包装工程专业毕业论文Word文件下载.docx
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/直移型Y
I间歇运动
'
卧式\一
C连续运动
I回转型Y*度已达到小袋包装为1200袋/分，中袋包装为160袋/分。
（3）封口质量难以保证。
由于塑料包装材料与被包装物之间的静电作用，在塑料袋内壁上会吸附细小的被包装物粉粒，若不除去会造成横封口处封口不牢，严重影响包装袋封口质量。
横封机构运动形式的不合理，将导致封口质最问题[1°
~11]。
1.2DXDK型设备简介
本课题研究对象是华丰公司生产的DXDK颗粒包装机。
清华大学华丰公司（全称北京清桦华丰科技股份有限公司）成立于1988年4月。
是清华控股有限公司旗下87家企业之一。
清华华丰公司是一家集包装机、太阳能热水器、高效采暖炉等产品生产、销售及售后服务于一体的综合型企业。
公司资产2000多万元，
年营业额超5000万元，员工100多人。
其中具有大专或中级职称及以上学历的员工60多
人，高级工程师、教授、博士等15人。
公司拥有专利、特种技术、独家发明等50多项。
清华华丰”清华”均为公司注册商标，无形资产超过3000多万元。
本公司已通过ISO9001:
2000质量体系论证。
图1-2为DXDK的外观图，图1-3为结构图。
图1-2DXDK型颗粒自动包装机
Fig.1-2DXDKtypeautomaticgranulepackingmachine
1-滚筒；
2-控制板；
3-光电头；
4-切刀；
5-料斗；
6-控制杆；
7-刮平器；
8-计量盘；
9-下料门
10-制袋器；
11-热风器；
12-滚轮
图1-3DXDK型颗粒自动包装机结构图
Fig.1-3DXDKautomaticgranulepackingmachineseans
DXDK袋成型一充填一封口机工作原理为卷筒薄膜经滚筒1和控制板2张紧后，经光
电头3、刮平器7,通过象鼻式制袋器10成型，物料通过料斗5下料，经过计量盘8和下料门9后进入袋内，“L”型热封器热封完成后，拉膜由滚轮12完成，薄膜下移一个袋距后滚轮12分开，切刀4完成切断。
设备参数的主要参数如下：
产品型号：
DXDK80/60C品牌；
整机重量：
170kg；
电源：
380/220V;
计量范围：
3-6.3ml；
制袋尺寸：
长90mm，宽70mm。
容积式颗粒自动包装机DXDK型80/60C该机用于包装农药、兽药、种子、中药、饲料、干燥剂、盐、味精、汤料、茶叶等以及自由流动颗粒产品。
可更换的容积杯和精确控制，使产品的包装及可靠又实用。
容积式包装机具有快捷、准确、经济、实用的优点。
通过改变热结构，包装袋可制成三边封、四边封、枕形封等形状。
用户还可以选择不锈钢箱体或普通钢材箱体。
技术特点：
（1）操作方便，运行稳定可靠。
（2）步进电机控制拉袋系统，制袋精度高。
（3）定袋停机，停机后热封模具自动处于张开状态。
（4）全自动跟踪色标，自动完成包
装袋的定位、定长。
1.3课题的提出
本课题主要针对DXDK袋成型充填封口机的计量装置和热封装置来进行改进。
将原固定量杯装置改进为可调式量杯计量装置，增大计量范围，并通过微调机构保证计量精度。
将原有热封凸轮、弹簧传动装置改进为曲柄、滑块驱动，简化的传动机构，并通过四连铰链手爪设计，将原有的弧线的热封改为直线热封，提高热封强度。
2计量机构的改进
2.1原计量装置的工作原理
DXDK袋成型充填封口机的原计量装置是通过主转轴驱动定量杯转盘，转盘下方通过
开启圆销和闭合圆销控制底部挡板的开启闭合，原计量装置的结构如图2-1所示。
1-料斗；
2-粉罩；
3-量杯；
4-活门；
5-粉袋；
6-闭合圆销；
7-开启圆销;
8-下料闸门；
9-刮板；
10-护圈；
11-转盘主轴；
12-圆盘
