称重式粉料包装机设计

称重式粉料包装机设计1第 1 章 概 述概 述(一) 定量包装与计量法规定量包装商品是指由生产厂家、包装商按照一定重量包装好，并标称包装量的商品。定量包装商品量大面广、品种繁多，如何保证各类定量包装商品的净含量与标注量相符合，如何确定定量包装商品在包装、贮存、运输和销售过程中的损失量，保证消费者采购的商品不出现短秤少两的现象，这是计量监督部门面临的课题。据市场调查，定量包装商品的准确度远不能令人满意，近年来，在城市开展的计量调查结果显示:排除某些厂家为谋取暴利而采取非法的手段外，合格率仅为79.1%，特别是小定量包装商品存在的计量问题更为突出，北京市技术监督局对全市销售的定量包装商品抽查中发现，合格率仅为57%，有的标称为300克的商品竟少了37克，食品行业同样不容乐观。全套图纸加 153893706因此开展定量包装的计量工作具有重要意义，首先，保护消费者的利益，其次，规范商品市场，保护企业间的公平竞争。之所以存在诸多问题，究其原因，除有些生产厂家为获得非法利润，在计量上做手脚外，计量手称重式粉料包装机设计2段落后则是主要原因之一。客观上讲，目前定量包装技术还不是十分成熟，定量商品的计量精度还不能确保全部在规定的允差之内，这样，势必给生产厂家和消费者造成经济上的损失，甚至一些不必要的经济纠纷。做好定量包装商品生产企业的计量工作，特别小定量包装商品，除了计量监督部门的监督之外，还必须从企业的设备入手，提高企业的计量保证能力。在国际法制计量组织(0IML)制定的计量法规中，其中第87号国际建议是关于包装品的净含量的，明确地提出了以下规定要求:任何一批包装品的平均净含量都应等于或大于它们的标称净含量;每件包装品的净含量不应超出其给出的允差:对包装品的净含量作检验的不确定度应不大于五分之一允差;并有抽检批量包装品等内容。国家质量技术监督局先后制定颁布了零售商品称重计量监督规定和定量包装商品计量监督规定等条文，在规定中，按食品种类、价格档次等综合考虑，给出了定量包装商品的允许负偏差和批量定量包装商品的抽样方法、平均偏差允许值及单件超出允许负偏差的件数，每件定量包装商品的重量不能超出允许负偏差:成批定量包装商品的重量平均偏差应大于或等于零；检验设备的允差应不大于被检定量包装商品的三分之一负偏差;对成批定量包装商品作抽检所用的简易有效法等。和世界上许多国家一样，对定量包装商品的重量允差制定，颁布了不少行业标准，加以规范，约束实施，而且这些规定多数是严于国家标准的要求，制定的各级行业标准中，大多对定量包装的计量允差作了规定。重量允差除与重量有关，还与商品种类、行业、附加值、价格、称量设备和计量方法等有关，如：40千克袋装化肥的重量允差不大于0.4% ；25千克聚乙烯等不大0.3% ；600千克袋装聚酷碎片不大于0.2% ；100克袋装味精不大于1.5%，举不胜举。它们都比87号国际建议的规定要求高出许多倍。重量相同的商品其重量允差要求也有所不同。如:每袋重量都是100克，味精允差不大于1.5%:茶叶不大于1%；荧光粉不大于0.03%，因为荧光粉价格己与黄金价格不相上下。2001年国家质量技术监督局颁布了定量包装商品生产企业计量保证能力评价规定及定量包装商品生产企业计量保证能力评价规范，企业提出申请，质量技术监督部门组织实施核查，颁发证书，允许使用全国统一的计量保证能力合格标志“C“。提高企业自身的计量保证能力，不仅称重式粉料包装机设计3是国家法律及法规的要求，也是市场竞争的必然，更是企业长远发展的自身要求，这些条文的公开发布和实施，为科学公正、合理可行地进行法制管理提供了依据，为维护市场秩序、促进经济发展起到了应有的作用。（二）国内外研究现状及发展趋势称重式充填设备，国外在70年代中后期开始生产、使用，日本、美国等国家首先对机械设备进行了机电结合式的电子化改造，随着工业自动化、智能化水平的提高，设备有了快速的发展。我国始于1990年，十几年来，我国定量包装技术有了长足进步，但由于多为中小型企业，技术装备差、生产水平低、缺少资金和专业技术人员等先天性不足普遍存在，造成产品质量不稳定，可靠性差，性能落后、品种单一，更新换代周期长，在国内外市场缺乏竞争力。然而特别近几年对食品、粮食的小量程定量包装计量设备的研究，引起了广大关注，也是近期十分迫切的课题。进入90年代，发达国家定量包装机械的技术含量越来越高，日、德、美、意共同垄断了大约3/4的世界包装机械，相关配套设备十分齐全。国内这方面却较少考虑到。我国虽是一个包装机械生产大国，但在品种、质量观念、管理水平、工作效率等诸方面都与发达国家存在着一定的差距，这个差距还有可能进一步加大。紧跟当代高新技术革命的发展步伐，积极开发研制现代化的小量程定量包装机械及其配套设备，将是我们共同奋斗的目标。模块化 、智能化、自动化、高效能是现代小量程包装机械的发展方向，日本的包装机械中，称重传感器、步进电机、A/D转换器、装有专用集成块的印刷基板等几乎所有的智能部件均密封在集约的驱动单元内，单元通用性、互换性强，拆装方便；控制面板采用等离子触摸屏，清晰度高，易操作；高准确度的步进电机:可谓是现代小量程定量包装技术的典范。高科技含量产品，产生了现代化的效益，目前该类产品销量已占国际市场的70%。计算机技术、传感器技术、微电子技术、信息技术、新工艺、新材料将以群体综合方式应用于包装机械，尤其反映在现代小量程的计量设备方面。（三）论文要解决的问题本课题目标是研制出一种既能够实现产品称重、达到质量控制的目的，而价格相对又具有优势的快速包装装置。其主要技术指标在于包装称量的称重式粉料包装机设计4速度与精度，精度达到定量包装商品计量监督规定的要求：称量的速度达到40-60包/分；称重及显示范围为150-1000克。