机械创新设计封箱机设计说明书.docx

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机械创新设计封箱机设计说明书

1.选题背景说明

选题：

不同材质、形状和尺寸商品的包装机械装置

关于不同材质、形状和尺寸商品的包装机械装置的设计。

主要针对开设“网店”等创业人员在创业初期存在的人手少、工作量大的问题，设计可以用于包装多种材质、尺寸和形状商品的个性化机械装置。

设计中应遵循环保、快捷和节约的设计理念。

根据淘宝，京东等电商的商品包装快递形式及包装用材主要有如下几种：

包装形式：

纸盒包装和快递袋包装

包装用材：

防震泡沫，胶带等

由于纸盒包装过程，需有如下过程：

开箱→产品放入→封箱，通常电商批量买入纸盒，快递袋，防震泡沫，胶带等包装材料，发货时由人工完成商品包装。

尽管包装过程简单，但也费时费力，纸盒开箱需用胶带封底，装入商品后封箱，最后的封箱操作一个人做起来很麻烦，由此一台封箱机就显得很有必要，可减轻人力负担，缩短装箱时间，方便电商发货，市面上也有多种装箱机，封箱机，但成本高，适用于大批量生产，相对于电商小批量包装，显得大材小用，且价格昂贵，不适于电商低成本，高效率的模式，由此我们将设计一款新型纸盒包装的封箱机，为店主提供便利。

2.包装机的发展现状

2.1包装机械的发展现状

国外包装机械工业技术的发展主体经历了以下几个阶段:

简单机械化、初级机械化、自动包装生产线、计算机控制的高度自动化生产线。

国外包装机械产量稳定增长,产品门类齐全,品种繁多。

并且生产自成体系,向专业化发展。

如美国ANCELUS公司的封罐机、德国SEHZ公司的啤酒灌装机、瑞典TETRAPAK公司的无菌包装机等[4]。

目前,国外包装和食品机械水平高的国家主要有美国、德国、日本、意大利和英国。

而德国包装机械业多年来始终处于稳定增长状态，出口比例占80%左右，是世界上最大的包装机械出口国。

德国包装机械出口贸易有两大特点：

一是绝对数额大；二是相对比例高。

德国的包装机械制造商致力于研究高科技、高素质生产及可靠的服务。

优胜之处在于能够提供各类生产问题的解决方案和完善的生产线，并与专业公司保持合作的关系。

。

最近几年,这些国家包装和食品机械设备发展呈现出新的趋势。

工艺流程自动化程度越来越高目前自动化技术在包装生产线中己占50%以上,大量使用了电脑设计和机电一体化控制,目的是提高生产率,提高设备的柔性和灵活性,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度,保证包装的高质量。

21世纪以来，包装机械市场竞争出现了重大变化。

竞争利益的获取方式，不再是过去传统意义上的产品品种、数量等物化的有形资本，取而代之的是高新技术、技术标准、技术创新等无形资本的作用。

这种作用，在包装机械技术竞争中越来越显着。

尤其在科技发展中，欧盟、美国、日本等发达国家的技术装备水平居世界前列，创造了许多成功经验值得我们借鉴。

欧美日等发达国家，能够在国际市场上具有较强的竞争力，主要原因之一就是打造了一批国际知名企业和产品品牌。

他们的做法，优先对包装机械进行专业化生产，通过设计和创新注入别人难以模仿的技术含量，然后通过市场认可提升影响力，最后形成国际知名企业和产品品牌，跨国界发展十分迅速。

例如瑞典利乐包装国际有限公司（TetraPak），是世界牛奶、果汁、饮料和许多其他产品包装系统著名的大型供货商，其无菌包装设备闻名全球。

在发达国家，大都建立了以技术壁垒为特征的标准体系，其中美国和日本以技术法规、技术标准和认证制度为主要内容，而欧盟则以欧盟指令、欧洲统一标准和欧盟“CE”标志等为主要内容。

