1、 I 摘 要 本次课题是针对复合纸塑薄膜自立袋卧式成型机的结构进行设计。该制袋机的包装速度 70-90 袋 /min，三边封合。 自立袋是一种底部有水平支撑结构的软包装袋，自面市以来深受消费者的喜爱，其市场份额日益增多。本次设计研究的自立袋成型机选用卧式机型、间歇运动。其中，薄膜的供送装置采用膜预牵引机构，即预先将薄膜储存在储膜机构，然后再进入制袋区，这样便可保障薄膜在袋子成型过程中平稳、不跑偏，成型效果好；袋成型器选用三角板成型器，由等腰锐角三角形平板、导辊和固定支板联接而成。在多种机型上应用，尤其当制袋规格有较大变 化时，其具有良好的适应性，利用三角板成型器即可将平张薄膜折叠成型；因为制袋
2、机是间歇运动，所以横封、纵封装置采用热板式加压封合，切断装置选用冷刀切断；牵袋装置选用滚轮式牵引，靠一对滚轮的对滚，利用滚轮与包装材料之间的摩擦力进行料袋牵引。再结合锥齿轮、离合器和同步带的传动便可实现牵袋的间歇运动；本机采用机械式无级调速装置，通过旋钮的顺逆转动带动可动锥盘上下移动，即可实现速度的增减，达到无级调速的目的。其结构简单，传动平稳，噪声小，使用维修方便，效率高，所以在各类机械中应用广泛；而传动系统将电动机提供的动力经无级 调速和蜗轮蜗杆减速器减速后传至主轴，然后分配给各部件，使各部件相互协调运动。 本次研究设计的袋成型机，对于生产效率的提高、薄膜材料的节约和产品质量的提升有很重要
3、的意义。 关键词 :包装机；自立袋；结构设计；间歇运动 II Abstract The issue is about complex paper and plastic film for stand-up pouches structure horizontal molding machine design. The packing speed of the bag making machine is 70-90 bags / min, trilateral sealing. Stand-up pouches have bottom horizontal support structure t
4、o make the work more flexible, since the products gone into the market, the market share keep growing.The design study of self-selection of horizontal bag forming machine models, intermittent exercise. Among them, the film feeding device uses membrane pre-traction mechanism, namely the pre-stored in
5、 the reservoir will film membrane organization, and then into the bag area, so that the bag can protect the film forming process smooth, without deviation, forming effective.Selection of bags forming triangle forming, coupled by the isosceles acute triangle plate, guide rollers and fixed support pla
6、te is made.Applications in a variety of models, especially when there is a large bag specification changes, it has good adaptability, use triangle shaper can be folded flat sheet film forming; Because the bag machine is intermittent movement, so the cross sealing , longitudinal sealing device uses p
7、ressurized hot plate sealing, cold-knife cut off the device selection; pull bag device selection wheel traction, by a pair of rollers on roll, between the roller and the friction force packaging material utilization bag traction.Combined with the bevel gear, clutch and drive belt retractor bags can
8、achieve intermittent motion;The machine uses a mechanical variable speed device, driven by rotation of the knob good or poor movable cone plate moves up and down, you can achieve the speed of change, to achieve the purpose of variable speed.Simple structure, smooth transmission, low noise, easy main
9、tenance, high efficiency, it is widely used in various types of machinery; while the power transmission system provided by the variable speed motor and worm gear reducer transmitted to the spindle, then assigned to each component, so that the various components coordinated movement. The study design
10、 of the bag forming machine for production efficiency, improve product quality, conservation and film material has a very important significance. Key words: Packaging machine; stand-up pouches; structural design; intermittent motion III 目 录 第 1 章 绪论 . 1 1.1 课题研究的目的及意义 . 1 1.2 国内外的 研究现状 . 2 1.3 课题研究的
11、内容 . 3 第 2 章 总体方案设计 . 4 2.1 设计参数 . 4 2.2 工艺流程分析 . 4 2.3 确定主要执行构件 . 5 2.3.1 供送系统 . 5 2.3.2 袋成型装置 . 6 2.3.3 横封装置 . 7 2.3.4 纵封剪切装置 . 9 2.3.5 牵袋装置 . 11 2.3.6 无级调速装置 . 12 2.3.7 电动机 . 13 2.3.8 传动系统 . 14 2.3.9 工作循环图编制 . 15 2.4 总体布局 . 17 第 3 章 主要机构设计与计算 . 18 3.1 成型器的设计 . 18 3.2 纵封剪切装置的设计 . 20 3.2.1 凸轮的设计 .