图2-1量杯式充填机
Fig.2-1Themeasuringcuptypefillingmachine
量杯式充填机是采用定量的量杯量取产品并将其充填到包装容器内的机器。
适用于颗粒较小且均匀的物料［12］。
物料经供料斗1靠重力落到计量杯内，圆盘口上装有数个（图中为4个）量杯和对应的活门底盖4•圆盘上部为粉罩2。
当主轴11带动圆盘12旋转时，粉料刮板9（与供料斗1固定在一起）将量杯3上面多余粉料刮去。
当量杯转到卸料工位时，开启圆销7推开定量杯底部活门4,于是量杯中的物料在自重停用下充填到下方的容器中去。
该装置是容积固定的计量装置。
其定量不能调整，若要改变定量，则要更换量杯。
本课题将原有固定量杯计量方法改为可调容量式计量方法。
2.2改进方案
2.2.1计量容积的改进
原计量容积V1是由两个空心圆柱组成的，计算如下：
V2V02R223.14126ml
可调容量式充填机是采用可随产品容量变化而自动调节容积的量杯量取产品，并将其充填到包装容器内的机器。
可调容量是充填机容积V2是由两个可以上下移动的空心圆柱组成的，计算如下：
V2max3Vi36.18.（ml）
V2minVi6（m|）
改进的可调式量杯的计量参数：
6~18（ml）、充填精度：
0.5-2（%）。
可调容量式计量由固定量杯和移动量杯组成，分上下两部分。
通过调节机构可以改变上、下量杯的相对位置，实现容积微调。
微调可以自动进行，也可以手动进行。
计量精度可达2%一3%。
自动调整信号是通过对最终产品的重量或物料比重的检测来获得的。
Fig.2-2Measuringcupmodelingdiagrams
2.2.2计量精度的控制
此处可调容量式充填机计量的精度由螺栓手柄控制，如图2-2所示
图2-2螺栓手柄控制机构
Fig2-3Thebolthandiecontrolmechanism
f
1
~i
o©
o
z
图2-4螺栓手柄控制机构三视图
Fig.2-3Thebolthandlecontrolmechanismthreeviews
3横封机构的改进
3.1原横封机构的工作原理
接通电源，各机构开始工作，电热元件通电后加热，使左右加热快急剧升温，并通过温度控制系统调整到所需温度，导引辊转动，根据需要的冷却系统开始冷却，下方输送带送转、并由调速机构调整到所需速度，将产品送走，完成封口[13]0
原热封装置是通过热封凸轮、弹簧和连杆机构驱动L型热封板，如图3-1所示。
这种
传动方法效率较低、且热封时热封板成弧线运动，热封强度不稳定。
1-右热封器；
2-热封垫；
3-左热封器；
4-上轴；
5-拉簧；
6-主动转臂；
7-热封凸轮;
8-滚动支撑杆；
9-拉袋凸轮；
10-分配轴图3-1凸轮机构热封图
Fig.3-1Cammechanismofheatsealchart
3.2驱动形式的选择
DXDK型的包装机横封机构为“L”型间歇热封，常用的横封机构有气动式、机械式和机械气缸组合式3种。
气动式需要两个以上专门的气缸和供气系统：
机械气缸组合式是经多个典型的机构（如多杆组合机构、曲柄滑块机构、凸轮摆杆机构或曲柄摆杆机构等）与
气缸组合而成，由于气动元件成本高，并且中、小型厂家没有气源的条件和〜些药品的包装需要在无菌、无尘的条件下生产，压缩空气的排放影响产品质量。
常用的机械式横封机构是多杆机构或成组的齿轮摆杆机构，存在结构复杂、制造安装调试较困难以及工作可靠性偏低等问题[14]0
本设计采用斜齿轮式连动横封装置，该装置是在广泛吸收各种连动横封机构优点的基础上，进行结构简化后得到的一种创新机构。
选用机构过程如下：
设计机构须在主轴方向的圆周运动，但是在垂直方向是进给运动。
3.2.1圆柱凸轮滚子机构
圆柱凸轮滚子机构如图3-2所示。
1-圆柱凸轮；
2-凸轮滚子；
3-塞
图3-2凸轮滚子驱动压塞封口
