蓄电池热封机气动系统设计【11张CAD图纸+毕业论文+任务书+开题报告+答辩稿】

蓄电池热封机气动系统设计【11张CAD图纸+毕业论文+任务书+开题报告+答辩稿】,11张CAD图纸+毕业论文+任务书+开题报告+答辩稿,蓄电池,热封机,气动,系统,设计,11,CAD,图纸,毕业论文,任务书,开题,报告,答辩 本科毕业设计任务书 信息与机电工程系 课题名称 蓄电池热封机气动系统设计 学生姓名 专业、学号 毕业设计 基本要求、重点需要 研究的问题 基本要求：首先分析蓄电池热封机的工艺过程与组成；其次设计气动系统的回路，实现上述动作要求；然后对系统的元件参数进行选型与计算；最后进行系统估算，绘制出相关图形。 主要设计内容：1.分析蓄电池热封机的工艺过程与组成，并绘制出图形。 2. 设计气动系统回路图，具体确定气动系统方案和回路，并绘制出图形。 3. 气动系统参数设计，具体确定执行元件、能源装置和动力元件的选型和设计。 4. 气动系统性能估算，写出一份计算说明书。 关键问题：基本回路设计 元件选型 参数计算 计划 进度 安排 1. 第1,2周 收集相关资料，并完成开题报告，复习气压传动相关知识 2. 第3-6周 完成蓄电池热封机的功能与组成分析，并绘制出图形。完成气动系统回路图，具体确定气动系统方案和回路。 3. 第7周 完成相关图形，准备中期检查。 4. 第8-11周 完成气动系统参数设计。 5. 第12周 完善计算说明书，准备答辩。 应收集 的资料 及主要 参考文献 1. 《液压与气压传动》 2. 《液压、气动系统应用技术》 3. 《机械设计手册》 指导教师（签名）： 职称： 系（教研室）主任（签名）： 分管院长（签章）： 本科毕业设计开题报告 设计题目： 蓄电池热封机气动系统设计 专业年级： 机械设计制造及其自动化 学 号： 姓　 名： 指导教师、职称： 2015年 3 月 3 日 一、 本设计课题的目的意义，主要及拟解决的关键性问题（附参考文献） 蓄电池是一种广泛应用于工业、民用及军工上的产品。随着环保意识的加强，城市交通将出现更多的电动汽车，电动汽车对蓄电池的消耗量很大，因此社会对蓄电池的需求与日俱增。蓄电池的壳体由塑料制造，要求严格密封，半成品时要分成盖板与壳体来制造，在装配时要在塑料熔融状态下热压密封(简称热封)。因此热封机是提高产品产量和质量的关键设备。如果采用手工操作完成，不仅质量难以保证，且由于蓄电池质量大，工作环境差，劳动强度大，影响密封质量。为了克服这些不足，在参考其它机型的基础上，选择了气动系统的方案。 目前我国蓄电池塑料盒封口设备比较落后，基本为手工和半自动封口，不但存在许多安全隐患，而且工人的劳动强度大，生产能力非常小，包装质量很难保证。本设计为一台蓄电池外壳热封口机设计，可以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度，同时还可以消除安全隐患，提高了塑料盒封口设备的自动化和先进性，而且产品的封口质量更容易保证。 参考文献：《包装机械设计》 二、 本设计课题的主要设计、预期设计结果 1.主要设计内容： （1）分析蓄电池热封机的工艺过程与组成，并绘制出图形。 （2）设计气动系统回路图，具体确定气动系统方案和回路，并绘制出图形。 （3）气动系统参数设计，具体确定执行元件、能源装置和动力元件等的选型和设计。 （4）气动系统性能估算，写出一份计算说明书。 2.预期设计结果： （1）完成蓄电池热封机的工艺过程与组成，绘制图形。 （2）完成气动系统回路。绘制图形。 （3）完成各元件选型。 （4）编写说明书。 3.解决的关键问题： （1）基本回路设计。 （2）元件选型。 （3）参数设计。 三、 设计方法和步骤 利用所学的气动以及继电器和可编程控制器工作原理等知识及及相关蓄电池热封机气动系统资料进行一下工作： （1）分析蓄电池热封机的工艺过程与组成，并绘制出图形。 （2）设计气动系统回路图，具体确定气动系统方案和回路，并绘制出图形。 （3）气动系统参数设计，具体确定执行元件、能源装置和动力元件等的选型和设计。 （4）气动系统性能估算，写出一份计算说明书。 四、 设计工作的总体安排及进度 1.第1,2周 收集相关资料，完成开题报告，复习气压传动相关知识 2.第3-6周 完成蓄电池热封机的功能与组成分析，并绘制出图形。完成气动系统回路图，具体确定气动系统方案和回路。 3.第7周 完成相关图形，准备中期检查。 4.第8-11周 完成气动系统参数设计。 5第12周 完善计算说明书，准备答辩。 五、指导教师审查意见： 签字：　　　　　　 年　月　日 六、系(教研室)审查意见： 签字：　　 年　月　日 七、学院审查意见： 分管院长签章： 年　月　日 - 2 - 善舞红袖传飞鸿莫言深闺空寂寞指导老师：答辩人：专业：机械设计之制造及其自动化l汽车工业成为我国国民经济的四大支柱产业之一，车用蓄电池随汽车产业的增长而发展。l热封机是一种包装机械，目前在我国非常落后，本设计为设计一台全自动塑料盒热封机，用于蓄电池的包装。l蓄电池热封机的基本结构设计是由一个机架组架、上料传动机构、上下料机构、精密模架双头封口机构、气缸-连杆増力机构和气动系统、液压缸-连杆増力机构和液压系统、电器控制系统及软件。其所实现的快速封口主要由上下料机构决定，其主要由三个气缸-连杆机构统和三个具有双圆弧的推动薄片所形成的动力系统，盛放上下料机构的侧立板以及其上的定位装置和精密模架双头封口机构。其运行过程为蓄电池在上料传动机构上运行到指定位置，气动-连杆机构启动，推动双圆弧薄片将两个电池推到上下料机构上，在固定的定位系统上定位，液压缸-连杆机构启动，通过机架组传动系统使精密模架封口机构快速向下运动，是电池快速封口，在向上运动，回到原来的位置，第二个气缸-连杆机构启动，将两个电池推到横向定位系统上，第三个气缸-连杆机构运行，将两个电池推到上料传动机构上运到包装线上。由电器系统和软件控制的上述气动系统，使其连续不断的进行生产。其中第二和第三气缸-连杆机构可以同时启动，这样可以节省时间提高效率。