能絕對(duì)保證包裝產(chǎn)品的印刷圖案正確。另外，機(jī)器可對(duì)工作過，程進(jìn)行在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷分析。一旦發(fā)生問題，自動(dòng)停機(jī)，并顯示故障原因及解決方法。（5）包裝形式多樣化。袋包裝目前既有三邊封合袋、四邊封合袋、枕形袋，還有風(fēng)琴式、自立袋等。用戶可以根據(jù)市場(chǎng)的需要。具有更大的選擇空間。 [4]1.2.3 食品包裝機(jī)械類別食品包裝機(jī)械集：機(jī)、電、氣、光、生、磁為一體的機(jī)械電子設(shè)備。近幾年，世界食品包裝機(jī)械強(qiáng)國(guó)加大技術(shù)開發(fā)力度，使智能化、高效化、高新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。自動(dòng)制袋裝填包裝機(jī)的類型有多種多樣，按總體布局分為立式和臥式兩大類；按制袋的運(yùn)動(dòng)形式來分，有連續(xù)式和間歇式兩大類。（1）臥式自動(dòng)制袋裝填包裝機(jī)①臥式間歇制袋三邊封口包裝機(jī)②橫枕式自動(dòng)制袋填包裝機(jī)（2）立式自動(dòng)制袋裝填包裝機(jī)①立式間歇制袋中縫封口包裝機(jī)②立式雙卷膜制袋和單卷膜對(duì)合成型制袋四邊封口包裝機(jī)③立式連續(xù)制袋三邊封口包裝機(jī)（主要設(shè)計(jì)參考）1.2.4 國(guó)內(nèi)現(xiàn)有立式包裝機(jī)械的產(chǎn)品范例現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)大批企業(yè)在生產(chǎn)立式裝填包裝機(jī)以及其相關(guān)產(chǎn)品。盡管相關(guān)技術(shù)與國(guó)際水平還有一段差距，但已具備了一定的規(guī)模和水準(zhǔn)。以下介紹一些企業(yè)的現(xiàn)有產(chǎn)品。 [5]（1）上海眾和包裝機(jī)械生產(chǎn)的 DCK-300 背封顆粒自動(dòng)包裝機(jī)采用量杯計(jì)量，包裝速度有 20-60 袋/ 分?？筛鶕?jù)客戶要求進(jìn)行袋長(zhǎng)的設(shè)置。（2）佳利源食品包裝公司生產(chǎn)的小劑量包裝機(jī)適用于膨化食品、蝦條、花生、瓜子、大米、種子、味精、玉米花等顆粒狀，條片狀，固物料的包裝。主要性能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 章 緒論- 4 -① 整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、牢固、設(shè)計(jì)合理、簡(jiǎn)潔。② 采用光電眼控制系統(tǒng)、可靠、性能穩(wěn)定。③ 全自動(dòng)從計(jì)量，充填制袋，日期打印到產(chǎn)品輸出一次性完成。（3）太川包裝有限公司生產(chǎn)的 TCLB-320 立式包裝機(jī)械主要性能和機(jī)構(gòu)特點(diǎn) ①全新設(shè)計(jì)，亮麗外觀，結(jié)構(gòu)更合理，技術(shù)更先進(jìn)。 ② 進(jìn)口 PLC 全電腦控制系統(tǒng)，彩色觸摸屏，操作方便、直觀高效。 ③ 進(jìn)口伺服運(yùn)膜系統(tǒng)，進(jìn)口色標(biāo)傳感器，定位準(zhǔn)確，整機(jī)性能卓越，包裝美觀。 ④ 多種自動(dòng)報(bào)警保護(hù)功能，最大限度減低損耗。 ⑤ 袋形多樣化，可為客戶提供枕形袋，插角袋，掛孔袋，連袋等。1.3 本文主要內(nèi)容本文通過對(duì)食品包裝機(jī)的簡(jiǎn)介入手，介紹了國(guó)內(nèi)外食品包裝機(jī)的發(fā)展情況及現(xiàn)狀。對(duì)食品包裝機(jī)的種類做了比較詳細(xì)的介紹。在設(shè)計(jì)時(shí)，首先對(duì)包裝機(jī)的具體功能進(jìn)行分解，掌握所設(shè)計(jì)的包裝機(jī)具體要實(shí)現(xiàn)哪些運(yùn)動(dòng)，如何通過機(jī)械構(gòu)件來實(shí)現(xiàn)這些動(dòng)作，確定其工藝流程。然后根據(jù)已有參數(shù)進(jìn)行包裝機(jī)的整體布局，確定每一步動(dòng)作實(shí)現(xiàn)所需的傳動(dòng)方式，完成整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。最后通過 Solidworks 繪圖軟件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)以及通過 CAXA 二維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行裝配圖和零件圖的繪制。東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 章 立式袋包裝機(jī)總體方案設(shè)計(jì)- 5 -第 2 章 立 式 袋 包 裝 機(jī) 總 體 方 案 設(shè) 計(jì)2.1 包裝機(jī)設(shè)計(jì)的一般步驟包裝機(jī)屬于自動(dòng)機(jī)械，其設(shè)計(jì)要求在不同時(shí)期都要順應(yīng)機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)代要求，既要求使包裝制造與維修方便、制造成本低、生產(chǎn)率高、能耗低、使用壽命長(zhǎng)以及占地面積小等要求，同時(shí)還要求注重包裝機(jī)外形美觀、色彩協(xié)調(diào)。一般包裝機(jī)設(shè)計(jì)過程如表 2-1 所示。 [6]表 2.1 包裝機(jī)設(shè)計(jì)過程、步驟、階段性成果產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程 設(shè)計(jì)步驟 階段設(shè)計(jì)成果市場(chǎng)調(diào)研 市場(chǎng)調(diào)研 市場(chǎng)調(diào)研報(bào)告設(shè)計(jì)要求確定 要求明細(xì)表功能結(jié)構(gòu)建立 功能結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)原理方案設(shè)計(jì) 原理方案總體設(shè)計(jì) 總體結(jié)構(gòu)草圖技術(shù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 整機(jī)結(jié)構(gòu)圖零件詳細(xì)設(shè)計(jì) 零件、裝配圖全套技術(shù)文件施工設(shè)計(jì)完成技術(shù)文件進(jìn)入制造 交付制造2.2 課題的構(gòu)想和思路 該設(shè)計(jì)課題是關(guān)于立式制袋裝填包裝機(jī)的設(shè)計(jì)。