纸箱自动捆扎机设计-纸箱打包机设计

喜欢这套资料就充值下载吧。资源目录里展示的都可在线预览哦。下载后都有，请放心下载，文件全都包含在内，有疑问咨询QQ:414951605 或 1304139763 印刷品自动打包机 背景：通常在印刷流水线上先将纸张印刷，装订，然后成批进行裁减毛边并裁到到适当规格，进入包装环节的书摞成一个长方体，然后根据需要进行打包和贴标签以方便搬运和邮寄等后续工作。因此，印刷品的包装在整个印刷过程中占据着重要的地位。包装后的印刷品不但易于搬运、储存，还能起到保护印刷品不受外界污染的效果。 但是如果采用人工打包的方式，虽然动作技术要求不太高，但劳动强度大，并且现场条件要求较高，否则可能对印刷品造成污染和损坏。如果是大批量印刷，则可能效率低下。如果能提高打包机的自动化程度，则不但降低了工人的劳动强度，也节省了工人的时间和精力，提高了效率和包装的质量。这对印刷厂商的效益的提高也是有所帮助的。 因此，本课题要求对印刷品采用包装纸进行包装和粘接，设计打包动作的传动机构与驱动装置。 组成:印刷品的供送系统，包装材料的的整理与供送装置，主系统的分类，包装执行机构，成品输出机构,动力机与传送系统，控制系统，机身。 分类：包装按其功能的不同可分为： 由于我们是印刷品的包装，所以我们选择裹包机。裹包机是运用挠性包装材料全部或局部裹包产品的机器。裹包机有如下分类： 通过分析我们选择折叠式的。 块状供送装置： 主传动： 送纸装置： 国内外包装机械产业现状分析 一、包装机械概述 包装机械是包装工业的一大门类产品，在包装工业中有着举足轻重的地位和作用，它给行业提供必要的技术设备，以完成产品的包装工艺过程。尽管包装机械的产值在整个包装工业中所占的比重不如包装材料大，不属于经常性消耗品，但对包装工业的现代化却是不可缺少的支撑。它为包装工业提供先进的技术装备，保证包装产品质量高、生产效率高、品种多、生产环境好、生产成本低、环境污染小，因而获得较强的生命力，带来巨大的社会效益和经济效益。没有现代化的包装机械，就没有现代化的包装工业。用于完成包装过程的包装机械可分为11类，它们是充填机械、灌装机械、封口机械、裹包机械、多功能包装机械、标签机械、清洗机械、干燥机械、杀菌机械、捆扎机械和集装机械、辅助包装机械和设备等。用于加工包装材料和容器的包装机械可分为7类，它们是瓦楞纸板加工机械、纸盒加工机械、复合材料加工机械、制袋机械、塑料中空容器加工机械、金属容器加工机械、玻璃容器加工机械等。该类设备包括合成包装材料制造、印刷和容器成型等工序的机械和设备，其产值常高于前一类包装机械。在美国已成为一个独立的行业，称为转换机械，意即将原料经加工、印刷、成型等转换成包装容器的机器。该类设备大多数是盛大生产线，生产效益高，与工艺和原料关系十分密切，投资大，但效益好。包装机械作为专业性机械，除了普通机械的一般要求外，还有外表美观、传动装置紧凑、运转平稳、精度高、生产效率高等要求，以很好地完成自身功能，适应市场需求。二、国外包装机械业概况美国、日本、德国、意大利是世界上包装机械四大强国。美国是世界上包装机械发展历史较长的国家，早已形成了独立完整的包装机械体系，其品种和产量均居世界之首。10多年来，美国始终保持着世界最大包装机械生产和消费大国的地位。其产品以高、大、精、尖产品居多，机械与计算机紧密结合，实现机电一体化控制。新型机械产品中以成型、填充、封口三种机械的增长最快，裹包机和薄膜包装机占整个市场份额的15%，纸盒封盒包装机在市场占有率中居第二位。从上世90年代初以来，美国包装机械业一直保持着良好的发展势头。美国国内包装机械市场在全球是首屈一指的，各种包装机械主要内销，1998年美国包装机械国内消费占82%，出口只占产值的18%，但出口额大。美国的包装机械制造厂大部分附属于大型包装材料厂，销售也完全依赖母公司。中国已成为继加拿大、墨西哥、日本、英国、德国之后，美国包装机械的第6大出口市场。日本与美国、德国相比，起步较晚。上世纪60年代以前，包装机械厂家不足60家，只能包装糖果、香烟等。60-70年代，是日本包装机械业起步阶段，产值增长速度很快。70-80年代，增长速度虽不如上一阶段那么高，但年增长率仍达13%。80-90年代是稳定增长分阶段，将微电子技术成功地应用于包装机械的控制，以后又将光导纤维技术、工业机器人技术、模块化技术应用于包装机械，达到安全性高、无人操作、高生产率的水平，大大提高了其国际市场竞争力。因此，从上世纪60年代到90年代初，日本包装机械工业连续30多年高速增长，经历了引进--消他--发展的过程。日本的包装机械制造厂以中小企业为主，包装机械的品种近500种，规格有700多个。包装机械以中小型单机为主，具有体积小、精密度高、易安装、操作方便、自动化程度高等优点。90年代以来，已将变频调整、光电追踪、无触点电子开关、动态数据显示等技术运用在包装机械中。