12、20 3.2.2 推杆的设计 . 22 3.3 蜗轮蜗杆减速器的设计 . 25 3.4 主轴的设计 . 27 3.5 牵袋装置的传动设计 . 28 3.5.1 直齿锥齿轮设计 . 28 3.5.2 同步带的设计 . 30 3.6 V 带设计 . 31 参考文献 . 32 致 谢 . 33 武汉理工大学毕业设计（论文） 1 第 1 章 绪论 随着我国经济社会的快速发展、城镇化进一步推进和人民生活水平的逐步提高，包装工业得以超速发展，包装机械业迎来了良好的发展机遇，作为食品、药品、日用品的配套行业包装设备业面临巨大商机，根据中国机械工业联合会预计，从 2013 年到 2017 年，食品与包装机械业
13、总产值有望突破 7000 亿元，每年平均增速达 16%。而大量的事实也表明，包装工业的发展趋势正朝着多元化、多功能、高效率、宜人性、利环保的方向发展。 1.1 课题研究的目的及意义 本次的设计对象是复合纸塑薄膜自立袋卧式成型机，要了解本次设计的目的和意义，就必须先对自立袋有一个认识。 自立袋（ Doypack）是指一种底部有水平支撑结构的软包装袋，不倚靠任何支撑以及无论开袋与否均可自行站立。由欧洲人麦劳斯杜叶发明的，至 20 世纪 90 年代开始在美国市场得到广泛认可，继而在全世界范围内盛行推广。 自立袋是一种相对新颖的 包装 形式，在提升产品档次、强化货架视觉效果、携带轻便、使用便利、保鲜和
14、可 密封 性等诸多方面占有优势。自立袋由 PET、 foil、 PE、 纸等材料复合而成，可以有 2 层， 3 层等其他规格材质，具体视包装的产品而定。也可根据需要增加隔氧保护层，降低透氧率，延长产品的货架寿命期。 据英国市场研究和营销公司 PCI 薄膜咨询公司最新的调查报告显示，欧洲对自立袋的需求将在 2014 年增长 50%左右。报告的撰写人 PaulGaster 指出：“近年来，随着品牌持有者、零售商和消费者逐渐意识到自立袋所具有的成 本效率、便利性和环保优势，人们对这种包装的态度也发生了变化。” 所以说用自立袋来取代一些传统软包装已成为一种必然的趋势，相应的自立袋包装机械就进入我们的研
15、究中。 袋成型通常是包装设备的一部分，但也有单独的袋成型机，例如我国佛山市天正机械有限公司研发的三边封袋、自立袋拉链袋加阀制袋机，它可以制作常规的三边封袋和自立袋，正常速度每分钟 30-100 袋，在包装速度上国外同类型的设备要高于国内水平。 袋成型机械属于包装机械系列，我国的包装机械发展较晚，目前处于起步应用阶段。近几年通过参考国外产品，进行消化、吸收及自主 开发研制，技术上有了很大的提高。但是与世界包装机械四强（日、德、美、意）相比仍有较大差距。我国生产的包装机械通常是集制袋 充填 封口 切断 输出为一体的综合设备，机型有立式和卧式两种。 随着自立袋得到消费者广泛的认可，并且能满足多种产品
16、的包装，这就使得对自立袋的需求日益增加。那么能够设计一台高效率、高产量的自立袋成型机则迫在眉睫。本次设计的目的就是在目前市场上已有的自立袋成型机上进一步完善设计更高效的成型机。 武汉理工大学毕业设计（论文） 2 1.2 国内外的研究现状 我国的包装机械发展较晚，目前正处于起步应用阶段。近几年通过参考国外 产品，进行消化、吸收及自主开发、研制，技术上有了很大的提高。但是与世界包装机械四强（日、德、美、意）相比，仍有较大差距，其中美国包装机械的品种和产量均居世界之首，其产品以高、大、精、尖产品居多，复杂产品居多；德国包装设备在计量、制造、技术性能等方面均居领先地位；意大利包装机械 40%左右是食品