整體包括七大部分：傳動(dòng)系統(tǒng)、薄膜供送裝置、袋成型裝置、縱封裝置、橫封及切斷裝置、物料供給裝置以及電控檢測(cè)系統(tǒng)。包裝材料為卷筒薄膜，由導(dǎo)輥傳送，在成型器的作用下折疊，經(jīng)縱封滾輪縱封，橫封輥橫封、切斷，期間，物料由定量供料器計(jì)量，裝填，形成一定規(guī)格的成品袋。東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 章 立式袋包裝機(jī)總體方案設(shè)計(jì)- 6 -2.3 包裝機(jī)械的組成根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研以及資料查詢，食品包裝機(jī)械屬于自動(dòng)機(jī)范疇，它的種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，新型包裝機(jī)械不斷涌現(xiàn)，它們的組成不盡相同。但通過對(duì)大量包裝機(jī)械的工作原理和結(jié)構(gòu)性能的分析，可找出其組成的共同點(diǎn)。即包裝機(jī)械都是由八個(gè)部分組成的，又稱為包裝機(jī)械組成的八大要素，如圖 2-1 所示。圖 2-1 包裝機(jī)械的組成框圖（1）包裝材料及容器的整理與供送系統(tǒng)。該系統(tǒng)是將包裝材料(食品包裝機(jī)為塑料單膜、復(fù)合薄膜等) 進(jìn)行定長(zhǎng)切斷或整理排列，并逐個(gè)輸送到預(yù)定工位的系統(tǒng)，如糖果包裝機(jī)中包裝紙的供送、切斷機(jī)構(gòu)。有的系統(tǒng)在供送過程中還能完成制袋或包裝容器的豎起、定型、定位等工作。（2）被包裝物品的計(jì)量與供送系統(tǒng)。該系統(tǒng)是將被包裝物品進(jìn)行計(jì)量、整理、排列，并輸送到預(yù)定工位的系統(tǒng)。有的還可完成被包裝物品的定型、分割。如飲料灌裝機(jī)的計(jì)量和液料供送系統(tǒng)；餅干包裝機(jī)的餅干整理、排列和供送系統(tǒng)。（3）主傳送系統(tǒng)。該系統(tǒng)是將包裝材料和被包裝物品由一個(gè)包裝工位順序傳送到下一個(gè)包裝工位的系統(tǒng)。單工位包裝機(jī)沒有傳送系統(tǒng)。全部包裝工序在包裝機(jī)上往往分散成幾個(gè)工位來協(xié)同完成，所以必須有專門的機(jī)構(gòu)來傳送包裝材料和被包裝物品，直到把產(chǎn)品輸出。主傳送機(jī)構(gòu)的形式，一般決定了包裝機(jī)的形式并影響其外形。（4）包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)。包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)是直接完成包裝操作的機(jī)構(gòu)，即完成裹包、灌裝、封口、貼標(biāo)、捆扎等操作的機(jī)構(gòu)。如糖果裹包機(jī)的前、后推糖板，抄紙板，糖鉗子和扭結(jié)手等組成的機(jī)構(gòu)就是包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)；封罐機(jī)中的卷封滾輪也是包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)。（5）成品輸出機(jī)構(gòu)。成品輸出機(jī)構(gòu)是把包裝好的產(chǎn)品從包裝機(jī)上卸下、定向排列并輸出的機(jī)構(gòu)。有的包裝機(jī)械的成品輸出是由主傳送機(jī)構(gòu)完成的或是靠包裝產(chǎn)品的自重卸下的。東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 章 立式袋包裝機(jī)總體方案設(shè)計(jì)- 7 -（6）動(dòng)力機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)。動(dòng)力機(jī)是機(jī)械工作的原動(dòng)力，在包裝機(jī)械中通常為電動(dòng)機(jī)和空氣壓縮機(jī)，個(gè)別情況也有采用燃動(dòng)機(jī)或其他動(dòng)力機(jī)的。傳動(dòng)系統(tǒng)是指將動(dòng)力機(jī)的動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)傳給執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)，使其實(shí)現(xiàn)預(yù)定動(dòng)作的裝置。通常由傳動(dòng)零件，如帶輪、齒輪、鏈輪、凸輪、蝸輪蝸桿等組成，或者由機(jī)、電、液、氣等多種形式的傳動(dòng)組成。（7）控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)由各種手動(dòng)、自動(dòng)裝置組成。在包裝機(jī)中從動(dòng)力的輸出、傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)、包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作及相互配合以及包裝產(chǎn)品的輸出，都是有控制系統(tǒng)指令操縱的。它包括包裝過程、包裝質(zhì)量、故障與安全的控制?，F(xiàn)代包裝機(jī)械的控制方法除機(jī)械形式外，還有電控制、氣動(dòng)控制、光電控制、電子控制、射流控制、PLC 控制和智能控制等，可根據(jù)包裝機(jī)械的自動(dòng)化水平和生產(chǎn)要求選擇。（8）機(jī)身。機(jī)身用于安裝、固定、支承包裝機(jī)所有的零部件，滿足其相互運(yùn)動(dòng)和相互位置的要求。因此，機(jī)身必須具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。 [7]2.4 包裝機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)是技術(shù)設(shè)計(jì)的前提和依據(jù)?？