基于SolidWorks的面条包装机构的设计【文献综述】.doc

1、 毕业设计文献综述 机械设计制造及其自动化 基于 SolidWorks 的面条包装机构的设计 引 言 一些科学技术发达的国家 ,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所组成的包装连续化和自 动控制化的生产过程，有的还将材料加工、包装容器成型及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，为使包装成品更好地进入流通领域，大都配有专用的自动化仓库，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控制化，尤其是实现具有高度灵活性的自动包装线，不仅体现了现代生产的发展方向，同时也可以获得巨大的经济效

2、益。 中国包装业迅猛发展，在世界包装业中已占有非常重要的地位，中国正在从包装大国逐步迈向包装强国。顺应全球包装业快速发展壮大的形势要求，世界包装组织批准在中国杭州建设亚洲包装中心，亚洲包 装中心的建设不仅对中国包装业、而且对世界包装业都将发挥不可替代的重要作用。中国也将会成为亚洲包装中心建设成为世界包装产业中心。 1.面条包装机的一般组成 机械系统有机架、真空室、热压封口装置等主要部件。 机架是真空室、真空系统和电气控制系统等安装的基础。其形状尺寸应在整机统筹考虑确定，在满足强度刚度的条件下，尽量减轻重量，其次造型应美观新颖。真空室其功用是为包装创造一个真空空间。因此要求： 1、有良好的密封性

3、，不漏气，极限真空度高。 2、满足强度要求，对于这样一个受外均布压力的壳体，设计时必须进行强度校核。 3、在满足强度条件下应尽量减轻重量 , 通常真空室的结构材料有铸铝、不锈钢、有机玻璃等。 4、造型美观。 5、真空室的启闭方式有手动、机动两种。我们的是由盖两端的气缸控制，如图 1 所示。 图 1 真空室盖操作原理图 热压装置其功用是将加热加压完成塑料封口工序。如图 2 所示，主要包括有电加热封口带，加压机 构等。加压机构是由热压气囊、滑块和复位弹簧等构成。 其工作原理是：由于热压气囊安置在真空室内，当真空室被抽气成为真空， 也即气囊外部为真空，而其内部通大气时，气囊被鼓气，推动滑块压紧塑料袋

4、封比如果气囊内外都为真空，或者都为大气压，气囊内外无压差，气囊不鼓气，这时复位弹簧使滑块处于放松状态。 图 2 热压封口原理图 2.面条包装机的热压封口装置 2.1 封口的几种机构 食品包装机机构应具有运动可调的特性，故常采用凸轮一连杆组合机构。但在设计中，判断其能否传动的问题，往往不能沿用通常的传动角或压力角概念。 2.1.1 端封机构 在包装机中，对袋口端封的工艺要求主要有三点： (1)上、下封头在封接瞬时的线速度， (见图 1)与被包装物的送进线速度 VZ相同，封接后保持一段时间等速，然后快速退出。 (2)v：由于被包装物的不同需要经常调整，因此要求封口机构的 l 易于作相应的调整。 (

5、3)封头在不与物体高度 H 发生干涉的前提 下，应尽量使包装纸紧贴物体端部封紧。为此，可采用一机架中心距可调整的曲柄一转动导杆机构 (如图 2 中的机构。 BC：导杆 2 主动，封装在从动曲柄 4 的适当位置，中心距 C 可调 )来实现上述要求。 2.1.2 行程可调机构 如图所示的茶叶包装的初六杆铰链机构中，当主动杆月 B 作等速旋转时，要求输出杆 ED 作二定规律的不匀速摆动并有停歇期，根据包装不同规格物品的要求，输出摆角可调整。图示机构可用手柄 g来调整，使中间连架杆。 2.1.3 组合机构 食品包装机中常需设计机构执行给定的轨迹曲线，采用连杆机构时设计上比较困难，而采用 连杆长度可变的

6、凸轮一连杆组合机构就比较容易。图 7 所示机构，连杆 4 的运动一方面由主动件 2 通过导块 3 来带动，另一方面又由固连于杆 2上的凸轮廓线推动装在杆 4 上 B点的滚子，所以杆 4 相当于一长度可变的连杆，其中 AB(即 r3)长度可变，而 BC(即 r4)长度是不变的。 2.2 采用单片机的热封食品包装机控制器 2.2.1硬件电路 硬件电路原理用 MCU(AT89C51)的控制器硬件核心电路 ,如图 1示。由检测机械位置的传感器 (光电开关及电磁感应开关 )送出的 6路开关量信号经光电隔离后送入 MCU,经其处理后输出相应的开关量控制 信号 ,因其负载是大电流触点继电器或固态继电器 ,故

