缝纫线包装机结构设计.doc

1、缝纫线包装机结构设计机电一体化周宁杰 机械设计制造及其自动化 084 2008083101081 包装机现状包装机械业是包装工业的配套工业，在轻工机械行业中占有重要的地位。多年来，包装机械为包装业提供了重要的技术保障，对包装业的发展起着重要的作用。越来越多的包装业人士认为：包装业的发展出路在于包装机械的发展。试想在10多年前，我国包装机械行业技术还非常落后，大量进口包装机械。与此同时，包装机械行业在吸收消化国外先进技术的基础上不断创新，如今已形成了完整的行业体系，包装机械的技术水平不断提高，不仅满足了国内需求，不少包装机械还实现了出口创汇。然而，相对于国外包装机械的发展，我国仍有不少的差距。今

2、后一个时期，我国包装业正面临着大的发展机遇，包装机械也将会有较大的发展。1.1 国际包装机械技术产业发展状况目前，国外包装机械水平高的国家主要有美国、德国、日本、意大利和英国。其中，德国的包装机械在设计、制造及技术性能等方面均居于领先地位。2002年德国包装机械产值已达34亿欧元，其产量77% 为出口产品。近几年，这些国家包装机械设备发展呈现出新的趋势。1.1.1 工艺流程自动化程度越来越高目前自动技术在包装生产线中已占50%以上，大量使用了电脑设计和机电一体化控制，增加机械手以完成复杂的包装动作(模拟手工包装) 。每个机械手均由单独的电脑控制，摄像机监控包装动作并将信息反馈到电脑以调整动作幅

3、度，保证包装的高质量。同时对包装材质及厚度有自动识别功能，再由电脑计算后控制机械动作，完全是“自适应”系统，保证系统在最优状态下工作。如德国的啤酒饮料灌装设备目前已达12万瓶/小时，香烟包装机达到12000支/分钟。高速设备一旦出现故障，损失也同样惊人，所以高速设备一定要有故障分析系统( 自诊断系统)，并能自行排除故障，使生产率得以提高。1.1.2 适应产品变化，设计具有好的柔性和灵活性为了适应竞争需要，产品更新换代的周期越来越短，有的产品甚至一季一变。包装机械的使用寿命远大于产品的寿命周期，所以某些包装机械要适应产品的变化，只能以柔性和灵活性来适应，包括量的灵活、构造的灵活和供货的灵活。构造

4、可以采用单元模块化，供货灵活是指一机可实现多种包装组合，实现多个进料口及不同形式包装。1.1.3 成套供应能力强如一条料灌装线，有200多个微电脑件，100多种控制软件，灌装封盖部分又是两套组合，其他部分共用。仅一个供货商就可以完成从工程设计、安装、调试到最后交用户验收的工序。1.1.4 普遍采用仿真设计技术包装机械的设计流程，首先是把各种机器单元以数据形式存入计算机，然后把图纸数字化后输入计算机，由计算机自动合成三维模型，再把实际生产的指标和数据、可能发生的故障等输入计算机。计算机三维模型即可依照实际工作情况进行操作，还可根据用户意见进行修改模型直到用户满意。采用计算机仿真技术后，大大缩短了

5、包装机械的设计周期及新产品开发周期。1.2 国内包装机械技术产业发展状况我国包装机械的技术水平，从整体看，比先进国家的技术水平落后20年，在产品的开发、性能、质量、可靠性、服务等方面的竞争中处于劣势。有关专家建议如下：1.在产品结构上，应以市场为导向，改变目前以低技术含量为主、低水平竞争的状况，淘汰一批低效高耗、低档次、低附加值、劳动密集型的产品，努力开发生产高效低耗、产销对路的大型成套设备和高新技术产品。2.在包装功能上，工农业产品要趋向精致化与多元化，包装机械产品要朝着产品多功能与单一高速的两极化方向发展。3.在技术性能上，要将其他领域的先进技术应用在包装机械上，如机电一体化技术、热管技术

6、、远距离遥控技术、自动柔性补偿技术等，使产品技术性能大幅度提高。4.在生产制造上，专业化生产已成为趋势。国际包装机械厂商都十分重视包装机械与整个包装系统的通用能力，一些通用标准件不再由包装机械厂生产，某些特殊的零部件则由高度专用化的生产厂家生产，而真正的包装机械厂在某种意义上说是组装厂。我国包装机械工业新的机遇正在显现根据行业十一五规划预测，到2010年，国内行业总销售额可达1300亿元，市场需求可达2000亿元。考虑到国际上新工艺、新技术不断涌现，按照目前行业新产品产值率仅为9.84%的实际情况，到2010年，我国将进口超过 700亿元的食品和包装机械。面对严峻的国际竞争及巨大的国内需求，我

7、们必须开发新工艺、新技术，引进和使用新设备，向市场提供高质量的产品和优质服务。十一五期间，挑战和机遇同存。要切实把握好机遇，力争我国包装机械在国际市场竞争中占领一席之地。2 机械设计部分2.1 整体结构设计这部包装机主要是应用于包装缝纫线，也正是因为如此，我们就从实际所需的部件出发，把器件的部件大致可以分为送料、包装、送纸、裁纸四个部分，这样就可以实现缝纫线包装的全自动化，如图 1 就是整体的布局形式。图 1 产品整体结构图2.2 送料机构设计在送、下料中主要的动作形式就只要直线形的往复运动，因此此部件就采用了气缸（主要实现直线往复运动，并且是实现此类运动最快的部件）送料，这样就能提高工作的效

