摘 要

本设计为多工位多物料水平自动包装机，作者以模块化设计思维出发，设计了封口机构、计量机构、供料机构与整体机架，并完成了装配，进行了图纸绘制与三维建模。包装机械需求量随着经济的快速发展在日益增加，同时，也对包装机械的设计提出了全新的要求。如今的包装机械具备较好的适用性与较强的稳定性，随着数控技术的增加，以模块化设计为理念的包装机械也在市场使用中获得了更好的反馈。水平多工位多物料包装机在满足普通制袋、充填、封口功能的同时，还可以在多连包内充填多种物料。作者从封口机构入手，通过将封口机构安装在可移动的基台上使热封，牵引工作同时完成。设计了以气缸为动力源，动力源上置的摇臂钳式机构，通过更换不同的夹头，起到纵封、横封、开袋、夹持、切断等不同的功能。设计了针对粉末物料的螺杆计量机构，采用双层套筒进行动力传递，使计量螺杆与搅拌杆分别运动，通过套筒的加固使螺杆获得了较好的稳定性。设计了以气缸为动力源，使用旋转阀的活塞计量装置，适用于流体与半流体的计量。设计了一成型三角板为基础的成型机构。设计了以滑动快拆机构为基础的，可以进行快速更换原料的供料机构，同时，供料机构还可以通过螺杆进行对中调整。设计了包装机整体框架，在整体框架的设计中，重点考虑了基准的准确性与配件调整的适应性。最后绘制了整体装配图与部分重要零件图，并进行了三维建模模拟。

关键词：包装机械；水平包装机；多物料包装机

Abstract

This paper is a multi-station and multi-material horizontal automatic packaging machine. Based on modular design theory, the author designed the sealing mechanism, measuring mechanism, feeding mechanism and the whole frame, and completed the assembly, drawing and three-dimensional modeling. With the rapid development of economy, the demand for packaging machinery is increasing day by day. at the same time, it also puts forward new requirements for the design of packaging machinery. Today's packaging machinery has good applicability and strong stability. With the increase of numerical control technology, packaging machinery based on modular design has also received better feedback in market use. The horizontal multi-station multi-material packing machine can fill various materials in multi-connection bags while satisfying the functions of ordinary bag making, filling and sealing. Starting with the sealing mechanism, the author installed the sealing mechanism on a movable base platform so that the heat sealing and drawing work could be completed at the same time. The rocker arm pincer mechanism with cylinder as power source and the power source at upside is designed. By replacing different chucks, it has different functions such as longitudinal sealing, transverse sealing, bag opening, clamping, cutting and so on. A screw metering mechanism for powder materials is designed,the double-layer sleeve is used for power transmission, so that the metering screw and the stirring rod move respectively. Through the reinforcement of the sleeve, the screw obtains has better stability. A piston metering device with cylinder as power source and rotary valve is designed, which is suitable for metering fluid and semi - fluid. A forming mechanism based on a forming triangular plate is designed. A feeding mechanism based on a sliding quick-release mechanism is designed, which can quickly replace raw materials. At the same time, the feeding mechanism can also be adjusted through a screw. The whole frame of the packaging machine was designed,in the design of the whole frame, the accuracy of the benchmark and the adaptability of the accessories adjustment were mainly considered. Finally, the whole assembly drawing and some important part drawings are drawn, and three-dimensional modeling and simulation are carried out.

Key Words: horizontal automatic packaging machine; packaging machine; multi-material

目录

第1章 绪论 1

1.1 毕业设计题目要求 1

1.2 包装机械研究背景、目的与意义 1

1.2.1 包装机械研究背景 1

1.2.2 本课题研究目的 2

1.2.3 本课题研究意义 2

1.3 自动包装制袋装袋封袋机械研究现状 3

1.4 课题研究内容与预期目标 3

第2章 总体方案初步设计 5

1.1. 可行性分析 5

2.1.1 工作要求 5

2.1.2 行业技术概况与发展 5

2.1.3 设计方案选择 7

2.2 初步设计 9

2.2.1 总体流程方案 9

2.2.2 横封机构与纵封机构 9

2.2.3 螺杆计量机构 11

2.2.4 柱塞泵计量装置 11

2.2.5 供料与成型机构 12

2.2.6 辅助机构与包装机整体布局 13

第3章 总体机构设计 15

3.1 封口机构系列设计 15

3.1.1 热封夹头设计 15

3.1.2 纵封横封通用运动机构设计 15

3.1.3 气缸选用 16

3.1.4 机架设计 18

3.2 螺杆计量机构设计 18

3.2.1 螺杆设计 18

3.2.2 传动结构设计 19

3.3 活塞计量机构设计 19

3.3.1 旋转阀设计 19

3.3.2 活塞计量装置 21

3.4 供料机构 22

3.4.1 整体结构 22

3.4.2 快拆结构设计 22

3.4.3 滑动机座设计 23

3.5 成型机构设计 24

3.5.1 三角板尺寸计算 24

3.5.2 成型机构结构设计 25

3.6 附件与机架设计 25

3.6.1 附件设计 25

3.6.2 热封机构活动机台设计 26

3.6.3 整体机架设计 26

3.7 图纸绘制与建模 27

第4章 总结 28

参考文献 29

致谢 31

绪论

毕业设计题目要求

根据某包装设计包装机械，包装要求一次三连包，有粉末、液体和半流体3种物料。包装机要求能够实现上料、成型、充填、封口、切断、送出操作，产量要求每小时2000组。完成包装机的装置方案设计、结构设计与计算、机构的运动分析、部分零部件选型、三维建模及工程图绘制。

