10、包装机设计

第十章包装机设计第一节概述一、包装机设计的基本要求1包装机的功能与应用范围A、包装机的功能,是指其所能完成的包装工序种类；B、应用范围，是指其包装不同物品的能力，包括所能包装物品的种类与所能采用的包装材料的种类。2包装质量与生产率(1)包装质量：影响包装质量的因素很多,它即与被包装物品\包装材料的性能以及所用的包装技术方法有关,也与包装机的质量及其使用条件和操作者的技术熟练程度有关。对包装机而言，要考虑以下两方面。a、包装成品得质量b、被包装物品和包装材料的损耗(2)生产率3自动化与自动控制4制造与维修（1）提高包装机的系列化、零部件的通用化和标准化程度。（2）提高结构工艺5、操作条件与工作可靠性包装机的操作、装卸物料、排除故障、维修保养等工作应省时、省事、省力；被包装物品规格变化时，有关工作部件的调整或更换要方便迅速。6、经济性与其它包装机的经济性问题，就是要求制造成本低、功率消耗少、使用寿命长、运输、安装、维修方便和生产率高。还要求包装机占地面积小，外型美观。二、包装机设计的一般步骤包装机的设计过程一般分为总体设计、技术设计和审核鉴定等三个阶段。1、总体设计（1）可行性分析可行性分析要弄清和解决以下几个问题：a、用户的需要，即包装产品和包装材料的类型，以及产品包装方式。b、根据用户要求，确定包装机的设计内容和该机的使用部门，明确它的功能、应用范围和须达到的技术经济指标。c、了解当前同类型包装机的发展情况。d、构思设计方案，从工作原理、技术性能和经济效应三方面分析比较各方案的优劣点。（2）初步设计2、技术设计将设计方案具体化，拟订包装机的各要素、总体布局、编制工作循环图和主要技术参数。3、审核鉴定第二节总体方案设计的基本内容总体方案是技术设计的前提和依据。总体方案设计的好坏对项目的成败和技术性能优劣有着决定性的影响。为此，特强调以下几点：（1）注意市场调查和预测。（2）继承与创造相结合，尽量采用新技术。（3）对于尚无确切把握的新方案，应进行必要的实验。（4）处理好使用和制造的关系，首先应满足使用要求，这是由工艺装备的特性决定的。一、确定功能与应用范围确定包装机的功能和应用范围，须注意以下两个问题：（1）可靠性。在一般情况下，功能增加包装操作环节也增多，故障发生的可能性也相应的增大。（2）适应性。包装机的功能愈多，结构也愈复杂。因此常将多功能包装机设计成组合的形式，就是说可根据用户的不同需要灵活增加或改装某些组合部件。对于批量大、品种规格稳定的产品（如香烟），应把提高生产率、包装自动化程度及组成高效包装自动线方在首位，一般采用专用包装机。批量中等、品种规格需要调换的产品，一般采用多用包装机。批量小、品种规格经常变化的产品，一般采用同用包装机。二工艺分析工艺分析是研究。分析和确定所设计的包装机完成预定包装工序的工艺方法。鉴于工艺方法欲包装工序类别、被包装物品和包装材料的特性、以及包装质量和生产率等因素有密切的关系需着重注意以下几个问题：（1）包装方式a、把保证包装质量放在首位，不论选取或革新某种包装方式，都要适应被包装物品和包装材料的特性。b、当有多种方式都能满足要求时，应选取容易实现的方案。（2）机器类型a、单工位与多工位选择工位的依据：(a)根据包装执行机构的多少选择。(b)根据生产率的高低选择。b间歇运动与连续运动间歇运动：物品由一个工位转移到另一个工位作间歇运动。主要包装件可在物品静止时完成，因此执行机构的运动形式和结构比较简单。但间歇运动的惯性力和冲击现象不利于提高生产率。连续运动：物品及主传送系统均作连续等速运动，当执行机构较少、生产率较高时可选用这种形式。c单头与多头单头与多头，特指连续运动多工位包装机为完成同一包装操作所配备的执行机构的数目。单头连续运动多工位包装机：完成每一包装操作的执行机构只有一个,即每一物品的包装操作都依次经过所有执行机构的包装机。