17、包装机械，主要特点是性能优良、外观考究、价格便宜；日本的包装机械素以技术先进、性能优良、质量可靠闻名于世，体积小、精密度高、安装容易、操作方便，自动化程度较高是其主要特点。 1.国外包装机械的特点： （ 1） 结构设计标准化、模组化。用一台包装机可以完成对不同物料的包装，只需利用原有机型的模组化设计，在短时间内迅速进行规格更换即可实现。 （ 2）运动精度高。采用各种新技术，通过伺服电机、编码器及数字控制 ,可编程控制器 PLC 等高精密执行机构去控制各种动作，使得整机的制袋精度提高。 （ 3）包装速度快。目前，国外小袋包装机单列包装速度一般为 30-80 袋 /分，很多公司推出的多列式包装机
18、(从 2 列到 10 列 )，使得包装速度有了很大提高。如意大利 ILAPAK公司的 300 和 400 系列枕型包装机，包装速度达到 120 袋 /分；日本二光机械的 FC-1000型小袋枕型包装机，有 12 列，速度可达到 1000 袋 /分。 （ 4）包装形式多样化。国外的袋包装目前有二边封合袋、四边封合袋、枕形袋、风琴式和自立袋等。用户根据市场的需要有很大的选择空间。 （ 5）控制智能化、弹性化。国外大多机器，都能够通过智能型控制仪表，触摸屏上的菜单式应用软件，进行跟踪调整机器的各种参数。 2.国内包装机械的特点： 由于用户的技术水平和各种环境因素的限制，我国包装机械呈现这样一种局面，
19、对高端的设备需求量较小，对中低档的设备需求量大。在满足中小型包装机械 要求的基础上，打开市场，扩大需求，大力发展高端包装设备。在技术水平方面，我们的差距在于： （ 1）速度较低且结构单一品种少； （ 2）精度水平较低； （ 3）可靠性较低； （ 4）自动化水平和智能化有待提高。 随着我国经济的不断发展和人们生活水平的日益提高，对包装多样化的要求越来越多，改革迫在眉睫，我们应大力发展改进新技术，进行技术革新，发展高端技术，加快技术自主创新，提高包装机械的品质和生产效率。 武汉理工大学毕业设计（论文） 3 1.3 课题研究的内容 在调研的基础上，根据对几种不同类型的自立袋成型机的特点和总体 方案的
20、分析，将分析主要工作机构 (供送、成型、牵引、封切、传动 )之间的相互配合关系，完成对自立袋成型机的结构改进设计和理论分析及其主要参数的确定。整体的设计思路和结构如图 1.1所示： 图 1.1 整体的设计思路和结构图 自立袋成型机的工艺流程，复合薄膜材料经导膜辊传送至成型器，再经过底部折叠装置折出自立袋袋底，经导膜辊压平整传送至底部横封器，实现对自立袋底部热封，再经纵封装置封合，经水冷装置冷却后由易撕口装置开口，光电检测确定制袋的精度，伺服牵袋装置是保证袋传送运动的动力，最后剪切装置裁切成型，经输送带运送 。 本课题研究内容和设计工作主要包括以下几个方面 : （ 1）电机的选择，传动系统方案的