技术路线为:选用一种合适的高质量的称重传感器，把机械量转换为电量;将低值毫伏电信号进行放大至0-5伏，然后通过A/D电路将模拟量转换为数字信号送至单片机的A/D接口:选取合适的单片机类型，将其并口连接输入设备如键盘或触摸屏，以及输出设备如数码管或液晶显示器，并编制软件程序，通过控制元件来实现动作；选择合理的执行机构，完成物料的称重操作。其技术关键在于称重传感器的选择;放大电路的设计:硬件设计；软件编程；执行机构的选择;产品成本的降低等诸多环节。此类称重式充填设备集传感器技术、计量技术、自动控制技术、计算机软硬件技术于一身，主要应用于食品工业的粉状、颗粒状物料的定量包装过程中的质量控制，同时产品应具有较高的速度、精度及可靠性，此类进口设备昂贵的价格，使许多国内小包装商品生产厂家难以接受，因此，当前我们的任务就是:加大科研开发力度，尽早实现国产化，采用机电一体化和自动化控制技术，注意提高通用件的质量，提高工艺水平，开发出可靠性好、速度快、准确度高、综合性强的小量程称重包装设备，满足广大市场的需要，在保证现代化企业的计量能力方面发挥重要作用。1.1 包装机械化的重要意义近半个多世纪以来，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，受到人们的普遍重视。现在包装的基本定义是：对不同批量的产品，选择某种有保护性，装饰性的材料或包装容器，并借助适当的包装方法实现包装作业，以达到规定的数量和质量，同时设法改善外部结构，降低生产成本，从而在流通到消费的过程中使之容易储存搬运，防止产品破损变质，便于识别回收和利用，有吸影力，广开销路，不断促进扩大再生产。无论在国外或国内，包装工程已经涉及到各行各业，面广量大，对人民生活，国际贸易和国防建设到带来了深刻的影响，甚至在现实生活中出现了过去难以想象的新情况：未经包装出售的商品越来越少，而且包装上称重式粉料包装机设计5的失败往往会使好的产品得不到好的销售。因而不妨这样说，在将来，没有现代化的包装就没有商品的生产和销售。可是如果没有先进的工业与科学技术的综合发展，也不可能出现现代化的包装工程。迄今，一些科技发达的国家，在食品，医药，轻工，化工，纺织，电子，仪表和兵器等工业部门，已经程度不同地形成了由原料处理，中间加工和产品包装三大基本环节构成的包装连续化和自动化的生产加工过程，有的还将包装材料加工，包装容器成型和包装成品储存系统都联系起来组成高效率的流水作业线。再者，为使包装产品更好地进入流通领域，大都配有专门的自动化仓库，并采用托盘集装箱运输。大量事实表明，实现包装的机械化和自动化，尤其是实现具有高灵敏度和高灵活性的自动化包装线，不仅体现了现代化生产的方向，同时也可以获得较大的经济效益。（1）能增加各种品种，改善产品质量，增加市场竞争力。现代包装机械所能完成的工作已经远超过了简单地模仿人的动作，甚至可以说在很多场合用巧妙的机械方法包装出来的产品，不论在式样，质地或精度等方面，大多是手工无法胜任的。（2）能改善劳动条件，避免污染危害环境。对一些特殊的包装物品，实现包装的机械自动化，便可以大大改善操作条件，避免污染危害环境。至于对需要进行长期，频繁，重复的以及其他笨重的包装工作，如果能实现机械化和自动化，则可以大大减轻体力劳动，增加工人健康和提高生产效率。（3）能节约原材料，减少浪费，降低成本。有一些粉末，液体在手工包装过程中容易发生起泡，飞溅，外泄等现象，如果改为机械包装则会大大减少损失。（4）能提高生产效率，加速产品的不断更新。机械包装反对生产能力往往比手工包装提高几十倍，甚至是几百倍，这样将会更好地适应市场的实际需要，合理地安排劳动力，为社会创造更多的财富。1.2 包装机械的主要特点及发展动向称重式粉料包装机设计6包装机械的作用是给有关行业提供必要的技术装备，以完成所需要的产品包装工艺过程。为了对包装机的发生和发展找出规律性认识并制定出适当的对策，有必要深入地了解它的一些特点：一 包装机械是特殊的专业机械。包装机械是特殊的专业机械，种类很多。包装物品不仅花色品种多，而且多数是可以变化的。而且人们对包装还提出更高的要求，从而使得包装机械不断地提高和改进。包装不单作为一个独立的工业部门已经取得的惊人的发展，同时也逐渐地成为一门崭新的综合科学。二 在发展专用机械的同时，积极开发通用包装机械。包装机械在发展专用机械的同时，为满足现代包装的实际需要正在不断扩大其通用能力，积极开发新型的通用包装机。研制通用包装机的目的，一是适应被包装物品，材料和包装形式的多样化，二是要照顾制造使用单位的技术力量，设备配置和生产成本。所以人们越来越重视包装机的通用性。三 包装机械日趋联动化，高速化，自动化包装机械日趋联动化，高速化，自动化，并相应提高自动化水平，使设备功能逐步完善。实践表明，搞好包装机械自动化不单脱离不开机电液气等常规技术手段的相互配合，同时还必须了解和掌握有关尖端技术，尽量吸收和改进包装机械确有的价值，使之保持一定的生命力。1.3 包装机械的组成与分类包装机械由动力机，传动部分和执行部分等构成。为便于掌握和研究包装机械的工作原理与结构性能，通常又将包装机械分成以下 8 个组成要素。一 被包装物品的计量与供送系统被包装物品的计量与供送系统是指将被包装物品进行计量，整理，排称重式粉料包装机设计7列，并运输到预定的工位的装置系统。有的还完成被包装物品的成型和分割。二 被包装材料的整理与供送系统包装材料的整理与供送系统是指将包装材料进行定长切断或整理排列，并逐个输送到预定的工位的装置系统。