Fig.3-2Rollercamdrivingpressureplugseal
图3-2所示为凸轮机构驱动冲杆压塞工作原理。
随着凸轮滚子在圆柱凸轮轨道中的上、下移动，通过杠杆、连杆驱动冲杆逐渐将瓶塞压入瓶内，完成压塞封口。
该机构左边是一个由圆柱凸轮和凸轮滚子组成的上下运动，通过连杆带动右边的塞上下运动完成封口。
3.2.2曲柄摇杆机构
在铰链四杆机构中，若两个连架杆，一为曲柄，另一个为摇杆，则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。
曲柄摇杆机构中，曲柄AB在转动一周中，在B1、B2两次与连杆BC共线，相应铰链中心A与C之间的距离AC1和AC2分别为最短和最长，摇杆CD的位置C1D和C2D分别为其左右极限位置。
摇杆在两极限位置间的夹角书，称为摇杆的摆角[15]。
曲柄摇杆机构如图3-3所示：
图3-3曲柄摇杆机构的急回特性
Fig.3-3Quick-returncharacteristicsofcrank-rockermechanism
从图上可以看出曲柄摇杆机构的轨迹是C1C2是圆弧，不是直线间歇运动。
不能满足
热封机构的需要。
3.2.3曲柄滑块机构
曲柄滑块机构是铰链四杆机构的演化形式，由若干刚性构件用低副（回转副、移动副）
联接而成的一种机构，是由曲柄（或曲轴、偏心轮）、连杆、滑块通过移动副和转动副组成的机构。
常用于将曲柄的回转运动变换为滑块的往复直线运动；
或者将滑块的往复直线运动转换为曲柄的回转运动。
对曲柄滑块机构进行运动特性分析是当已知各构件尺寸参数、位置参数和原动件运动规律时，研究机构其余构件上各点的轨迹、位移、速度、加速度等，从而评价机构是否满足工作性能要求，机构是否发生运动干涉等。
曲柄滑块机构具有运动副为低副，各元件间为面接触，构成低副两元件的几何形状比较简单，加工方便，易于得到较高的制造精度等优点，因而在包括煤矿机械在内的各类机械中得到了广泛的应用，如自动送料机构、冲床、内燃机空气压缩机等。
曲柄滑块机构如图3-4所示。
图3-4曲柄滑块机构
Fig.3-4Crankslidermechanism
从图上可以看出，曲柄滑块机构主轴是圆周运动，水平方向是进给运动，符合机构要求。
综上三种机构，最终确定方案为曲柄滑块机构。
3.3封口形式的选择
横封机构封口形式如图3-5所示。
（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，见图3—5（a）。
（2）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。
适用予枕式包装机，见图3—5（b）。
（3）环带式热压封合该封合方式能连续工作，效率高，封口质奄好，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，见图3—5（c）。
（4）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，见图3—5（d）。
（5）高频加热封合由于是内部加热，中心温度高，薄膜表面不会被过热，所得封口强
度高，主要适州于聚氯乙烯类感应阻抗大的薄膜材料，不适州于低阻抗薄膜，见图3—5e）
（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，见图3-5（f）。
（7）熔焊式封口机构采用非接触方式加热，使包装材料熔合而封闭包装容器。
主要用于封合较厚包装材料，以及采用其他热封方法难以封合的材料，如聚酯、聚烯烃和无纺布等。
板熔融封合焊缝强度火，适用于热收缩膜，见图3-5（g）。
（8）超声波熔焊封合封口质量好，不污染环境，包装内物料不受热，尤其适用于聚酯、铝箔复合膜以及易受热变形的厚塑料材料，见图3-5（h）[16~17]。