日本包装机械的很大一部分用于食品包装领域，食品包装机械产值占包装机械总产值的一半以上。日本包装机械的主要市场是本国，出口额只占产值的10%。亚洲是日本包装机械的主要出口市场。从上世纪90年代以来，日本对中国的出口额连年大幅增长，自1995年起，中国已成为日本包装机械的最大出口国。德国、意大利、英国、瑞士和法国等，都是世界上很重要的包装机械生产国家。欧洲各国包装机械业的一个共同特点，是出口比例（出口额占产值的比例）都很大，如德国和意大利近80%，瑞士超过90%，荷兰出口额甚至大于产值，因为荷兰是欧洲很重要的贸易转口地。德国的包装机械在计量、制造、技术性能等方面居领先地位，特别是啤酒、饮料灌装设备具有高速、成套、自动化程度高、可靠性好等特点，享誉全球。一些大公司生产的包装机械集机-电-仪及微机控制于一体，采用光电感应，以光标控制，并配有防静电装置。其大型自动包装机不仅包装容积大，而且能集制袋、称重、充填、抽真空、封口等工序在一台单机上完成。德国包装机械业多年来始终处于稳定增长状态，出口比例占80%左右。德国是世界上最大的包装机械出口国。意大利是仅次于德国的第二大包装机械出口国。意大利的包装机械多用于食品工业，具有性能优良、外观考究、价格便宜的特点，出口比例占80%左右，美国是其最大的出口市场。上世纪90年代以来，意大利对中国的包装机械出口额迅速增长，1995年在意大利的出口排名榜上，中国已跃上为第2位。 压缩包内含有CAD图纸和说明书,咨询Q 摘要 随着我国经济的快速发展，人民生活水平的提高，商品经济的发展，人们对商品包装提出了更高的要求．哪里有商品，哪里就有包装．可以说包装工业对国民经济整体结构的发展起着重要的作用。包装机械产品量大面广，广泛应用于食品、医药、化工、军工等各个行业。效率低，成本高一直以来都是捆扎机设计遇到的问题。解决此问题我采取的措施是运用了一个单向离合器，这一巧妙的设计，一举解决了两个问题，一是带的熔接，二是带圈的形成，这样以来，不仅使自动捆扎机的机构变得简单，也使的捆扎机的成本有所降低。本文致力于研究和开发一种成本低、结构紧凑、操作方便的自动捆扎机。主要工作是根据实际的捆扎工艺，设计了捆扎机的总体结构；然后对捆扎工艺中的关键技术进行了深入研究，设计了机电一体化机构，运用PLC编程来实现控制系统，最终实现捆扎，转动，推箱等动作。本设计为快速方便的实现十字形捆扎提供了一种可靠的装置。 关键词：捆扎、单向离合器、机电一体化、自动捆扎机、PLC Abstract With the rapid development of China's economy, the improvement of living standard and the development of commodity economy, the requirements of commodity packaging is getting more important to both manufactures and comsumers.Where there are commodity goods, there is packaging. It can be said that the packaging industry plays an important role on the development of the structure of national economy. Packaging Machinery Products Widely used in food, medicine, chemical, military and other industries.Low efficiency, high cost has been problems encountered by design binding machine. This problem Can be sloved by applying a oneway clutch. This ingenious design can slove two problems. First ,melding the strap,second,the formation of strap ring.Therefore, the mechanism in Automatic Strapping Machine is simple, lower the cost of Automatic Strapping Machine. Therefore, this paper devoted to the research and development of a low cost, compact, simply operated Automatic Strapping