立式袋包装机总体设计

立式袋包装机总体设计作者姓名： 指导教师： 单位名称： 专业名称： -The overall design of a vertical bag packaging machineBy Supervisor：-i-毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：立式袋包装机总体设计设计(论文) 的基本内容：1、 立式袋包装机总体方案设计及主要参数计算2、 总体装配图设计3、 主要零部件零件图设计4、 编写设计说明书5、 外文科技文献翻译毕业设计（论文）专题部分：题目： 设计或论文专题的基本内容：学生接受毕业设计（论文）题目日期第周指导教师签指字：年 月 日东北大学毕业设计（论文） 摘要-ii-立式袋包装机总体设计摘要本文主要介绍了立式袋包装机的设计过程，对设备的基本原理、结构设计、参数设计以及各个子系统的主要功能都作了详细介绍。立式包装机适用于日化、医药、食品、农药等各个行业的连续灌装。整机采用不锈钢制造，清洁卫生，完全符合食品生产的 GMP 要求。其包装速度快，可调速，可自动完成制袋、计量、充填、封合、分切、计数。这种方法适用于粉状、颗粒、块状、流体及胶体状物料的包装，特别以小食品、颗粒冲剂和速溶食品的包装应用最为广泛。其包装材料可为塑料单膜、复合薄膜等。立式包装机主要由计量装置、传动系统、横封装置、纵封装置，切断装置、成型器，光电监测系统等几部分构成。本次设计主要完成机器总体、制袋成型器、横封装置，纵封装置、传动系统等主要零部件的设计，对主要结构的基本参数做了设计计算，完成了基本方案的确定。在此基础上，运用三维绘图软件 SolidWorks 进行三维建模和结构优化，使用 CAXA 绘制二维工程图。 立式包装机的特点是设计紧凑合理，外形简洁美观，调节便利，装置准确，整体灵敏度高，速度稳定，工作电压稳定，抗干扰能力强。关键词： 立式包装机，传动系统，横封装置，纵封装置东北大学毕业设计（论文） 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东北大学毕业设计（论文） 目录- 0 -目 录毕业设计（论文）任务书 .i摘要 iiAbstract .iii第 1 章 绪论 .11.1 课题研究背景、意义及目的 11.1.1 课题研究背景 .11.1.2 课题研究目的及意义 .11.2 国内外食品包装行业发展及现状 .21.2.1 我国食品包装机械行业现状 .21.2.2 国内外制袋装填包装机的主要特点 .31.2.3 食品包装机械类别 .31.2.4 国内现有立式包装机械的产品范例 .41.3 本文主要内容 4第 2 章 立式袋包装机总体方案设计 62.1 包装机设计的一般步骤 62.2 课题的构想和思路 .62.3 包装机械的组成 72.4 包装机的总体方案设计 82.4.1 包装机的功能及应用范围 .92.4.2 包装机形式选择 .102.4.3 立式袋包装机原理分析 .12第 3 章 立式袋包装机执行系统设计 153.1 执行系统方案设计 .153.1.1 执行系统组成 .153.1.2 执行系统设计内容 .153.2 执行系统设计参考 .15东北大学毕业设计（论文） 目录- 1 -3.2.1 执行机构的基本运动 .153.2.2 执行机构运动变换的选型 .163.3 立式袋包装机部件分析 163.3.1 制袋成型器的设计 .173.3.2 热封方式的选择 .223.3.3 纵封滚轮的设计 .243.3.4 横封辊的设计 .27第 4 章 立式袋包装机传动系统设计 344.1 传动系统设计示意图 344.2 动力系统选择 354.2.1 主电机、减速器选择 .354.2.2 减速器输出链传动计算 .364.3 主轴 I 相关设计 374.3.1 主轴 I 相关传动比分配 374.3.2 换挡齿轮设计 .384.3.3 主轴设计 .384.4 轴至纵封滚轮的传动设计 394.4.1 、轴间链传动设计 394.4.2 伺服微调系统设计 .404.4.3 轴至纵封滚轮间各齿轮参数 .414.5 轴至横封辊传动设计 414.5.1 偏心链轮传动 .414.5.2 轴至横封辊传动齿轮设计 .41第 5 章 经济技术综合分析 .435.1 包装机经济分析 435.2 包装机技术分析 435.3 环境分析 43第 6 章 结论 .44参考文献 .45致谢 46附录 A.47东北大学毕业设计（论文） 目录- 2 -附录.58东北大学毕业设计（论文） 第 1 章 绪论- 1 -第 1 章 绪 论1.1 课题研究背景、意义及目的1.1.1 课题研究背景包装工业作为一门新兴工业，具有明显的时代特征。它既是配套工业，也是当今的主导产业之一。在日益发展的市场经济中，包装工业对其他工业的发展起到了推动作用。主要表现在对相关工业的发展方面：从所用包装材料看，它推动了造纸工业、塑料工业、冶金工业和化学工业等部门的发展；从包装技术方面看，它对机械工业、电子工业、印刷工业、新材料工业以及装潢设计等方面提出了更高的要求；从消费领域看，对食品、饮料、粮食、医药及日用化工品等，起到了重要的促进作用。