有的在供送过程中还完成制袋或包装容器的竖立，定型，定位。三 主传动系统住传动系统是指将包装物品和包装材料由一个包装共位传送到下一个工位的装置系统。单工位包装机则没有主传动系统。四 包装执行机构包装执行机构是指直接进行裹包，填充，封口，贴标，捆扎和容器成型等包装操作的机构。五 成品输出机构成品输出机构是指将包装品从包装机上卸下，定向排列并输出的机构。有的机械的成品输出由主传动系统完成或靠重力卸下。六 动力机与传动系统动力机与传动系统是指将动力与运动传递给执行机构和控制元件，使之实现的预定动作的装置系统。七 控制系统控制系统由各种自动和手动控制装置等组成，是现在包装机的重要组成部分，包括包装过程及其参数的控制，包装质量，故障与安全的控制等。八 机身机身用于支撑和固定有关零部件，保持其工作时要求的相对位置，并起一定的保护，美化外观等作用。1.4 我国包装机械工业的概况及展望目前我国包装机械行业水平还不够高，包装机械市场日趋垄断化，我国除了瓦楞纸箱包装机械和一些小型包装机有一定规模和优势外，其它包称重式粉料包装机设计8装机械几乎不成体系和规模，特别是市场需求量大的一些成套包装生产线，在世界包装机械市场中均被几大家包装机械企业集团所垄断。预计，随着国外企业进入我国市场，国内一些无竞争力的包装机械企业将被国外企业收购、兼并或破产。一些包装产品将被几家大企业所垄断，并且垄断的范围将逐渐扩大。所以我国目前包装行业“小而全”、“大而全”的格局与专业化的发展趋势十分不相适应，应尽快调整这种不合理的企业结构。比如不再由包装机械厂生产零部件，而是由一些通用的标准件厂生产；某些特殊的零部件由高度专业化的生产厂家生产；真正有名的包装机械厂将可能是组装厂，这是因为包装机械很多控制部件或结构部件与通用设备相同，可以借用。长此以往，使包装机械零部件生产日趋专业化。包装机械的最终目的在于提高生产率和产品多样化。这就使得包装机械产品规格朝着两极化方向发展，即多功能与单一高速。一些大型企业，诸如可口可乐和百事可乐的产品要源源不断地销往世界各地，在包装产品时要求效率非常高，强调的是速度和质量。由此可见，实现包装机械化和建立现代化包装工业，是关系到国家长远规划的一件大事，也是搞好社会主义现代化的一项重要内容。因此，只有紧跟当代高新技术革命的发展步伐，积极开发研制现代化的包装设备，才能使我国包装机械行业的整体水平得以提高。第 2 章 总体方案设计2.1 设计包装机的基本要求目前，包装机械的发展趋势：一是增加功能；二是提高通用能力，也就是说机型要求相对稳定，仅通过改变个别包装执行机构就能生产多种袋型、充填多种物料的产品。这样就可能最大限度的发挥设备的潜在性能，以满足用户多方面的实际需要。纸、铝箔、塑料薄膜及复合材料等，因具有良好的保护物品的性能，而且来源丰富、质轻、价廉，又易于印刷、成袋封口、开启和回收处理，被制成的产品包装袋轻巧、紧凑、美观、实用，已成为软包装常用的材料。称重式粉料包装机设计9尤其是塑料薄膜及复合材料，由于质地柔软、透明度高、气密性强，应用日益广泛，近二十年来已迅速扩大到食品、日化、医药、农副产品加工等生产部门。袋装产品，既有几克乃至几十克的小袋，也有近千克的中袋和几十公斤的大袋；包装对象有粉粒体、胶体、液体、气体和大块物体，而且袋装与传统裹包、灌装等包装形式相互渗透，有的甚至取而代之，这也促进了袋装机械的不断更新与发展。对设计包装机的基本要求，有以下几个方面。1包装机的功能与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。一般来说，减少功能和缩小应用范围，可以简化机器结构、降低制造成本、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、有利于扩大机器制造批量，但结构复杂、成本高。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，它既与被包装物品、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成熟度有关。就包装机而言，主要考虑以下两个方面：1） 包装成品的质量。其一是包装工序完成后的质量，如裹包的紧密程度，计量精度，封口的牢度和密封性等；其二是包装过程对包装质量的影响，如被包装物品和包装材料由于受到摩擦、振动、包装工艺力以及环境污染等机械和化学作用，对包装内在和外观质量的影响。在任何情况下对质量的影响都不应超过允许的程度。2）被包装物品和包装材料的损耗。在机械包装过程中，由于片状、块状物品的变形损坏，粉状、颗粒状物料的飞扬散落，液体物料的滴漏溢出，包装材料的撕裂破损，以及缺少自动控制引起多余供料、包装不良等原因所造成的各种损耗，通常总是难以避免的，所以应从包装工艺设计、机型选型、结构设计、自动控制及制造精度等方面综合采取有效措施，以降低这称重式粉料包装机设计10些损耗，提高包装正品率。（2） 生产率常用的是计件生产率，即单位时间内所产生的包装件的件数，又称为理论生产率。在实际生产中，开机前后的准备和结束工作时间，添加包装材料及发生故障时所造成的生产停歇时间，以及出现空位和废次品等的损失时间总是难免的，因此，实际生产率总是小于理论生产率。所以，有的工厂为管理方便，常用一个工作班次内所能包装的产品的重量或数量来表示包装机的生产率。生产率愈高，对机器的制造精度、零件材料的选用、润滑条件、自动控制等的要求愈高，同时对包装材料的要求也愈严格。应根据生产规模、技术可能及经济合理性来确定生产率的高低。提高生产率的措施，主要有缩短辅助操作时间、分散包装工序、增加执行机构头数、合理拟定执行机构运动规律和提高制造精度等。