盐城工学院本科生毕业设计说明书 2007
些相近的物件在同一台机上包装。另一方面，内装物的变化，只需简单更改零件就可以了。如尺寸大小变更可以调整成型器或更换成型器，其它的可以只是简单调整。易碎的物件可以在竖封牵引、横封切断器上粘贴一些缓冲的物料，而无需更换零件就可以使机械适应范围广。总而言之，咖啡粉枕式包装机的适用范围极广，只要是成粉状物件一般都可以包装。
(b)包装材料的要求
包装纸的选择在包装机设计中也是重要的。塑料包装的问世，引起了包装机的革命。使包装工艺、包装技术发生了巨大变化。如塑料包装，可以采用高频加热热封包装、或电热丝脉冲热封包装。如袋装的味精、小儿感冒冲剂等，目前食品、医药行业采用聚乙烯薄膜包装是很广泛的;纸张经涂塑料后的复合材料包装也被广泛使用，如糖果等。
咖啡粉枕式自动包装机多采用PP卷和聚乙烯涂塑纸等复合材料等。考虑到在薄膜牵引时，薄膜要受较大的张力，一般说来，包装的速度越高，包装材料越容易被拉断。如果包装纸的拉力强度不够，势必影响包装速度的提高。因此，选择包装纸的质量是十分重要的。在此设计过程中我们采用PP卷。
(c)包装工艺方案的拟定
由分析可知，包装工艺路线是:薄膜经牵引辊牵引由导向辊进入成型器，再经竖封牵引器牵引并封边使PP卷薄膜成型袋筒形.
如图2.1所示，是咖啡粉枕式自动包装机图。PP卷在走带装置牵引下，牵引PP卷间隙式前进，在通过成型器时被折成筒状，计量装置将计量好的物料—咖啡粉送入成型器中的筒状材料内，物品便随同材料一起前进，竖封装置将包裹在筒柱状的PP卷竖向热封，后经走袋装置下拉至横封装置。横封切断器热封咖啡袋的左端和右端，同时在中间切断分开，切断分开的咖啡带靠自重掉入料仓输出成品。从工艺上分析可知，为达到高速，要优化横封切断器的运动规律。由于横封装置靠凸轮构件作间隙式往复运动，是否适宜高速运行，要对横封切断器进行详细分析。
为满足其多功能，横封装置和竖封装置都可以进行细微调整，来适应不同内装物的尺寸，达到满足大范围包装。简单更改成形器，可以使其满足包装内装物尺寸的变化，如宽度和高度。简单调整计量装置的计量容积，可以包装不同重量的咖啡粉。因此，要完成其多功能、范围广、高速度等，就必须设计出更为合理的机构来满足要求 2.1.3总体布局
包装工艺确定以后，要考虑如何实现这种包装动作。因此，要求选择合适的传动、操作和执行机构。这些机构组成若干个部件，这些部件相互位置怎样安排?它们又是怎样联系和形成一个完整的总体?这就是包装机总体设计的任务。
包装机的传动与控制机构，可以采用机械式，液压式，或气动式。应根据产 品的特点、生产能力、使用者的情况等具体条件以及机器动作的复杂程度而定。 咖啡粉枕式自动包装机一般包装速度在(3050袋/min)，最高可以达到(100袋/min)。要实现这样高的包装速度，而且要保证动作的相互协调和工作可靠稳定，用液压式或气动式控制机构尚有困难，因为液体和气体有可压缩性，而且油液的粘度大，高速换向运动时惯性冲击大、发热高，液压还会因温度升高而使粘度变化，影响动作的准确性，所以一般只用于活塞往复动作在30袋/min左右的机械。目前国内外在咖啡粉枕式自动包装机中大多采用机械传动方式。因为连杆、凸轮
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咖啡粉枕式包装机总体设计及横封切断装置设计
机构一经调整后就能严格保证动作的可靠性，并且能实现比较复杂的动作，并配合当今的电子技术和微机控制技术，更进一步提高生产率
图2.1 咖啡粉枕式包装机总装图
根据以上分析，本毕业设计设计的咖啡粉枕式自动包装机的总体设计和横封装置采用机械式控制系统，涉及有:链条传动，带(齿形带)传动，齿轮传动，凸轮传动等机构。
一台包装机由哪些几部分组成，决定于包装工艺的要求。咖啡粉枕式自动包装机由以下部分组成:
