包装机械课程设计纵封器_毕业论文

目录

一．设计背景 (1)

二.包装机整体分析 (2)

三．封口方法和机构 (3)

3.1纵封方式 (3)

3.1.1板式热封 (3)

3.1.2板式纵封器 (4)

3.2设计要求以及数据分析 (5)

四．零件设计 (5)

4.1热封板的设计 (5)

4.2气缸的选择 (6)

4.3调压弹簧的设计 (7)

4.3.1弹簧受力以及材料的选择 (7)

4.3.2弹簧直径的确定 (7)

4.3.4弹簧工作圈数的确定 (8)

4.3.4验算 (8)

五．整体设计 (9)

5.1整体结构设计 (9)

5.2整体尺寸设计 (10)

六．心得体会 (11)

参考文献 (12)

一．设计背景

随着市场经济的发展，人民生活的不断提高，包装工业在国民经济中所占比重和作用也越来越大。一方面映射出全球工业化生产的高速发展，另一方面又可以看出人们在追求商品内在质量的同时，对商品包装的要求也越来越高。这为推动包装机械工业带来的巨大的动力。综观世界范围来看，包装机械工业是一个市场潜力巨大的朝阳行业，特别是在近几年发展迅猛，已经在各国国民经济中具有重要的地位。它可以提高劳动生产率，改善生产环境，降低生产成本，提高商品档次，增加附加值，从而增强商品的市场竞争力、带来更大的社会效益和经济效益。目前，美、口、德、意是世界包装机械的四大强国，这些国家生产的包装机械品种多、数量大，在国际市场上具有较高的占有率。

目前世界包装机械发展总趋势是发展重点趋向十效率高、自重轻、外观造型、占地的空间较小、低耗能、结构紧凑适应环境和工作人员的心理需求的高速、高效、高质量的“二高”产品包装机。这在国外体现为现代化的先进包装机械的技术，特别是经济及科技发达的欧美及口本等技术先进国家生产的有关包装机械设备，其技术伴随着商品经济和科技的发展，已处十国际相对领先地位，他们将机械技术与微电子技术和信息技术结合，开发数字化、智能化、柔性化的新型包装机械产品。近些年来，发达国家一方面为满足现代商品包装多样化的需求，发展多品种，小批量的通用包装技术设备;同时又紧跟高科技发展步伐，不断应用先进技术，发展和开发应用高科技的现代化通用型包装机械，不断从提高包装机械的智能化。

在国内，包装机械的发展趋势是在引进、消化、吸收的基础上，有了一定的创新，产品科技含量也在一直提升，这些有关包装机械产品不断的向成套连线、机电结合、主辅机结合方向发展。当然，包装机械相关产品在研发过程中也存在一些有待解决的问题，主要有如何根据本国国情，提高产品的“二化水平”，做到包装产品规格多样化，工作高速化，提高可靠性以及如何使食品和药品包装机达到无菌化。这些必然需要我们着紧包装机械的研究，不断的开发新的技术，这样才能加快国内包装机械技术的提升。

随着科学技术的不断发展进步，出现了各种类型的产品，对包装技术和设备提出了新的要求，包装机械在流通领域中发挥着越来越大的作用。目前包装机械

市场竞争日趋激烈，未来的包装机械将配合产业自动化趋势，促进包装设备总体水平提高，发展多功能，高效率，低耗能的包装设备。随着社会的发展，日出生活消费品的小袋包装需求不断增加，为了解决市场对枕形包装的需要，促进了颗粒物料高速立式枕形包装机的发展。

二.包装机整体分析

立式袋成型充填封口机以颗粒包装机为例，如图2-1所示，主要包括包装膜支撑装置，张紧导向机构，制袋成型装置，计量充填装置，加热封合装置，封口切断装置以及传动，电气控制等装置。

图2-1颗粒包装机

1—传动箱 2—输出机构 3—封口切断机 4—拉模机构 5—加热装置 6—成型器7—计量充填袋 8—色标传感器 9—接近开光 10—包装膜卷 11—供膜机构 12—料斗该机采用立式口袋成型法，包装膜通过张紧导向机构经口袋成型器对折后，被安装在热封臂上的热封器封合成口袋，计量器在旋转中将计量好的物料充如口袋，随后，口袋被拉纸滚轮拉下一个袋长，热封器又一次做封合动作，将前一个口袋的上口封合，同时也完成了上一个口袋的下底和纵边的封合，并由切刀将已充填封合的口袋在正确的封道位置上切断，从而制成包装成品。如此循环完成包

装作业。工作原理如图2-2所示

图2-2立式间歇制袋中封口装置原理图

三．封口方法和机构

3.1纵封方式

3.1.1板式热封

根据加热加压方法的不同，热封方法可分为板式热封和滚轮式热封，下面主要介绍板式热封。板式热封式最普遍的热封方法，它是采用加热板间歇加热，加压以实现塑料薄膜的封口。热封原理如图3-1所示，待封口的2层薄膜3被输送进入加热板1合工作台5之间，然后被紧压在防黏材料4上，加热到一定温度的加热板1和工作台5对其进行加热，加压，然后经过冷却即可实现紧密封口。