经过上述分析，DXDK袋成型充填封口机主要针对颗粒产品，因此主要使用的包装材料为为聚乙烯/尼龙、纸/聚乙烯、聚酯/铝箔/聚乙烯、聚酯/聚丙烯等材料，所以封口形式采用热板加热方式。
这种板条结构的热风装置，在间歇式工作的自动包装机中得到广泛应用。
热封板内部需要包含一个加热元件，其外壳是铜质热封板，里面装有管形加热器，加热器由金属管、电阻丝和充填材料组成。
管形加热器与热封板之间采用间隙配合，并用止动螺钉固定，从而实现良好的接触。
加热元件可以是两个，也可以是一个。
加热器除管型外，还有带状、陶瓷、铸铝或电感等多种形式。
7-承受台
4-焊缝；
5-焊缝断面形状
图3-5热压式封合示意图
Fig.3-5Heatsealingschematicdiagram
3.4横圭寸装置的机构选择
横封装置机构由曲柄滑块机构与四杆铰链机构组合而成的。
图3-6为横封的热封手爪效果图。
图中右侧绿色机构连接曲柄滑块、中间红色机构为四杆铰链手爪，左侧蓝色机构为热封板。
热封手爪与曲柄滑块的连接整体效果图，如图3-7所示。
图中曲柄连接在锥形圆锥齿
轮上，该圆锥齿轮与机械主动轴上的圆锥齿啮合。
曲柄滑块机构与四杆铰链机构示意图，如图3-8所示。
图3-6横封手爪机构
Fig.3-6Horizontaisealinggrippermechanism
图3-7热封装置整体结构图
Fig.3-7Overallconfigurationdiagramofsealingmeans
1-斜齿轮；
2-转动主轴；
3-曲柄滑块机构；
4-四杆铰链机构
图3-8曲柄滑块机构与四杆铰链机构示意图
Fig.3-8Schematicdiagramofcrankslidermechanismwithfourbarhingemechanism
4实体机构建模
4.1建模软件的选择
4.1.1Pro/E概述
4.1.1.1Pro/E简介
Pro/E是美国PTC（参数技术）公司的大作。
自1988年问世以来，该软件不断发展和完善，目前已是世界上最为普及的CAD/CAM/CAE软件之一，基本上成为三维CAD的一个标准平台。
Pro/E广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、航空航天、家电、玩具等行业，是一个全方位的3D产品开发软件。
它集零件设计、产品装配、模具开发、NC加工、钣金件设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构模拟、压力分析、产品数据管理等功能于一体。
该软件版本主要经历了2000、2000i、2001、Wildfire
版本升级过程。
从2001版本发展到Wildfire版本，Pro/E的界面风格和易用性发生了很大变化，特别是以直观的可交互的特征操控面板替代以往版本的菜单流风格，不仅便于用户快速掌握此软件的使用，也大大提高了设计人员的操作效率。
最新版本为Pro/ENGINEER
Wildfire5.0。
4.1.1.2Pro/E主要特性
a3D实体模型
Pro/E做出来的3D零件均为实体模型，不会有破孔现象。
因此，能在计算机上做出来的3D零件就保证能进行模具设计及NC加工程式的制作，而且加工出来的工件与原先在计算机上看到的零件几何形状是一致的，因而能够让我们充分掌握产品设计与制造的组织；
另一方面，由于实体零件有材料的观念，使我们能对个别的零件作CAE分析以及在
动态机构模拟时能检测零组件之间的干涉情况。
使用实体建模的优点：
实体模型具有体积和曲面面积。
可直接从创建的几何计算质量属性。
处理实体模型时模型自身仍然是一个实体。
b、单一数据库，全相关性
Pro/ENGINEER中，若已完成了3D零件设计、组件设计、2D工程图、模具设计、NC加工程式制作等，此时，设计者在其中任一环所作的设计变更，那么对于其它所有相关的资料，Pro/E系统都会自动加以更新，而不需要设计者逐一调入所有相关的文件进行变更。