中国的包装工业，由上世纪 80 年代开始腾飞，经过十几年时间的发展而初具规模。特别是食品包装业更是飞速发展，取得长足的进步。这一切主要表现在包装工艺不断完善，包装技术不断改进，包装材料不断创新。对于食品包装，其产品已呈现出多品种、多式样及多层次的特点。所谓多品种，包括金属罐、玻璃瓶；塑料制品的各类成型袋及瓶、罐容器；纸制品的各种瓦楞纸箱及纸盒软包装、纸袋包装；另外还有些富有特色的木、竹、瓷制品的包装。所谓多式样是指包装品结构造型紧跟时代潮流，新颖多样、色彩鲜艳、装潢精美。而多层次是指包装品的高、中、低档并存，以适应市场需求。目前应用于食品工业的包装技术可谓多种多样，而且新技术层出不穷。广泛应用的包装技术主要有：适用于熟食的蒸煮食品包装技术；适用于食品防霉保鲜的无菌包装技术；用于蔬菜、水果、生鲜食品的冷藏包装技术；用于方便食品、水产品的速冻包装技术；普通食品的真空包装技术、充气包装技术和热收缩包装技术等等。食品包装技术的应用及其创新，极大地推动着包装机械的发展。应用于现代食品工业的白动化包装大多数以生产线的形式出现，集机、电、气、液控制于一体，成套性强、可靠性高。并且，以模块化组合的形式出现，具备系列化、标推化、通用化的特点。此外，越来越多采用的微机控制、模糊控制等同新技术，使包装机械跃上一个新台阶。 1 1.1.2 课题研究目的及意义根据我国食品工业发展规划，到二十一世纪二十年代，食品工业的产值从现在 600 亿元到2000 亿元，为了实现这个目标，势必对食品包装技术、包装材料和包装机械带来一个大发展。就当前情况看包装机械远远不能满足食品工业迅速发展的需要。所以摆在机械工业面前的任务是非常艰巨的。食品是人民生活的基本必需品。食品从生产到食用者手，往往要经好多人的手，如有病菌，就会传染别人，若不包装，在运输销售过程中，又会沽上大量的尘土，都会影响人们身体的健康。我国政府为了保陋人民身体健康，公布了“食品卫生法” ，对食品要求必须包装。东北大学毕业设计（论文） 第 1 章 绪论- 2 -为应对食品卫生的要求和市场需求，食品包装机械自应用以来，得到了飞速发展。近半个多世纪以来，随着生产与流通日益社会化，现代化、产品包装正以崭新的面貌崛起，受到人们普遍重视。对于包装机械而言又有卧式包装机与立式包装机之分。立式包装机适用于日化、医药、食品、农药等各个行业的连续灌装。整机采用不锈钢制造，清洁卫生，完全符合食品生产的 GMP 要求。其包装速度快，可无级调速，可自动完成制袋、计量、充填、封合、分切、计数。可包装：纸/聚乙烯、玻璃纸/聚乙烯、聚酯/聚乙烯、BOPP 薄膜、茶叶滤纸等可热封的复合包装材料。立式包装机的特点是设计紧凑合理，外形简洁美观，调节便利，装置准确，具有起动缓冲功能，整体灵敏度高，速度稳定，工作电压稳定，抗干扰能力强。相对于卧式自动制袋装填包装机来说，立式包装整体上结构更为简单，更有利于优化设计，薄膜输送、补偿调节更为方便，更有利于小型包装袋的装填包装。立式制袋装填包装机的设计对于小型包装袋的生产有着更广泛的市场需求，本课题的目的是立式制袋装填包装机的设计。1.2 国内外食品包装行业发展及现状1.2.1 我国食品包装机械行业现状我国食品包装机械起步较晚，改革开放后，社会对食品包装机械的需求不断增加，加上政府的重视与扶持，我国食品包装机械得到迅速发展，年平均增长速度大于 30%，进人 20 世纪 90 年代后，其仍以 20%以上的速度增长。经过 20 多年的发展，我国食品包装机械已成为机械工业中十四大行业之一，无论是产量还是品种，都取得了令人瞩目的成就。 2全国包装工业总产值从 1980 年 72 亿元增长为现在的 2300 多亿元，如今国内的包装工业每年为几万亿元的工农业产品和上千亿美元的出口商品提供包装，在国民经济发展中起到了重要作用。尽管我国食品包装机械市场需求在趋于减缓，但由于今后国家仍加大支援“三农”力度，必然给我国食品包装机械发展带来生机。据统计，我国食品包装机械直接服务于食品工业的比例高达 70%以上。 31.2.2 国内外制袋装填包装机的主要特点（1）结构设计标准化、模组化。用一台包装机完成对不同物料的包装时。利用原有机型的模组化设计可在短时间内迅速进行规格更换或转换为其它包装形式的机型。并为不同的计量系统提供了足够的空间。如利用枕型包装机稍加调整就可实现三角袋的包装。（2）包装速度高速化。目前，小袋包装机单列包装速度一般为 40 一 90 袋分，近些年来很多公司推出的多列式包装机( 从 2 列到 10 列)可使包装速度大大提高。如意大利 ILAPAK 公司的 300 和 400 系列枕型包装机，计量范围 150-450g，包装速度 120 袋分；日本横滨电机制作所的 YDE 一 70 型四边封合包装机。计量范围：0.530ml，可以 210 列，最高速度为 800 袋分；日本三光机械的 FC-1000 型东北大学毕业设计（论文） 第 1 章 绪论- 3 -小袋枕型包装机，最高可达 12 列。