Machine. The major work is designing the overall structure of Automatic Strapping Machine according to the actual bind process. Then the key technologies of the labeling are studied, design a mechanism of electromechanical integration, use of PLC programming to achieve control system. Finally, Realize binding, rotating, pushing the carton and other movement. This designed a rapid realization of cross Banding mahchine. Keywords: Band,oneway clutch, electromechanical integration, Automatic Strapping Machine, PLC 压缩包内含有CAD图纸和说明书,咨询Q 目 录 1 绪论 1 1.1引言 1 1.2捆扎机的应用现状及发展趋势 1 1.3本课题研究内容 5 2系统分析 7 2.1系统功能需求分析 7 2.2系统总体方案设计 7 2.2.1工艺分析 7 2.2.2捆扎机主要结构设计及其原理 8 3机构中重要的计算 13 3.1电动机的选择 13 3.2重要轴的校核 17 3.2.1轴1的校核计算 17 3.2.2轴2的校核计算 19 3.3工作周期的计算 21 3.4主要参数的设计计算 23 4 控制系统的实现 26 4.1控制系统的流程 26 4.2控制系统的程序 28 5 技术经济分析 30 6 结语 31 7 致谢 32 参考文献 33 IV 1 绪论 1.1引言 随着人民生活水平的不断提高，对商品包装提出了更高的要求．哪里有商品，哪里就有包装．可以说包装工业对国民经济整体结构的发展起着重要的作用。包装机械产品量大面广，广泛应用于食品、医药、化工、军工等各个行业。我国捆扎包装是改革开放以后发展起来的．由于起步较晚，大部分设备都是通过引进设备消化吸收研制出来的，行业从无到有，从小到大，逐步发展起来。随着我国食品工业、包装工业和农业的迅速发展．我国的包装食品机械行业取得了世人瞩目的进步．产品品种的数量不断增加．使包装和食品机械行业成为直接为提高人民生活质量服务，为包装厂业和食品工业服务．为农业和农副产品深加工业服务的新兴行业．成为我国机械工业十大支柱产业之一．基本上能生产出满足人民生活需求的各种各样、各种档次的产品，并正在不断努力、提高、缩小与国外先进水平、先进技术、先进设备的差距。在全行业广大企业、科研单位技术人员及行业工作者的共同努力下，新产品、新技术日益涌现并转化为生产力。我国人口众多，民以食为天，包装与食品机械产品市场广阔、潜力巨大包装与食品机械业在我同的迅速崛起已引起社会的广泛关注。 1.2捆扎机的应用现状及发展趋势 我国捆扎机械的生产，在经历了二十多年的发展之后，从无到有，从简到精，已经成为我国包装机械领域中的主要产品。他以量大面广、无所不捆的鲜明特点，广泛应用于制造业、食品业、运输业、商业、金融业和服务行业等，成为现代工业化社会不可缺少的设备，捆扎机械作为包装设备中的一个主要分支．是将一个或多个包装物用捆扎带(绳)紧束一起的机器，使包装件便于运输、保管和装卸，属于外包装设备。捆扎机械的发展．在一定程度上惜助于捆扎材料的开发应用在捆扎材料中，先后出现的有草绳、绵麻绳、纸绳、盒属丝、塑料绳、塑料带、钢带、聚胺酯带等等但由于其本身的强度和延伸率不同和对机械捆扎的适应程度各异，以及考虑制作成本：目前以钢带和塑料带的应用最为广泛。特别是自五十年代以来，随着石油化工的崛起，开始用塑料作为捆扎材料．为塑料带（绳）捆扎机械的开发成功奠定了基础．由于塑料带比钢带、纸带具有较低的使用成本和不锈蚀、不污染、强度适中、手感柔软、制造方便、外观美观等优点，使之在许多领域逐步替代原来的钢带，纸带，塑料带捆扎机成为包装机械中少有的技术成熟、简单可靠、品种齐全、覆盖面广的主要设备。 国内外发展概况 国外捆扎机械的应用，起始可追溯到本世纪初期，如美国的SIGNODE公司、德国的CYKLOP公司等就涉足捆扎行业，生产钢带捆扎设备为主，但其规模和生产技术水平都还较低：直到本世纪的五十年代，由于塑料材料的问世，使以塑料带作为捆扎材料成为现实，这也就大大地促进了塑料带捆扎机的发展，较早的如日本的下岛株式会社、日鲁工业株式会社等。至1991年， 日本的塑料带捆扎机总产量达14万台，约占包装机械总数的19.5％，总产值达300亿口元，每年约有30％的出口，几乎占领了全部东南亚市场。