高速接缝式自动包装机的设计和开发
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摘要
高速接缝式自动包装机是实现薄膜材料裹包块状物品的一种包装设备，广泛应用于食品、化工、日用品、医药、小五金等部门。随着人们对包装的需求多样化、个性化，高速接缝式自动包装机的应用愈加普遍。目前国产的设备大多是对国外进口产品的简单仿制，因此针对高速接缝式自动包装机关键部件的深入研究，对原理、结构、运动、功能等分析，提供结构简单可靠、操作方便、自动化程度高、应用范围广的包装机是很有必要的。
本文在分析高速接缝式自动包装机的包装工艺和使用要求的基础上，通过对关键部件的理论分析，提出一种实用、简单、可靠和通用的传动系统，将单一包装尺寸拓展为袋长和产量可调的结构形式；对供送薄膜结构、中封牵引器结构、端封切断器结构等关键部件的设计原理、结构特点等做了较为详细的研究和设计；本文对零部件建模，通过构建的运动模型，分析各机构的运动学规律，提出可行的优化结构满足包装工艺；对关键部件提出完整的设计方法。
本文研究了补偿原理、补偿结构，设计出中封牵引薄膜的补偿装置：采用齿轮差动补偿机构，可提高包装机的可靠性；提出适应包装袋长度可连续变化的机构，可扩大包装机的包装规格和使用范围；优化端封切断回转变速机构，实现了包装机的多功能；本文研究对其它袋装包装机械的设计和开发有着积极的指导意义。
本文设计电气控制系统满足变速、补偿、温度的控制：选用变频调速，使包装产量扩大并可调；本文独创的薄膜供送同步控制方式，简化控制电路，使包装机的牵引薄膜补偿更为可靠；温度控制方面，采用了先进的多路控制，使热封温度更适宜薄膜的封合。控制系统和机械结构相结合，使包装机满足高速、可靠、多功能要求。
本文借助了Visual Basic.Net,Inventor等软件分析运动规律和结构设计，这种利用计算机作辅助设计和分析的方法，可以应用于其它类型包装设备的设计和分析中。
The high-speed automatic seaming packer can pack the nubbly products with film, especially used in the area such as foods, chemical products, commodity, medicine, hardware etc. With the requirements of the product packaging is more and more varieties and individuation, the high-speed automatic seaming packer is used more and more prevailing. As present, the most machines of our country copy the imported ones simply. So, in-depth research of the key parts, analysis of the principles, structures, movements and functions, and offer the high-speed automatic seaming packer which has simple and stable structure, more convenient operation, higher automatic level and wider the usage, it is very necessary.
Through analyzes the packing techniques, using requirements and the principles of the key part of the high-speed automatic seaming packer, this paper offered an applied, simple, stable and universal driving system which using a new structure form that can adjust the packaging length and the output instead of the single packaging size. In this paper, design principles and structure characteristics of the key parts such as film feeding structure, mid-seem driving structure, end-seem cutter structure have been researched and designed in detail. In this paper, through builing the moving, analyzes the kinematics disciplinarian of the every organ and offers the feasible optimizing structure to meet the packaging technology needs. At the same time, this paper offers an integrated design method to the key parts.
This paper designs a mid-seem film driving compensatory device through research the compensatory principles and the compensatory structures. Analyzing a gearing differential compensatory organ can help to increase the reliability of the packaging machines. Through offers a structure that can adapt the change of length and an end-seem cutting swivel shifting structure, makes the multi-function of the packaging machine come true. Integrating the electric control system, this paper offers a driving system structure which can adapt the change of the packaging bag length and
can direct the design and exploitation of other bag packaging machine actively.
This paper designs the electric control system can meet the needs of the speed-shifting, compensatory and temperature control. Using frequency inverter can enlarge and adjust the packaging output. The feeding film synchronous control manner that is this paper original research can simple the control circuit and make the feeding film compensatory more reliable. On the temperature control, this paper adapts advanced multiplexing control, which can make the seal temperature more adapt to the film seal. This paper offers a high-speed, reliable, multi-function packaging machine.
This paper analysis the moving disciplinarian and structure design using Visual Basic.Net, Inventor software, etc. This method that using computer aided design and analysis can apply to other packaging machine's design and analysis.