架组件包括方形机架及其地脚，在方形机架上安装有下支板、中支板和上支板；在下支板和中支板之间对称安装有两个支撑筒，支撑筒内分别安装有拉杆，且拉杆过中支板与上支板连接；在两个支撑筒中间，下支板上安装液压缸-连杆机构及液压系统。在中中支板和上支板之间安装精密模架双头封口机构；在中支板上面安装着上料传动机构和上料传动机构的侧立板，侧立板的中间部位安装有上下料机构；中支板下面安装有气动系统；电器控制系统安装在所述的方形机架的右端。电池外壳尺寸（长宽高）：196165170mm蓄电池总重量：12.7kg总装配图气动原理图PLC可控制编程 设计题目： 蓄电池热封机气动系统设计 专业年级： 2011级机械制造及其自动化 学 号： 姓 名： 专 业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： （签名） 摘 要 汽车工业成为我国国民经济的四大支柱产业之一，车用蓄电池随汽车产业的增长而发展。 热封机是一种包装机械，目前在我国非常落后，本设计为设计一台全自动塑料盒热封机，用于蓄电池的包装。通过分析热封机的工艺过程与组成、使用条件、功能及设计参数的分析，将机器的总功能分为功能元，提出各功能元的最优方案；根据最优方案进行结构设计、具体零部件的材料选择、强度计算，最终确定零部件结构尺寸；再根据总体方案进行系统的总驱动、总控制设计。经过一番对气动系统和控制系统的研究，了解其工作原理及控制方法，就可以认识到热封机的工作过程。 蓄电池外壳热热封机的基本结构设计是由一个机架组架、上料传动机构、上下料机构、精密模架双头封口机构、气缸-连杆増力机构和气动系统、液压缸-连杆増力机构和液压系统、电器控制系统及软件。其所实现的快速封口主要由上下料机构决定，其主要由三个气缸-连杆机构统和三个具有双圆弧的推动薄片所形成的动力系统，盛放上下料机构的侧立板以及其上的定位装置和精密模架双头封口机构。 此热封机通过气缸来实现盒子的运动，加热，冷却及夹紧。通过此热封机，可以实现人力的解放，并更好的保证了产品的安全，提高包装质量，提升生产效率，进而获得更大的利润。 关键词：热封机；功能；气动系统； Abstract Auto industry become one of the four pillar industries of the national economy, the car battery increases with the increase of the auto industry development. Heat sealing machine is a kind of packaging machinery, at present in our country is very backward, and the design for the design of a automatic box plastic heat sealing machine, used for the packing of the battery. By analyzing the technological process and the factors of the heat sealing machine, the analysis of the conditions of use, function and design parameters to machine the general function is divided into function of yuan, yuan each function is the optimal solution; According to the structure design, the optimal scheme for specific parts of material selection, strength calculation, final parts structure size; According to the overall plan for total drive, total control of the system design. After a study of pneumatic system and control system, its working principle and control method, can realize the working process of the heat sealing machine. Battery shell hot sealing machine the basic structure of the design is composed of a frame set, loading transmission mechanism, fluctuation mechanism, precision die set double sealing mechanism - connecting rod, cylinder raised force and pneumatic systems, hydraulic cylinder connecting rod rights force mechanism and hydraulic system, electrical control system and software. The implementation of rapid sealing is mainly decided by the up-down material institutions, mainly by the three cylinder - linkage series and has a dynamic system which is formed by the double circular arc push chips, cheng fang institution of up and down on the side plate and its positioning device