3自动化和自动控制现代科学技术的发展为包装机的自动化和自动控制提供了先进的技术手段，同时也对它提出了更高更新的要求。在确定所设计的包装机的自动化程度和自动控制方案时，应根据具体情况区别对待。既要尽量采用先进技术、赶超国际先进水平，又要结合我国国情、讲究经济效益、便于推广应用。4制造与维修在满足使用要求的前提下，应尽可能使制造与维修方便。可采取以下两方面的措施：1） 提高包装机的系列化、零部件的通用化和标准化的程度。提高“三化”程度是我国的一项重要的技术政策，也是包装机械的一个发展方向。2）改善结构工艺性机械的结构工艺性，由零件的结构复杂程度、加工表面数量、精度要求、对制造单位的适应能力、零部件的可拆性及标准化、通用化程度等来评定。结构工艺性差，不仅使制造成本增加，而且还使制造和维修周期延长，甚至难以达到预定的加工要求。称重式粉料包装机设计115操作条件与工作可靠性包装机的操纵、装卸物料、排除故障、维护保养等工作应省时、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。此外，防误动作、过载保护、故障报警和自动停机等。包装机对环境的污染不仅使操作条件恶化，而且还会影响机器的使用性能和寿命。尤其是噪音，必须严加控制。一般要求生产车间的环境噪音不超过 90dB(A)，单机噪音不超过 85dB(A)。控制噪音，首先要设法降低主要噪声，如减小激振力，降低声源系统中振动辐射部件对激振力的响应等。另外，采用噪声隔离和吸声装置以控制噪声的传送，也是一种简单而有效的办法。工作可靠性是评定包装机质量的重要指标之一。若可靠性低，必然降低机器的效率，增加操作的困难，对组成包装自动线的包装机尤应重视。6经济性及其他在设计时，要注意到经济性问题。这就要求制造成本低，功率消耗少，使用寿命长，运输、安装、维修方便和生产率高。此外，包装机的占地面积小，外型应美观。这同操作条件、机械结构、产品销售均有密切关系。美观的外形和协调的色彩可以提高市场竞争能力。包装机按包装袋来源分为制袋式和给袋式两种，前者自动化程度高，技术要求也复杂，某些特殊形状的袋型采用后者较为理想。根据制袋成型的机理，制袋式包装机的机型又分为折弯、折叠、对合及截取成型等几种。2.2 供料方案的选择与比较供送系统是现代包装机械不可缺少的组成部分，也就是说是整个设备的“咽喉” ，其结构与工作性能的好坏，对提高成品质量、生产效率和自动化水平均起重要作用，并对整体布局产生直接影响。包装机械的供送对象一般是指包装物品、包装容器和包装材料如板片、卷带等。这些对象不仅大小、形态、性质千差万别，而且初始给料方式和称重式粉料包装机设计12送至包装工位的要求也不尽相同，需配备相应的供送系统才能实现良好的工艺效果。通常，包装物品按其状态可划分为液体、粉体、散粒体、呈刚性或半刚性的条状及块状体，如啤酒、味精、药丸、铅笔、卷烟、香皂、面包等。包装容器虽五花八门，但外形大都比较规则，如玻璃瓶、金属罐、塑料盒、瓦楞纸箱等。上述的包装物品和包装容器，既然存在许多相似之处，以至所需的供送系统往往带有一定的通用性。由于板片、卷带等包装材料多属于柔性、半刚性的金属或非金属材料，与包装物品和容器差别较大，显然，其供送系统必另具特点。 2.2.1 槽式电磁振动给料器其优点：类型多样，结构简单，轻巧紧凑，容易制造，适用性强，性能可靠，调节方便，可以遥控，耗电较少，无需润滑，经久耐用，成本不高。总之，1）上料平稳，因工件的上料靠微小的振动，没有强烈的搅拌、撞击、摩擦等现象。2）上料速度快。3）通用性广4）简单耐用。由于电磁铁取代了电动机、变速箱、齿轮等，没有机械传动装置，没有摩擦运动部件，故结构简单，不需要润滑，易与维护。其缺点：1）不能运送有油污、水渍、很轻的薄片和细小工件。2）有时有噪音及振动。电磁振动给料器是一种颇有发展前景的散体供送装置，而且为包装生产过程自动化创造了良好的条件。1构造及特性称重式粉料包装机设计13图 1 槽式电磁振动给料器1.料斗 2.料槽 3.主振板弹簧 4.底座5.隔板橡胶 6.铁芯线圈 7.衔铁 8.称料斗料槽是同物料直接接触的主体部件，多用不锈钢板或铝合金板（厚约1.22mm）制成，横截面呈凹形，以便承载物料和增加结构钢度。料槽的外壳尺寸主要取决于工作条件，需定向的采用窄槽，否则宜用宽槽。当生产能力不变时，槽宽大体上与物料密度、料层厚度、供送速度成反比。然而过多地增加料层厚度往往会引起供送速度的下降，所以通常取料层厚度为 1020mm，相应的流速为 520mmin。如果槽式电磁振动给料器仅起排料作用，则料槽的有效长度应根据下料口的高度和物料自然坡角来确当，以保证停机时不让内存物料从振动料槽的开口自动流出。为此，对于短槽最好将其底部做成水平的；对于长槽，为加速供料也可以做成向下倾斜的，但此角度必须小于物料同槽底的摩擦角，一般在 100以内。整个料槽的工作表面应保持平滑光整，以防止粉料产生结疤。在料槽与底座之间固连着两组或四组主振板弹簧。将各片组装时应留有适当的间隙，以免互相接触产生摩擦和噪音。该弹簧对底座的斜置角（即与铅垂线的夹角）一般为 20025 0。设计时要求电磁铁的激振力作用线与板弹簧垂直交叉，且通过整个槽体的合成重心，保证在工作过程中料槽不扭振，物料不偏流。铁芯与衔铁的气隙要大小适中，并能根据主振体的振幅的变化加以适当调整。矩形铸铁底座的下部对称分布四个或更多个橡胶弹簧，可对机座起隔振作用。2.2.2 带式输送机带式输送机运行可靠，输送量大，输送距离长，维护方便，适用于冶金、矿山、煤炭、港口、电站、建材、粮食等部门，是最常见的连续运输设备。