聚酯瓶自动旋盖机理盖机构的设计与研究
|
摘要
旋盖机是用于饮料包装生产线上聚酯瓶的螺纹盖封口,即瓶子分灌装后的瓶盖旋紧或旋松的设备。而理盖机构是旋盖机的关键部件,它保证向旋盖头提供稳定定向正确的瓶盖流。由于目前国内的旋盖机生产效率低,不能满足高速包装生产线的要求,而国外进口设备价格昂贵,影响了中小型饮料企业的使用。影响旋盖机工作效率的主要因素之一就是由于理盖机构的结构参数选取不合理。本文通过聚酯瓶自动旋盖机理盖机构的设计与研究,对旋盖机理盖效率的提高以及以后同类产品的旋盖机设计有着重要的实际意义。
本文首先分析了旋盖机的工作原理及理盖的工作过程,对不同的理盖方案进行了分析比较,设计出了一种倾斜料斗式的旋盖机理盖机构,然后具体分析了影响理盖机构理盖效率的结构参数。通过所建立的理盖机构的三维实体模型,采用机械系统动力学仿真软件ADAMS对瓶盖从理盖机构中理出的过程进行动态仿真,通过对不同理盖盘参数下瓶盖运动的运动学的仿真分析,得到瓶盖的受力情况和理盖盘结构参数具体的分析结果,为理盖机构结构参数的设计与优化提供理论依据。
针对聚酯瓶瓶盖在理盖过程中出现的磨损变形情况,利用有限元分析软件ANSYS对不同理盖盘参数下瓶盖的受力情况进行静态分析,最终确定了适合理盖机构理盖效率最优的参数结果,达到结构优化的目的。此方法为旋盖机的设计提供了理论依据,同时建模分析技术的运用能够缩短设计周期,提高设计效率和质量,具有一定的参考意义和使用价值。
Cap screwing machine is used for thread cover sealing of PET bottle in packaging production line, which is the equipment for the caps tighten or unscrewed after filling the bottle. Cap sorter mechanism is the key part of machine, which provides a stable of the correctly positioned cap flow for the headset. The production efficiency of domestic machine is low. which can not meet production requirements of high-speed packaging production line. The main factors that influence efficiency are unreasonable parameters of the structure. The design and research of mechanism have important significance for the improvement of the efficiency for sorting caps and the design of similar products of capping machine.
This paper firstly analyzed the working principle and process of sorting caps of capping machine, through the analysis and comparison of different schemes, the structure parameter that influence the efficiency had been analyzed. The geometric model of the mechanism was constructed. Through the dynamic simulation of cap movement in mechanism with ADAMS, the force of cap at different parameters of turning plate was obtained, which can provide theoretic foundation for the optimization of mechanism.
According to deformation and wear of caps appeared in sorting caps, through static analysis of cap surface at different parameters by using ANSYS. the optimal parameters results that suitable for the mechanism were eventually got. which achieved the purpose of optimized structure. This method provides theoretic foundation for the design of capping machine, also improves design efficiency and quality, which has the certain reference meaning and use value.
本文首先分析了旋盖机的工作原理及理盖的工作过程,对不同的理盖方案进行了分析比较,设计出了一种倾斜料斗式的旋盖机理盖机构,然后具体分析了影响理盖机构理盖效率的结构参数。通过所建立的理盖机构的三维实体模型,采用机械系统动力学仿真软件ADAMS对瓶盖从理盖机构中理出的过程进行动态仿真,通过对不同理盖盘参数下瓶盖运动的运动学的仿真分析,得到瓶盖的受力情况和理盖盘结构参数具体的分析结果,为理盖机构结构参数的设计与优化提供理论依据。
针对聚酯瓶瓶盖在理盖过程中出现的磨损变形情况,利用有限元分析软件ANSYS对不同理盖盘参数下瓶盖的受力情况进行静态分析,最终确定了适合理盖机构理盖效率最优的参数结果,达到结构优化的目的。此方法为旋盖机的设计提供了理论依据,同时建模分析技术的运用能够缩短设计周期,提高设计效率和质量,具有一定的参考意义和使用价值。
Cap screwing machine is used for thread cover sealing of PET bottle in packaging production line, which is the equipment for the caps tighten or unscrewed after filling the bottle. Cap sorter mechanism is the key part of machine, which provides a stable of the correctly positioned cap flow for the headset. The production efficiency of domestic machine is low. which can not meet production requirements of high-speed packaging production line. The main factors that influence efficiency are unreasonable parameters of the structure. The design and research of mechanism have important significance for the improvement of the efficiency for sorting caps and the design of similar products of capping machine.