8、率。首先缝纫线是先通过一个倾斜的导轨到达铰链推杆处，然后就由推杆机构完成缝纫线的水平送料，到达下料兜中，最后是由下料叉把缝纫线送达包装台上，这样就完成一个下料、送料动作。如图 35。其中导轨的轨迹就按缝纫线的尺寸设计打造，并且还是倾斜的，这样就有利于缝纫线能利用自身的重量向下自动送料；铰链机构则是利用所学的机械原理以及机械设计选择了比较简单的一组铰链，以此来完成缝纫线的水平送料，将缝纫线从斜导轨送达到下料兜中；下料叉就是根据缝纫线的外部结构设计而成。图 2 送、下料装置2.3 包装机构设计而包装机的包装结构还是通过涡轮蜗杆电机来实现左右杆的正反转，并且还通过时间继电机来控制左右杆旋转的位置，这

9、样才能使包装纸把缝纫线包好。此外在左右杆的固定上还选用了两边同时固定的方法，这样就更加稳固的使两根杆件可以在绕一个中心轴旋转。在旋转中我们加入了轴承，这样是为了它在旋转中减少阻力，从而来减少涡轮蜗杆电机的损伤。如图 3图 3 包装机构其中在包装的设计中最主要的还是推动包装纸的推杆，它们分别是左、右杆，而它们的特点就是分别为三指杆和两指杆（如图 4、5） ，它们在包装的时候能实现位置上的交错，从而使得纸张牢牢的包装上缝纫线。而这两根杆的动力是来自于直流电动机，它的正反转则是由 PLC 来完成控制。图 4 左杆 图 5 右杆2.4 裁纸、送纸机构设计在整体的机构设计中，还包括了裁纸和送纸，其中裁纸

10、的机构则是采用了最简单的刀来进行裁纸，送纸的机构中则是采用了吸盘，来完成纸张的运送，而纸张就是通过转盘的转动来增加动力，减少纸张的张力来撕破纸张。3 控制部分3.1 直流电机的运行原理图 6 直流电机的物理模型图其中，固定部分有磁铁，这里称为主磁极；固定部分还有电刷。转动部分有环形铁心和绕在环形铁心上的绕组。( 其中 2 个小圆圈是为了方便的表示该位置上的导体电势或电流的方向而设置的)上图表示一台最简单的两极直流电机模型，它的固定部分（定子）上，装设了一对直流励磁的静止的主磁极 N 和 S，在旋转部分（转子）上装设电枢铁心。定子与转子之间有一气隙。在电枢铁心上放置了由 A 和 X 两根导体连成

11、的电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。在换向片上放置着一对固定不动的电刷 B1 和 B2，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。3.2 直流电机的控制由于在本套的设备中运用到了涡轮蜗杆电机，而涡轮蜗杆电机是属于直流电机，并且这个电机还需要满足的条件就是正反转，所以我们需要的就是运用 PLC 的控制来实现，而控制的图如下：图 73.3 气缸的控制如图 8 是气缸的一个简图，能从图中看出，只要控制 Y1 的阀的位置，那样就能实现气缸的来回直线运动，并且

12、也同时简单的标出了控制气缸的一个电路图。图 81.如果让你设计一个苹果采摘机器人，请你提出你认为的，所必须的关键技术，并说出理由。答：所须的关键技术：苹果采摘机器人的手臂控制系统、视觉系统、定位系统。1、苹果采摘机器人的手臂控制系统，因为具有果实在树上分布范围广、位置随机、自动识别受枝叶遮挡影响的特点，并且机器人采摘作业还受环境影响可靠性较低，机械手臂稳定性也较低，同时还易出现采摘率低，树枝、果实损伤等问题，而要解决上述的问题，就是需要有很关键的手臂控制系统，这样在能克服上述问题，从而使苹果采摘机器人完成采摘。2、视觉系统是采摘机器人的重要组成部分，准确识别与定位成熟苹果果实是成功实现自动化采

13、摘的关键，当视觉系统不能判断苹果果实的实际情况时，会导致在采摘来的果实不成熟，这样就会在之后产生返工，这样就使得情况复杂化，所以拥有一个精确的视觉系统是采摘机器人必须的。3、定位系统也是移动机器人实现自身导航的基本环节，也只有在苹果采摘机器人找到正确的采摘地点后完成采摘所必须的，并且定位系统大多是应用于活动在室内结构化环境中的移动机器人，而并不适用室外非结构环境移动的机器人，也正因为如此，有一个能适应室外环境的定位系统是做好苹果采摘机器人的关键。2.电控发动机中空气流量计有何作用？如何工作？主要有哪些类型？答：电控发动机中空气流量计的作用，向汽油机提供与发动机负荷相适应、清洁的空气，同时对流入

14、发动机气缸的空气质量进行直接或间接计量，使它们在系统中与喷油器喷出的汽油形成空燃比符合要求的可燃混合气。电控发动机中空气流量计的工作原理，1.用空气流量计直接测量进气的体积流量或质量流量；2.测量进气歧管绝对压力，然后有 根据测得进气歧管绝对压力、转速和节气门开度，换算出相应的空气流量。电控发动机中空气流量计的分类，1.翼片式空气流量计，其基本构造有翼片部分、电位计部分和接线插头；2.卡门涡旋式空气流量计，它是利用它卡门涡旋发生的规律与空气流速存在的某对应关系来测量空气流量的一种装置，其原理是在一均匀的空气通道中安放一个卡门涡旋发生器，当空气流过卡门涡旋发生器时，会在其背面的两侧不断地交替产生有规律的涡旋；3.热线式空气流量计，其原理为，在空气通路中放置一发热体，空气流经发热体时带走热量，使发热体变冷。发热体周围通过的空气流量越多，被带走的热量也越多。