多头连续运动多工位包装机：完成同一包装操作的执行机构有多个包装机。（3）包装程序、工艺路线和工位数a、包装程序是指完成各个包装操作的先后顺序。包装方式往往决定包装程序。b、包装工艺路线包括包装材料和被包装物品的供送路线、以及它们在包装过程传送路线、包装成品的输出路线。对于单工位包装机，只须确定被包装物品的供送路线、包装材料的供送路线，以及包装成品的输出路线。对于多工位包装机，从被包装物品和包装材料输入到成品输出的传送路线可以有多种形式：直线型、阶梯型、圆弧型和组合型。直线型：物件在包装过程中的运动路线为一直线。根据其运动方向可分为立式和卧式两种。如图9－1所示。阶梯型：物件在包装过程中兼有垂直和水平两个方向运动。它主要用于折叠包装对折叠处须热封的尤为为适用。圆弧型：物件在包装过程中沿圆弧轨道运动。圆弧型灌装机的工艺路线图：如图9－3所示。糖果裹包机的工艺路线图：如图9－4所示。组合型：物件在包装过程中即作圆弧运动，又作直线运动，成为圆弧与直线组合型工艺路线。组合型工艺路线图：如图9－5所示C、工位数是指在多工位包装机上从输入到输出工位区间内所包含的物品数目。D、工艺路线图常用有两种表达形式：（a）是用轴测投影图表示，常用于使用说明书。（b）是用投影图表示，为设计工作需要。盒装饼干商标纸裹包机工艺图：（4）运动要求和机构选型首先，分析需要那些执行构件来完成被包装物品的计量、整理和供送，包装材料的整理和供送，包装操作和成品输出。机构的选型及其综合时应考虑到的要求和条件。运动精度主要有：a运动规律b承载能力和工作速度d总体布局e使用要求和工作条件三、总体布局总体布局就是包装机的有关组、部件在整机中相对空间位置的合理配置。总体布局的步骤是布置执行机构、布置传动系统和布置操作件，确定支承形式和绘制总体布局图（1）布置执行机构布置执行机构是布置被包装物品的计量与供送系统、包装材料整理和供送系统、主传送系统、包装执行机构和成品输出机构。首先，根据包装工艺路线图将各个执行构件布置在预定的工作位置上。然后，布置执行机构的原动件，对于气液压传动，主要是安排汽缸和油缸的位置。对此，须注意两点：使执行机构简单紧凑，尽量减少机构的构件数和运动副，并尽量减少其几何尺寸和所占的空间位置。要求原动件尽可能地布置在一根或少数几根轴上。（2）布置传动系统布置传动系统，包括安排动力机、变速与调速装置、传动装置、操作与控制装置以及辅助装置等的位置。布置传动系统时须注意的问题：a、选用的方案应力求结构简单、传动链短、传动精度和传动效率较高，且容易配置。b、充分利用机体和支承机架的内部空间，将动力机和传动件尽量布置在内部和侧面，以缩小机体外型。c、在布置传动件时应使各执行机构动作协调。d、为了便于调试，机械传动的手动调整装置安装在操作者能够观察到有关执行机构工作情况的位置。（3）布置操作件须注意以下问题：a、常用操作件尽量布置在操作者近旁，当机器的外型较大时而须在几个位置操作时，可采用联动的措施。b、包装机工作台面的高度一般在700-900mm之间的范围内选取。c、操作者应经常注意包装操作最集中和最易发生故障的部位。d、温度、压力、转速、计数等仪表，以及信号灯、报警器、安全阀和有关铭牌等，都应布置在操作者容易观察、安全可靠、便于维护的位置。（4）选择支承形式包装机的支承件有底座、箱体、立柱、横梁等。支承件的作用是使各有关零部件正确定位并保持其相对位置。对支承件的要求是：a、足够的刚度，支承件在承受最大载荷时的变形不超过允许值。b、足够的抗振性，使机器能稳定可靠地工作。c、重量适中。力求节省材料，容易搬运。d、便于零部件安装调试，操作保养和机器的吊运安装。f、外型美观，给人以调和、匀称、稳定、安全的感觉。（5）绘制总体布局图总体布局图要求表示出包装机各部件的相对位置关系和所占空间大小。