and precision die set double sealing mechanism. The heat sealing machine by cylinder box movement, heating, cooling and clamping. Through the heat sealing machine, can realize the human liberation, and better ensure the safety of product, improve the quality of packaging, improve production efficiency, and gain more profit. Key words: Sealing machine；function； pneumatic system； 目录 摘 要 I Abstract II 1 绪论 1 1.1 本课题的研究内容和目的 1 1.1.1 本课题的研究目的 1 1.1.2 本课题研究的主要内容 1 1.2 国内外的发展概况 2 1.2.1 包装机械的概述 2 1.2.2 封口机的概述 2 2 课题解析及其任务设计 5 2.1 课题背景及意义 5 2.2 塑料盒设计内容及技术参数 、要求 5 2.2.1 设计用途 5 2.2.2 设计技术参数 5 2.2.3 塑料盒技术要求 6 2.3 进行该设计的知识准备 6 3 总体方案的制定与设计 7 3.1 塑料盒的总功能分析 7 3.2 功能分解 8 3.2.1 塑料盒封口功能的分解 8 3.2.2 塑料盒自动输送功能的分解 8 3.2.3 过程控制 9 3.3 各功能元的原理方案设计、分析、评价及选定 9 3.3.1 热熔式封接 9 3.3.2 封口装置的移动 9 3.3.3 封口参数的制定 10 3.3.4 塑料盒的定位 10 3.3.5 塑料的夹紧 11 3.3.6 塑料盒的移动 11 3.3.7 塑料盒的驱动 12 3.3.8 塑料盒输送的控制 12 4 加热装置的设计 13 4.1 气缸的设计及计算 13 4.1.1 确定气缸行程 13 4.1.2 确定气缸结构类型 13 4.2 加热模板的设计 14 4.2.1 技术关键 14 4.2.2 结构设计 14 4.3 加热装置的其他结构的设计 15 4.3.1 加热装置位置调整设计 15 5 冷却装置的设计 17 5.1 冷却模板的设计 17 5.1.1 冷却模板设计的技术关键 17 5.1.2 冷却模板的结构设计 17 5.2 冷却装置的结构设计 18 6盒输送装置的设计 19 6.1 盒输送装置设计原理 19 6.2 盒输送气缸设计、计算 19 6.2.1 气缸类型及结构的选择 19 6.2.2 气缸参数计算 19 6.3 推板导向装置 20 6.3.1 直线导轨副类型的选择 20 6.3.2 滚动直线导轨的参数选择计算 20 6.3.3 选型 22 7 蓄电池热封机总体设计 24 7.1 气压传动系统的设计 24 7.2 控制系统的设计 25 7.2.1 控制流程图 25 7.2.2 I／O点分配 25 7.2.3 程序梯度图 27 7.3 机架设计 27 7.4 总装图 29 8 结论 30 参考文献 31 致 谢 32 I 1 绪论 1.1 本课题的研究内容和目的 1.1.1 本课题的研究目的 现阶段我国蓄电池热封机设备较落后，基本为手工和半自动封口，其中存在较多的安全隐患，而且人工的劳动强度大，生产能力小，质量较低。本设计蓄电池热封机用于蓄电池外壳的盒盖与盒身的热压密封。既可以提高生产率，减轻工人的劳动强度，还可以消除安全隐患提高了该行业设备的自动化与先进性，质量得以提高。 1.1.2 本课题研究的主要内容 1）蓄电池热封机的基本结构设计是由一个机架组架、上料传动机构、上下料机构、精密模架双头封口机构、气缸-连杆増力机构和气动系统、液压缸-连杆増力机构和液压系统、电器控制系统及软件。其所实现的快速封口主要由上下料机构决定，其主要由三个气缸-连杆机构统和三个具有双圆弧的推动薄片所形成的动力系统，盛放上下料机构的侧立板以及其上的定位装置和精密模架双头封口机构。其运行过程为蓄电池在上料传动机构上运行到指定位置，气动-连杆机构启动，推动双圆弧薄片将两个电池推到上下料机构上，在固定的定位系统上定位，液压缸-连杆机构启动，通过机架组传动系统使精密模架封口机构快速向下运动，是电池快速封口，在向上运动，回到原来的位置，第二个气缸-连杆机构启动，将两个电池推到横向定位系统上，第三个气缸-连杆机构运行，将两个电池推到上料传动机构上运到包装线上。由电器系统和软件控制的上述气动系统，使其连续不断的进行生产。其中第二和第三气缸-连杆机构可以同时启动，这样可以节省时间提高效率。架组件包括方形机架及其地脚，在方形机架上安装有下支板、中支板和上支板；在下支板和中支板之间对称安装有两个支撑筒，支撑筒内分别安装有拉杆，且拉杆过中支板与上支板连接；在两个支撑筒中间，下支板上安装液压缸-连杆机构及液压系统。在中中支板和上支板之间安装精密模架双头封口机构；在中支板上面安装着上料传动机构和上料传动机构的侧立板，侧立板的中间部位安装有上下料机构；中支板下面安装有气动系统；电器控制系统安装在所述的方形机架的右端。 2）蓄电池热封机结构的优化：紧密的排放各种机构节省空间，将机构的各个零件打磨，在不影响精度的情况下节省材料、美观、安装方便。改良电器控制统及软件，使其不断的进行加工并且不互相干涉。 3）蓄电池外壳热封口机结构的二维图是由机构的主视图、俯视图、液压缸-连杆机构的局部视图，电器控制系统电路图、气动系统和液压系统的控制系统回路图。 1.2 国内外的发展概况 1.2.1 包装机械的概述 包装机械是指能完成全部或部分产品和商品包装过程的机械。包装过程包括充填、裹包、封口等主要工序，以及与其相关的前后工序，如清洗、堆码和拆卸等。此外，包装还包括计量或在包装件上盖印等工序。使用机械包装产品可提高生产率，减轻劳动强度，适应大规模生产的需要，并满足清洁卫生的要求。