This paper firstly analyzed the working principle and process of sorting caps of capping machine, through the analysis and comparison of different schemes, the structure parameter that influence the efficiency had been analyzed. The geometric model of the mechanism was constructed. Through the dynamic simulation of cap movement in mechanism with ADAMS, the force of cap at different parameters of turning plate was obtained, which can provide theoretic foundation for the optimization of mechanism.
According to deformation and wear of caps appeared in sorting caps, through static analysis of cap surface at different parameters by using ANSYS. the optimal parameters results that suitable for the mechanism were eventually got. which achieved the purpose of optimized structure. This method provides theoretic foundation for the design of capping machine, also improves design efficiency and quality, which has the certain reference meaning and use value.
引文
[1]王家醵.轻工业机械设计[M].北京：中国轻工业出版社,1994,9(2)：26-30.
[2]屈能胜.中国饮料包装机械发展综述[J].中国食品,2004,11(9)：13-16.
[3]Chen man. Fundamentals of Packaging Engineering [J].Mechanical Electrical Engineering Technology,2004,7(3):205-212.
[4]李应彪.中国自动旋盖机发展现状与市场前景[J].包装与食品机械,2001,9(3)：8-11.
[5]顾银芳,范士华.机械仿真技术的发展与应用[J].河北工业科技出版社,2001,9(3)：7-14.
[6]孙靖民,王新荣.现代设计方法[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,1992.
[7]高德.包装机械概论[M].北京：化学工业出版社,2005：255-258.
[8]Green D.Introduction to Packaging Machine[J].USA:Packaging Machinery Manufacturers Institute,1997.
[9]毛恩荣.机械系统仿真的研究现状与重点[J].机械科学与技术.1998,11(4)：56-63.
[10]张越今.多体动力学系统仿真理论应用及研讨[J].机械科学技术.1997,16(5)：73-75.
[11]熊勇刚,朱小东,孙晓.现代设计理论和方法在包装机械中的应用[J].包装工程,2002,23(03)：69-70.
[12]Acharya T,Ray A J. Image Processing:Principles and Applications[J]. Wiley-Interscience, 2000.
[13]张伟安,王建勤.全自动回转式旋盖机[J].轻工机械,2002,5(2)：42-43.
[14]李诗龙.FX12型旋盖机的设计[J].武汉工业学院学报,2000,13(3)：1-3.
[15]赵大民.FGZ_10负压灌装机的设计[C].大连交通大学出版社,2007：18-33.
[16]吴辉勇.机械手式全自动罐头旋盖机设计[C].湖南大学出版社,2007：36-53.
[17]李诗龙.新型斜斗式理盖器的设计[J].轻工机械,2003,7(2)：1-3.
[18]赵宗课.磁力回转式王冠盖理盖器的设计原理及要点[J].包装与食品机械,2002.
[19]范贵慈.瓶盖输送机磁力系统改造[J].包装与食品机械,2002.
[20]R. G. CLARK. Hopper for capping machine[J].United states patent office,1920:52-63.
[21]罗陈.斗式电磁振动供料器的设计[J].武汉食品工业学院学报,1998,11(2)：1-3.
[22]罗陈.环式瓶盖输送装置的运动分析[J].包装工程,1999(4)：1-3.
[23]许林成.包装机械原理与设计[M].上海科学技术出版社,1988(9)：12-23.
[24]郭妍.锥盘式防盗盖供送系统的设计[J].轻工机械,1997,7(2)：2-6.
[25]严书华.一种通用瓶盖理盖器与旋盖机构的设计[J].机电技术,2007(4)：22-38.
[26]罗陈.环式瓶盖输送装置的设计[J].包装工程,1999,4(3)：13-17.
[27]刘乘.罐盖送料机构的研究[J].轻工机械,2005,7(2)：31-37.
[28]孙秀延.XG-8全自动回转式旋盖机的研制[D].大连交通大学硕士学位论文,2008.
[29]王向武.理盖机反盖识别机构的设计与分析[J].粮油加工与食械,2000.
[30]R.C.Griffin,S. Sacharow. Principles of Packaging Development [M].New York,1985(4):64-
[31]张旭.机械系统虚拟样机技术的研究与开发[J].中国农业大学学报,1999.
[32]李军ADAMS实例教程[M].北京：北京理工大学出版社,,2002.
[33]Lucy C. An Analysis of the Inclined Hopper [J]. Packaging Engineering,1999(4):1-
[34]徐东阳.真空断路器操动机构数学模型建立与仿真研究[D].沈阳工业大学硕士2007.