由于他们能成功地引进和消化吸收别国的经验，不断改进发展出结构较为简单，可靠性高，在国际市场上有很大的竞争能力。其中最大的生产厂家为下岛株式会社，于1969年开始正式生产自动捆扎机，至1985年总产量就突破5万台，年销售额达61亿日元，全公司仅150多人．主要从事产品开发，产品质量控制和推销工作，其零部件加工和装配均通过扩散的办法：在国内设有17家分公司和270个代销点，并在35个国家和地区设有代理点产品品种多达200多个。 美国的SIGNODE公司则是一家以钢带捆扎机为主，塑料带、聚酯带捆扎工具为辅的跨国公司，属于美国上市公司。在美国和其他六个国家设有分公司．该公司自1913年就开始从事捆扎机械的生产，为lOO多个国家的工业产品包装提供服务，并为各国用户 提供24小时内的配件供应服务，他们不仅具有巨大的生产能力，而且还有一支精益求精的研制和开发队伍，通过对捆扎机械各功能部件的反复试验和多方案对比，生产出的捆扎机械具有很好的可靠性和最佳的经济寿命．虽然价格昂贵，但很抢手。 我国捆扎机械生产自1976年开始，随着我国社会经济的不断发展和各行业对改善产品包装质量的要求日益迫切。使捆轧机械不论在生产能力，生产技术整体性能方面有了很大的提高，其主要的表现为： 1 已将微机技术应用于捆扎机程序控制，具有温度控制，自动计数，定长送带，故障报警等多种功能，不仅可单机使用也可多机联用或与自动生产线配套使用。 2、从机器的传动开方式来看．有机械传动液压传动和气动，特别是随液压传动具有结构简单，制造方便的特点．是我国特有的机型。 3、品种规格比较齐全．为适应不同的用户需要，已有全自动、半自动和手提式捆扎机，根据包件捆扎要求不同．除通用的普通型外，又有带压力的捆扎机，双轨道捆扎机,侧封式捆扎机等，其工作台面有高有低，可适应单件捆扎或自动连续捆扎的需要，目前最大的自动捆尺寸可达2000x 1200毫米，最小的可捆扎：50×80毫米的包件品种已达二十多种。 4、捆扎能力在每分钟12到21道之间，基本率能满足当前的生产需要。 5、目前仍大量采用宽度为l3.5毫米的塑料捆扎带和折径为30毫米的筒形薄膜捆扎绳，并正在开发使用宽度为5-1O毫米的塑料捆扎带的捆扎机，但国外大繁使用的钢带自动捆扎机在国内尚未开发。 6、捆扎带粘接主要利用烫头将捆扎带两端加热，一定温度后再施压使之粘合，称为热熔搭接型，其接头的拉力强度可达母带强度的80％。 塑料绳捆结机则以打结的形式捆紧包件。 7、目前已能生产二十多个品种的捆扎机和三十品种的捆结机，基本上能满足国内需求，其中半自动捆扎机的整机性能已接近国外先进水平．故每年有较大的批量出口，而自动捆扎机仍与国外有较大的差距：与国外捆扎机械生产技术水平相比．国产机差距主要表现为： 品种单一，生产能力低。虽然经过二十多年的发展．但只能生产20多个品种 还不及国外一个公司的品种数 而且只能生产通用型的产品，如钢带自动捆扎机的生产至今仍是一个空白．无法满足一些特殊行业的需要。我国捆扎机械的生产起步较晚，主要是靠引进国外的样机经消化改进二次开发生产的．因此在生产中着重于产品的整机性能而忽视了对零部件的研究。导致在捆扎速度、接头粘接方式和送带轨道等主要技术性能方面不及国外先进水平。工作可靠性较差，其中特别是捆扎带和元器件的质量不稳定对整机的性能带来很大的影响。捆扎机在我国发展趋势，捆扎机械的发展只有二十多年的历史。科学技术的发展和各行业对提高产品包装质量的要求正在不断地推动捆扎机械的发展，并将会出现以下的变化： 1、发展多品种，系列化生产 由于社会商品生产的逐渐发达和捆扎机械在使用过程中所显示的极大适应性，使捆扎机械的应用越来越广，除要满足一般重量，大小和批量的包件捆扎外，还要求有能适应防水（水产品和易腐蚀品等液体包装品)．防尘(建材和粉状物品包装)，防爆(易爆物品包装J型捆扎机．能适应特重物品、松轻物品的捆扎机，能十字自动捆扎．多道同时捆扎．加压捆扎和带托盘捆扎的捆扎机。在今后，捆扎机将会出现在不仅仅是工业系统，而会向办公、银行、邮电等部门发展 捆扎的目的也不会再局限于保护商品，便于运输．而是向美化商品发展，如礼品的包装捆扎．超级市场的小包装捆扎，借助多彩的捆扎带给商品增添美感。其二是在捆扎用带方面，除了现在大量使用的聚丙烯塑料带外，将会有钢带捆扎，聚胺酯带捆扎机．以适应钢铁等重型物品的捆扎。塑料薄膜拉伸捆扎将会越来越广砭，以适应带托盘集合包装物的捆扎和型材的捆扎。 2、提高自动化程度 工业生产的发展．对包装捆扎的自动化程度要求越来越高，虽然在八十年代已成功的开发了微机控制的自动捆扎机．具备了烫头温度控制，故障报警．自动捆扎，自动计数的功能，但对于流水线生产中的自动送包、自动定位、自动转位．以及十字捆扎，井字形捆扎等功能来讲，还没有成功的机型，对提高捆扎机的监控水平来讲．