速度可达 1000 袋分。（3）结构运动高精度化。由于采用各种新技术，如通过伺服电机、编码器及数字控制(NC)、动力负载控制 PLC 等高精密执行机构控制各种动作，使整机的充填计量精度和制袋精度都有所提高。如日本东京自动机械的SIGMA3 型粉末计量机，配有可调速驱动马达，采用螺杆下料充填，最大充填为每次 1.2Kg，充填精度 60.25。（4）控制智能化、弹性化。大多机器都通过智能型控制仪表和触摸屏上的菜单式应用软件对机器的各种参数进行跟踪调整。电子显示屏显示切袋长度、包装速度、充填物的净含量以及包装产量等，一目了然。标准的色标跟踪光电系统能绝对保证包装产品的印刷图案正确。另外，机器可对工作过，程进行在线状态监测和故障诊断分析。一旦发生问题，自动停机，并显示故障原因及解决方法。（5）包装形式多样化。袋包装目前既有三边封合袋、四边封合袋、枕形袋，还有风琴式、自立袋等。用户可以根据市场的需要。具有更大的选择空间。 41.2.3 食品包装机械类别食品包装机械集：机、电、气、光、生、磁为一体的机械电子设备。近几年，世界食品包装机械强国加大技术开发力度，使智能化、高效化、高新产品不断涌现。自动制袋装填包装机的类型有多种多样，按总体布局分为立式和卧式两大类；按制袋的运动形式来分，有连续式和间歇式两大类。（1）卧式自动制袋装填包装机卧式间歇制袋三边封口包装机横枕式自动制袋填包装机（2）立式自动制袋装填包装机立式间歇制袋中缝封口包装机立式双卷膜制袋和单卷膜对合成型制袋四边封口包装机立式连续制袋三边封口包装机（主要设计参考）1.2.4 国内现有立式包装机械的产品范例现在，国内大批企业在生产立式装填包装机以及其相关产品。尽管相关技术与国际水平还有一段差距，但已具备了一定的规模和水准。以下介绍一些企业的现有产品。 5（1）上海众和包装机械生产的 DCK-300 背封颗粒自动包装机采用量杯计量，包装速度有 20-60 袋/ 分。可根据客户要求进行袋长的设置。（2）佳利源食品包装公司生产的小剂量包装机适用于膨化食品、虾条、花生、瓜子、大米、种子、味精、玉米花等颗粒状，条片状，固物料的包装。主要性能和结构特点：东北大学毕业设计（论文） 第 1 章 绪论- 4 - 整机结构紧凑、牢固、设计合理、简洁。 采用光电眼控制系统、可靠、性能稳定。 全自动从计量，充填制袋，日期打印到产品输出一次性完成。（3）太川包装有限公司生产的 TCLB-320 立式包装机械主要性能和机构特点 全新设计，亮丽外观，结构更合理，技术更先进。 进口 PLC 全电脑控制系统，彩色触摸屏，操作方便、直观高效。 进口伺服运膜系统，进口色标传感器，定位准确，整机性能卓越，包装美观。 多种自动报警保护功能，最大限度减低损耗。 袋形多样化，可为客户提供枕形袋，插角袋，挂孔袋，连袋等。1.3 本文主要内容本文通过对食品包装机的简介入手，介绍了国内外食品包装机的发展情况及现状。对食品包装机的种类做了比较详细的介绍。在设计时，首先对包装机的具体功能进行分解，掌握所设计的包装机具体要实现哪些运动，如何通过机械构件来实现这些动作，确定其工艺流程。然后根据已有参数进行包装机的整体布局，确定每一步动作实现所需的传动方式，完成整个传动系统的设计。最后通过 Solidworks 绘图软件进行三维设计以及通过 CAXA 二维设计软件进行装配图和零件图的绘制。东北大学毕业设计（论文） 第 2 章 立式袋包装机总体方案设计- 5 -第 2 章 立 式 袋 包 装 机 总 体 方 案 设 计2.1 包装机设计的一般步骤包装机属于自动机械，其设计要求在不同时期都要顺应机械设计的时代要求，既要求使包装制造与维修方便、制造成本低、生产率高、能耗低、使用寿命长以及占地面积小等要求，同时还要求注重包装机外形美观、色彩协调。一般包装机设计过程如表 2-1 所示。 6表 2.1 包装机设计过程、步骤、阶段性成果产品设计过程 设计步骤 阶段设计成果市场调研 市场调研 市场调研报告设计要求确定 要求明细表功能结构建立 功能结构方案设计原理方案设计 原理方案总体设计 总体结构草图技术设计结构设计 整机结构图零件详细设计 零件、装配图全套技术文件施工设计完成技术文件进入制造 交付制造2.2 课题的构想和思路 该设计课题是关于立式制袋装填包装机的设计。整体包括七大部分：传动系统、薄膜供送装置、袋成型装置、纵封装置、横封及切断装置、物料供给装置以及电控检测系统。包装材料为卷筒薄膜，由导辊传送，在成型器的作用下折叠，经纵封滚轮纵封，横封辊横封、切断，期间，物料由定量供料器计量，装填，形成一定规格的成品袋。东北大学毕业设计（论文） 第 2 章 立式袋包装机总体方案设计- 6 -2.3 包装机械的组成根据市场调研以及资料查询，食品包装机械属于自动机范畴，它的种类繁多，结构复杂，新型包装机械不断涌现，它们的组成不尽相同。但通过对大量包装机械的工作原理和结构性能的分析，可找出其组成的共同点。即包装机械都是由八个部分组成的，又称为包装机械组成的八大要素，如图 2-1 所示。