经过20 多年的发展，我国包装机械已成为机械工业中十大行业之一，无论是产量还是产值，均取得了令人瞩目的成就。 据《中国包装机械伺服系统行业市场调研与发展前景分析报告》显示，2011年1-12月，包装专用设备制造业销售收入总额达到232.141亿元，同比增长27.39%，高于工业平均水平。2011年行业销售增长速度较快。 2012年1-9月，包装专用设备制造业销售收入总额达到179.445亿元，同比增长15.17%，高于工业平均水平。2012年1-12月，全国包装专用设备累计产量为86926台，比上年同期增长了14.47%。 中国已经成为世界最大的商品生产和出口大国，与此同时，全球的目光也聚焦在发展最快、规模最大、最具潜力的中国包装市场。尽管国内包装机械市场前景广阔，但诸如单机自动化、稳定性和可靠性差、外观造型不美观、寿命短等问题也使国内包装机械产品饱受诟病。 1.2.2 封口机的概述 封口机是将充填有包装物的容器进行封口的机械，在产品装入包装容器后，为了使产品得以密封保存，保持产品质量，避免产品流失，需要对包装容器进行封口，这种操作是在封口机上完成的。封口机是指在包装容器盛装产品后，对容器进行封口的机械。 制作包装容器的材料很多，如纸类、塑料、玻璃、陶瓷、金属、复合材料等，而包装容器的形态及物理性能也各不相同，因此，所采用的封口形式及封口装置也不一样。 ①无封口材料封口机。包括热压式、冷压式、熔焊式、插合式、折叠式等封口机。 ②有封口材料封口机。包括旋合式、滚纹式、卷边式、压合式等封口机。 ③有辅助封口材料封口机。包括胶带式、粘结式、钉合式、结扎式、缝合式等封口机。 一般按包装材料的力学性能，它可分以下两类： (1)柔性容器封口装置 柔性容器是用柔性材料，如纸张、塑料薄膜、复合薄膜等制作的袋类容器。这类容器的封口多与制袋、充填构成联合机，很少独立使用，由于材料不同，其封口装置也不一样。 ①纸袋封口装置。对于纸类材料，一般采用在封口处涂刷粘合剂，再施以机械压力封口。 ②塑料薄膜袋及复合薄膜袋封口装置。很多塑料具有良好的热封性，用这类塑料制作的塑料袋或复合袋，一般采用在封口处直接加热并施以机械压力，使其熔合封口。 (2)刚性容器封口机 刚性容器是指容器成型后其形状不易改变的容器，其封口多用不同形式的盖子，常用的封口机有以下几种： ①旋盖封口机。这种封盖事先加工出内螺纹，螺纹有单头或多头之分。如药瓶多用单头螺纹，罐头瓶多用多头螺纹。该机是靠旋转封盖，而将其压紧于容器口部。 ②滚纹封口机。这种封盖多用铝制，事先未有螺纹，是用滚轮滚压铝盖，使之出现与瓶口螺纹形状完全相同的螺纹，而将容器密封。这种盖子在启封时将沿裙部周边的压痕断开，而无法复原，故又称“防盗盖”。该机多用于高档酒类，饮料的封口包装。 ③滚边封口机。它是先将筒形金属盖套在瓶口，用滚轮滚压其底边，使其内翻变形，紧扣住瓶口凸缘而将其封口。该机多用于广口罐头瓶等的封口包装。 ④压盖封口机。它是专门用于啤酒、汽水等饮料的皇冠盖封口机。将皇冠盖置于瓶口，该机的压盖模下压，皇冠盖的波纹周边被挤压内缩，卡在瓶口颈部的凸缘上，造成瓶盖与瓶口间的机械勾连，从而将瓶子封口。 ⑤压塞封口机。这种封口材料是用橡胶、塑料、软木等具有一定弹性的材料做成的瓶塞，利用其本身的弹性变形来密封瓶口。该机封口时，将瓶塞置于瓶口上方，通过对瓶塞的垂直方向的压力将其压入瓶口来实现封口包装。压塞封口既可用作单独封口，也可与瓶盖一起用作组合封口。 ⑥卷边封口机。该机主要用作金属食品罐的封口。它用滚轮将罐盖与罐身凸缘的周边，通过互相卷曲、钩合、压紧来实现密封包装。 一般封口机由机架、减速调速传动机构，封口印字机构，输送装置及电器电子控制系统等部件组成。 接通电源，各机构开始工作，电热元件通电后加热，使上下加热块急剧升温，并通过温度控制系统调整到所需温度，压印轮转动，根据需要冷却系统开始冷却，输送带送转、并由调速装置调整到所需的速度。 当装有物品的包装放置在输送带上，袋的封口部分被自动送入运转中的两根封口带之间，并带入加热区，加热块的热量通过封口带传输到袋的封口部分，使薄膜受热熔软，再通过冷却区，使薄膜表面温度适当下降，然后经过滚花轮（或印字轮）滚压，使封口部分上下塑料薄膜粘合并压制出网状花纹（或印制标志），再由导向橡胶带与输送带将封好的包装袋送出机外，完成封口作业[4]。 2 课题解析及其任务设计 2.1 课题背景及意义 目前我国蓄电池塑料盒封口设备比较落后，基本为手工和半自动封口，不但存在许多安全隐患，而且工人的劳动强度大，生产能力非常小，包装质量很难保证。本设计为一台蓄电池热封气动设计，用于蓄电池塑料盒的盒盖与盒身的焊接封口。该封口机既可以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度，同时还可以消除安全隐患，提高了塑料盒封口设备的自动化和先进性，而且产品的封口质量更容易保证。 通过设计这台机器，可以掌握相关的知识及技能，了解蓄电池外壳热封口机的整体的设计方法、设计理念，对提高综合分析问题和解决问题的能力及社会竞争力有积极的作用。 2.2 塑料盒设计内容及技术参数 、要求 2.2.1 设计用途 用于蓄电池塑料盒的盒盖与盒身的焊接封口 2.2.2 设计技术参数 (1) 蓄电池型号：BT-HSE-38-12； (2) 生产批量： 30盒/小时； (3) 塑件图：如图1所示为蓄电池盒外形图， (4) 蓄电池总重量：12.7kg； (5) 封口压力：500～1000N。 图1蓄电池盒外形图 2.2.3 塑料盒技术要求 (1)塑料盒的输送为全自动方式。 (2)塑料盒封接时的温度、时间、压力可调。 (3)塑料包装盒封接质量应满足气密性检验要求：向盒内充正压，压差为30397.5Pa，包装盒不漏气为合格。 (4)塑料盒封口深度不大于4 mm。 (5)封接工位应有防爆装置。 2.3 进行该设计的知识准备 (1)掌握基本的机械设计基础知识。 (2)掌握塑料盒的封接方法等方面的知识。 (3)掌握机器设计过程和现代设计的一般方法。 (4)熟练使用AutoCAD进行机械设计。 