21、拟定，运动及动力参数的确定。 （ 2）送膜装置的组成，力学分析及定位控制方式。 （ 3）袋成型器的设计。 （ 4）横封、纵封装置热封形式的选择和结构设计。 （ 5）剪切装置的选择和结构设计。 （ 6）控制系统的设计， PLC、人机界面的应用。 武汉理工大学毕业设计（论文） 4 第 2 章 总体方案设计 2.1 设计参数 设计的袋成型机的方案满足如下性能、性质要求： （ 1）制袋类型：自立袋 （ 2）制袋速度： 70-90 个 /分钟 （ 3）成型袋规格：长 100-200mm，宽 50-150mm （ 4）整机外形尺寸 : 2000mm 1000mm 1000mm （ 5）机身重量 : 约 1
22、500kg （ 6）电压三相 : 380V 50Hz 技术要求： a.设备应能满足自立袋成型要求。 b.设备应保证包装膜对正，便于调整。 c.设备应结构简单、运转平稳，工作可靠。 d.设备应便于维修。 e.设计时考虑加工工艺性和装配工艺性，尽量使用标准件、通用件，以降低制造成本。 2.2 工艺流程分析 机器类型选择如下： 1.工位 分为单工位和多工位。单工位包装机的所有包装操作都集中在一个工位上完成，当一件 (组 )物品完成全部包装并输出之后，下一件 (组 )物品才能进入机器开 始包装。多工位包装机，物品从输入到输出，必须经过多个工位，而且在不同的工位上依次完成各个包装操作。由于袋成型机制袋过
23、程比较复杂，需要较多的执行机构 (供膜、封合、切断等 )，将包装操作分散在不同的工位上同时进行，能够提高生产效率，所以选择多工位。 2.运动形式 运动形式分为间歇运动和连续运动。间歇运动指物品由一个工位转移到另一个工 位作间歇步进运动，主要包装操作可在物品静止时完成。一般适用于执行机构比较多的机器，但其惯性力和冲击现象不利于提高生产率。连续运动是物品及传送系统均作连续等速运动。在包装机进行工作时，各个执行机构是并行工作的，这样既能够提高生产率，缩短生产周期，也能减小机器空间。根据分析，本设计采用间歇式运动。 综上分析，本课题研究的自立袋成型机采用多工位、间歇运动型。 武汉理工大学毕业设计（论文
24、） 5 图 2.1 袋成型机一般工艺流程图 如图 2.1 是卧式自立袋成型机的一般工艺流程简图，复合薄膜材料经导膜辊组传送至袋成型器，再经过底部折叠装置折出自 立袋袋底，经导膜辊压平整传送至底部横封器，实现对自立袋底部热封，再经纵封装置封合，经水冷装置冷却后由易撕口装置开口，光电检测确定制袋的精度，伺服牵袋装置是保证袋传送运动的动力，最后剪切装置裁切成型，经输送带运送。 2.3 确定主要执行构件 2.3.1供送系统 1.膜预牵引机构 膜的预牵引功能是将卷筒上的膜经过放膜机构预先储存到储膜机构上，使膜在制袋区域保持恒张力，由放膜机构、导膜机构、和储膜机构组成。 放膜机构由驱动辊和压力辊组成，驱动
25、辊同向转动，在压力辊的作用下与薄膜形成较大的摩擦力 ，由于摩擦薄膜会被牵引着运动。在膜的预牵引过程中，预牵引速度和驱动辊的线速度有关，不受卷膜大小变化影响；导膜机构由多个导向辊组成，作用是根据设备的整体结构，使膜的走向合理，释放膜的应力；储膜机构由多个固定导辊和移动导辊、导辊支架、检测开关组成。作用是释放膜的张力和静电，储备张力基本恒定地展开膜。保障了膜在袋子成型过程中平稳、不跑偏、成型效果好。 武汉理工大学毕业设计（论文） 6 图 2.2 膜预牵引机构 2.膜预牵引机构的工作原理 如图 2.2，储膜机构由机械挡块限位，结合检测开关进行控制，检测开关 SQ1， SQ2，SQ3 和 SQ4 检测