傮w方案設(shè)計(jì)的好壞對(duì)項(xiàng)目的成敗和技術(shù)性能的優(yōu)劣有決定性的影響。很明顯，倘若總體方案欠佳，即使在以后各階段采取一些補(bǔ)救措施，也難以使它獲得根本改觀；設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)新也主要取決于此階段的工作。注重市場(chǎng)調(diào)查和預(yù)測(cè)，不斷為滿足新的需求提供新型包裝機(jī)和包裝自動(dòng)線。繼承與創(chuàng)造相結(jié)合，盡量采用先進(jìn)技術(shù)，推陳出新，避免產(chǎn)出脫離實(shí)際或?qū)⒈惶蕴漠a(chǎn)品。對(duì)于尚無確切把握的新方案，應(yīng)進(jìn)行必要的試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)證可靠后方可著手正式設(shè)計(jì)。處理好使用與制造之間的關(guān)系，首光應(yīng)滿足使用要求，這是由工藝裝備的特性決定的?，F(xiàn)代包裝機(jī)對(duì)制造提出了越來越高的要求，優(yōu)良的制造、裝配質(zhì)量是提高機(jī)器的工藝性能、工作可靠性和使用壽命所必不可少的。 [8]2.4.1 包裝機(jī)的功能及應(yīng)用范圍包裝機(jī)的功能，是指其所能完成的包裝工序的種類；而應(yīng)用范圍，則是指其包裝不同物品的能力，包括所能包裝的物品的類型與所能采用的包裝材料的種類。一般說來，減少功能和縮小應(yīng)用范圍，可以簡(jiǎn)化機(jī)器結(jié)構(gòu)、降低創(chuàng)造成本、提高生產(chǎn)率、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。反之，增加功能和擴(kuò)大應(yīng)用范圍，則可以一機(jī)多用、相對(duì)縮小占地面積、有利于擴(kuò)大大機(jī)器制造批量，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高。 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 章 立式袋包裝機(jī)總體方案設(shè)計(jì)- 8 -包裝材料 成型 縱封物料 計(jì)量 裝填橫封分切成品圖 2.1 自動(dòng)制袋裝填包裝工藝流程自動(dòng)制袋裝填包裝機(jī)所采用的包裝材料為卷筒式包裝材料，在機(jī)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)制袋、裝填、封口、切斷等全部包裝工序。這種方法適用于粉狀、顆粒、塊狀、流體及膠體狀物料的包裝，特別以小食品、顆粒沖劑和速溶食品的包裝應(yīng)用最為廣泛。其包裝材料可為塑料單膜、復(fù)合薄膜等。對(duì)于不同的機(jī)型，可采用單卷薄膜成袋或兩卷薄膜制袋形式，但主要以前者為多。此類包裝袋型式有多種、而日常最常見的主要有幾種：中縫式兩端封口、四邊封口以及三邊封口等。對(duì)于不同的袋型．包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)也有所不同，但主要構(gòu)件及工作原理是基本相似的。自動(dòng)制袋裝填包裝機(jī)普遍采用的包裝流程如圖 2.1 所示。當(dāng)然，根據(jù)不同的機(jī)型．包裝流程及其結(jié)構(gòu)會(huì)有所差別，但其包裝原理卻大同小異。對(duì)于本次設(shè)計(jì)，以方便面調(diào)料包為范例，擬定包裝機(jī)的基本參數(shù)，如下：包裝速度 n =30~60 袋/min ；包裝容量 L≈150mL；制袋長(zhǎng)度 =100~200mm，為 100、150、200 三個(gè)級(jí)別；l制袋寬度 =50~70mm 。m每天工作 1 班，預(yù)期壽命 10 年。2.4.2 包裝機(jī)形式選擇自動(dòng)制袋裝填包裝機(jī)的類型有多種多樣．按總體布局分為立式和臥式兩大類；按制袋的運(yùn)動(dòng)形式來分，有連續(xù)式和間歇式兩大類。課題所需包裝的為顆粒、粉末狀的小劑量包裝，需要進(jìn)行包裝速度、制袋長(zhǎng)度、制袋寬度的調(diào)整，而且占地面積不宜過大。根據(jù)立式包裝機(jī)設(shè)計(jì)緊湊合理、外形簡(jiǎn)單美觀、調(diào)節(jié)便利、整體靈東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 章 立式袋包裝機(jī)總體方案設(shè)計(jì)- 9 -敏度高等特點(diǎn)，相對(duì)于臥式自動(dòng)制袋裝填包裝機(jī)來說，立式包裝整體上結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，更有利于優(yōu)化設(shè)計(jì)，薄膜輸送、補(bǔ)償調(diào)節(jié)更為方便，更有利于小型包裝袋的裝填包裝。立式制袋裝填包裝機(jī)的設(shè)計(jì)對(duì)于小型包裝袋的生產(chǎn)有著更廣泛的市場(chǎng)需求。因此，本課題主要考慮立式包裝機(jī)的設(shè)計(jì)。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研、資料查詢，立式包裝機(jī)又有多種形式。 [9]（1） 立式間歇制袋中縫封口包裝機(jī)此類機(jī)型包裝原理如圖 2.2 所示。卷筒塑料薄膜 3 經(jīng)導(dǎo)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(nèi)為輸料管。封合時(shí)，縱封器 7 垂直壓合在套于內(nèi)筒 5 外壁的薄膜搭接處，加熱形成牢固的縱封。其后，縱封器回退復(fù)位，由橫封器 8 閉合對(duì)薄膜進(jìn)行橫封同時(shí)向下牽引一個(gè)袋的距離，并在最終位置加壓切斷?？梢姡恳淮螜M封可以同時(shí)完成上袋的下口和下袋的上口封合。而物料的充填是在薄膜受牽引下移時(shí)完成的。（2）立式雙卷膜制袋和單卷膜等切對(duì)合成型制袋四邊封口包裝機(jī)此類包裝機(jī)可制造四邊封口的包裝袋型。雙卷膜制袋包裝機(jī)采用兩卷薄膜進(jìn)行連續(xù)制袋，左右薄膜卷料對(duì)稱配，經(jīng)各自的導(dǎo)輥被縱封滾輪牽引，進(jìn)入引導(dǎo)管處匯合。薄膜在牽引的同時(shí)被封合兩邊緣，形成兩條縱封縫。在橫封輥閉合后，物料由加料器進(jìn)入，隨后完成熱封切斷，分離上下包裝袋。