带式输送机可分为通用型和特殊型两大类。DT型、TD75 型，QD80 轻称重式粉料包装机设计14型固定式带式输送机可广泛用于冶金、矿山、煤炭、港口、电站、建材、粮食、化工、轻工，石油等各个行业。根据输送工艺的要求，可以单机输送，也可以多台或与其它输送机组成水平或倾斜的输送系统。可输送松散密度为 0.52.5t/m3 的各种散状物料及成件物品。固定式带式输送机适用的工作环境温度，一般为-25+40。对于在特殊环境中工作的带式输送机，如要具有耐热、耐寒、防水、防腐、防爆、阻燃等条件，可另行采取相应的防护措施。输送机允许输送的物料块度取决于带宽、带速、槽角和倾角。当输送硬岩时，带宽超过 1200mm 后，一般应限制在 350mm 以内，而不能随带宽的增长而加大。皮带输送机运用输送带的连续或间歇运动来输送各种轻重不同的物品，既可输送各种散料，也可输送各种纸箱、包装袋等单件重量不大的件货，用途广泛。其结构如图 2 所示：图 2 DT型带式输送机整机结构1头部漏斗； 6输送带； 11螺旋拉紧装置； 16电动机； 2机架； 7承载托辊； 12尾架； 17液力偶合器； 称重式粉料包装机设计153头部清扫器； 8缓冲托辊； 13空段清扫器； 18制动器；4传动滚筒； 9导料槽； 14回程托辊； 19减速器；5安全保护装置；1O.改向滚筒； 15中间架； 20联轴器；输送带的材质有：橡胶、橡塑、PVC、PU 等多种材质，除用于普通物料的输送外，还可满足耐油、耐腐蚀、防静电等有特殊要求物料的输送。采用专用的食品级输送带，可满足食品、制药、日用化工等行业的要求。结构形式有：槽型皮带机、平型皮带机、爬坡皮带机、转弯皮带机等多种形式，输送带上还可增设提升挡板、裙边等附件，能满足各种工艺要求。输送机两侧配以工作台、加装灯架，可作为电子仪表装配，食品包装等装配线。驱动方式有：减速电机驱动、电动滚筒驱动。调速方式有：变频调速、无极变速。机架材质有：碳钢、不锈钢、铝型材。设备特点：输送平稳，物料与输送带没有相对运动，能够避免对输送物的损坏。噪音较小，适合于工作环境要求比较安静的场合。结构简单，便于维护。能耗较小，使用成本低。2.3 搅拌器的选择与比较由于洗衣粉等颗粒易受潮而引起结块，从而影响称重以及包装效果。故需要在进料口处设置及安装搅拌机构，使洗衣粉颗粒减少结块，均匀颗粒，流畅进料。安装方式搅拌器有多种安装方式：立式安装、偏心式搅拌、倾斜式搅拌、底搅拌、卧式容器搅拌、旁入式搅拌。考虑到包装机的总体布局，选用立式安装及底搅拌。以下对这两种搅拌方式作比较。立式安装将搅拌装置安装在立式设备筒体的中心线上，驱动方式一般为皮带传称重式粉料包装机设计16动和齿轮传动，用普通电机直接联接或与减速机直接联接。其优点：类型多样，结构简单，轻巧紧凑，容易制造，适用性强，性能可靠，调节方便，易与标准化生产，叶轮处的粘积物料易于清洗与检修。从功率方面看，可从 0.1KW 到数百 KW。但在实际运用中，常用的功率为 0.222KW，有人统计这种范围内的电机数量约占电机总数量的一半。一般认为功率 3.7KW 以下为小型，5.522KW 为中型。转速低于 100rpm 为低速，100400rpm 称中速，大于 400rpm 称高速。底搅拌搅拌装置在设备的底部，称为底搅拌设备。底搅拌设备的优点是，搅拌轴短、细，无中间轴承，可用机械密封，易于维护、检修、寿命长。底搅拌比上搅拌的轴短而细，轴的稳定性好，既节省原料又节省加工费，而且降低了安装要求。所需的检修空间比上搅拌小，避免了长轴的吊装工作，有利于厂房的合理排列和充分利用。由于把笨重的减速装置和动力装置安装在地面基础上，从而改善了封头的受力状况，同时也便于这些装置的维护和检修。底搅拌装置安装在下封头处，有利于上封头接管的排列与安装，特别是上封头带夹套、冷却气相介质时更为有利。底搅拌有利于底部出料，可使出料口处得到充分的搅拌，使输料管路畅通。底搅拌虽然有上述优点，但也有缺点，突出的问题是叶轮下部至轴封处的轴上常有固体物料粘积，时间一长，变成小团物料，混入产品中影响产品质量。为此需用一定量的室温熔剂注入其间，注入速度应大于聚合物颗粒的沉降速度，以防止聚合物颗粒结块。另外，检修搅拌器和轴封时，一般均需将釜内物料排净。搅拌器的选型各种搅拌过程对搅拌的要求有共性，而各种搅拌器的性能也有共性，这样往往是适于某一种搅拌操作的可能有几种形式的搅拌器，而同一种搅拌器也可用于几种搅拌过程。当然严格地说，还是各有所长的，诸如黏度高低、容积大小、转速范围等等，都会影响搅拌器使用的效果。目前的选型方法多数是根据实践经验，选择习惯应用的桨型，再在常用范围内决定搅拌器的各种参数。称重式粉料包装机设计172.4 门的开启选择与设计在间歇式称重中，称斗与排料装置一般都是组合在一起的，常用的排料方式有控制式和非控制式两类。对于吸潮性、黏结性强而流动性差的物料，排料后称斗内往往会残留一点物料。这不仅影响前一次称重，同时也影响以后的称重。为了消除这种弊病常用控制式排料方法。控制式排料是每次排料后，根据称斗内残留物料的增减，重新修正量值来进行计量，或直接控制称斗的排料量来确定所称的物重。因此每次计量都要进行二次称重，并需设置一套比较繁杂的调整控制系统。非控制式排料是将称斗底部的活门打开，利用物料自重自动排出称斗。这种排料方式多用于流动性较好的散颗粒物料。通常，称斗底部活门按不同的结构和动作方式，大体上有如图 3 所示的几种类型：双侧摆式活门、单侧摆式活门、下摆式活门、翻转式活门、直移式活门、对开门式活门等。图 3 活门结构简图下摆式活门结构简单，性能可靠，经久耐用，供料速度快，灵活可靠，成本不高，维护方便。