包装机械研究背景、目的与意义

包装机械研究背景

随着市场经济的不断发展啊，人民生活水平日益提高，与生活息息相关的日用品、食品、药品产业市场也在逐步扩大。相应的，包装行业作为辅助行业，各行各业的高速发展都离不开你包装设备的辅助，尤其是药品、食品、化工等领域对包装设备的需求日益上升。随着需求的增长，国内包装机械供应商也不断增加，根据中国包装联合会最新发布的数据显示。截止至2017年11月份上旬，我国包装工业总产值已达1.7万亿元，位居世界第二，正向包装强国迈进 ^[1]。

在包装市场蓬勃发展的过程中，也暴露了一些问题。根据中国包装机械行业年度报告（2014年度）的数据，我国 2014年塑料加工专用设备制造行业完成累计利润总额48.04亿元，同比增长 0.21%。从资本来源方面来看，其中：内资企业完成累计利润总额21.32亿元(占44.37%)，同比增长0.42%；港、澳、台商 投资企业完成累计利润总额20.57亿元(占42.83%)，同比增长-0.13%；外商投资企业完成累计利润 总额6.15亿元(占12.81%)，同比增长0.63%。从企业规模方面，其中：小型企业完成累计利润总额24.03亿元(占50.03%)，同比增长-0.92%；大型企业完 成累计利润总额12.37亿元(占25.75%)，同比增长13.36%；中型企业完成累计利润总额11.64亿元 (占24.22%)，同比增长-8.88%^[2]。

从数据中展现了如下问题，首先，在包装行业中，内地企业与港澳台企业占据了中体利润的大部分，但是，随着港澳台经济近年来的不景气与大陆生产企业的冲击，港澳台企业渐渐失去技术领先优势，利润同比增大为负，而外资企业凭借其技术优势，尽管占据市场份额较小，依然能实现利润的同比增长。从企业规模方面来看，小型企业占据了市场的一半份额，另一半由大型企业与中型企业评平分，然而只有大型企业产生了利润的增幅，中型企业在维持规模的情况下获得不了相应的市场份额，因此利润增长同比大幅减少。

我国包装机械发展较晚，目前正处在起步应用阶段。而且长时期由于用户的技术水平和各种环境因素限制，我国市场对高精尖设备的需求较少，越尖端的设备需求越小；对中、低档设备的需求量大面广，商机无限^[3]。因此，小规模企业凭借生产技术含量不高的包装机械可以维持利润，大型企业凭借其技术优势维持利润增长，中型企业正处于转型之中，市场迫使其逐步开展对产品技术的要求。纵观国内市场，各个种类产品需求旺盛，但大部分供应厂商技术水平不足，国内市场亟需高水平、适应性强能够及时跟上市场需求的产品 ^[3]。

从技术层面上，对比国内外市场，国外较先进包装机械主要有以下优点。

1. 结构设计标准化、模组化。用一台包装机完成对不同物料的包装是，利用原有机型的模组化设计可在短时间内迅速进行规格更换或转换为其他包装形式的机型，并未不同的计量系统提供了足够的空间^[4]。
2. 包装速度高速化，结构运动高精度化。相比国内的同种类包装机械，国外的机械在速度上大幅度领先国内，在运动精度，工作稳定性方面上远远领先国内平均水平，通过使用新技术，如伺服电机、编码器以及数字控制等高精密机构执行各种动作，对运行状态进行监控，保证了高速度、长时间、高稳定性的运行。
3. 控制智能化、弹性化。国外机器大多采用智能型仪表和触摸屏上的应用对机器的各种参数进行跟踪。显示屏可以显示机器设置的各种参数，运行情况，方便使用人员了解机器运行情况，对产品进行调整。

从产品的市场竞争力方面来看，中国从事包装机械行业的企业所研制的中小型包装机械设备具备卓越的性能，同时与其他发达国家和地区的包装机械相比，具有显著的价格优势，因此受到很多国家的认可与欢迎^[5]。但是从长远角度来考虑，发展具有领先技术的包装机械是国内包装行业良性发展的必经之路，随着国家政策大力号召“中国智造”，各行各业的技术发展走上了国家发展战略的快车道。行业整体应该摆正态度，克服大环境困难，从价格驱动型企业逐步向技术驱动型企业转型，学习追赶国外先进技术，发展自有技术，在国际市场上占据领先地位。