图 2-1 包装机械的组成框图（1）包装材料及容器的整理与供送系统。该系统是将包装材料(食品包装机为塑料单膜、复合薄膜等) 进行定长切断或整理排列，并逐个输送到预定工位的系统，如糖果包装机中包装纸的供送、切断机构。有的系统在供送过程中还能完成制袋或包装容器的竖起、定型、定位等工作。（2）被包装物品的计量与供送系统。该系统是将被包装物品进行计量、整理、排列，并输送到预定工位的系统。有的还可完成被包装物品的定型、分割。如饮料灌装机的计量和液料供送系统；饼干包装机的饼干整理、排列和供送系统。（3）主传送系统。该系统是将包装材料和被包装物品由一个包装工位顺序传送到下一个包装工位的系统。单工位包装机没有传送系统。全部包装工序在包装机上往往分散成几个工位来协同完成，所以必须有专门的机构来传送包装材料和被包装物品，直到把产品输出。主传送机构的形式，一般决定了包装机的形式并影响其外形。（4）包装执行机构。包装执行机构是直接完成包装操作的机构，即完成裹包、灌装、封口、贴标、捆扎等操作的机构。如糖果裹包机的前、后推糖板，抄纸板，糖钳子和扭结手等组成的机构就是包装执行机构；封罐机中的卷封滚轮也是包装执行机构。（5）成品输出机构。成品输出机构是把包装好的产品从包装机上卸下、定向排列并输出的机构。有的包装机械的成品输出是由主传送机构完成的或是靠包装产品的自重卸下的。东北大学毕业设计（论文） 第 2 章 立式袋包装机总体方案设计- 7 -（6）动力机与传动系统。动力机是机械工作的原动力，在包装机械中通常为电动机和空气压缩机，个别情况也有采用燃动机或其他动力机的。传动系统是指将动力机的动力与运动传给执行机构和控制系统，使其实现预定动作的装置。通常由传动零件，如带轮、齿轮、链轮、凸轮、蜗轮蜗杆等组成，或者由机、电、液、气等多种形式的传动组成。（7）控制系统。控制系统由各种手动、自动装置组成。在包装机中从动力的输出、传动系统的运转、包装执行机构的动作及相互配合以及包装产品的输出，都是有控制系统指令操纵的。它包括包装过程、包装质量、故障与安全的控制。现代包装机械的控制方法除机械形式外，还有电控制、气动控制、光电控制、电子控制、射流控制、PLC 控制和智能控制等，可根据包装机械的自动化水平和生产要求选择。（8）机身。机身用于安装、固定、支承包装机所有的零部件，满足其相互运动和相互位置的要求。因此，机身必须具有足够的强度、刚度和稳定性。 72.4 包装机的总体方案设计总体方案设计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的优劣有决定性的影响。很明显，倘若总体方案欠佳，即使在以后各阶段采取一些补救措施，也难以使它获得根本改观；设计是否有创新也主要取决于此阶段的工作。注重市场调查和预测，不断为满足新的需求提供新型包装机和包装自动线。继承与创造相结合，尽量采用先进技术，推陈出新，避免产出脱离实际或将被淘汰的产品。对于尚无确切把握的新方案，应进行必要的试验经验证可靠后方可着手正式设计。处理好使用与制造之间的关系，首光应满足使用要求，这是由工艺装备的特性决定的。现代包装机对制造提出了越来越高的要求，优良的制造、装配质量是提高机器的工艺性能、工作可靠性和使用寿命所必不可少的。 82.4.1 包装机的功能及应用范围包装机的功能，是指其所能完成的包装工序的种类；而应用范围，则是指其包装不同物品的能力，包括所能包装的物品的类型与所能采用的包装材料的种类。一般说来，减少功能和缩小应用范围，可以简化机器结构、降低创造成本、提高生产率、易于实现自动化。反之，增加功能和扩大应用范围，则可以一机多用、相对缩小占地面积、有利于扩大大机器制造批量，但结构复杂、成本高。 东北大学毕业设计（论文） 第 2 章 立式袋包装机总体方案设计- 8 -包装材料 成型 纵封物料 计量 装填横封分切成品图 2.1 自动制袋装填包装工艺流程自动制袋装填包装机所采用的包装材料为卷筒式包装材料，在机上实现自动制袋、装填、封口、切断等全部包装工序。这种方法适用于粉状、颗粒、块状、流体及胶体状物料的包装，特别以小食品、颗粒冲剂和速溶食品的包装应用最为广泛。其包装材料可为塑料单膜、复合薄膜等。对于不同的机型，可采用单卷薄膜成袋或两卷薄膜制袋形式，但主要以前者为多。此类包装袋型式有多种、而日常最常见的主要有几种：中缝式两端封口、四边封口以及三边封口等。对于不同的袋型包装机的结构也有所不同，但主要构件及工作原理是基本相似的。自动制袋装填包装机普遍采用的包装流程如图 2.1 所示。当然，根据不同的机型包装流程及其结构会有所差别，但其包装原理却大同小异。对于本次设计，以方便面调料包为范例，拟定包装机的基本参数，如下：包装速度 n =3060 袋/min ；包装容量 L150mL；制袋长度 =100200mm，为 100、150、200 三个级别；l制袋宽度 =5070mm 。m每天工作 1 班，预期寿命 10 年。2.4.2 包装机形式选择自动制袋装填包装机的类型有多种多样按总体布局分为立式和卧式两大类；按制袋的运动形式来分，有连续式和间歇式两大类。