1、毕业设计文献综述 机械设计制造及其自动化 巧克力包装机传动部分设计 摘要：介绍国内巧克力包装机现状，以及发展前景，与发达国家之间存在的差距等等。其中还有包装机传动部分设计的思路和联想。 关键词：巧克力包装机、前景、传动部分设计 1.前言 20 世纪 90 年代以来，全球食品工业总产值已超过 34 万亿美元，而中国国内包装产业总产值达到 6.9 万亿美元，占全世界食品工业的 20.2%。而且国家统计局预测今后我国的包装产业将会以每年 15%的速度增长，高居于其他工业产值之上。 21 世纪，世界各国的工业发展的主要问题依旧在于如何 运用有限的生产资源养活地球上快速增长的人口的问题。这就决定了，食品
2、包装产业都是社会生产中永不衰落的产业。 中国的食品包装机械产业的现状： 20 世纪七十年代末与八十年代初，经过八十年代的快速发展，九十年代的高速增长，通过引进、消化吸取、国产化生产，目前食品包装机械已进入结构调整、产品质量升级、提高创新能力的关键时期。近 5 年来食品包装机械行业每年以 11%-12%的平均增长速度发展， 2002 年食品包装机械全行业总产值近400 亿元，已成为机械工业系统十四大行业之一，初步满足了我国食品包装机械工业的需要。目前 我国已有包装设备的生产厂家 5000 多个，年产达 20 多万台套，产品品种达 3700 多种，除满足国内需要外，还有一定数量出口。 2002 年
3、全国食品包装机械进出口总额 21.4 亿美元，其中进口 15.4 亿美元，出口 6 亿美元，进口仍大于出口 。 食品机械存在的问题： 与国外产品的差距大。我国食品包装机械近几年来取得了很大的成绩，但与国外食品包装机械产品相比仍存在 20 年的技术差距。单机多，成套少；主机多，辅机少；技术含量低的产品多，高技术、高附加值、高生 产率的产品少；通用机型多，特殊要求、特殊物料加工的机型少。机械产品的质量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，绝大多数产品还没有制定可靠性标准产品性能与国外同类产品相比，生产能力低、能耗高。较好的产品小时生产能力仅是国
4、外先进水平的 1/2，能耗成倍地高于国外先进产品水平。目前我国的食品包装机械只有 5%达到国外上个世纪 90 年代水平， 20%达到国外 80 年代水平， 60%才达到国外 70 年代的水平。 我国绝大多数食品包装机械制造企业属于中小企业，基本上不具备自主 研发能力；由于科研投入不足，研究院所和高等院校的实验条件不完善，造成我国市场上的产品主要还是仿制、测绘或稍加改造的国产化，产业主体技术依靠国外，有自主知识产权的产品少。根据规定技术开发投入可占销售收入的 3%，但大多数企业投入的资金都很少，无法保证新产品、新技术的开发。产品开发缺少创新，开发手段落后，不能紧跟市场需求及时提供产品 。 食品包
5、装机械企业规模小，重复建设严重。我国的食品包装机械企业大部分规模偏小， “小而全 是其主要特征之一，多数企业年产值 在几百万到一千万之间，低于 100万的企业为数还不少。人均劳动生产率多数企业在 10万人民币以下。每年有近 15%的企业转产或倒闭，但又有 15%的企业加入这个行业，极其不稳定。同时存在着不顾行业发展要求，重复生产那些成本低、工艺水平比较落后、易于制造的机械产品，行业内目前大约有 1/4的企业存在低水平重复生产现象。这是对资源的极大浪费，造成食品包装机械市场的混乱，阻碍行业的发展。 我国食品包装机械前景： 随着我国市场经济高速发展以及人民生活质量的提高，微波食品、休闲食品及 冷冻