7、无需加光电隔离 ,由继电器触点直接控制电机的转 /停；为了使封口模的温度基本恒定 ,特设置了温度检测装置 ,通过采用廉价的 TLC549A/D转换器对温度进行检测。 MCU根据温度采样值确定是否需要通断加热器 ,MCU发出的信号经继电器触点控制加热器通断电 ,达到控温目的；显示部分采用了内带锁存、驱动的 5位 LED单片 ICMC14489,它可以显示温度设定值及实际值、累积产量(最大计数值 99999)、以及硬件故障诊断情况 ,它们均可由按键来选择。 2.2.2软件工作流程 主程 序框图 ,如图 3所示。因本控制器是用于控制机械运动的 ,因此开机后必须使机械状态复位到初始位置 ,故软件设计有

8、初始复位子程序 ,如图 4所示 ,定时中断键盘处理子程序如图 5所示 ,其中计数器 1为用于去抖延时的读键次数计数单元 ;计数器 2为用于温度采集显示的延时计数单元。断偶报警子程序、温度采集处理和显示以及其它子程序不再赘述。 3.真空系统 3.1 真空系统的组成及其功用 真空系统主要由真空泵、电磁阀门、管道等构成，其原理如图 3 所示。真空泵可以选用旋片式真空泵或滑阀式真空泵，其容量大小主要根据真空室的大小和生产率所决定的 抽气时间长短来选用。 1DF6DF 为电磁真空截止阀，其型号可选用 GDC-J 型，根据抽气速率选用不同规格。 7DF 为电磁带放气真空阀，其型号可选用 DDC-JQ， 根

9、据真空泵的容量选用不同规格。 真空系统有三个功用： 1、为真空室创造真空 抽气和消除真空 充气。 2、为压力热封提供压力源。 3、为开启真空室盖的气缸提供动力源。 3.2 真空系统工作原理如下 主要动作是 1 抽气； 2 加热封口。 1抽气动作： 开机准备当真空泵和 7DF 通电，真空系统与真空泵接通。 开 ,盖 1DF 通电，气缸的上气室被抽气。下气室接通大气，所以活塞的上下端面产生压差，当压差大于开盖动作力时，活塞向上作运动，真空室盖被打开。 合上盖 1DF 断电复原，断开气缸的上气室与真空泵的通路，同时 2DF 通电动作，使上气室接通大气，这样活塞上下端面的压差消失。由于真空室盖的自重作

10、用，活塞向下运动，盖被合上。为了不使活塞向下运动过快，在合盖时产生撞击 ，保证操作安全， 2DF 的进气口应有阻尼小孔 ,使盖能较缓慢稳定地合上。 抽气一旦真空室盖合上， 5DF 通电动作，使真空室与真空泵接通，这样真空室被抽气。真空室的真空度可以根据包装工艺要求进行调节，一是控制抽气的时间，二用电接点真空表，当真空表的指针达到某一调定数值时，发生电信号。当真空室的真空度达到包装工艺时，机器转人下一工作程序。在 5DF 通电动作的同时， 3DF 也通电动作，使热压气囊接通真空泵而被抽气。 2加热封口： 热压 5DF断电复位，切断真空室与真空泵的通路，由于真空室密封，此时真空室仍处于真空状态。与

11、此 同时， 3DF也断电复位，而 4DF通电动作，热压气囊与大气相通，致使气囊鼓气，把塑料袋封口压紧。 3 食品包装机的机械安全设计问题及对策 近年来 ,我国食品包装机械行业每年以超过 10%的平均增长速度发展，高于同期国民经济增长速度 ,传动复杂、技术含量高的设备开始出现。但与国外同类产品相比仍存在较大的技术差距。主要表现在稳定性和可靠性差、造型落后，外观粗糙、基础件和配套件寿命短、无故障运行时间短、大修周期短。此外 ,安全性能差也是重要原因之一，在当今 “以人为本 ”的社会环境下显得尤为突出。为此，食品包装机械安全设计理念 必须贯穿于整机设计之中。 3.1 机器产生的危险 通常由机械产生的