3 总体方案的制定与设计 总体方案设计的步骤如图3.1所示 图3.1 3.1 塑料盒的总功能分析 塑料盒封口机要完成塑料盒盒身与盒盖的封口，并且封口的过程要自动完成，因此，必须具有以下几种功能： (1)塑料盒的封口。完成塑料盒盒身与盒盖的封口，满足气密性检验要求。 (2)塑料盒的自动输送。装有弹药引信的塑料盒从进入封口机直到封口完成输出，全部自动完成，不需要人工操作。 (3)过程的控制。能根据生产需要控制生产节拍，塑料盒输送的运行与停止，封口参数的调节控制，封口装置的运行与停止。 3.2 功能分解 可以将总功能分解为分功能，分功能继续分解，直至功能元。功能分解可利用树状结构来表示，这样就很容易确定各功能元的原理、方案。再通过对各功能元的原理、方案的分析、比较、评价和优选，确定出合理方案，将各功能元方案进行组合，整台机器的原理方案就设计出来了[7]。 3.2.1 塑料盒封口功能的分解 塑料盒封口功能可以利用功能树分解为如图3.2所示的最小功能元。 图3.2 3.2.2 塑料盒自动输送功能的分解 塑料盒自动输送功能可以利用功能树分解为如图3.3所示的最小功能元。 图3.3 3.2.3 过程控制 过程控制功能的各功能元已经分解到塑料盒的封口与输送功能中，不需要单独进行分解。 3.3 各功能元的原理方案设计、分析、评价及选定 原理、方案设计与构思的着重点在于：第一，同一种功能，可用不同的技术过程来实现；第二，选用不同的运动规律，对应不同的功能；第三，同一种功能，可选用不同的工作原理、不同的机构来满足。 评价就是对各方案进行比较和评定，最后选定最佳方案。评价的目标一般包括三个方面的内容：第一，技术评价，即评价原理、方案在技术上的可行性和先进性，包括性能指标、可靠性、使用维护性等。第二，经济评价，即评价方案的经济效益，包括制造成本、使用成本及设备运行时的辅助设施费用等。使用成本包括运行电费、维修费、人员工资等费用，这些费用可参考行业标准进行计算或估算。第三，社会评价目标，即评价方案实施后对社会带来的效益和影响，包括是否符合国家科技发展规划和政策，是否有益于改善环境(节能、环保、安全等)，是否有利于资源开发和新能源的利用等。 方案的决策不能只从方案本身的某一性能指标出发，还应考虑以整个方案的总体目标为核心的有关方面的总体平衡。 我们可以将封口机的功能元分为：封口形式、封口装置的移动、封口参数的控制、塑料盒的定位、塑料盒的夹紧；运动的驱动、传动的制动、传动的速度调节；原理方案的设计，就是设计出这些分功能的具体原理、方案，最后进行组合。 3.3.1 热熔式封接 热熔式封接：常用电热丝、电热管、—真空热管对板形：棒形、带形和异形等元件进行恒温加热，然后将热元件靠近塑料封口部位，使塑料包装材料加热熔融，再加压封接。这是一种最为简单的热封方法，一般为交流供电，可按所封接的塑料材料所需热封温度实行恒温自控。热板热封常制成板形，以适应封口的包装容器的形状，封接时加热元件与所热封包装容器保持相对静止不动，以满足将封接部位塑料熔融的需要；但须保证封接元件不与所封接的塑料材料粘接。 3.3.2 封口装置的移动 要对塑料盒进行封接，采用热熔封接方式进行封接，封口加热装置就要移动至盒身与盒盖的接缝处；封接结束后，封口装置需离开塑料盒，以便塑料盒向后输送。因此，封口装置的移动应为直线式。由于装有弹药引信的塑料盒不能侧放或倒放，因而封口装置最简单的运动方式为上下直线移动。能够实现直线运动的机构很多，如四杆机构、齿轮齿条、气动系统的气缸等。 由于四杆机构、齿轮齿条等机械机构实现直线运动的动力须由电机实现，或从其他的运动原件传送过来，因此，运动链相对较长，成本较高，而且当需要单独改变封接参数时，控制比较麻烦。 采用气压传动的气缸实现直线运动相对就比较简单。对于弹药引信的包装来说，气压传动使用安全，无爆炸和电击危险，有过载保护能力。另外，通过调节气源压力，就可以调节封口装置加热板封口时压力的大小，封口时间的大小随时通过控制气缸电磁阀的开启就可以实现。气缸实现封口装置的上下运动，不但结构简单而且调整方便，工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣工作环境中，比其他传动装置具有优越性，而且成本低，过载能自动保护。因此，封口装置的移动由气缸来完成。 3.3.3 封口参数的制定 热熔式塑料封口的质量由温度、时间、压力三因素决定。当温度一定时，封接时间随压力的增大而降低；当封接压力一定时，封接时间随封接温度的升高而降低。对于该塑料盒的封口来说，可以控制温度、时间、压力三个参数来保证封口质量。 (1)压力的调整。通过对弹簧的合理设计，调整弹簧的压缩量，就可以实现封口装置所需的压力，但这种方式调整起来不方便，而且增加了结构的复杂程度。封口装置的移动采用气缸来实现，气缸输出力的大小由气源压力、气缸缸径决定。当气缸选定时，只要调整气源压力就可以调整整个封口压力。 (2)温度的调整与控制。对聚乙烯的封口来说，封接温度达到110一160℃时，塑料就可以变粘、熔融。由于封接温度本身就为一范围，需要进行调整，选择合适的温度，另外，当其他参数改变时，封接温度也需调整改变，因此必须进行封接温度的调整。但一旦温度调整合适，在其他参数无改变的情况下，温度要保持恒定值才能达到所需的封口质量。其次，在生产的过程中要对温度进行控制，保证其在所定温度的℃范围内变化。这就需要在加热封口装置上安装温度传感器(热电偶)。当热电偶测量的温度达不到要求时，控制装置对温度进行控制。 3.3.4 塑料盒的定位 由于本封口机为全自动，因此，塑料盒输送是要达到规定的位置，也就是在封口装置下方停止。机械传动有误差，需消除传动误差，对塑料盒进行定位，使热封装置能准确对准塑料盒封口处。 方案一，如图3.4所示，在封口位置处加一挡块(动定位板)，在塑料盒到达前向前伸出将塑料盒挡住，这就解决了传送方向的前后误差，但挡块解决不了与传送方向垂直的误差。 方案二，如图3.5所示，当塑料盒输送到指定位置后，为了消除塑料盒相对封口装置的位置误差，用一开有喇叭口的板对塑料盒进行重新定位，由于该板对塑料盒的三个方向进行了定位，因此定位准确。 塑料盒定位装置选择方案二。定位板的运动为直线运动。 