而直移式活门对物料有阻挡，供送速度较慢，且液压缸活塞杆对搅拌器的安装有阻挡作用。通过以上分析与比较，我选用下摆式活门。称重式粉料包装机设计182.5 称量系统选择与设计包装计量通常是物料包装的一道重要工序。根据物料特点和生产需要，被包装物料可按其实重、容积、个数进行计量，大多应用于如下三种场合：（1） 在一定计量误差范围内，将被包装物料分割成若干规定量的部分。这是包装计量中最常用的。（2） 对被包装物料按规定量直接进行计量。这纯属度、量、衡的范畴。（3） 对已计量的物料或包装成品进行检验，以测定和区别其计量精度。它主要用来分类或选别。在自动包装的情况下，计量装置可以是包装机的一个组成部分，也可以是单独的计量机。一般说来，它是一种机、电、气结合、自动化程度较高的装置或设备。实用中，计量工作的好坏将直接影响包装产品的质量。按照包装工艺要求，计量应能达到准确、快速、经济的效果。为此，首先要了解被包装物料的物理、化学等特性，并进一步分析各种计量方式及装置的特点，以便合理地设计和选用。常用计量方法包括：计数法、定容法、称重法等，以下对定容和称重作出比较。2.5.1 定容法定容法广泛用于密度稳定的粉状、颗粒状、膏状物料的计量。一般来说，定容法计量装置具有结构简单、造价低、计量速度快等优点，但计量准确度较低。定容法计量常用量杯式、螺杆式、柱塞式等装置。1. 螺杆式称重式粉料包装机设计19螺杆式定容装置实质上是一种螺旋给料器。如图 4 所示，料由料仓经传送带 1 进入垂直螺旋给料器 5，借搅拌器 4 搅拌后由输出导管 8 流出。料位图 4 螺杆输送式定量包装机1.传送带 2.电机 3.电磁离合器 4.搅拌器5.计量螺杆 6.闸门 7.漏斗 8.导管 9.料斗检测器检测料位高度并控制进料量。摩擦式电磁离合器用来控制螺杆的转角，同时用闸门 6 来控制出料口的开度，以实现定容计量。螺杆充填机的漏斗状料斗里有一个旋转的螺杆，它以恒速送出一定的物料。螺杆一般是竖直地安装在漏斗中，送料管则向下直接对准容器。当容器到位后，传感器发出信号使电磁离合器合上，带动螺杆旋转。料加好后，离合器脱开，制动器使螺杆停止转动，物料停止流下。充填的体积完全由螺杆的转动圈数决定。有的螺杆充填机带有定时机构，每充填一次就使螺杆按预定的速度转动一定的时间；也有的充填机是以每次充填时螺杆的转动圈数来计量的。离合器和制动机构的灵敏度可使螺杆的速度控制在 1/200 转之内，或在时间上控制在 1/200s。螺杆充填机一般均具有手动或自动两种工作方式，用户可根据习惯自行选择使用。称重式粉料包装机设计202.5.2 称重法有的物料易受潮结块，颗粒大小不均匀，密度的变化幅度较大，或者如贵重物料（咖啡、药剂颗粒、各式化妆品） ，在这种情况下，可采用称重法来保证计量精度。1称体称体是称的主要部分，常用的有杠杆式、弹簧式及组合式。杠杆称是利用杠杆平衡原理制成的。这种称由于具有计量精度高、结构简单、调整维修方便等优点，目前仍在使用。但是它的计量平衡过程较慢，运动位移量较大，所以不能用于动态称重。弹簧称是利用弹簧变形量与给料量成正比的关系而制成的。如用来比较法称重，有助于减少秤体运动部分的位移量。就弹簧式称体的称重精度来说，虽不及杠杆式称体，不过在包装计量中一般也能达到千分之一左右的精度，其称重所需的平衡时间也较短。但是弹簧式称体的配重装置不仅复杂，也较难调整，往往由于设计不当而影响称重精度。2. 传感器称重传感器将检测的位移量转化为相对应的脉冲电信号。根据输出的电信号，可借继电器、电磁阀、伺服电机、步进电机等来控制给料器的加料和断料。作为称重检测用的传感器，目前常用的有电阻式和电感式两种。电阻式传感器就是利用一定的方式将被测量的变化转化为敏感元件电阻值的变化，进而通过电路变成电压或电流信号输出的一类传感器。可用于各种机械量和热工量的检测，它结构简单，性能稳定，成本低廉，因此，在许多行业得到了广泛应用。电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化，从而导致线圈电感量改变这一物理现象来实现测量的。电感式传感器具有结构简单、 感应灵敏（若铁芯对线圈有 0.01mm 的位移量，便能感应出约6mV 的电压变化量） 、输出功率大、测量精度高等优点，与弹簧称相配合，可用于比较法称重。称重式粉料包装机设计21根据以上分析与比较，我选用电阻式称重传感器。2.6 开斗结构设计开斗结构应该结构简单，性能可靠，使用方便，易于维护。开斗机构的作用是当物料称好后将料门打开，使物料排除，其结构如图 5 所示。图 5 开斗结构简图1.磁性接近开关 2.步进电机 3.检测片 4.摇杆5.拉杆 6.开斗杆 7.底座 8.称斗其工作原理：接近开关 1 用于检测摇杆的位置，正常情况下，当检测片 3经过接近开关时，其间距为 12mm，此时接近开关上的小灯亮，开斗电机应处于停止位置，开斗杆 6 离称斗下部距离为 35mm,如此时开斗杆碰到称斗，则会影响计量精度。该开斗机构结构简单、性能可靠、灵活方便，维护方便。而对开式开斗结构简单，轻巧紧凑，容易制造，适用性强，性能可靠。但是这种开斗设计更适合大物料的称重，考虑到成本问题，故我用前者。2.7 热封机的选择称重式粉料包装机设计222.7.1 热封机的原理间歇式横封器常用的加热封口方法有脉冲式、热板式、熔断式和高频式等。可按不同的包装材料选用。作为热封体却是板状的。图 6 脉冲加热横封器1.电热丝伸缩补偿装置 2.弹性伸缩装置 3.冷风喷嘴 4.绝缘片5.热封扁丝 6.聚四氟乙烯片 7.切割圆丝 8.排气夹板图 6 所示为脉冲加热的横封器。