[35]A Khemka,R K Shyamasundar. An optimal multiprocessor real-time sche(?) algorithm [M]. Journal of Parallel and Distributed Computing,1997,43(1):37-45.
[36]许光驰,吕伟新.盘形振动上料器的一种系统模型和模拟[J].东北林业大学学报,
[37]陈立平,张云清.机械系统动力学分析及ADAMS应用教程[M].北京：清华大学社,2005,11(3)：43-47.
[38]孙恒.机械原理[M].北京：高等教育出版社,1998.
[39]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社,1994.
[40]葛正浩ADAMS2007虚拟样机技术[M].北京：化学工业出版社,,2010.
[41]宋健ADAMS仿真理论应用及分析[J].机械科学与技术.1997,16(5)：63-72.
[42]J. F Hanlon. Handbook of Package Engineering[M].Megray-Hill,1983.
[43]HESLEY T.SMALL. Cap feeding machine[M].United states patent office,1920(9):6
[44]彼得.艾伯哈特,胡斌.现代接触动力学[M].福建：东南大学出版社,2005.
[45]张绪祥.一种摩擦系数计算方法[J].机械科学与制造技术,2006,1(1)：44-45.
[46]武丽梅,耿华.基于ADAMS的曲柄摇杆机构的运动精度仿真研究[J].机械设计造,2006,6(10)：9-11.
[47]张财智.基于虚拟样机的轿车天窗运动执行机构的设计与研究[D].吉林大学硕文,2009,5(10)：23-42.
[48]商跃进.有限元法与ANSYS应用指南[M].北京：清华大学出版社,,2005.
[49]何涛,杨竞,金鑫等ANSYS10.0/LS-DYNA非线性有限元分析实例指导教程[M]机械工业出版社,2007.1.
[50]张波,盛和太ANSYS有限元数值分析原理与工程应用[M].北京：清华大学社,2005,7(3)：51-63.
[51]孙莎莎.弹药引信封口机封口过程安全性的设计研究[D].西安工业大学硕士2011.
[52]Zhou hongfu. The Design of a New Advanced Cap Screwing Machine [J].Mech(?) Electrical Engineering Technology.2008(7):22-25.
[53]龚曙光,邱爱红,谢贵兰.基于ANSYS的零部件优化分析与应川[J].机械工报,2002,29(5)：23-28.
[54]刘荣,郑永红.二维有限元网格自动自适应生成[J].计算机辅助设计学报,2005.3.
[55]赵海南.有限元静力学分析与应用[M].北京：高等教育出版社,2006.
[56]林志云.多目标函数优化方法与理论[M].北京：科学教育出版社.1991.
[2]屈能胜.中国饮料包装机械发展综述[J].中国食品,2004,11(9)：13-16.
[3]Chen man. Fundamentals of Packaging Engineering [J].Mechanical Electrical Engineering Technology,2004,7(3):205-212.
[4]李应彪.中国自动旋盖机发展现状与市场前景[J].包装与食品机械,2001,9(3)：8-11.
[5]顾银芳,范士华.机械仿真技术的发展与应用[J].河北工业科技出版社,2001,9(3)：7-14.
[6]孙靖民,王新荣.现代设计方法[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,1992.
[7]高德.包装机械概论[M].北京：化学工业出版社,2005：255-258.
[8]Green D.Introduction to Packaging Machine[J].USA:Packaging Machinery Manufacturers Institute,1997.
[9]毛恩荣.机械系统仿真的研究现状与重点[J].机械科学与技术.1998,11(4)：56-63.
[10]张越今.多体动力学系统仿真理论应用及研讨[J].机械科学技术.1997,16(5)：73-75.
[11]熊勇刚,朱小东,孙晓.现代设计理论和方法在包装机械中的应用[J].包装工程,2002,23(03)：69-70.
[12]Acharya T,Ray A J. Image Processing:Principles and Applications[J]. Wiley-Interscience, 2000.
[13]张伟安,王建勤.全自动回转式旋盖机[J].轻工机械,2002,5(2)：42-43.
[14]李诗龙.FX12型旋盖机的设计[J].武汉工业学院学报,2000,13(3)：1-3.
[15]赵大民.FGZ_10负压灌装机的设计[C].大连交通大学出版社,2007：18-33.
[16]吴辉勇.机械手式全自动罐头旋盖机设计[C].湖南大学出版社,2007：36-53.
[17]李诗龙.新型斜斗式理盖器的设计[J].轻工机械,2003,7(2)：1-3.