图3.4 盒前后定位 图3.5 盒三方向定位 3.3.5 塑料的夹紧 当加热装置对塑料盒盒身与盒盖向下进行加热、加压时，会引起塑料盒身的变形，影响将来塑料盒的下一步装箱。因此，在封接时要保证塑料盒不变形，应对其进行夹紧。由于在定位时塑料盒的三面已经夹紧，因而只要在塑料盒的第四面处加一固定板，通过动定位板向前移动，就将塑料盒紧紧地定在封口装置下方。 3.3.6 塑料盒的移动 塑料盒的移动即输送，一般有两种运动方式：连续式、间歇式。 连续式输送比较简单，通过输送链就能完成。但本机塑料盒在输送过程中要完成加热封口及冷却两种功能，而且两种功能都需要时间才能完成，只有加热装置、冷却装置与连续运动着的塑料盒一起运动，才能完成其功能。这样机构就非常复杂，成本也相应增高。因此,本机的塑料盒输送不选择此种连续输送方式。 间歇输送方式适于本机。完成间歇输送的运动方式很多，可通过间歇机构来完成，也可通过液压、气压传动来完成。 方案一，间歇机构实现塑料盒的间歇输送。目前实现间歇运动的机构很多，主要有蜗杆凸轮机构、槽轮机构、棘轮机构、不完全齿轮机构、齿轮连杆机构等。 方案二，采用液压传动的液压缸进行推送，通过电磁阀控制动、停时间。 方案三，采用气压传动，通过电磁阀调节气缸活塞杆的伸、缩，控制所需的动、停时间。 在这三种方案中，方案一的机械间歇机构特点各不相同，共同的特点为各机构只能按照一种动、停时间比运动，而本机实现封接的执行机构需要’随时根据温度、压力进行时间的调整，也就是间歇机构的动、停时间随时需要调整，要与封接执行机构所需时间协调，使用这些间歇机构调整控制起来比较困难，因此，不能选用间歇运动机构。 方案二的动、停时间调整起来比较方便，但使用液压传动所需的成本比较高，本机所输送塑料盒的重量相对比较小，即负载较小，不需要太大的动力，不宜选用方案二。 方案三采用气压传动，传动相对简单，成本低，控制方便。另外，对于弹药引信的包装，气压传动相对安全性也比较高。因此，选用气压传动输送塑料包装盒[2]。 3.3.7 塑料盒的驱动 由于本机塑料盒的输送采用的方案为气缸传动，动力为压缩空气，因而可直接选用空气压缩机为动力源。一般工厂都有气源，只要选用气动三联件(汽水分离器、调压阀、油雾喷雾器)就可接人气源。 3.3.8 塑料盒输送的控制 (1)传动制动。任何传动都有惯性，应使它到达预。定位置即停止并制动。盒输送选择气压传动，在制动方面主要可采取两个措施：一是在选择气缸时，选择带缓冲的气缸；二是在预定位置安装定位块(撞块)，气缸的惯性力是有限的，而且可压缩，到达撞块后，就会自动停止。 (2)传动速度调节。传动速度的大小直接影响封口机的生产能力。速度太小，降低了生产能力；但传动速度不能太大，这样会增加惯性，在制动后会引起机器的震动。因此，速度的调节非常重要。在气压传动中，使用单向节流阀就可以控制气缸的运动速度。 4 加热装置的设计 4.1 气缸的设计及计算 加热装置的上下直线运动由气缸来完成。气缸的选择，就是要确定气缸活塞的直径及行程。 已知参数：封接压力为500～1000 N；气源压力为0.4～0.8 MPa；气缸封接时的停留时间为15～40 s。 由于封接压力可调，因此，该装置通过调整气源压力来调节封接压力。气缸活塞直径应根据最小气源压力值来计算。根据公式： 式中：F＝500 N； P＝0.4 MPa； ——安全系数，一般取0.6～0.7，本设计取0.6； S——气缸活塞面积。 故 气缸内径D： 由于气缸直径一般为标准值20、25、32、40、50、63、80等，因此选择气缸的内径为63mm。 4.1.1 确定气缸行程 气缸行程取决于加热封头与塑料盒上表面之间的距离，为了观察直观、停机后的操作及调试方便，取气缸行程为75 mm。 4.1.2 确定气缸结构类型 气缸的种类很多，有单作用气缸、双作用气缸，有带缓冲气缸、不带缓冲气缸，有带导杆气缸、不带导杆气缸等。根据加热装置的使用条件，我们选用带缓冲装置的双作用气缸。加热装置的加热模板必须与塑料盒的封口相吻合，上下运动位置须准确，需加导向装置，选用带导杆气缸就可解决此问题。图4.1为一气动原件生产公司的导杆气缸的外形尺寸图，据此可知气缸的安装尺寸。 活塞杆的连接方式，根据具体结构选用外螺纹螺母的连接方式。 根据具体结构，我选用了双头螺柱M1028。 图4.1导杆气缸外形尺寸 4.2 加热模板的设计 4.2.1 技术关键 加热模板在结构设计中要解决的问题，第一就是要将热量最大限度地传送给待封接部位；第二要避免加热模板将塑料加热后，塑料粘结在模板表面，影响封接表面质量，甚至影响封接的密封性。 4.2.2 结构设计 (1)结构设计时，考虑塑料盒的封接部位即封接面在盒盖与盒身的侧部纵方向，封按时加热、加压需要形成一个横方向的力，使盒盖与盒身的接缝加热粘结，但要沿塑料盒四周向横向加力实现起来比较困难，可将加热模板设计成楔形，在模板向下加力时，就会有一个横向的分力。 (2)加热模板通过加热器进行加热。由于加热模板的面积较大，因而选择板式加热器，将加热板安装于加热模板中，结构设计中需预留加热板接线位置。 (3)由于在塑料盒的加热熔融封接时，封接参数温度需要测量及调节，在加热模板上需安装温度传感器，现选用热电偶。为使所测温度相对比较准确，安装两支热电偶。 (4)加热模板的加热部位的设计要与塑料盒的封接位置尺寸相吻合，参照塑料盒的外形尺寸图，加热模板的结构尺寸如图4.2所示[1]。 图4.2加热模板的结构尺寸 4.3 加热装置的其他结构的设计 4.3.1 加热装置位置调整设计 加热装置上的加热模板要与塑料盒对中，调试过程中要进行调整。结构设计 时，要考虑到调整的问题，与塑料盒的左右对中可通过调整推盒装置进行调整。 前后位置的调整，在封口装置与机架的连接支座上设计长槽孔，随时调整加热装 置的位置。 加热装置结构简图如图4.3所示。 图4.3加热装置结构简图 5 冷却装置的设计 冷却装置的作用，一是将加热融熔的盒身与盒盖封口迅速冷却、固化，以达 到一定的封接强度及密封效果；二是将封口处的温度迅速冷却，以免温度传递至 盒中的弹药引信，造成安全隐患。 