它用脉冲电通过扁丝 5 使其发热封合袋缝，而用圆丝 7 切割成塑料包装袋，同时从冷风喷嘴中喷出气流强制冷却，还设有弹性伸缩装置 2，用来补偿电热丝的热张冷缩。横封体的下方联结一对排气夹板 8，在热封过程中用来排出袋内的残留的一部分空气。若用冷却水强制冷却，效果较显著。热板加热式横封器。每只热封体上配有上下两条热板 2，若干只加热元件 4，测温元件 3 以及切刀 1 等。常热式恒温控制。常用的加热元件是电阻式电热管，这种加热元件构造简单，价格便宜，但使用中热板全长上热量不易均匀，能耗较大。近年来，国外已研制成功了液体工作介质电热管，这种加热元件是以铜、铝、不锈钢、镍、钨、和钼等为原材料制造的中空负压金属管内，装入液体工作介质经密封而成。液体工作介质可以是氦、氮、氨、氟、乙醇、水、汞和钠等。由于这种加热元件的采用，热板能迅称重式粉料包装机设计23速均匀加热，温度波动大大降低，节约能耗 20，有利于提高封口质量和速度，引起了包装行业的重视。高频加热式横封器的截面图。它有左右两只电极 2、4，其间通入高频电流加热。在电极两外侧各配置一对弹性夹板 1，以利减少电极合拢时的刚性冲击和对封口缝的拉力。电极表面胶粘着环氧板及聚四氟乙烯编织物作为耐热、绝缘、防粘材料，当薄膜偶尔被热穿时，可防止高频加热切刀 3与电极 4 直接接触而产生的电火化现象。图 7 FK900 连续塑料封口机及各项参数型 号 FK900电 源 AC220V/50Hz功 率 500W封口速度 0-12m/min封口宽度 513mm温控范围 0300输送载荷 5Kg印字个数 39pcs重 量 20Kg称重式粉料包装机设计24图 8 FRM1000 型 墨轮印字封口机及各项参数型 号 FRM1000电源电压 220V/50Hz耗用功率 620W封口速度 0-12m/min（米/分）封口宽度 6-15mm薄膜厚度 0.02-0.80mm温控范围 0-300印字个数 20 粒输送承载 5Kg机器尺寸 950×480×430mm机器重量 28Kg两种封口机都能满足生产要求，同时考虑到价格，我选用 FK900 连续塑料封口机。2.7.2 热封材料随着高速自动包装的发展,具有低温热封性,热粘性能优良,气密性好的热封材料发展迅速.为了更好替代塑料吹塑瓶,玻璃瓶,有效提高产品的保质期,降低产品包装成本,热封形状从三边封袋,中封袋发展到目前的自立袋,异型袋还有使用方便,可重复利用的拉链袋也在服装业、食品业流行起来。称重式粉料包装机设计25热封材料主要是 PE 和 CPP。用于不同包装时，对材料的热封性能要求不同。一般来说：冷冻包装应避免使用 CPP，热封层最好用 LLDPE、MPE 改性的 LDPE。低温热封性：IOMPEC8LLDEVAC6LLDC4LLDLDPE热粘性：MPEC8LLDEVAC6LLDC4LLDLDPE热封强度：EAA MPEC8LLDC6LLD LDPE EVAC4LLDCPP抗污染热封性：IOEAAEVA MPEC8LLD C6LLDC4LLD、LDPE、HDPE、CPP 几乎没有抗污染热封性。2.8 包装机的总体布局按总体布局可分为立式和卧式或直移和回转式。物料的流动性好，又不易污染袋口的，常采用立式包装机。如果充填多种物料，又不能污染袋口，则采用卧式间歇工作的回转式包装机为宜，而且回转式更有利于操作，结构也紧凑。充填机要考虑与下一步包装机的衔接，本系统是将它置于立式包装机的顶部，要提高包装机的总体速度，解决快速称量问题是关键。电子定量称重过程是一个动态过程， 而要准确计量物料的重量使其尽量接近标准值，就需要使动态过程向静态或稳定趋近。为此，在产品设计时，从电气控制及机械结构方面都将计量过程分为两个阶段，即粗给料阶段和细给料阶段。前者保证称重的速度，后者保证称重的精度。这样可能产生两种情况；一是保证计量精度但称量速度不高；或是有较高的称量速度而计量精度不易保证。为了尽量均衡两者利弊，本充填机采用两套电子称重设备交替称重，在保证精度的同时也大大提高了定量充填速度。图 9 包装机的布局图称重式粉料包装机设计26单称斗称重式充填机的工作原理是：将物料倒入料斗中，物料先通过粗供料斗送入称斗中，荷重传感器检测称斗中被送入的物料。当物料已达到预定计量的 8090时，粗供料斗停止供料，此时细供料斗才开始供料；当称斗中的物料已达到预定计量时，细供料停止供料，此时可通过操作开斗电机使称斗打开，这时物料将被排出。供料分为粗细供料，有两台电磁振动给料机。称重系统的作用是使传感器准确检测称斗内物料的重量，限位螺钉主要用于防止传感器过载，一般应将限位螺钉前部的间隙调整到约 1.5mm。注意不可用力扳动称斗，防止传感器过载。电磁线圈是由单相交流电经可控硅半波整流后供电。线路接通后，在正半周内有电压加在线圈上，在铁芯和衔铁之间产生脉冲电磁力，使铁芯和衔铁产生相对运动，弹性系统储能；在负半周，弹性系统释放能量，铁芯和衔铁向相反方向运动，这样双质点便以交流电的频率作往复运动。如振动太小或振动不稳定或振动噪声大，可适当调节间隙 （1.53mm）及增减弹簧片，或检查是否有地方碰撞或螺钉松动。称重式粉料包装机设计27第 3 章 包装机的重要的零件设计3.1 轴的设计与强度验算由于搅拌器在搅拌洗衣粉的过程中，所受洗衣粉的阻力较小，故在选用电动机时，功率不要大。为了方便和简单，我选用 Y90S6 交流三相异步电动机。其功率为 P=0.75KW，转速 n=910,同时传动系统中每个传动副的效率如下：V 带0.96弹性联轴器0.99球轴承0.99搅拌器的转速 n1（100400） ，取 n1=380P1=0.75×0.96×0.99×0.99=0.71KWT= ×103=17843.4N.mm0.719563.2PdAn（3）确定轴的最小直径选用轴承的材料为 45 钢，调质处理。