本课题研究目的

本次毕业设计的目的是综合使用大学期间所学知识，通过对水平包装机整体以及各个机构的设计，设计出符合题目要求的包装机械，并完成相应的二维图绘制与三维建模。

本课题研究意义

作为大学最后的毕业设计，综合了大学学习的各个方面，通过系统性的设计，考察与检验大学期间所学习的各方面知识，通过实际调研与设计，使得大学所学更加贴近实际。

自动包装制袋装袋封袋机械研究现状

水平自动包装机完成某一产品的主要有三个步骤，制袋，装袋与封袋，同时还涉及物料的供给与计量。国内以高校为基础做了如下研究。陈雪叶等人，提出了粉末包装机的整机方案与机构，设计了包装机的纵缝与横封机构。纵封机构采用凸轮与圆柱辊子的配合来实现，横封机构也使用凸轮机构实现，并使用弹簧增加横封时的过渡与缓冲 ^[6]。王吉岱等人利用高速PLC、伺服系统与人机界面技术，去除原有机械凸轮机构，改由电子凸轮功能控制横封切刀，解决了传统机械凸轮安装困难，响应滞后的问题 ^[7]。张玉先等人研究了包装机凸轮机构带动的横封器导轨磨损的原因，给出了该种机构导轨长度的设计原则，对此类机构的设计具有普遍的指导意义 ^[8]。邢亚飞等人使用电机直接连接的偏心杆来代替凸轮机构，并使用三维软件进行建模分析，该横封机构具有运行平稳、噪声小等优点，可方便地进行调速 ^[9]。张振宇等人使用双边驱动的平行四边形连杆机构实现了包装袋口热封后的封合，代替了凸轮机构，通过运动学模拟，验证了所设计设备具有良好的运行稳定性与可靠性 ^[10]。吴龙奇等人针对全自动包装机上使用的容积泵型计量调节机构做出了改进，在曲柄连杆调节的基础上增加了回流调节阀的调节。使用两级调节的设计使得调节方便，精度提高 ^[11]。

与国内的基础性研究相比，国外的包装机械研究已经形成了系统化，数字化的体系。Georg Gotz等人通过激光封切入手，研究了使用柔性运动系统增加系统适应性与效率，可以在不更换任何部件的情况下完成对不同轮廓的密封与切割，同时还以该理念对热脉冲技术以及不同的包装机类型是否适合柔性生产进行了研究^[12–14]。Melissa dos Santos等人使用面对对象编程技术对热收缩包装机的自动化进行建模，寻找提高效率，实现生产最大化的方案^[15]。Hariri等人介绍了一种通用的建模平台，设计机械设计与软件开发，克服了以往建模的问题，并对Tetra Park灌装机进行了新的评估。

包装机构经过长时间发展，关键原件基本原理与结构得到了市场的长期认证，现在研究大多属于改进型研究，少有创造性改进。

课题研究内容与预期目标

本次课题题目为多工位多物料多连包水平自动包装机，要求适用于进行粉料、流体、半流体的多连包包装，满足实际的生产使用要求。在设计过程中，应该综合使用大学期间所学知识进行设计，包括包装机械、包装工艺、气压与液压控制、机械原理与机械设计、工程制图等科目。

设计路线按照一般机械的设计方法，即从产品需求入手，确定运动简图，确定相对位置，绘制总体装配图，拆画零件图，根据零件图绘制三维模型，最后根据装配图进行模拟装配，流程中发现问题即可返回更改，然后顺次循环。

课题预期目标应完成水平包装机各个机构的设计工作，所设计的包装机总体应满足设计要求，复合加工工艺要求，便于装配、使用与维护，同时，还应该具备一定的创新性，对包装机整体或部分机构能做出适当改进。在进行设计后，应绘制完成的装配图，与部分重要零件图。

总体方案初步设计

• 1. 可行性分析

工作要求

本课题设计多工位多物料多连包水平自动包装机，适用于粉料、流体、半流体的多种物料多连包设计，每小时包装2000组。满足生产使用要求。根据市场上大部分包装尺寸，自行拟定包装机的工作适应范围进行设计，如表 2.1所示。

表 2.1 拟定产品尺寸

同时，还应该满足以下几点：方便根据不同尺寸的包装进行调整；方便装配后进行调试；方便在生产过程中针对产生的问题进行调整；采用模块化设计，能根据不同的产品需求进行调整。

行业技术概况与发展

本次设计方案为水平包装机，根据功能来说即水平成型-充填-封口机，水平袋成型-充填-封口机是物料填充与袋子成型沿水平方向进行，其组成与立式包装机相比，由于包装材料在成型制袋过程中充填观念不伸入袋管筒中，袋口的运动方向与充填物料方向呈崔志状态，袋之间是侧边相互连接，导致水平包装机工艺过程、执行机构的机构均比立式包装机要复杂得多，需要增加一些专门的机构，如袋开口装置。

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