本文在分析高速接缝式自动包装机的包装工艺和使用要求的基础上，通过对关键部件的理论分析，提出一种实用、简单、可靠和通用的传动系统，将单一包装尺寸拓展为袋长和产量可调的结构形式；对供送薄膜结构、中封牵引器结构、端封切断器结构等关键部件的设计原理、结构特点等做了较为详细的研究和设计；本文对零部件建模，通过构建的运动模型，分析各机构的运动学规律，提出可行的优化结构满足包装工艺；对关键部件提出完整的设计方法。
本文研究了补偿原理、补偿结构，设计出中封牵引薄膜的补偿装置：采用齿轮差动补偿机构，可提高包装机的可靠性；提出适应包装袋长度可连续变化的机构，可扩大包装机的包装规格和使用范围；优化端封切断回转变速机构，实现了包装机的多功能；本文研究对其它袋装包装机械的设计和开发有着积极的指导意义。
本文设计电气控制系统满足变速、补偿、温度的控制：选用变频调速，使包装产量扩大并可调；本文独创的薄膜供送同步控制方式，简化控制电路，使包装机的牵引薄膜补偿更为可靠；温度控制方面，采用了先进的多路控制，使热封温度更适宜薄膜的封合。控制系统和机械结构相结合，使包装机满足高速、可靠、多功能要求。
本文借助了Visual Basic.Net,Inventor等软件分析运动规律和结构设计，这种利用计算机作辅助设计和分析的方法，可以应用于其它类型包装设备的设计和分析中。
The high-speed automatic seaming packer can pack the nubbly products with film, especially used in the area such as foods, chemical products, commodity, medicine, hardware etc. With the requirements of the product packaging is more and more varieties and individuation, the high-speed automatic seaming packer is used more and more prevailing. As present, the most machines of our country copy the imported ones simply. So, in-depth research of the key parts, analysis of the principles, structures, movements and functions, and offer the high-speed automatic seaming packer which has simple and stable structure, more convenient operation, higher automatic level and wider the usage, it is very necessary.
Through analyzes the packing techniques, using requirements and the principles of the key part of the high-speed automatic seaming packer, this paper offered an applied, simple, stable and universal driving system which using a new structure form that can adjust the packaging length and the output instead of the single packaging size. In this paper, design principles and structure characteristics of the key parts such as film feeding structure, mid-seem driving structure, end-seem cutter structure have been researched and designed in detail. In this paper, through builing the moving, analyzes the kinematics disciplinarian of the every organ and offers the feasible optimizing structure to meet the packaging technology needs. At the same time, this paper offers an integrated design method to the key parts.
This paper designs a mid-seem film driving compensatory device through research the compensatory principles and the compensatory structures. Analyzing a gearing differential compensatory organ can help to increase the reliability of the packaging machines. Through offers a structure that can adapt the change of length and an end-seem cutting swivel shifting structure, makes the multi-function of the packaging machine come true. Integrating the electric control system, this paper offers a driving system structure which can adapt the change of the packaging bag length and
can direct the design and exploitation of other bag packaging machine actively.
This paper designs the electric control system can meet the needs of the speed-shifting, compensatory and temperature control. Using frequency inverter can enlarge and adjust the packaging output. The feeding film synchronous control manner that is this paper original research can simple the control circuit and make the feeding film compensatory more reliable. On the temperature control, this paper adapts advanced multiplexing control, which can make the seal temperature more adapt to the film seal. This paper offers a high-speed, reliable, multi-function packaging machine.
This paper analysis the moving disciplinarian and structure design using Visual Basic.Net, Inventor software, etc. This method that using computer aided design and analysis can apply to other packaging machine's design and analysis.
引文
1．何南至 翟之荣 游一中等．权威视角2004中国包装业发展大趋向．中国包装工业，2004，(1)：18～21
2．何南至．中国食品和包装机械发展之路．食品工业科技，2004，(3)：8～11
3．陈学益 刘毅娃．新世纪头十年我国包装机械设备开发重点．中国包装，2000，20(6)：49～50
4．郝艳玲 谭智申 姚燕安．可调整双曲柄驱动机构的运动设计．机械科学与技术，2003，22(4)：614～616
5．李宏 张全明 洪琦．双曲柄驱动曲柄滑块机构急回运动分析．机械设计．2001，(12)：18～20，42
6．杜秀菊 曲继方．新型曲柄导杆式输出机构的应用．现代机械，2001，(1)：67～70
7．唐焱．高速卧式枕型自动包装机横封机构的改进．包装与食品机械，2002，20(5)：30～32
8．李宏 张全明 洪琦．双曲柄机构急回运动分析．机械设计与研究，2001，17(4)：41～43
9．杨军良 刘云霞．多功能枕型包装机横封传动机构设计探讨．包装与食品机械，1999，17(6)：15～16，4
10. Ma, Youji. Sensor placement optimization for thermal error compensation on machine tools. Dissertation Abstracts International, Volume: 62-01, Section: B, 2001:0499
11. J.Boersma, J.Molenaar. Geometry of the Shoulder of a Packaging Machine. Siam Review, Sept. 1995, Vol.37:406-422
12. Guven, Mustafa Kamil. Sensorless control of indirect field oriented induction machine drives. Dissertation Abstracts International, Volume: 62-11, Section: B, 2001:5272
13. T(?)nshoff, H. K.; Soehner, C.; Isensee, G. Vision-guided tripod material transport system for the packaging industry. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing,Volume: 13, Issue: 1, March, 1997:1-7