应利用光导纤维控制，实现远距离操纵，并通过监视系统和报警系统，及 时发现问题，排除故障。此外，通过自动化水平的提高，还应使机器的操作与维修更趋向方便，无须熟练的工人就可操作，无须有一定水平的技术人员就能维修，使之达到机器智能化，这在一定的程度上可促进捆扎机械推广使用。 3、提高捆扎速度 为适应生产流水线的需要，必须相应的提高捆扎速度．目前我国自动捆扎机的普遍水平为每道捆扎时间3——3 .5秒，最快的为2.8秒，而国外的普遍水平为1.8——2.5秒，最快的0.96秒。 4、提高送带可靠性 目前，我国自动捆扎机的送带轨道大多采用金属叶片翻转式，利用送带滚轮将捆扎带送入轨道，送带时摩擦力较大，对捆扎带的直线性要求较高，而且噪音也大．这种滚轮式送带只能适用于9毫米以上的塑料带：为降低物品包装成本，在国外已大量使用9毫米以下宽度的窄带捆扎带．这就要求捆扎机的送带机构有相应的改进，以保证窄带捆扎的可靠性，为此，可以采用牵引式送带装置，利用卡头夹住捆扎带的头部沿环型轨道凹槽使带子在捆扎过程中始终紧贴包件表面，保持较大的捆紧力，这种方法能克服滚轮式送带必须考虑捆扎带本身的刚性和沿轨道的送带能力的缺点，对各种宽度的捆扎带均能使用，可有效地提高捆扎的可靠性。 5、改进烫头结构 塑料带捆扎机是利用塑料捆扎带捆紧包件后，使带的两端搭接而实现捆扎的，如何使带的二端搭接有多种不同的方法．如利用电热烫头使两端加热熔融状态并在两端施压后实现搭接的热熔措接法、高频加热法．也有利用加热后钉子扎进带的两端进行粘接的卡钉法．在我国目前均使用热熔搭接法，这种方法虽然具有粘接强度好，加热快．成本低等特点，对于某些易爆、易燃物品的捆扎就难以适应，如火药、化纤等物品。由于采用电热加热．烫头的表面温度分布不均匀而且热效率低．影响接头质量，增加了能耗，因此为提高烫头的工作可靠性，必须对烫头加热形式进行改进。 6、改进捆紧机构 理想的捆扎应是对包件施以足够的捆紧力，并能针对包件的变化，通过调整确保捆紧力。目前，我国的自动捆扎机太多采用调整张紧臂的摆动角度来实现调整。半自动捆扎机则是通过调整压缩弹簧对摩擦离合器的压力，因此改变送带滚轮的传动力来实现捆紧力的调整，前者属于定距离型捆紧．而后者则是属于定力量型，从调整的范围和对包件的适应性来讲．定力量型能更好地实现有效捆扎，因此对于自动捆扎机来讲，有必要改进捆紧机构，以便根据不同的包件(硬包、软包)进行自如的调整。 1.3本课题研究内容 纸箱自动捆扎机该课题主要研究的内容有： 1.自动形成垂直带圈 独特的设计，使机器能自动形成一个垂直带圈。操作者只须将待捆扎物品放入带圈内，并推动操作开关，机器便自动完成收带，张紧熔接、切断等工序．待捆扎好的物品移开，机器便又自动做出一个新的带圈．准备下一道的捆扎，每个周期约5s．一般捆扎机带圈形成是一难题，大多用手工操作，有的捆扎机是在机器工作台上方设计一个带子运行的轨道，机器的外形尺寸很大。本机垂直带圈的自动形成使捆扎速度大为提高，并使操作者的劳动强度减轻． 2.带接头的摩擦熔接 一般捆扎机带接头采用烙铁加热使带子熔融后压紧的方法．这种方法当塑料带熔融时散发的气味对操作者的健康是有害的，对环境产生污染。本机采用摩擦熔接。包裹被捆紧，带子的二端被夹紧，夹紧的部位，其中一个夹紧件相对于另一个夹紧件作高速振动，摩擦产生的热量使塑料带熔接．摩擦熔接速度快(仅零点几秒)、熔接质量好、无污染。 3.纸箱在捆扎机中的移动 由于纸箱在捆扎机中完成第一道捆扎后，砧轴要再次形成一个带圈，纸箱需要移开位置，给砧轴充分的空间形成带圈，所以要设计一个机构使纸箱移开一端距离，让砧轴形成带圈后，使纸箱再次送回捆扎。 4.纸箱的转动 纸箱捆扎时为了使捆扎牢固可靠，捆扎一道是不够的，因此需要捆扎两道，捆扎两道就大大增加了捆扎机机构的难度，捆扎一道采用三个电机，一个用来产生带圈和熔接带，一个用来送带收带，一个用来控制时序，但是如果要捆扎两道PP带，就需要增加一台电机来转动纸箱，再用一台电机来移动纸箱使带圈顺利形成。 5.机电一体化 运用PLC编程来控制5只电机轮流工作。自动完成一个工作循环。微机控制使机构动作准确、工作可靠。由于省却丁许多传动部件，使机器功耗小、噪声低。 2系统分析 2.1系统功能需求分析 纸箱自动捆扎机的用途：对纸箱包裹等固体物件进行捆扎。 该捆扎机捆扎的规格：捆扎材料是6mm宽的PP带，捆扎纸箱等物件的尺寸为：(mm)，以及比该尺寸小的纸箱等物件，但改变时要对各运动参数稍做修改，方可进行捆扎。 设计的捆扎机需满足以下功能要求： （1）可完成纸箱十字形捆扎 要完成这一功能，系统必须实现以下操作：在纸箱捆扎完第一道后，纸箱被推箱机构移开一段距离，以便形成下一个带圈，待带圈形成后，推箱机构再将纸箱推进带圈，完成第二道捆扎。 （2）全自动的连续捆扎 捆扎过程中的各项操作，均为自动执行，无需人工干预并可通过控制系统完成对各操作动作的协调控制和连续执行。 （3）较低的设计和制造成本 该捆扎机综合运用机电一体化技术，减少了许多机械机构的设计，降低整个捆扎机的设计和制造成本，使其具有较好的推广性。 （4）具有紧凑的机械机构 根据各部分的运动规律，简化机械传动装置，合理安排各机构的布局。 2.2系统总体方案设计 2.2.1工艺分析 选择和拟定工艺过程是捆扎机设计第一阶段的任务，是捆扎贴标机设计的基础。工艺过程方案是否合理和先进，将直接影响所研制的捆扎机结构、外形尺寸、机构的运动方式和捆扎质量。下面对所研制的捆扎机的具体工艺进行分析。 本捆扎机采用十字型捆扎，即用捆扎带捆扎横竖各一道。 在捆扎过程中，主要考虑如何减少工作行程和空程时间，提高生产率，简化传动装置，使得贴标机的整体结构紧凑。 捆扎机的一次工作过程为： 1）形成带圈； 2）送带； 3）等待传送带将纸箱送进捆扎机； 4）收带； 5）纸箱转动90度； 6）推出纸箱； 7）形成带圈； 8）送带 9）推进纸箱 10）收带 11）等待传送带将纸箱推出捆扎机 其中1——6为一个捆扎循环，捆扎机做一次捆扎。全周期做两次捆扎。 2.2.2捆扎机主要结构设计及其原理 根据以上分析的捆扎机的功能以及工艺，可以确定捆扎机的结构。将捆扎机分为几个部分，各部分分别完成各自的动作，并协调工作，实现捆扎机功能。 （1）垂直带圈形成的结构 图1 带圈形成原理 如图1所示．带子下面是一个光滑平台(砧台)，表面粗糙度为0．8。带子上面是一个夹紧件砧，砧底部制出网状齿纹，齿深约0．2mm。砧对带子有压紧力P，带子头伸出砧外约25mm。当砧以r为半径旋转时，带子的头也随砧转动．图1中点划线表示砧及带子的一端在原始位置及转90度、180度、270度、360度时的情况．砧旋转360度后停下，带子就形成了一个大约以r为半径的圈．此时控制系统控制电机运转送带，使环增大至要求尺寸。带子在形成环后，便“站立”起来，形成一垂直带圈．这是因为带子的截面是扁平的。带子在宽度方向有一定的刚度。本机使用普通塑料带，宽度为6mm。 （2）摩擦熔接 图2为一捆紧的物件带接头摩擦熔接的情况，(图中带的厚度及熔接部位被局部放大)。在二层带的重叠部位，上面是砧，下部是熔接垫。熔接垫可以升降。当带圈形成后．纸箱放人圈内，在机器收带，张紧动作完成后，熔接垫便上升并使砧一起上升，将带子的两端夹紧．并同时切断下位带．熔接垫的顶面与砧底面一样也有网状齿纹。接着砧高速振动，振动速度9600转／min。摩擦使带子发热熔融，并在压力下粘接在一起。熔接时间很短，由控制凸轮决定。 图2摩擦熔接原理 （3）传动机构 带圈形成和摩擦熔接是由同一机构完成的．这一机构包括执行元件：砧、砧轴、熔接垫、砧台、等，还有一些传动及控制元件。 砧的运动 砧在每一个循环里主要运动有： (1) 360的水平回转； (2)水平高速振动； (3)垂直升起或落下。 砧360度的水平回转是为了做垂直带圈，水平高速振动是为了摩擦熔接，垂直上下运动是为了切断夹紧或松开带子。 传动机构 图3为砧轴的2个横剖面图。 图3 (a)熔接电机上装一偏心轴。当电机旋转时．偏心轴便带动单向离台器来回摆动。砧轴在单向离合器内，其相对于离合器只能作逆时针方向运动。 图3 传动机构 图3 (b)是砧轴的另一剖面。是一棘轮机构。由于棘轮棘爪的作用，电机每转一圈，砧轴便跟随离合器来回摆动一次。电机转速为9600r／min。砧便以9600次／min的速度振动。当机器需要做环时，棘爪从棘轮上脱开。这时，单向离合器的摆动使砧轴作单方向的间歇运动。砧旋转360度便准确的停下，是靠棘轮棘爪定位的。 砧轴的运动规律 图4 砧轴的摆角 砧轴运动规律如图4所示 砧轴摆动角速度 式中较小，一般小于0.1，故略去。 图5砧轴的速度规律 由此可见，砧轴的往复摆动运动规律可近似看作是余弦曲线规律。这种运动无刚性冲击．对高速轻载的机构是适合的。 图5 (a)表示机构树在摩擦熔接时，砧的摆动角速度随时间变化规律。图5 (b)表示机构在做环时，砧轴转动角速度运动规律，是间歇运动。 纵上所述，本机的使用单向离合器，使机器的传动过程非常简单。它不仅实现了砧轴的二种运动需要．而且制造也非常简单容易。因为离台器是外购件，轴及偏心轴等都是容易制造的零件。目前不少捆扎机采用液压传动，液压元件价格贵，油的泄漏又会造成环境污染。本机无水、无油、无污染。 （4）转动90度及推箱机构 该机构都使用步进电机90BYG250A，转动90度机构采用齿轮与齿轮传动，推箱机构采用齿轮齿条传动，驱动器用HB204A型，因为机构简单就不做详细介绍了。 3机构中重要的计算 3.1电动机的选择 在纸箱自动捆扎集中我选用了五个电机,它们分别是:电机A,用于控制溶解垫的上下往复运动;电机B,用于收送带和收带;电机C,用于形成带圈切断捆扎带和使带圈熔接,要求电机有高转速;电机D,用于使纸箱转动九十度;电机E,用于推送纸箱. 