图3-1板式热封

1—加热板 2—封缝 3—薄膜 4—防黏材料 5—工作台

3.1.2板式纵封器

纵封器是完成制袋成型后筒状薄膜纵向封接功能的重要部件，适用于薄膜包装材料的纵向封口。根据包装薄膜运动方向的不同，可将纵封器分为连续式和间歇式两大类。间歇式纵封器又称为板式总封器，大多呈板条状结构，多采用凸轮，气缸等结构，推动热封器作往复直线运动，实现薄膜的封合，其后还需借助其他装置完成拉模运动。

板式纵封器主要由加料管，板形热封器以及往复运动机构等组成。图3-2所示是几种常见的机构型式。其中（a）为直推式：气缸固定，活塞推动纵封板往复移动并压紧，具有结构紧凑、压力较均匀等优点。（b）图为拉动式：气缸可以在机体内设置，整机外形较平整，拉动时采用杠杆原理，以增大作用力的倍数，但增加了气缸的行程，且热封板横向受压不均匀。（c）图为杠杆式：将气缸推力通过杠杆转换成热封板对纵缝处的压力，具有上述两者的某些优点，克服了一些不足；但结构复杂，增加了传动杆件，传动效果受到一定影响。（d）图为杠杆夹合式：气缸摆动，使用于对接式纵缝的封合。

图3-2板式纵封器

1—纵封板 2—气缸

3.2设计要求以及数据分析

本次设计为直推式板式纵封器，要求相关零件，设计纵封器，纵封器可以进行压力调节，并由气缸推动纵封器。根据数据要求，选择包装速度为20袋/分，计量范围为100ml,袋长为90mm。

表：数据要求

包装速度计量范围制袋尺寸制袋方式功率

15-25袋/分80-150mL长： 60-120㎜三面封 1.54kw

表3-1

四．零件设计

4.1热封板的设计

热封板是固定在纵封器上用于加热热封的零件，直接与待加工的塑料袋接触。根据制袋的尺寸长为90mm，可确定纵封板的长度为90mm，由表可确定袋的封口宽度为10mm，即纵封板的接触面宽度为10mm，可知纵封板接触面的尺寸为90mm×10mm。纵封板形状如图4-1所示：

图4-1纵封板

1—接触面 2—加热原件

表4-1 生产用塑料袋规格

项目内容

指标

Ⅰ型Ⅱ型Ⅲ型Ⅳ型Ⅴ型Ⅵ型Ⅶ型Ⅷ型Ⅸ型

Ⅹ

型

极

限

偏

差

长度，mm 800 850 940 1000 1080 850 3700 940 800

310

0 ±10

宽度，mm 600 600 640 720 550 500 2000 720 550

180

0 ±10

厚度，mm 0.1 0.07 0.1 0.1 0.0

7

±

0.

01

封口宽度，

mm ≥5

---

--

--

--

-

封口底端距

边长，mm ≥10

---

--

--

--

-

4.2气缸的选择

气缸是引导活塞在其中进行直线往复运动的圆筒形金属机件，是由缸筒、端盖、活塞、活塞杆和密封件组成。在纵封器上，气缸主要是推动纵封板做往复移动并压紧，实现封口。此处选择单作用气缸，即仅一端有活塞杆，从活塞一侧供气、在一个方向输出力，靠弹簧或自重返回。

板式纵封器驱动气缸的运动行程一般不大，缸径的确定可根据压缩空气的工作压力以及薄膜材料及其厚度，热封温度经计算，热封单位面积的封合压力可在0.1～1MPa的范围内选取。这里选择封合压力为0.3MPa，接触面积为9002

mm可初步确定压力为：

kgf 54.27270N 0.3MPa 0.09m S P F 2==?=?=

若气缸的效率为85%，则粗略的气缸的推力为32.4kgf ，所以根据计算，参照产品手册，选择气缸的缸径及型号，见下表：

表4-2 气缸的参数

执行机构

气缸型号 缸径 （mm ） 行程 （mm ） 耗气量 （L/次） 理论推力（kgf ） 纵封 GPM32-40 32 40 0.2 32.1 根据所选气缸的计算工作压力为： F=32.1kgf ×9.8N=314.58N

纵封的压强为：

P=F/S=314.58/900=0.35MPa

所以根据计算可知，该气缸符合要求。

4.3调压弹簧的设计

4.3.1弹簧受力以及材料的选择

调压弹簧是安装在气缸与纵封板之间的导向柱上，主要作用是当气缸推动压缩是进行压力调节，使压力均匀变化，使热封效果最佳。

根据气缸的工作压力，可知气缸作用到热封板上的作用力为314.58N 。根据工作性能，选择弹性好，回火稳定性好，易脱碳，用于承受大载荷弹簧。选取65Mn 材料弹簧。根据所选的弹簧可知弹簧预紧力为200N 。根据热封板的尺寸大小，初设弹簧中径D=5mm ，根据旋绕比C=5，估取出弹簧丝直径d=1mm ，根据表查得弹簧丝的许用切应力为540MPa 。