14. Lin, Jeen. Shape optimization of nonlinear structures under fatigue loading.
Dissertation Abstracts International. Volume: 62-01. Section: B. 2001:0498
15．付志泉．送纸机构的研制．机械工程师，1999，(5)：12～13
16．梁燕飞．枕式包装机横封机构设计．机械工程师，1999，(10)：15～16
17．杨增选 高虹霓 田野．双曲柄机构的急回运动特性研究．空军工程大学学报2002，3(5)：83～85
18．孙智慧 庞明 刘晔．包装机卷筒材料供送过程张力控制系统设计．哈尔滨商业大学学报，2003，19(2)：213～215，228
19．李晓燕 孙智慧．包装机中塑料薄膜常热式热封参数的实验研究．包装工程，2003第24(6)：32～34
20．唐志祥．卷筒包装材料的张力分析．包装工程，1999，20(3)：17～18
21．李克天 王晓临．吸管袋装机的结构和原理．包装工程，1997，18(4)：24～28
22．梁清华 李龙 冯丽．一种基于CAN总线的粮食包装生产线控制系统．包装工程，2004，25(1)：36～37
23．方沛昱 李兴根．制袋机中的多路温度控制系统．包装工程，2003，24(4)：26～28
24．刘云霞 周春国 杨军良．多功能枕型包装机光电自动定位系统分析．包装与食品机械，2000，18(2)：8～11
25．张爱云．CZK12型包装机的工作原理与结构特点．包装与食品机械，2000，18(2)：12～14
26．刘雄心 韩书杰．DB400B型包装机横切装置的设计．包装与食品机械，2000，18(4)：7～8
27．颜世科．枕式包装机电子控制台的设计(上)．电子技术，2000，(5)：31～35
28．颜世科．枕式包装机电子控制台的设计(下)．电子技术，2000，(6)：36～38
29．杨晖．包装机PLC控制系统失控现象的分析和处理．福建轻纺，2000，(7)：16～18
30．刘雄心 陈红．DB400A型包装机横切装置的改进．机械设计与制造，2000，(1)：36
31．王继周 耿艾莉 王海洋．包装机封合位置误差的产生及补偿方法．辽宁工学院学报，2000，20(3)：42～44
32．蔚立军．包装机控制回路的改进．水泥，2000年1)：52
33．潘宗岭 王超 李国栋．PLC在卷烟透明纸包装机测控系统改造中的应用．自动化仪表，2000，21(9)：33～34
34．吴雪飞 李应彪 马蓉等．利用Freudenstein方程对包装机折纸机构进行优化设计．粮油加工与食品机械，2001，(1)：25～26
35．孙智慧 张荣．包装机中常热式薄膜热封过程的仿真研究．包装工程，2002，23(5)：131～133，136
36．刘雄心 林泽梅．DXDK800自动充填包装机料袋长度的调整．包装与食品机械，2002，20(2)：16～18
37．胡光华 张进疆 苏建等．PLC在多头输送小包包装机中的应用．广东农机，2002，(4)：30～31
38．朱旭峰．枕式包装机的工作原理．肉类工业，2002，(5)：42～44
39．吕月娥 李相伟．枕式包装机控制系统设计与实现．机电一体化，2003，(3)：32～36
40．梁燕飞 梁旦宇．包装机横封机构平衡问题的研究．包装工程，2000，21(2)：28～29，39
41. Jacobs, O.; Dalock, W.; Demenus, H. Shear cutting of thermoplastic foils. Polymer Testing Volume: 22, Issue: 5, August, 2003:579-587
42. Wei, Zhouhong. Control design for tracking performance in machine servo systems. Dissertation Abstracts International, Volume: 62-03, Section: B, 2001:1548
43. Yang, Hong. Dynamic modeling for machine tool thermal error compensation. Dissertation Abstracts International, Volume: 63-02, Section: B, 2002:0999
44. Zenkiewicz, M. Effects of electron-beam irradiation on some mechanical properties of polymer films. Radiation Physics and Chemistry Volume: 69, Issue: 5, April, 2004:373-378