26、移动辊的位置，控制预牵引电机运行。当 SQ2 检测到信号后，预牵引电机慢速启动运行，移动辊在重力作用下向下移动， SQ1 检测到信号后预牵引电机加速运行。移动辊下降过程中， SQ3 检测到信号后预牵引电机减速运行， SQ4 检测到信号后预牵引电机停止。随着制袋机构对膜的牵引，移动辊开始上升。设置 SQ2 和 SQ3 检测开关的目的是预牵引电机有一个慢速运行段，移动辊比较长时间保持在某一个移动范围内，减少预牵引电机的起停次数。 2.3.2袋成型装置 制袋成型器是使塑料薄膜材料卷折成各种袋型的专用装置，对包装的形式、尺 寸、产品质量等均有直接影响。通过对制袋成型器的改进使其能够适应不同包装材料的宽
27、度。 常用的制袋成型器有：翻领成型器、象鼻成型器、三角板成型器、 U 形板成型器和缺口导板成型器五种。如图 2.3 所示，不同成型器的结构、性能各有优点，应用场合也各不相同。 图 2.3 常用制袋成型器 武汉理工大学毕业设计（论文） 7 正确设计和制造成型器的关键点为： a.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纵向的拉伸变形以及皱折等。 b.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。 c.结构简单可靠，制造方便，调试容易。 本次设计制袋成型器选用三角板成型器。 三角板成型器：由等腰锐角三角形板和 U 形立杆 (或平行导辊 )连接在基板上形成，利用成型器
28、的形状，迫使平张薄膜近似对折成型。三角成型器结构简单，对机型、袋形规格及材料的适应性好，能适应包装袋尺寸变化较大的情况，调整时只需调节基板的上下位置即可。适用范围广泛，立式、卧式的间歇或连续的三面、四面制袋包装机上都有应用。 2.3.3横封装置 塑料薄膜及其复合材料是自动制袋包装机中最常用的包装材料，特别 是多层复合薄膜，因为它的气密性良好以及高强度而广泛应用于各类包装中。 1.封口形式 塑料薄膜的封口采用热融封合的方法，利用薄膜材料的热塑性，对薄膜进行加热加压，使袋口密封。薄膜热封原理是，在加热条件下，对两层以上的薄膜施加一定的压力，使薄膜的热合部位局部达到熔融状态，经过一段时间后，两层薄膜
29、的分子相互渗透，经过冷却、定型后实现热封合。有以下几种封合方式： （ 1)热板式加压封合：该封口方式结构简单，封合速度快，适用于聚乙烯类薄膜，但对遇热易收缩或易分解的聚丙烯及聚氯乙烯薄膜不适用。 （ 2)环带式 热压封合：该封合方式能连续工作，效率高，封口质量好，但结构较复杂，适用于易热变形的塑料薄膜及复合材料的封口。 （ 3)热辊式加压封合：由于热辊式加热能连续工作，因此生产率较高，可用于复合薄膜的袋成型，适用于枕式包装机。 （ 4)高频加热封合由于是内部加热，中心温度高，薄膜表而不会被过热，所得封口强度高，主要适用于聚氯乙烯类感应阻抗大的薄膜材料，不适用于低阻抗薄膜。 （ 5)脉冲加热封合该方法的特点是封口质量高，适于易受热变形、易受热分解的薄膜，但冷却时间长，封合速度较慢。 （ 6)电热丝熔断 封合这种封口没有较宽的封合带，封口强度低，适用于气密性要求不高的包装袋封口。 经过上述分析，考虑本次设计所采用包装材料为纸 /聚乙烯复合薄膜材料，且运动形式为间歇运动，所以封口形式采用热板式加压封合方式。