课题所需包装的为颗粒、粉末状的小剂量包装，需要进行包装速度、制袋长度、制袋宽度的调整，而且占地面积不宜过大。根据立式包装机设计紧凑合理、外形简单美观、调节便利、整体灵东北大学毕业设计（论文） 第 2 章 立式袋包装机总体方案设计- 9 -敏度高等特点，相对于卧式自动制袋装填包装机来说，立式包装整体上结构更为简单，更有利于优化设计，薄膜输送、补偿调节更为方便，更有利于小型包装袋的装填包装。立式制袋装填包装机的设计对于小型包装袋的生产有着更广泛的市场需求。因此，本课题主要考虑立式包装机的设计。根据市场调研、资料查询，立式包装机又有多种形式。 9（1） 立式间歇制袋中缝封口包装机此类机型包装原理如图 2.2 所示。卷筒塑料薄膜 3 经导辊 2 被引入成型器 4，通过成型器 4 和加料管 5 以及成型筒 6 的作用，形成中缝搭接的圆筒形。其中加料管 5 的作用为：外作制袋管，内为输料管。封合时，纵封器 7 垂直压合在套于内筒 5 外壁的薄膜搭接处，加热形成牢固的纵封。其后，纵封器回退复位，由横封器 8 闭合对薄膜进行横封同时向下牵引一个袋的距离，并在最终位置加压切断。可见，每一次横封可以同时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牵引下移时完成的。（2）立式双卷膜制袋和单卷膜等切对合成型制袋四边封口包装机此类包装机可制造四边封口的包装袋型。双卷膜制袋包装机采用两卷薄膜进行连续制袋，左右薄膜卷料对称配，经各自的导辊被纵封滚轮牵引，进入引导管处汇合。薄膜在牵引的同时被封合两边缘，形成两条纵封缝。在横封辊闭合后，物料由加料器进入，随后完成热封切断，分离上下包装袋。卷筒薄膜等切对合成型制袋包装机只采 用卷薄膜制袋，其制袋过程是先将薄膜对中等切分离，然后两半材料复合成型。其成型原理及性能比前者更优异。东北大学毕业设计（论文） 第 2 章 立式袋包装机总体方案设计- 10 -图 2.2 立式间歇制袋中缝封口包装原理1-供料器 2-导辊 3-卷筒薄膜 4-成型器 5-加料管6-成型筒 7-纵封器 8-横封牵引器 9-成品袋（3）立式连续制袋三遍封口包装机此类包装机的包装原理如图 2.3 所示。卷简薄膜 1 在纵封滚轮 5 的牵引下，经导辊进入制袋成型器 3 形成纸管状。纵封滚轮在牵引的同时封合纸管对接两边缘。随后由横封辊 6 闭合实行横封切断。同样，每次横封动作可同时完成上袋的下口和下袋的上口封合，并切断分离。物料的充填是在纸管受纵封牵引下行至横封闭合前完成的。这种机型是一种广泛应用的机型，因其包装原理的合理性和科学性而成为较多采用的设计方案。根据这一包装原理可设计出多种的袋型。例如，在如图 2.3 所示的基础上增加一对纵封滚轮，使两对纵封滚轮对称布置在纸管两边缘，同时进行牵引纵封则形成两条纵封缝，经横封后产生的袋型则为四边封口袋。采用这种制袋方法主要是以美观为出发点，因为增加的一条纵封缝在包装袋结构上是“多余”的称作“假封” ，但它却起到一种对称美的作用。东北大学毕业设计（论文） 第 2 章 立式袋包装机总体方案设计- 11 -图 2.3 立式连续制袋三边封口包装原理 图 2.4 中锋对接两端封口包装原理1-卷筒薄膜 2-导辊 3-成型器 4-加料器 1-薄膜 2-纵封滚轮 3-导向板 5-纵封滚轮 6-横封辊 7-成品袋 4-横封辊 5-成品袋另外，把图 2.3 中横封辊旋转 90°布置，使纵封的封合面与横封的封合面成垂直状态，则可产生另一种袋型(需配套合适的成型器 )，如图 2.4 所示。包装薄膜 1 经成型器放被纵封滚轮 2 牵引纵封，随后经过导板 3 并破与纵封面成垂直布置的横封辊 4 封合切断，形成一个中缝对折两端封合的包装袋，也就是平常所说的“枕式包装” 。在实际生产过程中，三种包装方式都应用十分广泛，对于本课题所设定的方便面调料包的包装，需要包装形式简单明了，可以去除仅为美观设计四边封口及中锋封口的连续包装形式，采用最为简单的在成型器作用下，单卷薄膜对着，三边封口的有效包装形式，尽可能的时所设计的包装机结构简单。选择立式连续制袋装填封口为本课题所需的基本包装形式。2.4.3 立式袋包装机原理分析通过调研资料查询，确定了包装原理为立式连续制袋装填包装。从而确定的立式袋包装机总体结构如图 2.5 所示。整体包括七大部分：传动系统、薄膜供送装置、袋成型装置、纵封装置、横封及切断装置、物料供给装置以及电控检测系统。如图 2.5 中所示，机箱 1 内安装有动力装置及传动系统，驱动纵封滚轮 11 和横封辊 12 转动，同时传送动力给定量供料器 4 使其工作给料。东北大学毕业设计（论文） 第 2 章 立式袋包装机总体方案设计- 12 -图 2.5 立式连续制袋装填包装机总体结构1-机箱 2-换挡手柄 3-电控柜 4-定量供料器 5-料仓 6-卷筒薄膜 7-退卷架 8-导辊 9-光电检测装置 10-制袋成型器 11-纵封滚轮 12-横封辊 13-卸料槽 14-调速旋钮卷简薄膜 4 安装在退卷架 7 上，可以平稳的地自由转动。