电机A的选择 图6 凸轮 要选择电机就要知道它所受的力，所以首先要知道电机带动的部件的质量 凸轮的质量 将凸轮近似的看做一个半径为r的圆，钢密度ρ=7.9g/cm3 m = ρ v = ρπr2h = 7.9×3.14×5×5×1 = 620.15 熔接垫的质量 m = ρ v = 3×3×6×7.9 = 426.6 设切带力为5N 钢摩擦系数μ=0.005 F = m垫＋μN＋F切 = 620.15＋426.15×0.005＋500 = 1429 凸轮可近似看做半径为r=L=0.062m M = FL = 14.29×0.062 = 0.88598 M = 9549 P/ n > 0.5876 9549×0.08 / 1200 = 0.6366 > 0.5876 因为要控制凸轮的转速，所以选择伺服电机 查表，最终选取90SL51型两相交流伺服电机。 电机B的选择 由机构知收带时的力大于送带时的力，只用计算收带时的力，因此用收带力来选电机 设收紧力为F=15N 查得PP 带与工程塑料轮的摩擦系数μ=1.0——4.0 这里取3.0 电动机受的力F=f + F1 = F1μ+ F1=15×3+15= 60 L为工程塑料轮的半径 L=20 M = F L = 60×0.02 = 1.2 M = 9549 P / n > 1.2 9549× 0.75 / 2830 = 2.5 > 1.2 因此查机械设计手册 单行本 减（变）速器电机与电器 选择Y系列（IP44）三相异步电机 Y801-2 (JB/T9616-1999) 电机C的选择 电机C用于形成带圈和产生高速的振动，本身不承受很大的载荷，只要求有高的转速，因此查光机电一体化设计使用手册（下册），最终选用70SL01两相交流伺服电动机，转速为9000转/分钟。 电机D的选择 图7 盖板 要选择电机就要知道它所受的力，所以首先要知道电机带动的部件的质量 盖板为四分之三圆如图7所示 半径r=385mm 厚度为h=3mm m =ρv = 3/4ρπr2h = 3/4 ×7.9×3.14×38.52×0.3 = 8272.956 钢条宽为10mm, 厚度为h=3mm m = (3.14×77×0.3×3+100×0.3×2)×7.9 = 2193.0558 壳体为1mm厚的钢板，h=1000mm m = 3.14×77×100×0.1×7.9 = 19100.62 设纸箱的质量最大为10kg 钢与钢的摩擦系数μ=0.005 F = μN = 0.005×(82.7 + 21.9 + 191 + 100) = 1.978 M = F L = 1.978 × 0.385 = 0.76153 同理由公式M = 9549 P / n 且该电机要求往复转动90度，所以选步进电机 90BYG250A。 电机E的选择 要选择电机就要知道它所受的力，所以首先要知道电机带动的部件的质量。 图8 滑竿剖面 滑竿的质量 竿长 挡板的质量 由公式M = 9549 P/ n 选择电机选步进电机90BYG250A。 3.2重要轴的校核 3.2.1轴1的校核计算 图9 轴1 内力计算 根据平衡原理： 则扭转力矩分布图，如图10 图10 扭转力矩图 轴扭转切应力： 式中：——扭转切应力 T——扭矩 ——抗扭截面系数 图11 扭转切应力分布图 根据圆截面轴扭转切应力分布情况，如图11代入，得 查表可知，45钢扭转的切应力许可值为 去下限值0.5 该轴校验合格 （以上计算公式均出自 《材料力学 1》） 3.2.2轴2的校核计算 图12 轴2 图13 扭转力矩简图 内力计算 支反力的计算： 内力分布图 图14 内力分布图 力矩分布图 图15 力矩分布图 扭转力矩图 图16 扭转力矩图 按照第三强度进行校核： 故轴2校验合格。（以上公式均出自《材料力学 1》） 3.3工作周期的计算 形成带圈时间的计算 设偏心轴的偏心距为，离合器与偏心轴接触点处半径为。 电机转速为电机每转一转砧轴移动距离为的线距离 将其转化为角度 电机转一转所需的时间为 于是砧轴每转一周即形成带圈的时间为 （s） 送带的时间的计算 如果要让纸箱能够进入带圈，带圈必须足够大。纸箱高度为270mm,所以带圈形成一个半径约为260mm的圈使电机B停转，由于惯性带还将被送出一段，足够使纸箱进入带圈。 送带长度的计算 送带长度 大带圈长度半径小带圈长度 半径 电机B的转速为,工程塑料轮的直径为 考虑到电机启动也需要时间所以估计送带需要大约0.4秒。 纸箱从传送带进入带圈的时间 此部分的时间主要看传送带的传送速度，估计约为0.5秒 收带切断熔接带的时间 送带电机反转 电机送出带的长度约为 绕箱一周所需带的长度为 因此收回的带约为 收带需要时间 考虑电机启动时间及熔接切断带，这一过程用事0.4秒 纸箱转动九十度的时间 查的步进电机的步距角为度，启动频率为 纸箱转动九十度需要转过个度 纸箱转动九十度的时间为 整个过程约耗时0.5秒 推出纸箱的时间 推出纸箱挡板至少要运动，查的步进电机的步距角为度，启动频率为，齿轮半径为。 