(a)传动系统; (b)供纸装置; (c)成形器部件; (d)走袋装置; (e)竖封装置; (f)横封切断装置;
(g)配电装置和杀菌装置。
布局形式的选定，最主要根据包装工艺的特点即决定于包装的工艺性。布局形式要便于包装，使机构简化，工人操作和维修方便。根据包装工艺，咖啡粉枕式自动包装机布局形式宜采用立式布局，这样便于进料、送纸、包装、封切等。因咖啡粉状物料易自动落料，所以省去一些辅助送料装置。
在设计中总体布局要求:
(a)传动系统力求简洁，在能满足多功能基础上保证结构简单;
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盐城工学院本科生毕业设计说明书 2007
(b)机械操作，调整简单，易上手，装拆方便，联锁防护可靠:
(c)操纵面板位置因方便操作，同时也要考虑到食品的卫生安全等等; (d)排料位置考虑方便安全，能不用动力，靠自身重力安全落料; (e)外形美观大方，移动安装方便。[10] 2.1.4工作循环过程
咖啡粉枕式自动包装机的结构适合于间隙式自动包装。
工艺是间隙的，只有在内装物供送时，每送入一件必须保证横封切断器封切一件。因此其工作循环过程比较简单。 2.2总体传动系统
传动系统是机器的重要组成部分，由它驱动各个执行部件，按工艺要求完成各种动作。传动系统的传动精度，将直接影响机器的包装加工质量。传动系统的精度不高是机器振动、噪音主要来源。传动系统直接影响机器结构的复杂程度，所以传动系统关系到机器的结构和性能。 2.2.1传动系统的组成
由上面讨论过的包装工艺知，传动系统的组成由如下几部分组成: (1)供送薄膜;
(2)内装物件供送; (3)竖封装置的运动;
(4)横封切断器装置的运动。
由包装工艺及循环过程知，它们的几部分传动要求是:
(1)内装物供送的推头间距应与袋长相适应。一般来说在高速接缝式自动包装机中，内装物供送的推头间距应取包装物最长的尺寸，以达到大范围包装的功能。理想情况是内装物被推送进成型器时与包装材料的速度大致协调。
(2)在工作时，横封切断装置应与包装薄膜材料的运动速度相当，以免横封产生皱纹。为适应不同袋长要求，因使横封切断装置封切瞬时的位移可微调。
(3)应严格保证满足横封切断装置往复封切一袋咖啡粉时，走带装置下一步前进一个咖啡带长的传动要求。
(4)横封切断装置应在两袋之间的中间位置热封并切断。
对于走袋装置，它的运动首先要保持PP卷在整个运动过程中有适宜的张紧力;其次它们的运动速度应与供送袋长相适应。当包装薄膜材料印有商标图案，并要求图案与物品始终保持相对位置时，则需要自动补偿供送长度与图案间距不一致所造成的积累误差。
3 咖啡粉枕式包装机横封切断装置设计
全自动制袋包装机的结构组成,除去动力、传动和输送部分及控制系统外,主要由制袋装置、计量充填装置、封口切断装置等构成。该机主要适用于颗粒状、粉状及流体或半流体物料的小袋包装。 3.1基于功能原理与功能分析方案设计
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咖啡粉枕式包装机总体设计及横封切断装置设计
基于功能原理与功能分析方案设计的任务是:针对机械系统的某些确定的功能要求，去寻找某些物理效应、原理方法，并借助一些作用原理来求得实现这些功能目标的解法原理。在功能方案设计中常常引入某种新技术、新工艺、新材料，它首先要求设计者要有新想法、新构思。同时同一功能要求可以采用不同的工作原理来实现，而同一种工作原理，又可以采用不同的实现方法，从而等到不同的方案设计。