6、食品 等方便食品大量进入家庭和企事业单位。这直接带动了相关食品包装的需求，也为食品 包装机械 行业提供了宝贵的发展商机，呈现出广阔的市场前景。 面对市场需求和如何赶上甚至超越发达国家的食品包装机械，以及如何加大自主创新步伐，力争在短时间内开发出一批具有自主知识产权和国际先进水平的产品，是摆在我国食品包装机械企业 面前的紧迫任务。国内包装机械厂家中能进行专业研究开发的很少，这也是我们的不足之处。但在国内一些包装机械厂家不断努力下，国内的包装机械在计量、制造、技术性能等方面取得了不错的业绩 ， 还有机电一体化的出现，使自动化包装机设备的需求激增。 2.巧克力包装机的种类和其主要机构 国内糖果、巧克
7、力的 包装 形式主要有扭结式 包装 、枕式 包装 、折叠式 包装 .扭结式包装 是最古老的 包装 形式 ,这种 包装 形式多用于糖果 ,不仅可以通过高速、 自动 化的 包装机来完成 ,也可以通过手工操作完成 ;由于枕式 包装 机比较普及 ,目前多数糖果、巧克力生产企业均采用枕式 包装 .而折叠式 包装 ,多用于巧克力产品 ,糖果适宜做成卷包、条包、盒装 ,这种 包装 形式对 包装 设备和 包装 材料有较高要求 。 所以，本巧克力包装机械采用社会生产中较流行的 枕式 包装 来设计。 （ 1） 何谓枕式包 由于进行包装的袋的形态呈枕状，因此通常称作枕式包装。枕式包装机大致分为枕式与纵式型。包装工序
8、水平进行，因此称作枕式包装机。主要使用于固形物的个装及多个物品等的包装。另一方面，包装工程从上向下进行的装置则称作纵式包装机。纵式包装机使用于年糕、糖果、液体、粉袋、流体等的包装。在市场上可以见到各种包装商品，包装形态多种多样。众多枕式包装品是由枕式包装机包装的商品。枕式包装机于 1930 年代在美国得到开发，在日本国内真正开始生产已有 46年的历史，这些包装机投入到了各种市场，得到了广泛利用 。 （ 2） 枕式包装机的包装工序： 上 2 图 表示枕式包装机的包装工序。根据包装的产品，事先设置好了包装用膜的尺寸。作为主要包装材料，使用塑料膜，有时也使用以纸及铝箔等为基材的膜。 膜由进料辊送出，
9、在制袋器部分形成筒状袋。然后，膜的两端部呈合掌状，在中心密封部向膜的两端部施加热与压力，并进行热粘着（热密封）。通过设置在制袋器前段（供应部）的 供应传送装置，被包装物以一定间隔连续插入至呈筒状的膜内。 筒状膜内的被包装品通过上下按压传送带以一定间隔继续前进，在终端密封（也称顶部密封）装置向被包装物与被包装物的中间部膜进行加热，在进行加压热密封的同时，由切割机进行切割，结束包装工序。枕式包装机连续进行着上述一系列运转。 （ 3） 关于枕式包装机的基本构成 ： 由如图 3.所示的各部分构成。 大多数机械由如下部分构成，供应搬运被包装品的 “供应传送机部 ”、供应包装材料（膜）的 “膜供应部 ”、
10、进行膜制袋的 “制袋部 ”、通过加热粘附制袋后膜两端中央部分的 “中封部 ”、向前方搬运被包装品的 “产品传送部 ”、加热粘附被包装品膜的同时切割的“底封部（端封） ”、最后是将被包装品搬运至下一工序的 “排出带 ”。根据包装机械厂商，设计及形状有所不同，但是基本构成是相同的 。 1.膜的打印模式调整 卷取成滚子状的膜按照一袋的长度打印 设计有商品名称、用途、期限、成分、使用注意事项等，一般情况下 ,表示长度的印作为 “标记 “进行打印。使用光电传感器检测这一打印的 “标记 “,并根据膜的位置和终端密封器的时机 ,进行与膜的打印设计之间的位置控制。 2.制袋装置 制袋装置根据被包装品是否属于专
11、用包装、还是兼用包装 ,制袋器的形状发生变化。一般情况下 ,在专用包装中使用时 ,使用宽度及高度尺寸与被包装品尺寸一致的固定化的专用型制袋器 ,在兼用包装中使 用时利用制袋器的宽度与高度能够根据被包装品的尺寸调整的制袋器。一般情况下 ,量产机标准配备兼用型的制袋器 ,调整宽度与高度的机构根据各公司不尽相同。 3.中封装置 根据使用的膜及包装能力采用各种模型 ,这是一种通过从膜重叠部分的外侧施加压力与热来溶融、粘附膜内侧的装置。 (1)为条型 ,当膜重叠部分通过条式加热器之间时 ,通过热与加压滚子溶融粘附膜 。 (2)为旋转滚子型 ,从两侧通过加热滚子溶融粘附膜 。 4.端封装置 热粘附呈筒状包