4.3.2弹簧直径的确定

选择旋绕比C ，通常可取C ≈5—8，这里取C=5，经过计算：

410.61544C K C C -≈

+-， 得出曲度系数K=1.31

确定弹簧丝直径： ]

[6.1d τc KF ?≥

得出d ≥3.5mm 。取d 为5mm ，D 为20mm 。

4.3.4弹簧工作圈数的确定

根据变形条件确定弹簧工作圈数：

max 3max 8Gd n F C λ=，

查表得切变模量G 为80000G/MPa ，可得n=10。

内径D1=D-d=15mm ，外径D2=D+d=25mm ，节距p=（0.28～0.5）D ，p=6mm,自由高度H0≈pn+(1.5～2)d,即H0=67.5mm ，弹簧刚度

438F Gd k D n =，得32mm 。

4.3.4验算 疲劳强度验算。H0为弹簧的自由长度，F1和1λ为安装载荷和预压变形量，F2和2λ为工作时的最大载荷和最大变形量。当弹簧所受载荷在F1和F2之间不断循环变化时，可得弹簧材料内部所产生的最大和最小循环切应力分别为：

max 238KD F d τπ=

，得max 418.98MPa τ= min 13

8KD F d τπ=，得min 208.49MPa τ= 对于上述变应力作用下的普通圆柱螺旋压缩弹簧，疲劳强度安全系数计算值ca S 及其强度条件可按下式：

0min max 0.75ca F S S τττ+=≥

其中0τ为弹簧材料的脉动循环剪切疲劳极限，B σ为弹簧材料的拉伸强度极限MPa 。材料为65M 弹簧钢丝时，

B σ=1800MPa ，

0min max 0.758100.75208.49 2.30418.98ca F S S τττ++?===≥

F S 为弹簧疲劳强度的设计安全系数，当弹簧的设计计算和材料的力学性数据精

确性高时，取 1.3~1.7F S =。

验算稳定性。对于压缩弹簧，如其长度较大时，则受力后容易失去稳定性，这在工作中是不允许的。为了便于制造及避免失稳现象，建议一般压缩弹簧的长细比

0H b D =，在两端固定时，b ＜5.3，但由以上设计得出b=1.7，因此需要进行稳定性计算，并满足0max c u F F C k H F =>，u C 为不稳定系数，通过查表得

u C =0.54，4388F Gd k D n

==，因此Fc=116.64＞max F ，符合弹簧稳定性。 五．整体设计

5.1整体结构设计

由于设计的是直推式结构，结构简图如图所示，其中1是纵封板，固定在导板上，导板在气缸的推动下做往复运动，被封袋子在两纵封板之间间歇运动，实现封合。考虑到包装机的整体结构以及外观尺寸，气缸设计在机架中间，而纵封器在靠边的位置，安装在包装机里时气缸在包装机里，纵封板露在外面实现纵封，不影响整体外观。

图5-1机架

1—纵封板 2—气缸 3—导向柱

5.2整体尺寸设计

考虑到气缸尺寸以及工作运动范围，确定机架整体尺寸如图5-2所示：

图5-2纵封器结构简图

六．心得体会

通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关颗粒包装机方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。

在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。给我很多专业知识以及专业技能上的提升，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，使我更好掌握了有关专业方面的知识；熟练了绘图软件的操作；了解了各种包装机的工作原理；以及如何提高计算和分析等等。

回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。

参考文献

[1]戴远敬.立式袋成型包装机中常用拉膜机构分析[J].包装与食品机械，1999,17,(1):7～10.

[2]孙伟.浅析薄膜输送系统的设计[A].计算机工程应用技术，2010，6(13): 3543～3545.

[3]呼英俊，刘志平，孙立达.全自动制袋包装机计量装置的方案设计[B].轻工机械，2002,2:19～23.

[4]郭志强，朱茹敏，李冬龙.袋式包装横封切杆机构的设计与特性分析[J].机械传动,2013,37(10):65～66.

[5]刘国栋，祝锡晶.塑料薄膜超声波热封工艺实验研究[A].包装工程2009,6：27～29。

[6]李义生.立式袋成型-充填-封口机的现状及发展[J].包装与食品机械，1993，11(1):21～23.

[7]陈雪叶，魏兴.粉末包装机纵封-横封机构的设计[A].制造业自动化，2004，36(6):66～68.

[8]陈桂珍.糖果包装机纵封器的设计与研究[A].长春光学精密机械学院学报，1997,20(1):49～52.

[9]荆萃.连续式包装机纵封牵引，横封驱动控制的新型研究[A].天津职业学院联合学院,2012,14(5):80～84.

[10]孙智慧，晏祖根，包装机械概论.北京：印刷工业出版社，2012.7

[11]吴宗泽，高志.机械设计课程设计手册.北京：高等教育出版社，2012.5.

[12]陈国定，吴立言.机械设计. 北京：高等教育出版社，2013.5.

[13]李连进.包装机械选型设计手册.北京：化学工业出版社，2013.1.

[14] 孙智慧，高德.包装机械. 北京：中国轻工业出版社，2010.2.