45. Jacobs, O.; Wolf-Regett, P.; Dalock, W. A test system for punching of thermoplastic foils. Polymer Testing Volume: 21, Issue: 4, 2002: 403-410
46. Srithongchai, Sriruk. Computer-aided design and manufacture of minimum-weight structures. Dissertation Abstracts International, Volume: 63-01, Section: B, 2001:0461
47. Raghavan, Madhusudan. Number and dimensional synthesis of independent suspension mechanisms. Mechanism and Machine Theory Volume: 31, Issue: 8, November, 1996:1141-1153
48．王卫兵．可编程序控制器原理及应用．北京：机械工业出版社，2002．1
49．曹青等编著．Visual Basic程序设计教程．北京．机械工业出版社，2002．1
50．王仁祥．常用低压电器原理及其控制技术．北京：机械工业出版社，2001．8
51．灯芯工作室编著．Visual Basic.Net实战入门新概念．北京．中国水利水电出版社，2002．3
52．Autodesk公司编著．Autodesk官方培训教程系列—Autodesk Inventor 8培训教程．北京：清华大学出版社，2004．3
53．陈伯雄 张朝阳．Inventor R6 VB(A)程序设计—技巧与范例．北京：机械工业出版社，2004．1
54．许林成．包装机械原理与设计．上海：上海科学技术出版社，1988．9
55．楼任东．包装机械结构参考图册．上海：上海科学技术出版社，1981
56．中国轻工总会．轻工业技术装备手册．北京：机械工业出版社，1996．3
2．何南至．中国食品和包装机械发展之路．食品工业科技，2004，(3)：8～11
3．陈学益 刘毅娃．新世纪头十年我国包装机械设备开发重点．中国包装，2000，20(6)：49～50
4．郝艳玲 谭智申 姚燕安．可调整双曲柄驱动机构的运动设计．机械科学与技术，2003，22(4)：614～616
5．李宏 张全明 洪琦．双曲柄驱动曲柄滑块机构急回运动分析．机械设计．2001，(12)：18～20，42
6．杜秀菊 曲继方．新型曲柄导杆式输出机构的应用．现代机械，2001，(1)：67～70
7．唐焱．高速卧式枕型自动包装机横封机构的改进．包装与食品机械，2002，20(5)：30～32
8．李宏 张全明 洪琦．双曲柄机构急回运动分析．机械设计与研究，2001，17(4)：41～43
9．杨军良 刘云霞．多功能枕型包装机横封传动机构设计探讨．包装与食品机械，1999，17(6)：15～16，4
10. Ma, Youji. Sensor placement optimization for thermal error compensation on machine tools. Dissertation Abstracts International, Volume: 62-01, Section: B, 2001:0499
11. J.Boersma, J.Molenaar. Geometry of the Shoulder of a Packaging Machine. Siam Review, Sept. 1995, Vol.37:406-422
12. Guven, Mustafa Kamil. Sensorless control of indirect field oriented induction machine drives. Dissertation Abstracts International, Volume: 62-11, Section: B, 2001:5272
13. T(?)nshoff, H. K.; Soehner, C.; Isensee, G. Vision-guided tripod material transport system for the packaging industry. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing,Volume: 13, Issue: 1, March, 1997:1-7