这也是现代工业中所谓的同步工程技术当中最基本也最重要的一环。
c、特征式设计
利用Pro/E进行零件设计时，就是使用3D几何特征的构思来进行3D模型的建立，而非是想象线条的绘制。
比如可以在模型中建立拉伸、旋转、倒角、圆角以及孔等特征，这正是以最自然的思考方式从事设计工作，必然使设计者感到非常亲切。
并且包含更多的工程信息和数据。
特征具有一定的设计功能和制造形状的、可以按一定原则加以分类的产品描述信息。
d、参数化设计
所谓参数化设计就是将设计要求、设计原则、设计方法和设计结果用灵活可变的参数来表示，在设计过程中可以根据实际情况随时对设计加以更改。
参数化设计具有用轮廓体现设计思想、尺寸驱动及合理性检查三个特点。
由于有参数式的设计，使我们修改模型更为方便，并且使用者可以运用强大的数学运算功能，建立各尺寸参数间的关系式，使得模型可自动计算出应有的外形，以保证零件准确的相对关系。
4.1.1.3Pro/E功能模块
其功能模块主要有草绘功能（.sec）、零件设计（.prt）、装配设计（.asm）、工程图设计、模具设计（EMX）、机构运动分析（Mechanism）、结构分析（Pro/Mechanica）、热分析
（Thermal）、产品数据管理（Pro/Intrlink）[18]。
4.1.2UG软件概述
4.1.2.1UG软件简介
UG全称Unigraphics软件是美国UGS公司（UnigraphicsSolutions）开发的CAD/CAM/CAE计算机辅助设计分析和制造应用软件，是世界三大CAD/CAM/CAE顶级软件之一。
主要应用于汽车、航空航天、机械、造船、电子等工业领域。
UG自1983年入市发展到最新版本为UGNX6。
随着版本的不断更新和功能的不断扩充，UG更扩展了软件的应用范围，面向专业化、智能化发展。
4.1.2.2UG软件特点
UG是当今最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件，被广泛地应用于航空航天、汽车、造船、通用机械和电子等工业领域，下图为使用UG设计的产品模型。
特点如下：
a、UG软件包含了众多适应不同需求的功能模块。
b、采用基于特征的建模方法作为实体造型的基础，形象直观，类似于工程师传统的设计方法，并能采用参数控制。
c、采用复合建模技术，将实体建模、曲面建模、线框建模、显示几何建模与参数化建模等建模技术融于一体。
d、具有统一的数据库，实现了CAD/CAM/CAE等模块之间的无缝数据交换。
e、可用多种方法生成复杂曲面，特别适合于设计汽车外形和汽轮机叶片等复杂曲面的造型。
f、二维图功能强大，可以方便地从三维实体模型直接生成二维工程图，可以按照ISO标准生成各种剖视图，以及标注尺寸、形位公差和汉字说明等。
g、提供了界面良好的应用开发工具，并能通过高级语言接口，使UG的图形功能与高
级语言的计算功能紧密结合，便于用户开发专用CAD系统。
h、具有良好的用户界面，绝大多数功能都可以通过图形化的界面实现；
进行对象操
作时，具有自动推理功能；
在每个操作步骤中，都有相应的提示信息，便于用户做出正确的选择［19］。
4.123UGNX5.0功能模块
a基本环境模块：
这是UG最基本的模块，其他所有模块都建立在该模块的基础上，它支持包括打开、创建、存储等文件操作，以及环境设置、动画渲染等。
当开始一个UG
作业（如新建、打开UG文件）时，该模块第一个被启动。
b、CAD模块：
CAD（ComputerAidedDesign，计算机辅助设计）主要包括建模、制
图、钣金、装配、注塑模等功能模块。
c、CAM模块：
CAM（ComputerAidedManufacturing，计算机辅助制造）主要包括加
升级会员 