在牵引力的作用下，薄膜展开经导辊组 8 引导送出。导辊对薄膜起到张紧平整以及纠偏的作用，使薄膜能正确地平展输送。袋成型装置的主要部件是一个制袋成型器 8，它使薄膜由平展逐渐形成袋型，是制袋的关键部件。它有多种的设计形式，可根据具体的要求而选择。制袋成型器在机上通过支架固定在机箱 1 上，可以调整位置。在操作中，需要正确调整成型器对应纵封滚轮 11 的相对位置，确保薄膜成型封合的顺利和正确。纵封装置主要是一对相对旋转的纵封滚轮 11，其外圆周滚花，内装发热元件，在弹簧力作用东北大学毕业设计（论文） 第 2 章 立式袋包装机总体方案设计- 13 -下相互压紧。纵封滚轮有两个作用，其一是对薄膜进行牵引输送；其二是对薄膜成型后的对接纵边进行热封合。这两个作用是同时进行的。横封装置主要是一对横封辊 12，相对旋转，内装发热元件。其作用也有两个：其一是对薄膜进行横向热封合。一般情况下，横封辊旋转一周进行一次或两次的封合动作。当每个横封辊上对称加工有两个封合面时，旋转一周，两辊相互压合两次。其二是切断包装袋，这是在热封合的同时完成的。在两个横封辊的封合面中间，分别装嵌有刃刀及刀板，在两辊压合热封时能轻易地切断薄膜。在所参考的一些机型中，有些机型横封和切断是分开的，即在横封辊下另外配置有切断刀，包装袋先横封再进入切断刀分割。不过，这种办法已较少采用，因为不但机构增加了，而且定位控制也变得复杂。物料供给装置是一个定量供料器 4。对于粉状及颗粒物料，主要采用量杯式定容计量，量杯容积可调。图示定量供料器 7 为转盘式结构，从料仓 6 流入的物料在其内由若干个圆周分布的量杯计量，并自动充填入成型后的薄膜管内。电控检测系统是包装机工作的中枢系统。在此机的电控柜上可按需设置纵封温度、横封温度以及对印刷薄膜设定色标检测数据等，这对控制包装质量起到至关重要的作用。东北大学毕业设计（论文） 第 3 章 立式袋包装机执行系统设计- 14 -第 3 章 立 式 袋 包 装 机 执 行 系 统 设 计3.1 执行系统方案设计3.1.1 执行系统组成执行系统是利用机械能改变作业对象的性质、形状、位置或对作业对象进行测量等。通常执行系统有多个机构和执行构件构成，执行构件与作业对象接触，实现工艺过程所需要的动作，而执行机构负责将传动系统传来的动力和运动变换为工艺所需要的运动和动力，并传递给执行构件去实现预期的功能。通常，执行系统处于机械系统的末端，是整个系统的动力和运动输出部分。因此，机械执行系统方案设计是机械设计的关键。对于所设计的立式袋包装机来说，执行系统就是接完成包装操作的机构，即完成制袋、装填、纵封、横封、切断、贴标等操作的机构。相对应的就是该机器的制袋成型器、定量供料器、纵封滚轮、横封辊等部件。制袋成型器完成的是卷筒薄膜的折叠，两边等距对折，经薄膜供送从系统送至纵封滚轮，纵封滚轮相对旋转，完成的是包装袋的纵封封合，与包装薄膜的牵引。最后至横封辊，横封辊完成包装袋的上下边的热封，在中间位置进行包装薄膜的上下边的切断，使上下两个成品袋分离，成品脱离后自由落至卸料槽，向外输送。3.1.2 执行系统设计内容执行系统设计过程包括：确定执行系统的一般功能，采用何种功能去实现这个功能，按照一定的方式将功能分解成若干功能单元，并确定采用何种机构来实现这个功能，完成个机构或构件之间的运动协调和执行构件的尺度设计；必要时还需要进行执行系统的精度、运动学、动力学分析，从多个方案中选出最佳方案。3.2 执行系统设计参考3.2.1 执行机构的基本运动一般来说，一个执行动作由一个执行机构来完成，但也有用多个执行机构完成一个执行动作，或者用一个执行机构完成一个以上的动作。在进行机械设备创新设计的过程中，就是采用各种基本机构，经过变型和组合之后来完成某种工艺动作或功能的。常用机构的执行构件的运动形式有回转运动、直线运动和曲线运动三种，回转运动和直线运动时最简单的机械运动形式。机构运动形式与相应的机构的关系见表 3.16所示。表 3.1 执行机构基本运动形式和可选机构类型序号 机构运动形式 可选的机构形式1 匀速转动机构 摩擦轮传动、齿轮、轮系、平行四边形机构、转动导轨机构东北大学毕业设计（论文） 第 3 章 立式袋包装机执行系统设计- 15 -2 非匀速转动机构非圆齿轮机构、双曲柄四杆机构、转动导杆机构3 往复移动或摆动曲柄摇杆机构、双摇杆机构、曲柄滑块机构、齿轮齿条机构4 间歇运动机构间歇转动机构（棘轮、槽轮、凸轮、不完全齿轮、连杆机构等） ；间歇摆动机构（摆动从动件凸轮机构） ；间歇移动机构（凸轮机构、行星轮机构）5 给定运动机构 各种铰接四杆机构3.2.2 执行机构运动变换的选型在确定执行构件的运动形式和某些运动参数（如行程）后，接着要考虑用何种机构来实现所需要的设计动作，即机构的选型及其综合问题。一般上，机构的选型多选用已经成熟的机构类型，这样做是为了减少设计工作量，便于设计加工零件，与此同时还可以根据设计需要进行一系列相关的创新。机构的选型时应该考虑的要求和主要条件有以下几项：(1) 运动规律 包装工艺要求执行机构按照某种规律运动，有时还要求运动规律在规定范围内做有级或者无级的调节。