14. Lin, Jeen. Shape optimization of nonlinear structures under fatigue loading.
Dissertation Abstracts International. Volume: 62-01. Section: B. 2001:0498
15．付志泉．送纸机构的研制．机械工程师，1999，(5)：12～13
16．梁燕飞．枕式包装机横封机构设计．机械工程师，1999，(10)：15～16
17．杨增选 高虹霓 田野．双曲柄机构的急回运动特性研究．空军工程大学学报2002，3(5)：83～85
18．孙智慧 庞明 刘晔．包装机卷筒材料供送过程张力控制系统设计．哈尔滨商业大学学报，2003，19(2)：213～215，228
19．李晓燕 孙智慧．包装机中塑料薄膜常热式热封参数的实验研究．包装工程，2003第24(6)：32～34
20．唐志祥．卷筒包装材料的张力分析．包装工程，1999，20(3)：17～18
21．李克天 王晓临．吸管袋装机的结构和原理．包装工程，1997，18(4)：24～28
22．梁清华 李龙 冯丽．一种基于CAN总线的粮食包装生产线控制系统．包装工程，2004，25(1)：36～37
23．方沛昱 李兴根．制袋机中的多路温度控制系统．包装工程，2003，24(4)：26～28
24．刘云霞 周春国 杨军良．多功能枕型包装机光电自动定位系统分析．包装与食品机械，2000，18(2)：8～11
25．张爱云．CZK12型包装机的工作原理与结构特点．包装与食品机械，2000，18(2)：12～14
26．刘雄心 韩书杰．DB400B型包装机横切装置的设计．包装与食品机械，2000，18(4)：7～8
27．颜世科．枕式包装机电子控制台的设计(上)．电子技术，2000，(5)：31～35
28．颜世科．枕式包装机电子控制台的设计(下)．电子技术，2000，(6)：36～38
29．杨晖．包装机PLC控制系统失控现象的分析和处理．福建轻纺，2000，(7)：16～18
30．刘雄心 陈红．DB400A型包装机横切装置的改进．机械设计与制造，2000，(1)：36
31．王继周 耿艾莉 王海洋．包装机封合位置误差的产生及补偿方法．辽宁工学院学报，2000，20(3)：42～44
32．蔚立军．包装机控制回路的改进．水泥，2000年1)：52
33．潘宗岭 王超 李国栋．PLC在卷烟透明纸包装机测控系统改造中的应用．自动化仪表，2000，21(9)：33～34
34．吴雪飞 李应彪 马蓉等．利用Freudenstein方程对包装机折纸机构进行优化设计．粮油加工与食品机械，2001，(1)：25～26
35．孙智慧 张荣．包装机中常热式薄膜热封过程的仿真研究．包装工程，2002，23(5)：131～133，136
36．刘雄心 林泽梅．DXDK800自动充填包装机料袋长度的调整．包装与食品机械，2002，20(2)：16～18
37．胡光华 张进疆 苏建等．PLC在多头输送小包包装机中的应用．广东农机，2002，(4)：30～31
38．朱旭峰．枕式包装机的工作原理．肉类工业，2002，(5)：42～44
39．吕月娥 李相伟．枕式包装机控制系统设计与实现．机电一体化，2003，(3)：32～36
40．梁燕飞 梁旦宇．包装机横封机构平衡问题的研究．包装工程，2000，21(2)：28～29，39
41. Jacobs, O.; Dalock, W.; Demenus, H. Shear cutting of thermoplastic foils. Polymer Testing Volume: 22, Issue: 5, August, 2003:579-587
42. Wei, Zhouhong. Control design for tracking performance in machine servo systems. Dissertation Abstracts International, Volume: 62-03, Section: B, 2001:1548
43. Yang, Hong. Dynamic modeling for machine tool thermal error compensation. Dissertation Abstracts International, Volume: 63-02, Section: B, 2002:0999
44. Zenkiewicz, M. Effects of electron-beam irradiation on some mechanical properties of polymer films. Radiation Physics and Chemistry Volume: 69, Issue: 5, April, 2004:373-378
45. Jacobs, O.; Wolf-Regett, P.; Dalock, W. A test system for punching of thermoplastic foils. Polymer Testing Volume: 21, Issue: 4, 2002: 403-410
46. Srithongchai, Sriruk. Computer-aided design and manufacture of minimum-weight structures. Dissertation Abstracts International, Volume: 63-01, Section: B, 2001:0461
47. Raghavan, Madhusudan. Number and dimensional synthesis of independent suspension mechanisms. Mechanism and Machine Theory Volume: 31, Issue: 8, November, 1996:1141-1153
48．王卫兵．可编程序控制器原理及应用．北京：机械工业出版社，2002．1
49．曹青等编著．Visual Basic程序设计教程．北京．机械工业出版社，2002．1
50．王仁祥．常用低压电器原理及其控制技术．北京：机械工业出版社，2001．8
51．灯芯工作室编著．Visual Basic.Net实战入门新概念．北京．中国水利水电出版社，2002．3
52．Autodesk公司编著．Autodesk官方培训教程系列—Autodesk Inventor 8培训教程．北京：清华大学出版社，2004．3
53．陈伯雄 张朝阳．Inventor R6 VB(A)程序设计—技巧与范例．北京：机械工业出版社，2004．1
54．许林成．包装机械原理与设计．上海：上海科学技术出版社，1988．9
55．楼任东．包装机械结构参考图册．上海：上海科学技术出版社，1981
56．中国轻工总会．轻工业技术装备手册．北京：机械工业出版社，1996．3