当明确了设计任务后，把要实现的设计任务进行功能分析，分析其总功能。为了便于实现，一个系统的总功能常常需要分解成若千个分功能，并相应找到实现各分功能的原理方案，如果分功能还是太复杂，则可进一步分解为更低层次的分功能。一个同时对总功能进行功能分解，可以得到不同的功能元，再通过系统搜索得到一系列的功能元解，从而形成功能元矩阵，就可以得到若千种组合方案。机械系统方案设计的最终目的是要寻求一种既能实现预期功能要求、又能性能优良、价格低廉的最佳方案。最后通过对各种方案进行分析、比较，经过科学的评价和决策，才能获得最佳方案。
间歇式横封机构是制袋封口机中最重要的机构之一。它是利用加热元件配合相应的运动从而实现包装袋的横向(顶部或底部) 封口。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; 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。
凸轮滑杆间歇横封机构是在广泛吸收各种间歇横封机构优点的基础上, 进行结构简化后而得到的一种创新机构。它可以取代现有的多种间歇横封机构, 并可应用于高速自动制袋机中。
就具体到本次的毕业设计来说,设计者所设计的横封装置是通过凸轮来进行往复的压切咖啡粉包装袋,使其获得要达到的运动目的.机构的部装图详见图3.1。[6] 3.2结构设计
凸轮滑杆间歇横封机构的结构图如图所示。其结构主要由横封滑杆、回位弹簧和旋转凸轮部分组成。
横封滑杆在凸轮驱动下, 作往复移动, 在移动过程中将筒状包装材料进行夹持。其夹持部位嵌有加热器使包装材料封口处受热熔化并使之夹紧, 从而实现封合。包装材料被夹持压紧的时间与程度均与凸轮和滑杆有关, 应在机构安装时调试决定。
回位弹簧与凸轮配合,使滑杆能准确地靠住凸轮轮廓, 在包装材料的移动过程中, 完成夹持、开合的动作。凸轮是保证在规定的时间内完成封合的关键机构, 凸轮旋转一周, 完成一个袋的封口。凸轮的结构与行程决定着袋的高度和封口效果, 一般都采用圆盘凸轮。凸轮的结构特性取决于包装机的制袋规格和充满物料后的体积( 特别是截面尺寸) 及包装袋的输送( 移动) 速度。
整个机构由机架支承。凸轮由动力传送机构(也可直接由电机) 带动旋转, 由它驱动嵌有加热元件的滑杆总成。滑杆总成有作往复运动的内外封合机构, 而内外封合机构则通过拉簧拉紧至与凸轮接触。凸轮旋转时, 使内外封合机构作往复移动并实现封口处两热封器间歇开合; 两热封器张开时, 装满定量物品的长
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盐城工学院本科生毕业设计说明书 2007
条袋(塑料类软性包装材料向下移动, 移动一个袋高距离时停止, 凸轮驱动两热
图3.1 横封装置部装图
封器合拢, 最后将其包装封压紧, 使包装袋受热加压而封口。紧接着机构再进行下一个封口动作) 。
这种机构结构简单轻巧, 运动平稳, 易于调节控制, 且制造成本较低。 3.3机构分析
机构分析包括受力分析、运动分析和工艺分析。 3.3.1受力分析
(a)凸轮受力分析
凸轮受驱动力(凸轮轴上的作用力)、滑杆总成的作用力和凸轮本身的惯性力。凸轮驱动力等于滑杆总成作用力与凸轮惯性力之和, 而滑杆总成的作用力由正压力和接触点处的摩擦力组成。即:
P = F + Q = f + N + Q (1) 式中: P —凸轮驱动力
F —滑杆总成作用力(F= f + N ) f —凸轮滑杆接触处的摩擦力 N —凸轮滑杆接触处的正压力 Q —凸轮惯性力
(b)滑杆总成受力分析
滑杆总成受力就是内外滑杆的受力, 当滑杆质量相等时, 其内外滑杆受力大小相等、方向相反, 正因为这一特点使得包装机在间歇封口时运动平稳。内外滑杆受力表达式为:
N = T + QG+ fG+ W (2) 式中:N —凸轮滑杆接触处的正压力, 即凸轮推动 滑杆运动的力
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