运动规律及其调节范围是机构选型的主要内容。(2) 运动精度 运动精度要求对机构选型有重要影响。例如，对运动速度和时间都有很高要求的部分，就不宜采用液压传动，反之若用近似直线运动来替代直线运动，或者用近似停留替代停留，可以扩大机构的选型范围。(3) 承载能力与工作速度 各种机构的承载能力和能达到的最大工作速度是不同的，因而必须个布局速度的高低、载荷的大小及其特征选用合适的机构。执行机构基本运动形式与可选机构的关系见表 3.1，执行机构的运动变换形式与可选机构形式的关系见表 3.2。3.3 立式袋包装机部件分析 如图 2.5 所示的总体结构中，立式袋包装机的执行系统包括：薄膜供送装置、袋成型装置、纵封装置、横封及切断装置、物料供给装置。本次设计中主要从袋成型装置、纵封装置、横封及切断装置三个方面进行详细分析介绍。表 3.2 执行机构运动变换形式与可选机构形式关系序号基本功能 结构示例1变换运动形式 转动与转动双曲柄机构、带传动机构、齿轮机构、不完全齿轮机构、槽轮机构、链传动机构等东北大学毕业设计（论文） 第 3 章 立式袋包装机执行系统设计- 16 -转动与摆动曲柄摇杆机构、摆动导杆机构、摆动从动件凸轮机构、棘轮机构等转动与移动曲柄滑块机构、直动从动件凸轮机构、螺旋机构、卷筒钢丝绳机构、齿轮齿条机构等摆动与摆动 双摇杆机构摆动与移动 正弦机构移动与移动 双滑块机构、移动凸轮机构2 变换运动速度 齿轮机构、摩擦轮机构3 变换运动方向 齿轮机构4 运动合成和分解 差动机构、双自由度机构5 运动状态断续 离合器、凸轮机构6 达到待定的位置或轨迹 平面连杆机构、连杆凸轮机构、行星轮系于连杆组合机构等7实现待定的功能（超越、微调、过载保护、锁紧、定位、放大等）超越：棘轮机构、定向摩擦机构、超越离合器保护：摩擦轮机构、摩擦带传动、超越离合器微调：螺旋机构、差动螺旋机构3.3.1 制袋成型器的设计袋立式成型充填封口包装机的三角袋有四个侧面，外形象粽子， 常用于包装小份量的咖啡，牛奶，袋乳品，蜂蜜，糖浆，果汁或者其他类 似的产品。因这种袋开口后还须保持原形而依然挺立，所以应该采用金属 或其他较厚的材料制成。 翻领式成型器由外表为领状而内表面为圆形的内外工作曲面组合而成，平张薄膜沿着翻领外表面翻折并沿着管子内壁下 降。当其强制通过该成型器后，其纵缝就互相搭接或者对接而形成筒状， 成型时运动阻力较大，容易造成拉伸等塑性变形，故对单层塑料薄膜的适 应性较差，而适用于金属膜或者其他较厚的材料。这种成型器广泛的应用 于立式充填封口机上，该设计中的袋宽尺寸通过更换成型器来实现。 薄膜在通过该成型器的时候应该力求不产生纵向与横向拉伸变形， 使成袋 的外形平整美观，符合制袋要求。因此，在设计翻领式成型器的时候，不 但要考虑形状和尺寸，更主要的在于确定其领口交接曲线，该设计中选用 圆形加料管翻领式成型器。东北大学毕业设计（论文） 第 3 章 立式袋包装机执行系统设计- 17 -图 2 圆形料管翻领式成型器的几何图形及参数关系图 如上图 2， 圆形料管翻领式成型器的几何图形及参数关系图， 为推导方便， 取直角坐标xyz，设料管的中心线为 Oz 轴，它同 xOy 平面的相贯线是以 r 为半径的一个圆。平张薄膜经过导辊引至成型器未折弯以前要求与 ABC 共面，则构成等腰三角形，且与 xOy 平面的夹角为 ，显然 D是 AB 直线 的中点，ACD=BCD= ,则 ACS 与 BCS 对 xoz 呈对称曲面，SCS 即为翻领式成型器的交接曲线。S 是该曲线的最低点，位于 x 轴上，c 为最 高点，在 xOy 平面上的投影点是 N，也位于 x 轴上。 若将 AC 任意延长至 T 点，依次作 TT'/Oy ，TE' / Oz ， CE / Ox，由此 得知 CET'， CTT'均为直角，且CT'T 与 ABC 共面， CET'与 xOz 共 面。在领口交接线上任取一点 P，连 PT，令 PT =f ， CT'=e ，P 点在 xOy 平面上的投影为 Q 点，令 NQ =u ， NOQ = f Ð= 。为求 PQ 与 u 的函数 关系，又令 CNh = ，PQz = ，并写出 P 点的坐标： cos xr f = ， sin yr f = ， () zu y = ，同理可以写出 T 点的坐标： cos t xre a =- ， t yetgb =- ， sin t zeh a =+ ，进而求得： 2222 ()()()ttt fxxyyzz =-+-+- 代入以上各坐标值则得： 2222 (coscos)(sin)sin() freretgrehu afbfay =-+-+- 通过解析作图法求解，得到交接曲线上任意点 P 的轨迹方程： 东北大学毕业设计（论文） 第 3 章 立式袋包装机执行系统设计- 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 - =- +- 设计中如果能首先确定袋子的净宽 b，料管半径 r，翻领三角平面的后倾 角 a 及其半顶角 b ，领口交接曲线的最大高度 h，则可以求得 e 值。