5.1 冷却模板的设计 5.1.1 冷却模板设计的技术关键 冷却模板在结构设计中要解决的问题，第一就是要将封接部位的热量最大限 度地传送出去，迅速将封接部位冷却、固化；第二要提高封接部位的密封性。 冷却介质的种类也很多，现选用循环水冷却，它能将塑料盒封口部位的热量通过 循环水迅速带走，而且相对比较经济。 5.1.2 冷却模板的结构设计 在结构上，首先要实现冷却水的循环，循环水通过的位置要尽量在塑料盒的加热封口部位。为了达到封口部位的密封性，将冷却模板的底部设计成齿纹，使盒身与盒盖的接缝处最大限度地实现密封，而不会发生气体泄漏现象。图5.1所示为冷却模板的零件图。 图5.1冷却模板零件图 5.2 冷却装置的结构设计 在机械设计中，尽量采用通用化的设计，也就是在设计中尽量采用同一结构 和尺寸的零部件，以减少零件的种类。这样可以减少机器的设计工作量，降低生 产成本，增大互换性，便于维修。 为了设计的通用化，冷却装置的驱动、与机体的连接等结构选用与加热装置 相同的形式。图5.2所示为冷却装置的结构简图。 图5.2冷却装置结构简图 6盒输送装置的设计 6.1 盒输送装置设计原理 由前面的方案设计知，盒输送为间歇输送，由气缸来完成。封口机共有三个工位：送盒位置、加热封口位置、冷却位置，输送装置将塑料盒依次送到这三个工位。需设计一个推板由气缸驱动，将塑料盒分别输送至各工位，但当气缸回退时，如果推板不回缩，就会将后一个工位的塑料盒退回，未完成送盒。因此，需设计成当气缸向前输送盒时，推板伸出推盒；当输送盒气缸回退时，推板缩回。要实现推板的伸出与缩回，须由气缸来驱动推板。输盒的运动原理如图6.1所示。 图6.1输盒运动原理图 6.2 盒输送气缸设计、计算 6.2.1 气缸类型及结构的选择 由气缸来完成塑料盒的推送。有三个工位，也就是说气缸要实现一次推送三个塑料盒，而推板由气缸实现伸出与缩回，选用其他形式的气缸结构就相对比较复杂。因此，盒输送气缸就选用无杆气缸。 6.2.2 气缸参数计算 (1)气缸活塞直径的计算。由前面的设计知，气缸活塞直径需根据最小气源压力值来计算。计算公式如下： 式中：S为气缸活塞面积；F为封接压力；为安全系数，取0.6；P为最小气源压力值，P＝0.4 MPa；D为气缸活塞直径。 由于气缸一次要输送三个塑料盒，塑料盒向前输送时与底板产生滑动摩擦，气缸的推力就需克服三个塑料盒输送时产生的滑动摩擦力，而塑料盒与钢板的最大滑动摩擦系数为0.5，已知塑料盒质量为10千克，则 气缸活塞面积 ； 气缸活塞直径 mm。 由于气缸活塞直径一般为标准值，因此取气缸活塞直径为32 mm。 (2)气缸行程的确定。 对于盒输送气缸，气缸行程取决于各个工位之间的距离。根据加热封口装置、冷却装置的大小以及停机后的操作及调试方便，取气缸行程为420mm。 气缸的安装形式可选择两端进行安装。 6.3 推板导向装置 当无杆气缸驱动推板前进或后退时，如果不加导向装置，盒输送就会产生偏差，必须对推板的安装板进行导向。导向装置可选用直线导轨副。 6.3.1 直线导轨副类型的选择 推送装置一次共推送三个塑料盒，为了减少塑料盒推送过程中的阻力，选用滚动直线导轨副。 6.3.2 滚动直线导轨的参数选择计算 (1)寿命估算。 ①直线导轨的寿命L。由于反复的张力作用，导轨轨道表面的一些部位会产生脱落的片状碎屑，称作脱皮。所谓额定寿命，即让一组同样的直线运动导轨，逐个在相同的条件下运动，其中90％的总运行距离不发生脱皮现象，此距离即为导轨的额定寿命。 ②额定动载荷C。C指的是同一组直线导轨达到50 km的额定寿命时，在同一方向和相同强度下的恒定负荷。 (2)寿命计算。使用直线导轨系列时，不但要考虑特定的负载，而且必须考虑到不可预测的振动和冲击。同时，硬度和温度也是影响寿命的主要因素。寿命计算公式如下所示： 式中：L——额定寿命(km)； ——负载(N)； C——额定动载荷(N)； ——温度系数； ——硬度系数； ——负载系数； ——接触系数。 ①温度系数。直线导轨系列的温度超过100℃时，滑块和导轨的表面硬度会下降，在计算额定寿命时应考虑温度系数，一般取1。 ②硬度系数。为了使直线导轨系列达到最佳承载能力，导轨的硬度范围应为HRC 58～62。 ③接触系数。当两个或多个滑块一起使用时，由于安装误差和惯性力的存在，很难获得一致的负载分布。基本动负载和基本静负载应乘以接触系数。本设计中，滑块的数目是两个，要乘以0．81。 ④负载系数。通常，往复运行的机械在高速运行时会产生振动，而且这种振动很难精确计算，可以参照机械设计手册确定负载系数。此机械运动为低速运动，几乎没有冲击或振动，可选范围为1～1.5，此处选为1.5。 综上所述，假设所用时间为30年，即64 000小时，则导轨行程距离 即L＝4000时有： 即 由某公司产品手册查得：SBG25(C＝2140kgf)符合要求[5]。 6.3.3 选型 选择SBG25型直线导轨，其具体结构尺寸、参数如图6.2及表6.1所示 图6.2 表6.1 图6.3 无杆气缸8驱动连接板7在滚动直线导轨副5上左右往复运动，从而带动了连接板7上的小气缸完成往复运动，同时，连接板7上的小气缸活塞杆的上下运动，实现了盒推杆6的伸出与缩回，实现了盒的推送。 7 蓄电池热封机总体设计 7.1 气压传动系统的设计 本机选用气压传动系统，整机中的盒输送装置、盒定位夹紧机构、加热装置、冷却装置分别由9个气缸驱动。系统的气动原理图如图7.1所示。 图7.1系统气动原理图 气缸C1完成塑料盒送入，气缸C2驱动加热装置的上下运动，气缸C3驱动冷却装置上下运动，气缸C4完成塑料盒在加热装置下的定位夹紧，气缸C5完成塑料盒在冷却装置下的定位夹紧，无杆气缸C6驱动塑料盒向前输送以及推板的返回，三个气缸C7驱动推板的伸出与缩回。 由于加热装置的上下位置需要根据塑料盒的高度及焊接深度随时调整，因此，在气缸C2气动系统的设计中加入了气控先导阀，使气缸C2在任意位置可以停止，保证加热装置的位置；同时向下驱动时带有减压阀，调节加热装置向下的力的大小。气控换向阀保证在停机时加热装置处于上升的位置，不会对塑料盒造成过热。 电磁换向阀V1～V7可根据需要由控制部分发出信号电控换向，控制各个气缸活塞杆的伸出或缩回，保证各装置的动作顺序，即各机构动作的协调、匹配依靠控制系统来完成。 