卷筒薄膜等切對(duì)合成型制袋包裝機(jī)只采 用—卷薄膜制袋，其制袋過程是先將薄膜對(duì)中等切分離，然后兩半材料復(fù)合成型。其成型原理及性能比前者更優(yōu)異。東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 章 立式袋包裝機(jī)總體方案設(shè)計(jì)- 10 -圖 2.2 立式間歇制袋中縫封口包裝原理1-供料器 2-導(dǎo)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-成品袋（3）立式連續(xù)制袋三遍封口包裝機(jī)此類包裝機(jī)的包裝原理如圖 2.3 所示。卷簡(jiǎn)薄膜 1 在縱封滾輪 5 的牽引下，經(jīng)導(dǎo)輥進(jìn)入制袋成型器 3 形成紙管狀?？v封滾輪在牽引的同時(shí)封合紙管對(duì)接兩邊緣。隨后由橫封輥 6 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，在如圖 2.3 所示的基礎(chǔ)上增加一對(duì)縱封滾輪，使兩對(duì)縱封滾輪對(duì)稱布置在紙管兩邊緣，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．稱作“假封” ，但它卻起到一種對(duì)稱美的作用。東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 章 立式袋包裝機(jī)總體方案設(shè)計(jì)- 11 -圖 2.3 立式連續(xù)制袋三邊封口包裝原理 圖 2.4 中鋒對(duì)接兩端封口包裝原理1-卷筒薄膜 2-導(dǎo)輥 3-成型器 4-加料器 1-薄膜 2-縱封滾輪 3-導(dǎo)向板 5-縱封滾輪 6-橫封輥 7-成品袋 4-橫封輥 5-成品袋另外，把圖 2.3 中橫封輥旋轉(zhuǎn) 90°布置，使縱封的封合面與橫封的封合面成垂直狀態(tài)，則可產(chǎn)生另一種袋型(需配套合適的成型器 )，如圖 2.4 所示。包裝薄膜 1 經(jīng)成型器放被縱封滾輪 2 牽引縱封，隨后經(jīng)過導(dǎo)板 3 并破與縱封面成垂直布置的橫封輥 4 封合切斷，形成一個(gè)中縫對(duì)折兩端封合的包裝袋，也就是平常所說的“枕式包裝” 。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，三種包裝方式都應(yīng)用十分廣泛，對(duì)于本課題所設(shè)定的方便面調(diào)料包的包裝，需要包裝形式簡(jiǎn)單明了，可以去除僅為美觀設(shè)計(jì)四邊封口及中鋒封口的連續(xù)包裝形式，采用最為簡(jiǎn)單的在成型器作用下，單卷薄膜對(duì)著，三邊封口的有效包裝形式，盡可能的時(shí)所設(shè)計(jì)的包裝機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。選擇立式連續(xù)制袋裝填封口為本課題所需的基本包裝形式。2.4.3 立式袋包裝機(jī)原理分析通過調(diào)研資料查詢，確定了包裝原理為立式連續(xù)制袋裝填包裝。從而確定的立式袋包裝機(jī)總體結(jié)構(gòu)如圖 2.5 所示。整體包括七大部分：傳動(dòng)系統(tǒng)、薄膜供送裝置、袋成型裝置、縱封裝置、橫封及切斷裝置、物料供給裝置以及電控檢測(cè)系統(tǒng)。如圖 2.5 中所示，機(jī)箱 1 內(nèi)安裝有動(dòng)力裝置及傳動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)縱封滾輪 11 和橫封輥 12 轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)傳送動(dòng)力給定量供料器 4 使其工作給料。東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 章 立式袋包裝機(jī)總體方案設(shè)計(jì)- 12 -圖 2.5 立式連續(xù)制袋裝填包裝機(jī)總體結(jié)構(gòu)1-機(jī)箱 2-換擋手柄 3-電控柜 4-定量供料器 5-料倉 6-卷筒薄膜 7-退卷架 8-導(dǎo)輥 9-光電檢測(cè)裝置 10-制袋成型器 11-縱封滾輪 12-橫封輥 13-卸料槽 14-調(diào)速旋鈕卷簡(jiǎn)薄膜 4 安裝在退卷架 7 上，可以平穩(wěn)的地自由轉(zhuǎn)動(dòng)。在牽引力的作用下，薄膜展開經(jīng)導(dǎo)輥組 8 引導(dǎo)送出。導(dǎo)輥對(duì)薄膜起到張緊平整以及糾偏的作用，使薄膜能正確地平展輸送。袋成型裝置的主要部件是一個(gè)制袋成型器 8，它使薄膜由平展逐漸形成袋型，是制袋的關(guān)鍵部件。它有多種的設(shè)計(jì)形式，可根據(jù)具體的要求而選擇。制袋成型器在機(jī)上通過支架固定在機(jī)箱 1 上，可以調(diào)整位置。在操作中，需要正確調(diào)整成型器對(duì)應(yīng)縱封滾輪 11 的相對(duì)位置，確保薄膜成型封合的順利和正確?？v封裝置主要是一對(duì)相對(duì)旋轉(zhuǎn)的縱封滾輪 11，其外圓周滾花，內(nèi)裝發(fā)熱元件，在彈簧力作用東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 章 立式袋包裝機(jī)總體方案設(shè)計(jì)- 13 -下相互壓緊。縱封滾輪有兩個(gè)作用，其一是對(duì)薄膜進(jìn)行牽引輸送；其二是對(duì)薄膜成型后的對(duì)接縱邊進(jìn)行熱封合。這兩個(gè)作用是同時(shí)進(jìn)行的。橫封裝置主要是一對(duì)橫封輥 12，相對(duì)旋轉(zhuǎn)，內(nèi)裝發(fā)熱元件。其作用也有兩個(gè)：其一是對(duì)薄膜進(jìn)行橫向熱封合。一般情況下，橫封輥旋轉(zhuǎn)一周進(jìn)行一次或兩次的封合動(dòng)作。當(dāng)每個(gè)橫封輥上對(duì)稱加工有兩個(gè)封合面時(shí)，旋轉(zhuǎn)一周，兩輥相互壓合兩次。其二是切斷包裝袋，這是在熱封合的同時(shí)完成的。在兩個(gè)橫封輥的封合面中間，分別裝嵌有刃刀及刀板，在兩輥壓合熱封時(shí)能輕易地切斷薄膜。在所參考的一些機(jī)型中，有些機(jī)型橫封和切斷是分開的，即在橫封輥下另外配置有切斷刀，包裝袋先橫封再進(jìn)入切斷刀分割。不過，這種辦法已較少采用，因?yàn)椴坏珯C(jī)構(gòu)增加了，而且定位控制也變得復(fù)雜。物料供給裝置是一個(gè)定量供料器 4。對(duì)于粉狀及顆粒物料，主要采用量杯式定容計(jì)量，量杯容積可調(diào)。