12、装的被包装物的前后，同时进行切割的装置。具有各自的特点，根据用途分别使用。终端密封装置包括面向高速包装的旋转结构与面向密封包装的往复式结构。关于（ 3）的旋转方式，安装于上下轴的一对热密封器进行旋转，对膜进行热粘附的同时，反复进行切割，因此作为高速包装用途采用。具有结构简单、高速的特点，另一方面，受密封轴的影响，被包装品的高度受到限制，密封时进行划圆弧的瞬间密封，因此很难掌握向膜的加热时间，不易进行密封。（ 4）的往复式是一种密封器向上下方向与水平方向进行椭圆移动运动的同时进行切割的结构。 密封器的运动轨迹呈箱状，故得此名。进行膜加热、加压时，向水平方向移动，因此密封时的热效率高，作为面向密封
13、包装机用途广泛使用 。 3.巧克力枕式包装机的工作原理 枕式包装机 是一种包装能力非常强 ,且能适合多种规格用于食品和非食品包装的连续式包装机。它不但能用于无商标包装材料的包装 ,而且能够使用预先印有商标图案的卷筒材料进行高速包装。在包装生产中 ,由于包装材料上印刷的定位色标之间存在误差 ,包装材料的拉伸以及机械传动等因素的影响 ,包装材料上预定的封切 部位有可能偏离正确的位置 ,而产生误差。为了消除误差而达到正确封切的目的 ,包装设计必须考虑自动定位问题 ,解决这一问题大都是根据包装材料的定位标完成连续式光电自动定位系统设计。而连续式光电定位系统按误差补偿工作式分为进退式、制动式和两传动系统
14、同步式 。 1 枕式包装机制动式光电自动定位系统的基本原理 包装纸在自动包装机上连续进给 ,成形制袋 ,充填和封口的过程中 ,由于定位色标的印刷误差 ,机器运转的偶然波动以及操作等综合因素 ,使包装纸的输送速度与横封、切纸 速度不同步而产生封、切位置的偏差 ,因此需要随时予以校正 ,连续地进行误差补偿。综合误差是个变量 ,但由于具较高质量和印刷精度的包装材料来说在一定的包装速度下 ,这个误差在检测的各个周期内应保持在很小的范围内。这样就能通过光电定位系统定期地 (每两个包一次 )测量和比较送纸速度和封切速度。如果包装纸过快 ,正误差系统给出一个负的补偿量 ,也就是送纸机构减速来达到补偿 ;如果
15、包装纸过慢 ,是一个负误差 ,系统给出一个正的补偿量 ,使送纸机构增速。但是给定的补偿值不可能完全消除误差 ,可能补偿过头 也可能不足。即使误差被消除了 ,下次还会 出现。 因此枕式包装机设计总是使系统给予补偿过头一点 ,给定一个稍大于绝对误差值的补偿量 ,人为地使它超差。当这次测定误差为负 ,则补偿一个过量的正值。下一次测定、比较之后必定出现正的误差。定位系统自动地补偿一个给定的负值之后 ,又恢复出现负误差。如此循环 ,正负交替使误差控制在一定范围内。这样包装纸的切断部位就在正确的位置附近跳动。这种包装纸一进一退来达到连续定位的方式称为“进退式”自动定位方式。因为它的补偿量是超越离合器工作
16、,把机械送纸机构进入工作时设计成具有包装纸滞后效果来给出的 ,所以采用这种原理定位的系统称为 “制动进退式”自动光电定位系统。以决定包装纸速度的横向封、切速度作为参考基准 ,以调整送纸速度与之同步来控制包装纸的封切位置误差 ,这就是连续定位系统最基本的原理。 2 枕式包装机制动进退式定位系统的分析 下面分析制动进退式光电定位系统 ,包装机传动系统图 1。 包装过程如下 :片状包装纸由卷筒 1 引出 ,经光电检测器 2 再由成形器 5 成形和牵引辊 6,纵封辊 7 制成包装。已充填包装物的包装袋上下整形输出 ,经输送带送到横封头 8 横封并切断排出成品。传动部分是 :主电机 M1 将运动传入横封