[18]赵宗课.磁力回转式王冠盖理盖器的设计原理及要点[J].包装与食品机械,2002.
[19]范贵慈.瓶盖输送机磁力系统改造[J].包装与食品机械,2002.
[20]R. G. CLARK. Hopper for capping machine[J].United states patent office,1920:52-63.
[21]罗陈.斗式电磁振动供料器的设计[J].武汉食品工业学院学报,1998,11(2)：1-3.
[22]罗陈.环式瓶盖输送装置的运动分析[J].包装工程,1999(4)：1-3.
[23]许林成.包装机械原理与设计[M].上海科学技术出版社,1988(9)：12-23.
[24]郭妍.锥盘式防盗盖供送系统的设计[J].轻工机械,1997,7(2)：2-6.
[25]严书华.一种通用瓶盖理盖器与旋盖机构的设计[J].机电技术,2007(4)：22-38.
[26]罗陈.环式瓶盖输送装置的设计[J].包装工程,1999,4(3)：13-17.
[27]刘乘.罐盖送料机构的研究[J].轻工机械,2005,7(2)：31-37.
[28]孙秀延.XG-8全自动回转式旋盖机的研制[D].大连交通大学硕士学位论文,2008.
[29]王向武.理盖机反盖识别机构的设计与分析[J].粮油加工与食械,2000.
[30]R.C.Griffin,S. Sacharow. Principles of Packaging Development [M].New York,1985(4):64-
[31]张旭.机械系统虚拟样机技术的研究与开发[J].中国农业大学学报,1999.
[32]李军ADAMS实例教程[M].北京：北京理工大学出版社,,2002.
[33]Lucy C. An Analysis of the Inclined Hopper [J]. Packaging Engineering,1999(4):1-
[34]徐东阳.真空断路器操动机构数学模型建立与仿真研究[D].沈阳工业大学硕士2007.
[35]A Khemka,R K Shyamasundar. An optimal multiprocessor real-time sche(?) algorithm [M]. Journal of Parallel and Distributed Computing,1997,43(1):37-45.
[36]许光驰,吕伟新.盘形振动上料器的一种系统模型和模拟[J].东北林业大学学报,
[37]陈立平,张云清.机械系统动力学分析及ADAMS应用教程[M].北京：清华大学社,2005,11(3)：43-47.
[38]孙恒.机械原理[M].北京：高等教育出版社,1998.
[39]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社,1994.
[40]葛正浩ADAMS2007虚拟样机技术[M].北京：化学工业出版社,,2010.
[41]宋健ADAMS仿真理论应用及分析[J].机械科学与技术.1997,16(5)：63-72.
[42]J. F Hanlon. Handbook of Package Engineering[M].Megray-Hill,1983.
[43]HESLEY T.SMALL. Cap feeding machine[M].United states patent office,1920(9):6
[44]彼得.艾伯哈特,胡斌.现代接触动力学[M].福建：东南大学出版社,2005.
[45]张绪祥.一种摩擦系数计算方法[J].机械科学与制造技术,2006,1(1)：44-45.
[46]武丽梅,耿华.基于ADAMS的曲柄摇杆机构的运动精度仿真研究[J].机械设计造,2006,6(10)：9-11.
[47]张财智.基于虚拟样机的轿车天窗运动执行机构的设计与研究[D].吉林大学硕文,2009,5(10)：23-42.
[48]商跃进.有限元法与ANSYS应用指南[M].北京：清华大学出版社,,2005.
[49]何涛,杨竞,金鑫等ANSYS10.0/LS-DYNA非线性有限元分析实例指导教程[M]机械工业出版社,2007.1.
[50]张波,盛和太ANSYS有限元数值分析原理与工程应用[M].北京：清华大学社,2005,7(3)：51-63.
[51]孙莎莎.弹药引信封口机封口过程安全性的设计研究[D].西安工业大学硕士2011.
[52]Zhou hongfu. The Design of a New Advanced Cap Screwing Machine [J].Mech(?) Electrical Engineering Technology.2008(7):22-25.
[53]龚曙光,邱爱红,谢贵兰.基于ANSYS的零部件优化分析与应川[J].机械工报,2002,29(5)：23-28.
[54]刘荣,郑永红.二维有限元网格自动自适应生成[J].计算机辅助设计学报,2005.3.
[55]赵海南.有限元静力学分析与应用[M].北京：高等教育出版社,2006.
[56]林志云.多目标函数优化方法与理论[M].北京：科学教育出版社.1991.