圖示定量供料器 7 為轉(zhuǎn)盤式結(jié)構(gòu)，從料倉 6 流入的物料在其內(nèi)由若干個(gè)圓周分布的量杯計(jì)量，并自動(dòng)充填入成型后的薄膜管內(nèi)。電控檢測(cè)系統(tǒng)是包裝機(jī)工作的中樞系統(tǒng)。在此機(jī)的電控柜上可按需設(shè)置縱封溫度、橫封溫度以及對(duì)印刷薄膜設(shè)定色標(biāo)檢測(cè)數(shù)據(jù)等，這對(duì)控制包裝質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用。東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 章 立式袋包裝機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 14 -第 3 章 立 式 袋 包 裝 機(jī) 執(zhí) 行 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì)3.1 執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)3.1.1 執(zhí)行系統(tǒng)組成執(zhí)行系統(tǒng)是利用機(jī)械能改變作業(yè)對(duì)象的性質(zhì)、形狀、位置或?qū)ψ鳂I(yè)對(duì)象進(jìn)行測(cè)量等。通常執(zhí)行系統(tǒng)有多個(gè)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行構(gòu)件構(gòu)成，執(zhí)行構(gòu)件與作業(yè)對(duì)象接觸，實(shí)現(xiàn)工藝過程所需要的動(dòng)作，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)將傳動(dòng)系統(tǒng)傳來的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)變換為工藝所需要的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并傳遞給執(zhí)行構(gòu)件去實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。通常，執(zhí)行系統(tǒng)處于機(jī)械系統(tǒng)的末端，是整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)輸出部分。因此，機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。對(duì)于所設(shè)計(jì)的立式袋包裝機(jī)來說，執(zhí)行系統(tǒng)就是接完成包裝操作的機(jī)構(gòu)，即完成制袋、裝填、縱封、橫封、切斷、貼標(biāo)等操作的機(jī)構(gòu)。相對(duì)應(yīng)的就是該機(jī)器的制袋成型器、定量供料器、縱封滾輪、橫封輥等部件。制袋成型器完成的是卷筒薄膜的折疊，兩邊等距對(duì)折，經(jīng)薄膜供送從系統(tǒng)送至縱封滾輪，縱封滾輪相對(duì)旋轉(zhuǎn)，完成的是包裝袋的縱封封合，與包裝薄膜的牽引。最后至橫封輥，橫封輥完成包裝袋的上下邊的熱封，在中間位置進(jìn)行包裝薄膜的上下邊的切斷，使上下兩個(gè)成品袋分離，成品脫離后自由落至卸料槽，向外輸送。3.1.2 執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程包括：確定執(zhí)行系統(tǒng)的一般功能，采用何種功能去實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，按照一定的方式將功能分解成若干功能單元，并確定采用何種機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，完成個(gè)機(jī)構(gòu)或構(gòu)件之間的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)和執(zhí)行構(gòu)件的尺度設(shè)計(jì)；必要時(shí)還需要進(jìn)行執(zhí)行系統(tǒng)的精度、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析，從多個(gè)方案中選出最佳方案。3.2 執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)參考3.2.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的基本運(yùn)動(dòng)一般來說，一個(gè)執(zhí)行動(dòng)作由一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來完成，但也有用多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成一個(gè)執(zhí)行動(dòng)作，或者用一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成一個(gè)以上的動(dòng)作。在進(jìn)行機(jī)械設(shè)備創(chuàng)新設(shè)計(jì)的過程中，就是采用各種基本機(jī)構(gòu)，經(jīng)過變型和組合之后來完成某種工藝動(dòng)作或功能的。常用機(jī)構(gòu)的執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)形式有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、直線運(yùn)動(dòng)和曲線運(yùn)動(dòng)三種，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)時(shí)最簡(jiǎn)單的機(jī)械運(yùn)動(dòng)形式。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)形式與相應(yīng)的機(jī)構(gòu)的關(guān)系見表 3.1[6]所示。表 3.