17、传动轴 ,再经不等速机构 9 带动横封头传动 ,不等速机 构是用来调整横封头 8 的封切瞬时速度 ,使之与包装袋移动速度同步的。另一路则经无级变速差动机构 13 的调节 ,可以手动或通过单相伺服电机控制完成。调节无级变速差动机构 13 可以得到所需袋长。最后一路经差动机构 18 到勾爪输送链。差动机构 18 为自动调整机构 ,主要用来调节勾爪输送链与横封头同步。在包装过程中 ,用光电传感器检测包装纸移动速度与横封速度作比较 ,判别它是慢是快 ,通过超越离合器电气系统控制超越电机 M3 动作使之运转或制动停止 ,以达到误差补偿的目的。 3 速度检测与包装纸长度测量 为保证包装过程中的精确定位 ,
18、送纸速度 与横封切口速度是必需准确的测量两个参数 ,同时生产过程中包装纸 (每张 )有长有短 ,从而如何在定位过程中自动测定包装纸长度使之与我们生产设定相符合 ,也是非常重要的。枕式包装机纸速的测量是由光电接近开关 17来完成的 ,我们把测量纸速的光电接近开关输出的脉冲周期记为 T纸它的导数 1/T纸即为送纸辊的传动速度。横封切口速度是由光电接近开关来测量的。我们把刀切速度光电接近开关输出的脉冲周期记为 T刀 ,它的倒数 1/T刀即为横封速度间接计算得到的。在包装设计中 ,包装纸被紧压在送纸辊上 ,压辊的线速度则为包装纸的送纸速度 V纸 = D/T纸 ,式中的 D 为送纸辊直径。经过横封切口后
19、的被切长度 L 纸 =V 纸 T刀 = DT刀 /T 纸 4 色标对标方法与调整 为保证包装全自动定位 ,需要控制伺服电机 M2 使送纸速度与横封头切口速度同步。然而对设计为同步的系统 ,由于运转的偶然波动以及操作扰动等方面因素都会使原来同步系统失步。从而需要在基本同步的系统中加入色标检测与控制电路 ,随时校正 ,连续进行误差补偿。保证切封位置不变 ,这就需要借助包装纸上的色标来定位完成。色标定位对标对包装材料、光电检测方法、色标的印刷等都提出一定的要求。枕式包装机就包装材料而言 ,要求有较高的密 度 ,滑度厚度均匀、而且要有一定的抗拉伸能力。光电检测方法随不同的包装材料有透射式和反射式两种。
20、 透射多用于透明包装材料的检测 ,而反射式则用于难以透光或不能透光的包装材料的检测。通常高速度的枕式包装机设计 ,大多采用反射式光电检测方法 ,因为它具有较高的检测灵敏度。对色标印刷要求 ,定位色标必须能有遮光或通光的作用 ,同时随包装产品的大小和检测方法的不同 ,定位色标要有足够的遮光面积 ,以保证光电检测时信号的可靠性。 有了良好的包装材料 ,合适定位色标与正确的光电遮光反射式传感器测量色标方法 ,就可以进行色标对标与调整。按上 述原理与方法设计的枕式多功能枕式包装机 ,配上微电脑控制的纸长设定调节以及色标定位系统 ,彻底解决了全自动光电定位问题。系统高速运平稳可靠 ,封切准确 ,是目前最
21、先进、最理想的机型之一。 4.巧克力包装机的发展前景 国际糖果，巧克力包装的发展趋势。 目前发达国家糖果、巧克力工业已步入现代化的进程，新的材料、新的设备 和新的技术促使糖果巧克力生产工艺和包装技术不断推陈出新 ,精益求精。标准化的产品包装机向高速自动化发展：糖果、巧克力制造商在对标准化的产品包装时，一般需要高速、自动化的包装机，以追求规模经济的包装 成本优化 。 参考文献 1.中国包装机械网我国包装产业现状 2.中国农产品加工网糖果、巧克力包装机的现状 3.中国包装行业门户网 国内自动化糖果、巧克力枕式包装机发展现状 4.中国包装行业门户网枕式包装机基础知识 5.机械原理（第七版）郑文纬、吴克坚主编，高等教育出版社， 1997年 6.材料力学刘鸿文或孙训方，高教出版社 7.电工学（上册）（第五版）秦曾煌，高等教育出版社 8.中国数控信息网枕式包装机最新发展方向