在总体布局图上，应将总体布局的结果表示清楚，并标注出机器的主要外廓尺寸和各部件间的联系尺寸。糖果裹包机的总体布局简图：如图9－7所示四编制工作循环图1工作循环图的含义对于自动机或半自动机，工作循环图也称为运动循环周期表，它表示在一个运动循环周期内各执行机构的运动规律几工作顺序。工作循环图通常有圆环型和直线型两种表达方式。直线型工作循环图的表示方法：取一条水平线段表示一个运动循环周期，将各个执行机构在此周期的运动状况表示出来，即得到直线型工作循环图。表示运动状况的方法一般是：执行机构在某段时间内如是运动的，可用斜直线表示；如是静止或做连续匀速转动及振动的，则可用平直线表示。由于在设计执行机构如凸轮机构，连杆机构时确切知道执行构件的运动与分配轴转角之间的关系，因此在编制机械传动的包装机的工作循环图时，通常要将这种关系表示出来。对此，须注意以下两点：a运动循环周期不一定包装一件产品的时间。b工作循环图表示了各执行机构的运动与停留的时间关系和顺序。编制工作循环图的根本目的在于保证执行机构的运动能够按工作要求取得密切的配合，并尽量缩短运动循环时间，以便顺利完成包装并有较高的生产率。捆扎机的工作循环图：2编制工作循环图的要点（1）拟订运动规律根据完成包装操作所要求的工艺时间和许用的速度与加速度等，拟订各执行机构的工作行程、回程和停留时间。（2）确定运动配合按照包装程序的要求，安排好各执行机构的动作配合关系。首先必须保证各执行构件、被包装物品和包装材料在运转时互不发生时间和空间上的干涉；其次尽量增加各执行构件在工作时间上的重叠，以便缩短循环周期。（3）绘制运动循环图根据初步拟订的运动规律和动作配合，绘制工作循环图。对于机械传动，还要将执行构件运动与时间的关系转换为与分配轴转角的关系。3工作循环图的用途（1）通过编制工作循环图，确定了执行机构的运动规律，保证执行机构的动作能够充分协调配合，有助于提高生产率所设计的包装机的生产率（2）通过编制工作循环图，可以了解影响生产率的主要因素，从而为采取相应的改进措施提供了依据。（3）通过编制工作循环图，为下一步的技术设计和装配调试提供了可靠依据。五、拟定主要技术参数（1）结构参数结构参数反映包装机的结构特征和包装物件的尺寸范围。如包装机列数，包装工位数，执行机构头数，主传送机构的回转直径或直线移距，工作台的宽度和高度，物件的输入高度，成品的输出高度等。（2）运动参数运动参数反映包装机的生产能力和执行机构的工作速度，如主轴转速、物件供送速度、计量与充填速度等。（3）动力参数动力参数反映执行机构的工作载荷和包装机的正常运转的能量消耗，如成型、封口等执行机关的工作载荷，动力机的额定功率、额定扭矩和调速范围，气液压传动的工作压力和流量，以及为完成清洗、杀菌、热封等工序所需的水、气、电和其它能源的消耗量。（4）工艺参数工艺参数反映完成包装工序所用的工艺方法及其特性,如完成包装工序的有关温度、时间、压力、拉力速度、真空度、计量精度等参数。第三节包装机生产率分析理论生产率，包装机在正常工作状态下运转时，单位时间内包装出的产品数。但实际生产率总低于理论生产率。对于间歇工作型包装机，理论生产率Qi，可由包装一件产品的额定时间τ来确定:Q=1/τ（pcs/s）。τ为包装的循环时间，由基本工艺时间τk与辅助时间τf两部分组成。即：τ=τk+τf所以Qi=1/(τk+τf)当包装机的各机构均没有辅助时间时Qi=1/τk=KK称作包装机的工艺生产率。一般情况下，τf不为零，所以，Qi=(1/τk)/[1+(1/τk)×τf]=K/(1+Kτf)=K[1/(1+Kτf)]令η=[1/(1+Kτf)]则Qi=ηK，其中η是理论生产率与工艺生产率的比值，称为生产率系数，表示包装机在时间利用上的好坏，或工艺过程连续化的程度。连续工作型包装机的生产率系数最高，即η=1。由此可见，提高生产率的途径是减少