按上式初估轴的最小直径，查表 4-2，取 A=115（设计系数） = =14.2mm3min1Pd0.758又因为开有键槽会削弱轴的强度，要适当增大轴的直径，所以确定轴的直径为：d=16mm轴段用于安装联轴器，其直径应该与联轴器的孔径相配合，应此要先选用联轴器。联轴器的计算转矩 Tca=KT,根据工作情况选取 K=1.3,则Tca=KT=1.3×17843.4=23196.4。根据工作要求选取弹性柱销联轴器，型号为 HL1，许用转矩 =160000N.mm 。T与输出轴联接的半联轴器孔径 d=16mm,因此取轴段的直径为 d1=16mm, 半联轴器轮毂总宽度 L=42mm,与轴配合的毂孔长为 L=30mm 。（4）轴的结构设计1）拟定轴上零件的装配方案2）按轴向定位要求确定各轴段直径和长度轴段 半联轴器左端用轴端挡圈定位，按轴段的直径 d1=16mm，取挡圈直径 D=22mm（GB892-86） 。为保证轴端挡圈压紧半联轴器，轴段的长度L1 应比半联轴器配合段毂孔长度（L=30）略短 2-3mm，取 L1=28mm 。称重式粉料包装机设计28轴段 为了半联轴器的轴向定位，轴段右端制出定位轴肩，取轴肩高度 h=1.5(h0.07d1),所以轴段的直径 d2=19mm 。初定端盖总宽度为 20mm ，根据端盖装拆要求，取端盖外端面与半联轴器右端面之间的距离为 30mm ，因此 L2=18mm 。轴段 该轴段安装滚动轴承。考虑轴承同时承受径向力和轴向力，选择深沟球轴承。取轴段直径 d3=20mm，选用 6204 深沟球轴承，尺寸d×D×B=20×47×14。取长度等于深沟球轴承宽度 L3=14mm 。轴段 取轴肩高度 h=2mm(h0.07d3),则轴环直径 d4=24mm,查设计手册中的轴承标准，轴肩高度应满足轴承拆卸要求，否则应将轴环分为两个轴段。取轴段 L4=50mm 。轴段 该轴段直径与轴段相同，故 d5=d3=20mm,取其长度等于轴承宽度L5=14mm 。轴段 该轴段右端面应满足带轮的轴向定位，故取其轴段直径 d6=19mm，取其长度 L6=16mm 。轴段 该轴段上安装带轮，取其直径 d7=16mm,同时要保证轴端螺母压紧带轮，故轴段的长度应比带轮轮毂孔长度长，L7=30mm 。3）轴上零件的周向定位半联轴器与轴的周向定位采用 A 型普通平键联接，按 d1=16mm,从手册中查得平键截面尺寸 b×h=5×5,根据轮毂的宽度，由键长系列中选取键长L=20mm,半联轴器与轴的配合公差为 H7/k6。滚动轴承与轴的周向定位是采用过渡配合保证的。因此轴段直径尺寸公差取为 m6。为保证带轮的轴向定位，采用螺母紧固，防止其松动。（5）轴的强度校核1）求轴的载荷首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。因为该轴是垂直安装的，因此不存在受弯矩影响。M=0N.mm,取 =0.3= = =0.3×17843.4=5342.4N.mmcaM22T2) 校核轴的强度轴的材料为 45 钢，调质处理。由表 4-1 查得 =650N/mm2,则 =0.09b0.1 ,即 5865 N/mm2， 取 =60 N/mm2，轴的计算应力为ca= N/mm2 =60 N/mm2534.1.0caW根据计算结果可知，该轴的强度足够，其满足要求。称重式粉料包装机设计29图 10 轴的计算简图3.2 键的选择与强度验算半联轴器与轴的周向定位采用 A 型普通平键联接，按 d1=16mm,从手册中查得平键截面尺寸 b×h=5×5,根据轮毂的宽度，由键长系列中选取键长L=20mm,根据普通平键的失效形式进行挤压强度计算：dklk键与轮毂槽的接触高度，k=h/2,(k=2.5mm)h键高；b键宽；l键的工作长度，A 型：l=Lb;B 型：l=L;C 型：l=Lb/2.许用挤压应力，查表 2-21，选用钢轮毂（100200 N/mm2） ，取=110 N/mm2根据配合轮毂孔长为 30mm,选取 L=20mm,b=5mm,故：l=Lb=205=15mm N/mm259.4810根据计算结果，键的强度足够安全。3.3 V 带的设计与校核计算项目及说明 结果称重式粉料包装机设计301）确定计算功率根据工作情况，由表 3-3 查工况系数 KA设计功率 Pc=KAP=1.2×0.752)选择带型根据 Pc=0.9KW 和 n=910r/min,从图 3-9 中选取普通 V 带型号3）确定带轮基准直径小带轮基准直径 dd1 查表 3-4 和表 3-5传动比 i=n/n1=910/380取弹性滑动系数 =0.02大带轮基准直径 dd2 dd2=idd1(1 )=2.39×63×(10.02)=147.6mm 按表 3-5 取标准值实际转速 n2=(1 )ndd1/dd2=(10.02)×910×63/1504)验算带的速度1v=600dn带速在 525m/s 范围内5）初定中心距 0a并要满足： 12012.7()()635635dda49.6）确定基准长度 Ld21210 0()()24ddLdaa63563从表 3-7 中选取相近的基准长度7）确定实际中心距d00L-940.7a+3282min.158.15.7dKA=1.2Pc=0.9KWZ 型 V 带dd1=63mmi=2.39dd2=150mmn2=374.6r/minV=5.06m/s带速符号要求取 =300mm0a900mm0Ld=280mma=278.7mmmin