12、危险有以下几个方面 : 1)机械危险 主要形式 :挤压、剪切、切割、缠绕、引入、冲击和刺伤等。产生危险的条件 :形状方面、相对位置方面、加速度方面、机械强度方面等。 2)电气危险 主要形式：电击和燃烧。产生危险的原因 :人体与带电零件接触、绝缘不可靠而产生的漏电现象、静电现象。 3)热危险 主要表现形式：与高温物体接触和热辐射源所产生的烫伤或烧伤；过热工作环境对健康的影响 (高温烫伤和高温生理反应 )。 4)噪声危险 主要表现形式 :对听觉的影响 (暂时性听 力下降，听力疲劳，永久性听力损失，暴震性耳聋 )；对生理的影响 (对神经系统的影响，对心血管系统的影响，对心理上的影响 )。 5)振动危

13、险 主要表现形式 :振动对心理影响 (不舒适、厌烦 )；振动对生理影响 (注意力不集中、工作效率降低 )；损伤和病变 (神经失调、骨关节失调、腰疼、坐骨神经痛 )。 6)辐射危险 电波辐射 :低频辐射、无线电射频辐射和微波辐射。 光波辐射 :红外线辐射、可见光辐射和紫外线辐射。 7)材料和物质产生的危险 构成机械自身的材料和各种物质。 机器所使用的材料和物质。 机器所加工或处理的材料和物质。 机械所排放的各种物质。 8)设计时忽略人类工效学原则而产生的危险 人类工效学又称人机工程学 ,它是运用人体测量学、生理学、心理学和生物力学以及工程学等学科的研究方法和手段 ,综合地对人体结构、功能、心理以

14、及力学等问题进行研究的学科。 由于生理影响产生的危险。 由于心理 生理影响产生的危险。 由于人的各种差错产生的危险。 3.2 食品包装机的机械安全设计对策 规定机器的各种限制： 本机规定的是使用限制，在使用说明书中进行操作程序说明，防止误操作。 鉴别危险和估价风险： 本机在调试和运行中，可能出现挤压、烫 伤和切割危险。 最大限度地除去危险或限制风险： 从机构设计入手，在满足机器必要功能前提下，设计过程中尽量减少危险的出现。针对某些遗留的风险设计防护装置和安全装置本机出现的挤压、烫伤和切割危险不可避免时，设计安全防护罩、警告颜色和联锁装置，以避免危险的发生。 通知警告使用者有关某些遗留的风险。4

15、 基于三维软件的机械产品设计 随着计算机应用软件和技术的不断发展， 很多机械设计制造企业已不再满足于借助二维计算机辅助设计软件来代替手工图板， 希望向三维实体设计方向发展， 实现尺寸驱动， 便于产品可视化， 减少设 计错误， 提高设计效率， 同时也便于及时了解产品库存情况等。 Soildworks 是一款三维机械设计专业软件， 它对参数化技术作了一定的改进。同时它专门为中国市场需要增加了中国国标( GB)内容，已经得到了较广泛的应用。使用三维建模和设计的优点如下： (1) 三维设计符合人的思维过程。设计师在设计时，总是先构思，后表达，即先构思出产品的形状，然后再将构思出的产品形状表达出来。由于

16、在脑海中构思出的产品形状是三维的，因此，三维建模符合设计师的创新意识流，有利于设计的深入进行。 (2)由三维设计得到的三维立体图具有 直观、易于理解等特点，便于与他人进行技术交流，尤其是与不懂机械制图的人们交流。 (3)三维建模有利于获得复杂的几何造型，如截交、相贯、不规则复杂曲面等； (4)三维建模不仅可以得到描述对象的形状、大小和位置等几何特征，而且还可以得到对象的力学特性，如质量、质心、惯性积、惯性矩等。 (5) 可以在计算机上对零件进行力学分析、虚拟加工、虚拟装配、检验零件的装配情况 (如是否干涉、松动等 ) ，从而减少制造昂贵的产品模型的数量。 (6)三维模型与二维工程图关联，可将三维模型直接转换成多个二维投影视图，不用逐一绘制各个 工程图。 (7)可以将三维模型转换成精美的彩色照片，并制作动画，生动形象地展示产品，有利于产品的销售。 (8)计算机化、信息化、智能化和集成化是现代制造技术的 4 个基本特征。其中，信息化犹如一条绳索将设计、生产、管理等各个信息孤岛联系到一起，三维模型是机械产品最重要的信息载体之一。