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)基本運(yùn)動(dòng)形式和可選機(jī)構(gòu)類型序號(hào) 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)形式 可選的機(jī)構(gòu)形式1 勻速轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 摩擦輪傳動(dòng)、齒輪、輪系、平行四邊形機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 章 立式袋包裝機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 15 -2 非勻速轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)非圓齒輪機(jī)構(gòu)、雙曲柄四桿機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)3 往復(fù)移動(dòng)或擺動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)4 間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)間歇轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)（棘輪、槽輪、凸輪、不完全齒輪、連桿機(jī)構(gòu)等） ；間歇擺動(dòng)機(jī)構(gòu)（擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)） ；間歇移動(dòng)機(jī)構(gòu)（凸輪機(jī)構(gòu)、行星輪機(jī)構(gòu)）5 給定運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 各種鉸接四桿機(jī)構(gòu)3.2.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)變換的選型在確定執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)形式和某些運(yùn)動(dòng)參數(shù)（如行程）后，接著要考慮用何種機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)所需要的設(shè)計(jì)動(dòng)作，即機(jī)構(gòu)的選型及其綜合問題。一般上，機(jī)構(gòu)的選型多選用已經(jīng)成熟的機(jī)構(gòu)類型，這樣做是為了減少設(shè)計(jì)工作量，便于設(shè)計(jì)加工零件，與此同時(shí)還可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行一系列相關(guān)的創(chuàng)新。機(jī)構(gòu)的選型時(shí)應(yīng)該考慮的要求和主要條件有以下幾項(xiàng)：(1) 運(yùn)動(dòng)規(guī)律 包裝工藝要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照某種規(guī)律運(yùn)動(dòng)，有時(shí)還要求運(yùn)動(dòng)規(guī)律在規(guī)定范圍內(nèi)做有級(jí)或者無級(jí)的調(diào)節(jié)。運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其調(diào)節(jié)范圍是機(jī)構(gòu)選型的主要內(nèi)容。(2) 運(yùn)動(dòng)精度 運(yùn)動(dòng)精度要求對(duì)機(jī)構(gòu)選型有重要影響。例如，對(duì)運(yùn)動(dòng)速度和時(shí)間都有很高要求的部分，就不宜采用液壓傳動(dòng)，反之若用近似直線運(yùn)動(dòng)來替代直線運(yùn)動(dòng)，或者用近似停留替代停留，可以擴(kuò)大機(jī)構(gòu)的選型范圍。(3) 承載能力與工作速度 各種機(jī)構(gòu)的承載能力和能達(dá)到的最大工作速度是不同的，因而必須個(gè)布局速度的高低、載荷的大小及其特征選用合適的機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)基本運(yùn)動(dòng)形式與可選機(jī)構(gòu)的關(guān)系見表 3.1，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)變換形式與可選機(jī)構(gòu)形式的關(guān)系見表 3.2。3.3 立式袋包裝機(jī)部件分析 如圖 2.5 所示的總體結(jié)構(gòu)中，立式袋包裝機(jī)的執(zhí)行系統(tǒng)包括：薄膜供送裝置、袋成型裝置、縱封裝置、橫封及切斷裝置、物料供給裝置。本次設(shè)計(jì)中主要從袋成型裝置、縱封裝置、橫封及切斷裝置三個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)分析介紹。表 3.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)變換形式與可選機(jī)構(gòu)形式關(guān)系序號(hào)基本功能 結(jié)構(gòu)示例1變換運(yùn)動(dòng)形式 轉(zhuǎn)動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)雙曲柄機(jī)構(gòu)、帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 章 立式袋包裝機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 16 -轉(zhuǎn)動(dòng)與擺動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)等轉(zhuǎn)動(dòng)與移動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)、卷筒鋼絲繩機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)等擺動(dòng)與擺動(dòng) 雙搖桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)與移動(dòng) 正弦機(jī)構(gòu)移動(dòng)與移動(dòng) 雙滑塊機(jī)構(gòu)、移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)2 