当今世界包装机械市场竞争的关键，主要取决于将产品技术转化为标准及其技术法规，从而取得技术壁垒和经济效益的能力。

尤其在国际贸易中，关税壁垒的作用越来越受到限制，非关税技术壁垒的作用不断上升。

近年来，美、日、欧等发达国家，以保障人类健康、安全、卫生等为由采取大量技术性措施，在制定技术标准等方面设置了大量的技术壁垒内容。

这些技术壁垒内容，不仅成为各国抢占技术竞争制高点的有力手段，而且已发展成为技术竞争的主要形式。

国与国之间包装机械的技术竞争，实际上是技术创新能力在该领域的较量。

当今包装机械的技术创新能力，已成为世界性提升技术竞争的决定性因素。

一个国家或一个企业在技术创新上有多大的作为，就能够在包装机械的市场竞争中赢得多大的主动。

通过技术创新，可由简单技术向复杂技术转变，由单项技术向集成技术转变，由传统技术向高新技术转变，最终以实现包装机械的技术跨越。

目前发达国家在开展包装机械的技术创新活动中，大都在人、财、物等方面给予很大的投入，同时给以大量的倾斜政策，提高创新能力，实现技术跨越。

2.2国内包装机的发展现状

包装机行业在我国的发展分为两个阶段，刚起步是我国包装机设备主要是引进外国的设备，近年来，包装机生产技术在我国逐渐成熟，国家研发和生产的包装机设备逐渐占领国内的包装机市场，并有出口国外，填补了我国包装机设备生产的空白，现阶段基本满足了国内市场的需要，并发展成一定的规模，在包装机设备的生产上业渐渐的多种多样化。

随着科技革命的不断推进和科学技术的不断进步,我国的包装机械得到了极大的发展。

20世纪90年代以来,包装机械工业迅速增长，发展速度高于整个包装工业平均增长速度%,比传统的机械工业的平均增长速度高4.7个百分点。

包装机械工业已经成为我国国民经济中不可缺少的新兴行业。

实践证明,在变化如此迅速的市场环境中。

专用包装机己不再适用,需要柔性包装,而机器人则可以满足你在这方面的需要。

对机器人来说,改变包装的形状和尺寸或者改变每个单元产品的数量是不成问题的.因为这是机器人原理设计时所必须完成的任务。

机器人技术正有效地应用到包装工业中,用来代替人类做一些简单、重复或危险的工作。

理论上,机器人可以不停地工作,高效率和不会受伤。

图2-1DY-500自动折盖封箱机

目前，我国包装机械制造业的行业集中度不高，行业竞争较为激烈。

根据食品和包装机械工业协会的统计，中国目前有包装机械厂商3600多家（其中规模以上企业300多家），但产值及销售额超过亿元的现在只有约20家。

在技术方面，虽然近年来我国的包装机械制造技术有了一定的发展，但是与国外相比还有较大的差距，比先进国家的生产技术落后20年左右。

2011年2月，中国食品和包装机械工业协会发布了《中国食品和包装机械“十二五”发展规划》。

根据规划，到2015年，我国食品和包装机械工业总产值将发展到4000亿元。

2010年中国包装机械制造产业实现产品销售收入177.05亿元，同比增长29.54%；资产总额为189.74亿元，同比增长15.53%；工业总产值为176.39亿元，同比增长26.35%；实现产品销售利润24.61亿元，同比增长24.65%；实现利润总额11.85亿元，同比增长3.95%；年末从业人员39358人，同比增长3.98%。

图2-2PLBM-A型全自动纸餐盒机

目前国内较大的包装机机械公司有湖北京山轻工机械股份有限公司、陕西北人印刷机械有限责任公司等。

综上可知,我国的包装机械行业在近些年得到了极大的发展。

由于我国现代包装基础工业薄弱,对现代包装高新科技、包装机械及包装原辅材料的研制开发能力远远不够,我国包装行业自主研发能力建设的内在动力不足,目前技术水平的提高主要还是依靠引进的技术设备来实现。

但我国包装机械发展潜力巨大随着经济的发展，我国包装行业不断发展，已经成为世界上第二大包装大国。

包装行业已经成功地改变了自己的附属地位成为真正的商品。

未来几年内，包装设备在发展中国家的市场销量将超过日本、美国等发达国家。

3.方案论证和机构选型

3.1封箱机设计功能分析：

主功能：

送，折和封

送为输送纸箱，如下图3-1

图3-1输送带

折为将纸箱上四面折合，如下图3-2

图3-2纸箱四面折合

封为用胶带封箱，如下图3-2

图3-3胶带封箱

3.2由功能分析进行创新设计

3.2.1对于输送纸箱，选用输送带（或链条），输送带（或链条）上设置有挡块，挡住纸箱后面，推动纸箱向前运动。

3.2.2纸箱折合，分为前后左右四面折合，如图2-2,中折合先后：

1-2-3

1处折合由前挡条在纸箱用运动中将其折合。

如下图2-4：

图3-4纸箱折合1

2处折合通过摆杆将其折合，如下图3-4：

图3-4纸箱折合2

3处折合通过两圆滑弯板在纸箱运动中将其折合，如下图3-5：

图3-5纸箱折合3

3.2.2胶带封箱，如下图3-6所示，通过带有弹簧的摆杆带动胶带一端，在纸箱向前运动过程中胶带粘附在纸箱上，摆杆上装有滑轮，对胶带进行压合，保证胶带粘附紧密。

图3-6胶带封箱示意图

3.3组合构件选择

输送纸箱选用输送带（或链条），纸箱折合1,3为固定构件，胶带封箱只需摆杆机构即可，对于纸箱折合2处摆杆机构的设计有多种方案：

方案一：

曲柄摇杆机构，如下图3-7所示，曲柄轮1通过连杆2带动摇杆3旋转，使纸箱页折合。

优点:

机构简单，易于控制，机加工方便。

缺点：

占用空间稍大。

图3-7曲柄摇杆机构

方案二：

凸轮滑块机构，如下图3-8所示，凸轮1驱动滚子从动件2向左运动，从动件2连接滑块3，滑块3在摇杆4上滑动，致使摇杆4摆动，完成纸箱折合动作。

优点：

较灵活，控制方便。

缺点：

机构较复杂，机加工复杂，成本较高。

图3-8凸轮滑块机构

方案三：

电机直接驱动摇杆摆动，如下图3-9所示：

优点：

结构简单，缺点：

不易控制，对电机要求较高，需加减速机构，成本较高。

图3-9电机驱动折合

由以上三种方案均可完成纸箱折合动作，方案二虽灵活，但成本高，结构复杂，方案三对电机要求较高，成本高，综合考虑优缺点，选用方案一，易于控制且机构较简单。

4.机构尺度计算

4.1曲柄摇杆机构尺度计算

根据不同纸箱折合高度确定杆件5的长度，L5=150mm,设计L3=60mm,L2=73mm,L1=36.5mm,L4=87mm,由四杆机构长度关系，及曲柄摇杆机构存在的条件，验证：

（1）杆长之和条件：

L4+L1=87+36.5=123.5mm

L3+L2=60+73=133mm

L4+L1≦L3+L2

（2）杆件1为最短杆，杆4为机架，符合最短杆的任一相邻的构建为机架得曲柄摇杆机构的条件。

图4-1曲柄摇杆机构尺寸

杆件1由电机驱动，电机选用小型步进电机。

4.2封箱摆杆尺度计算

摆杆根据纸箱尺寸和封箱位置确定，纸箱尺寸如下表

摆杆尺寸如下图4-2所示：

图4-2摆杆尺寸

4.3系统运动简图

图4-3系统运动简图

5.控制部分的功能说明

系统控制部分主要有输送带和曲柄摇杆机构两部分通过控制电机运行状态，进而控制皮带和摇杆运动状态。

通过MicrosoftVisio2003绘制流程图控制系统流程图，如下图5-1所示。

图5-1控制系统流程图

总结

4月16日，在指导老师的带领下，我们开始机械创新设计实践课，我们的实践课的主题是根据2015年全国机械创新大赛的主题而选定的，经过我们三人小组讨论，我组最终选定了包装机机械装置的设计。

在老师的指导下，我们合理分工通过佰腾网、中国专利信息网网、国家知识产权局、美国专利局等查阅了大量的资料和文献，又通过网络查阅了国内外包装机的发展现状，最终我们组确定了自己的设计思路。

接下来的周末我们三个人在自习室开始了我们的方案讨论，经过我们的讨论我们最终开始确定了方案。

经过10天的团结努力，我们最终完成了我们这次的创新设计。

这次实践课是我们继机械原理课程设计、机械设计课程设计后的又一个实践环节，通过十天的团队合作我们的创新设计成果终于出来了。

这让我们知道了创新的不容易，一个灵感的出现到具体的设计出来是需要许多的努力的！

正是我们的团队合作，不断地讨论沟通，最后才得出了我们的设计。

对我们来说，每次实践都是一次学习升华的机会，我们要好好把握。

在学校了我们只能通过课本去了解知识，很多机械知识获取只是通过做习题来掌握，机械学科是一门长期实践的学科，很所结构在纸上画起来十分简单，但应用很难。

很多我们在书本上学到的知识都是理论知识，这就需要我们通过实践课把他们进行应用，只有这样才能加深对他们的理解。

通过此次实践，我们进一步深化了我们的机械基本知识，为我们将来更好的学习打下了基础。

参考文献

[1]吴宗泽、高志.机械设计［M］.北京：

高等教育出版社，2009.1-428

[2]申永胜.机械原理［M］.北京：

清华大学出版社，2005.1-404

[3]哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学（

）［M］.北京：

高等教育出版社，2009.1-369

[4]马娟娟.全自动包装机器人系统的研制.[硕士学位论文].南京:

南京航空航天大学,2011.

[5]周卫江.纸盒包装机的结构设计和分析.[硕士学位论文].浙江:

浙江工业大学,2011.