当有紧急情况时，只要按下两个急停开关，就能立即关闭气源，并使加热装置、冷却装置处于上部位置，离开所加热或冷却的塑料盒[10]。 7.2 控制系统的设计 7.2.1 控制流程图 因为包装需加热处理，所以须考虑每个装置在工作前所有工件都将处于安全位置，以防止塑料盒在运输过程中发生挤压、碰撞、倾斜等危险动作。当塑料盒从送盒滚筒到达输盒工位时，光电开关得到信号，但此时还不能产生其他动作，必须确保加热装置、冷却装置已经抬起；加热装置、冷却装置下的定位夹紧气缸C4、C5已经松开并已退回原位；输盒气缸滑块已经处于最左端的位置。一切就绪后，三个推板气缸开始升起，之后，输盒气缸滑块开始将塑料盒向右推进直到最右端，则工件从上料工位到达热封工位，夹紧气缸1、夹紧气缸2伸出将塑料盒定位加紧，加热装置开始下移热封。几秒之后，热封头迅速抬起。在夹紧气缸动作的同时，三个拨爪气缸开始下降回到原位，之后往返气缸滑块向左移动返回原位。下一个循环开始后，下一个塑料盒从输盒工位到达加热工位，而加热工位的塑料盒被输送到冷却工位，如此不断循环。冷却强化时间在理论上不需要像加热封接这样长的时间，但为了统一每一工步的时间，我们将冷却强化时间与加热封接的时间设定成一致。具体的控制流程图见图7.2。 图7.2系统控制流程图 7.2.2 I／O点分配 选用西门子公司的CPU224PLC作为主控元件，所有的执行元件都采用气动元件，以电磁阀来控制气缸的动作。为了检测每个气缸是否到位，我们这里选用英国诺冠公司的磁性气缸，并在气缸的两端安装有磁性开关，在输盒工位安装有光电开关，以检测是否有塑料盒到位。在往返气缸的回程两端也装有两个光电开关。因为火工品属于易爆物品，所以对加热气缸的动作及加热时间要严格控制。如前所述，加热气缸在中间位置要停留一段时间，然后继续下行进行加热，·目的是让操作人员再次确认工件的状态是否良好，所以加热气缸使用两个电磁阀，并在气缸的中间位置多安装一个磁性开关。具体I／O点分配见表7.1和表7.2。 表7.1 输入点 功能 输入点 功能 输入点 功能 I0.0 启动按钮 I1.0 加热气缸中间磁性开关C2.2 I2.0 往复气缸的左光电开关C6.2 I0.1 停止按钮 I1.1 加热气缸下磁性开关C2.3 I2.1 往复气缸的右光电开关C6.1 I0.2 压力继电器 I1.2 冷却气缸上磁性开关C3.1 I2.2 拨爪1下端磁性开关C7.12 I0.3 托板气缸前磁性开关C1.1 I1.3 冷却气缸下磁性开关C3.2 I2.3 拨爪1上端磁性开关C7.11 I0.4 托板气缸后磁性开关C1.2 I1.4 夹紧气缸1后磁性开关C4.1 I2.4 拨爪2下端磁性开关C7.22 I0.5 加热气缸上磁性开关C2.1 I1.5 夹紧气缸1前磁性开关C4.2 I2.5 拨爪2上端磁性开关C7.21 I0.6 接触器辅助接点 I1.6 夹紧气缸2后磁性开关C5.1 I2.6 拨爪3下端磁性开关C7.32 I0.7 上料位光电开关S1 I1.7 夹紧气缸2前磁性开关C5.2 I2.7 拨爪3上端磁性开关C7.31 表7.2 输入点 功能 输入点 功能 输入点 功能 O0.1 运行指示灯 O0.5 加热气缸下行电磁阀KA2.1 O1.2 夹紧气缸2电磁阀KA4.2 O0.2 报警指示灯 O0.6 加热气缸上行电磁阀KA2.2 O1.4 往复气缸前推电磁阀KA6.1 O0.3 启动继电器 O1.0 冷却气缸电磁阀KA3 O1.5 往复气缸退回电磁阀KA6.2 O0.4 托板气缸电磁阀KA5 O1.1 夹紧气缸1电磁阀KA4.1 O1.6 拨爪气缸电磁阀KA7 7.2.3 程序梯度图 本控本控制系统的程序梯形图见图7.3。 图7.3程序梯形图 7.3 机架设计 使机器稳定在机架的作用就是将机器的全部重量传至基础上，承受机器工作时的作用力和基础上。 对于机架的设计应满足下列几个条件，首先要有足够的强度和刚度；第二，便于制造加工；第三，便于各执行机构或装置的安装等。也就是说，强度和刚度是评价机架质量的基本准则，但对于机架来说，受外界因素的影响很多。机架中的残余应力、基础下沉等，难于用数学分析方法准确计算机架中的应力和变形。设计时，通常先根据机器的工作状况和要求，类比类型相近的机器的机架尺寸，拟定本机的结构形状和尺寸，然后，对危险截面进行强度及刚度的校核与计算。图7.4为机架尺寸结构图 图7.4为机架尺寸结构图 7.4 总装图 图7.4所示为蓄电池热封机的结构简图。 图7.4蓄电池热封机结构图 8 结论 毕业设计是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过本次比较完整的蓄电池热封机设计，让我对机械这行业有了更深层次的了解。理论结合实际的问题得到了提高，查阅资料、设计规范、制图能力也得到了锻炼，为以后工作打下了基础。 从这次设计中我还发现了自己有很多不足的地方，专业基础知识不太牢固，一些常见的问题还需要查询资料才能解决，三维绘图还不是很熟练，技能有待提高。 这次能如期的完成毕业设计还是给了我很大的信心，我相信自己能再机械这条道路上走的更远。 参考文献 [1]濮良贵，纪名刚. 机械设计[M].北京：高等教育出版社，2001. [2]许福玲，陈尧明. 液压与气压传动[M].北京：机械工业出版社，2005 [3]成大先. 机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2002. [4]孙桓，陈作模，葛文杰. 机械原理.北京：高等教育出版社，2006.5. [5]刘鸿文，材料力学. 北京：高等教育出版社，2004.1. 致 谢 本次的毕业论文是在导师的亲切关怀与指导下完成的。在我撰写论文的过程中。吴老师倾注了大量的心血与汗水。无论是在选题方面还是在论文构思方面，老师都给了我很大的帮助，特别是他广博的学识以及严谨的治学精神是我终生受益。在此我表示深深的谢意。感谢所有在毕业设计中帮助过我的良师益友。最后向在百忙中抽出时间对文本进行评审并提出宝贵意见的各位导师表示衷心的感谢! - 31 -