變換運(yùn)動(dòng)速度 齒輪機(jī)構(gòu)、摩擦輪機(jī)構(gòu)3 變換運(yùn)動(dòng)方向 齒輪機(jī)構(gòu)4 運(yùn)動(dòng)合成和分解 差動(dòng)機(jī)構(gòu)、雙自由度機(jī)構(gòu)5 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)斷續(xù) 離合器、凸輪機(jī)構(gòu)6 達(dá)到待定的位置或軌跡 平面連桿機(jī)構(gòu)、連桿凸輪機(jī)構(gòu)、行星輪系于連桿組合機(jī)構(gòu)等7實(shí)現(xiàn)待定的功能（超越、微調(diào)、過載保護(hù)、鎖緊、定位、放大等）超越：棘輪機(jī)構(gòu)、定向摩擦機(jī)構(gòu)、超越離合器保護(hù)：摩擦輪機(jī)構(gòu)、摩擦帶傳動(dòng)、超越離合器微調(diào)：螺旋機(jī)構(gòu)、差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)3.3.1 制袋成型器的設(shè)計(jì)袋立式成型－充填－封口包裝機(jī)的三角袋有四個(gè)側(cè)面，外形象粽子， 常用于包裝小份量的咖啡，牛奶，袋乳品，蜂蜜，糖漿，果汁或者其他類 似的產(chǎn)品。因這種袋開口后還須保持原形而依然挺立，所以應(yīng)該采用金屬 或其他較厚的材料制成。 翻領(lǐng)式成型器由外表為領(lǐng)狀而內(nèi)表面為圓形的內(nèi)外工作曲面組合而成，平張薄膜沿著翻領(lǐng)外表面翻折并沿著管子內(nèi)壁下 降。當(dāng)其強(qiáng)制通過該成型器后，其縱縫就互相搭接或者對(duì)接而形成筒狀， 成型時(shí)運(yùn)動(dòng)阻力較大，容易造成拉伸等塑性變形，故對(duì)單層塑料薄膜的適 應(yīng)性較差，而適用于金屬膜或者其他較厚的材料。這種成型器廣泛的應(yīng)用 于立式充填封口機(jī)上，該設(shè)計(jì)中的袋寬尺寸通過更換成型器來實(shí)現(xiàn)。 薄膜在通過該成型器的時(shí)候應(yīng)該力求不產(chǎn)生縱向與橫向拉伸變形， 使成袋 的外形平整美觀，符合制袋要求。因此，在設(shè)計(jì)翻領(lǐng)式成型器的時(shí)候，不 但要考慮形狀和尺寸，更主要的在于確定其領(lǐng)口交接曲線，該設(shè)計(jì)中選用 圓形加料管翻領(lǐng)式成型器。東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 章 立式袋包裝機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 17 -圖 2 圓形料管翻領(lǐng)式成型器的幾何圖形及參數(shù)關(guān)系圖 如上圖 2， 圓形料管翻領(lǐng)式成型器的幾何圖形及參數(shù)關(guān)系圖， 為推導(dǎo)方便， 取直角坐標(biāo)xyz，設(shè)料管的中心線為 Oz 軸，它同 xOy 平面的相貫線是以 r 為半徑的一個(gè)圓。平張薄膜經(jīng)過導(dǎo)輥引至成型器未折彎以前要求與 ABC 共面，則構(gòu)成等腰三角形，且與 xOy 平面的夾角為 α，顯然 D是 AB 直線 的中點(diǎn)，∠ACD=∠BCD=β ,則 ACS 與 BCS 對(duì) xoz 呈對(duì)稱曲面，SCS 即為翻領(lǐng)式成型器的交接曲線。S 是該曲線的最低點(diǎn)，位于 x 軸上，c 為最 高點(diǎn)，在 xOy 平面上的投影點(diǎn)是 N，也位于 x 軸上。 若將 AC 任意延長(zhǎng)至 T 點(diǎn)，依次作 TT'//Oy ，TE' // Oz ， CE // Ox，由此 得知∠ CET'， ∠CTT'均為直角，且△CT'T 與△ ABC 共面， △CET'與 xOz 共 面。在領(lǐng)口交接線上任取一點(diǎn) P，連 PT，令 PT =f ， CT'=e ，P 點(diǎn)在 xOy 平面上的投影為 Q 點(diǎn)，令 NQ =u ，∠ NOQ = f D== 。為求 PQ 與 u 的函數(shù) 關(guān)系，又令 CNh = ，PQz = ，并寫出 P 點(diǎn)的坐標(biāo)： cos xr f = ， sin yr f = ， () zu y = ，同理可以寫出 T 點(diǎn)的坐標(biāo)： cos t xre a =- ， t yetgb =- ， sin t zeh a =+ ，進(jìn)而求得： 2222 ()()()ttt fxxyyzz =-+-+- 代入以上各坐標(biāo)值則得： 2222 (coscos)(sin)[sin()] freretgrehu afbfay =--+--++- 通過解析作圖法求解，得到交接曲線上任意點(diǎn) P 的軌跡方程： 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 章 立式袋包裝機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 18 -( ) 2 1 (sin)(cos)(1cos) 2 (11) (1sin) etgurreru uh e ba a -F+--F+ Y=-- + 22 1 2 2 ;(12) (1sin)2cos br e hbtgr aba - =- +-- 設(shè)計(jì)中如果能首先確定袋子的凈寬 b，料管半徑 r，翻領(lǐng)三角平面的后傾 角 a 及其半頂角 b ，領(lǐng)口交接曲線的最大高度 h，則可以求得 e 值。再利 用公式（1－1）計(jì)算出與每一段弧長(zhǎng) u對(duì)應(yīng)的在交接曲線上各點(diǎn)高度 Y () u ，便不難連成交接曲線（scs 為成型器的領(lǐng)口交接曲線）正確設(shè)計(jì)和制造成型器的關(guān)鍵點(diǎn)為：(1)盡量減少薄膜通過成型器所受的阻力，使薄膜不產(chǎn)生縱向或橫向的拉伸變形以及皺折等；(2)確保薄膜自然貼合、無拉伸、無騰空地通過成型器，自然卷合，正確成型；(3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，制造方便，調(diào)試容易；圖 3.1 制袋成型器示意圖對(duì)于所需設(shè)計(jì)的立式連續(xù)制袋裝填包裝機(jī)，結(jié)合各種成型器原理性質(zhì)特點(diǎn)，象鼻成型器在是東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 章 立式袋包裝機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 19 -最適合應(yīng)用于該機(jī)械上的成型器。