再利 用公式（11）计算出与每一段弧长 u对应的在交接曲线上各点高度 Y () u ，便不难连成交接曲线（scs 为成型器的领口交接曲线）正确设计和制造成型器的关键点为：(1)尽量减少薄膜通过成型器所受的阻力，使薄膜不产生纵向或横向的拉伸变形以及皱折等；(2)确保薄膜自然贴合、无拉伸、无腾空地通过成型器，自然卷合，正确成型；(3)结构简单可靠，制造方便，调试容易；图 3.1 制袋成型器示意图对于所需设计的立式连续制袋装填包装机，结合各种成型器原理性质特点，象鼻成型器在是东北大学毕业设计（论文） 第 3 章 立式袋包装机执行系统设计- 19 -最适合应用于该机械上的成型器。象鼻成型器是在三角板成型器的基础上增加圆弧槽并作适当修正，再加以圆弧过渡。所以首先进行三角板成型器的分析。三角板成型器是一种简单的成型器，如图 3.2 所示。成型器呈倾斜状安装，安装角度为 。薄膜经成型器后对折，宽度为 a，2a 为薄膜宽。设 2 为三角板成型角，h 为三角板腰高。假设三角板厚度计且薄膜对折后紧贴，则可推导如下：在DEC 中， ，则bDCE, ;/sinba在ADC 中， 。,aAt故 （3-ti1）即 （3-sinarct2）图 3.2 三角板成型器参数计算图由图可见，薄膜受水平力 P 牵引时，会紧贴成型器沿 DC 方向移动。在端点 C 处速度为 ，cv因此 P 和 间形成一个压力角等于 。当 增大，即压力角增大，成型阻力也增大，薄膜易拉伸cv变形；反之，阻力减小，薄膜对折顺畅，但令三角板长度增加。一般取 =20º30º，因此可知30º。在设计时，一般先确定 ，然后再求出 。当 确定后可求出三角板腰高如下：(3-3)habhsinmx东北大学毕业设计（论文） 第 3 章 立式袋包装机执行系统设计- 20 -式中 为最大袋宽； 为三角板增长量，般取 3050mm。三角板的厚度与其尺寸及材料团maxh素有关，通常在 1020mm 间选择。三角板成型器的特点是适应性好，个成型器可适应多个袋宽规格，其设计制造方便，但调试较复杂。象鼻成型器的特点是在三角板成型器的基础上，增加圆弧槽并作适当修正，再加以圆弧过渡。其外形如图 3.1。相对应的三角板的安装角可取 =5º12º。圆弧槽半径取 R=(0.10.3) 。根据前文设定的参数，a得mm70max因此，取取 =7º ，R=(0.10.3) =14mm根据参数 ， 和 R 中象鼻成型器的系列规格参数可求出 值、h 值和 n 值，如图 3.3 所示。a图 3-3 象鼻成型器参数计算及其截面示意图6.9ºsinarct 4.1075i7imxhbh由图 3.3，（3-4 ）aRla2)(2得 （3-5 ）l571.东北大学毕业设计（论文） 第 3 章 立式袋包装机执行系统设计- 21 -令圆弧底部距 C 点距离为 n，则mm0.8571.Rl象鼻成型器的两边都带有护边，目的是防止成型器曲面过长而导致薄膜贴合不良面跑偏，影响翻折制袋。折边的宽度可取 m 3520mm。图 3.3 中，在 D 处，三角板离上顶面距离为 m。实际生产中，往往将 GD 段截断，在 G 处设置导辊将薄膜直接引入 D 处。图 3.4 象鼻成型器及展开图象鼻成型器的制造一般采用不锈钢薄板，要求外表面光滑乎整。其三角部分和圆弧槽部分可用整块板料卷曲而成，因为它们的展开宽度是相等的。图 3.4 所示是象鼻成型器结构及展开图，沿虚线卷折即可制得成型器，图中参数可通过计算加以选择。在表 3.3 中，列出了多种象鼻成型器的设计参数，这是实际应用中所设计的成型器。根据计算出的参数选择以最大带宽 b=70mm。所以，取参数 70mm， 173mm， 141mm， 108mm， 116mm， 53mm，befghi69mm， 108mm， 129mm， 45.5mm， 7.1 º。jkmnd在设计象鼻成型器时，除折边部分外，其宽度应与薄膜宽度大致相等。理想状态是：制造完东北大学毕业设计（论文） 第 3 章 立式袋包装机执行系统设计- 22 -工的成型器，其表面宽度比薄膜宽度大 0.5-1mm。这样可确保薄膜自然贴合成型器而不起皱。表 3.3 系列规格象鼻成型器设计参数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 热封方式的选择塑料袋的加热封口方法，大体上分为接触式和非接触式两大类。接触式应用最广，其封合的实质就是利用塑料薄膜本身所具有的热熔性和热塑性，使其封口部位受热、受压而相互粘合在一起。目前，这类热封方式虽己发展为很多种，但影响封口质量的因素大致是相同的，即加热温度、封合压力( 也有不加压)和作用时间。合理确定这些参数与许多具体条件有关。而且要靠实践摸索。 10以下介绍几种几种热封方式。（1） 接触式热封方法图 3.5 热板加压封合 图 3-6 热棍加压封合1-热板 2-封缝 3-薄膜 4-耐热橡胶垫 5-工作台 1，5-辊筒 2,4-薄膜 3-封缝热板加压封合