象鼻成型器是在三角板成型器的基礎(chǔ)上增加圓弧槽并作適當(dāng)修正，再加以圓弧過渡。所以首先進(jìn)行三角板成型器的分析。三角板成型器是一種簡(jiǎn)單的成型器，如圖 3.2 所示。成型器呈傾斜狀安裝，安裝角度為 。薄?膜經(jīng)成型器后對(duì)折，寬度為 a，2a 為薄膜寬。設(shè) 2 為三角板成型角，h 為三角板腰高。?假設(shè)三角板厚度計(jì)．且薄膜對(duì)折后緊貼，則可推導(dǎo)如下：在△DEC 中， ，則bDCE?, ;/sinba?在△ADC 中， 。,aAt故 （3-?ti1）即 （3-?sinarct?2）圖 3.2 三角板成型器參數(shù)計(jì)算圖由圖可見，薄膜受水平力 P 牽引時(shí)，會(huì)緊貼成型器沿 DC 方向移動(dòng)。在端點(diǎn) C 處速度為 ，cv因此 P 和 間形成一個(gè)壓力角等于 。當(dāng) 增大，即壓力角增大，成型阻力也增大，薄膜易拉伸cv?變形；反之，阻力減小，薄膜對(duì)折順暢，但令三角板長(zhǎng)度增加。一般取 =20o~30o，因此可知?30o。??在設(shè)計(jì)時(shí)，一般先確定 ，然后再求出 。當(dāng) 確定后．可求出三角板腰高如下：?(3-3)habh????sinmx東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 章 立式袋包裝機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 20 -式中 為最大袋寬； 為三角板增長(zhǎng)量，—般取 30~50mm。三角板的厚度與其尺寸及材料團(tuán)maxh?素有關(guān)，通常在 10~20mm 間選擇。三角板成型器的特點(diǎn)是適應(yīng)性好，—個(gè)成型器可適應(yīng)多個(gè)袋寬規(guī)格，其設(shè)計(jì)制造方便，但調(diào)試較復(fù)雜。象鼻成型器的特點(diǎn)是在三角板成型器的基礎(chǔ)上，增加圓弧槽并作適當(dāng)修正，再加以圓弧過渡。其外形如圖 3.1。相對(duì)應(yīng)的三角板的安裝角可取 =5o~12o。圓弧槽半徑取 R=(0.1~0.3) 。根據(jù)前文設(shè)定的參數(shù)，?a得mm70max?因此，取取 =7o ，R=(0.1~0.3) =14mm?根據(jù)參數(shù) ， 和 R 中象鼻成型器的系列規(guī)格參數(shù)可求出 值、h 值和 n 值，如圖 3.3 所示。a??圖 3-3 象鼻成型器參數(shù)計(jì)算及其截面示意圖6.9o???sinarct 4.1075i7imx?????hbh由圖 3.3，（3-4 ）aRla2)(2??得 （3-5 ）l571.?東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 章 立式袋包裝機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 21 -令圓弧底部距 C 點(diǎn)距離為 n，則mm0.8571.???Rl象鼻成型器的兩邊都帶有護(hù)邊，目的是防止成型器曲面過長(zhǎng)而導(dǎo)致薄膜貼合不良面跑偏，影響翻折制袋。折邊的寬度可取 m＝ 35~20mm。圖 3.3 中，在 D 處，三角板離上頂面距離為 m。實(shí)際生產(chǎn)中，往往將 GD 段截?cái)?，?G 處設(shè)置導(dǎo)輥將薄膜直接引入 D 處。圖 3.4 象鼻成型器及展開圖象鼻成型器的制造一般采用不銹鋼薄板，要求外表面光滑乎整。其三角部分和圓弧槽部分可用整塊板料卷曲而成，因?yàn)樗鼈兊恼归_寬度是相等的。圖 3.4 所示是象鼻成型器結(jié)構(gòu)及展開圖，沿虛線卷折即可制得成型器，圖中參數(shù)可通過計(jì)算加以選擇。在表 3.3 中，列出了多種象鼻成型器的設(shè)計(jì)參數(shù)，這是實(shí)際應(yīng)用中所設(shè)計(jì)的成型器。根據(jù)計(jì)算出的參數(shù)選擇以最大帶寬 b=70mm。所以，取參數(shù) 70mm， 173mm， 141mm， 108mm， 116mm， 53mm，?be?fg?hi69mm， 108mm， 129mm， 45.5mm， 7.1 o。?jkmnd在設(shè)計(jì)象鼻成型器時(shí)，除折邊部分外，其寬度應(yīng)與薄膜寬度大致相等。理想狀態(tài)是：制造完東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 章 立式袋包裝機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 22 -工的成型器，其表面寬度比薄膜寬度大 0.5-1mm。這樣可確保薄膜自然貼合成型器而不起皺。表 3.3 系列規(guī)格象鼻成型器設(shè)計(jì)參數(shù)b/mm e/mm f/mm g/mm h/mm i/mm j/mm k/mm m/mm (n)/mm (d)/(o)50 133 101 68 76 33 49 68 89 28.3 4.455 143 111 78 86 38 54 78 99 32.6 5.160 153 121 88 96 43 59 88 109 36.9 5.865 163 131 98 106 48 64 98 119 41.2 6.470 173 141 108 116 53 69 108 129 45.5 7.175 183 151 118 126 58 74 118 139 49.8 7.880 193 161 128 136 63 79 128 149 54.1 8.43.3.2 熱封方式的選擇塑料袋的加熱封口方法，大體上分為接觸式和非接觸式兩大類。接觸式應(yīng)用最廣，其封合的實(shí)質(zhì)就是利用塑料薄膜本身所具有的熱熔性和熱塑性，使其封口部位受熱、受壓而相互粘合在一起。目前，這類熱封方式雖己發(fā)展為很多種，但影響封口質(zhì)量的因素大致是相同的，即加熱溫度、封合壓力( 也有不加壓)和作用時(shí)間。合理確定這些參數(shù)與許多具體條件有關(guān)。而且要靠實(shí)踐摸索。 [10]以下介紹幾種幾種熱封方式。（1） 接觸式熱封方法圖 3.5 熱板加壓封合 圖 3-6 熱棍加壓封合1-熱板 2-封縫 3-薄膜 4-耐熱橡膠墊 5-工作臺(tái) 1，5-輥筒 2,4-薄膜 3-封縫①熱板加壓封合