齿轮周长 挡板运动，齿轮要转过的角度为 推出纸箱的时间为0.073秒，考虑电机启动时间估计需0.5秒 以上便是第一道捆扎过程。再次形成带圈用时与上次相同为0.3秒，送带0.4秒，推进纸箱0.5秒，收带0.4秒，等待传送带机构将纸箱推出0.5秒。 第一道捆扎过程共用时2.6秒，为捆扎一个纸箱总时间的一半，此时凸轮转动一周，捆扎两道凸轮就转动两圈。 综上，捆扎机捆扎一个纸箱的一个工作周期即纸箱由传送带送入至纸箱被送出捆扎机的时间为5.2秒。 3.4主要参数的设计计算 运动参数 砧做环时的转速 砧做环时，电机转一圈，砧轴转动角度，因此电机转速与砧轴转速的传动比 摩擦熔接时，砧高速振动的振幅为a，则每攻摆动的单向行程为2a 设砧的回转半径为r 摩擦熔接时，砧带动上位带高速振动．如图2示，使上下位带之间产生相对运动，摩擦生热。 此时纸箱已捆紧，带除受正压力外，还受捆紧力的作用， 所以振幅不宜过大，一般取。 砧做环时，平均速度 将代入， 摩擦熔接时，砧的平均线速度 （因为做环时是间歇运动） 几何参数的确定 砧的回转半径r 砧做环时，砧依靠摩擦力带动带旋转，因此带的内外侧倒线速度不同。当砧压力不足．或砧回转半径r过小，带和砧之间有可能发生打滑现象而彤成不完整带圈。具体数值应由试验决定。r大致可取带宽的3～5倍。带宽大的取大值。 最大摆角瓶和偏心距e及R的确定 从图4可看出，R的大小由结构确定，偏心距e也就随之确定了。 熔接热Q 设带的截面宽b为6mm，熔接长度l=8mram，带的密度，并假设二层带子各熔融mm,则熔融质量。 熔接热 式中 -比热，取0.4 -加热温度，聚丙烯带熔比温度为165℃ ，取180℃，工作温度约200℃ 4 控制系统的实现 4.1控制系统的流程 前面已经计算过自动捆扎机的工作周期，一个工作周期约耗时5.2秒。控制流程图如图17。 图17 控制流程图 4.2控制系统的程序 根据控制系统流程图编出PLC程序，如下 5 技术经济分析 在本课题的研究中，实现了捆扎机的结构简单、可适应性强和自动化程度高的目的。采用的较复杂零件都是标准件，总体装配完成后，体积和重量都不很大，搬运以及安装都很方便。而且，采用了PLC控制系统，自动化程度高，工作可靠，捆扎外形美观，包装成本低；其次，该机无“烟”(无有害气体选出)，无水、 无油、噪声低，因而特别适合对环境要求高的或办公室使用；再次，该机因结构简单，制翻造较容易，该机将在邮政、印制、电子、化工、五金百货等行业被广泛的应用。 对于经济方面，在材料的选取上尽量采用通用材料，总的说来，此设计较好的满足了经济性和技术性双重要求。 6 结 语 随着人民生活水平的不断提高，对商品包装提出了更高的要求．哪里有商品，哪里就有包装．可以说包装工业对国民经济整体结构的发展起着重要的作用。我国捆扎机起步也有二十多年了，但在这一领域与国外的先进水平还有差距，大部分捆扎机，采用闭环或是半闭环的方式进行送标精度控制，因而贴标机的结构和控制复杂，制造成本较高。本设计结合机械电子技术，运用PLC技术，省去了部分纯机械部分，起到了减低成本和加工难度的作用。 本文对该自动捆扎机的关键技术进行了深入的研究。完成的工作主要有： （1）设计了捆扎机总体结构 对捆扎机的功能进行了深入分析，排定了符合捆扎机实际工作情况的工艺路线，确定了捆扎机的各个组成部分，即：形成带圈熔接切断带的传动部分、收送带部分、旋转部分、推箱部分。根据各部分的功能需求，对其基本结构进行了初步设计。 （2）设计了巧妙的传动机构，即采用了一个单向离合器，将两个运动形成带圈和熔接切断带结合在一起，省去了一个电动机，使结构变得简单，且降低了成本。 （3）运用Auto CAD绘出自动捆扎机的装配图及零件图，共计十六张，一张零号图，一张一号图，六张二号图，八张三号图。 （4）采用机电一体化控制的方式对系统进行控制 系统采用了PLC技术，使得控制系统的设计过程大为简化，机构变得简单，降低了系统的成本，提高了系统的性能。 今后需要进一步研究的问题包括：在PLC编程控制系统方面进一步加强，设计更好的人机界面，使自动捆扎机在捆扎不同尺寸的物件时，方便快速的进行调整，且有记忆功能；如何进一步提高系统运行的可靠性和协调性，使系统对故障具有一定的应变能力；对自动捆扎机的结构及电机进行试验，测试各部分动作的用时，做提高捆扎速度的改进，提高自动捆扎机工作的效率；进行系统调试运行，解决系统调试中出现的问题，进一步改善系统的设计，提高系统整体性能。 参考文献 [1]陈润洁，戴远敬 包装机械行业产品质量现状分析及展望[J]. 包装与食品机械,2004,22(1) [2]王金坤 栾宏志 PLC在纸箱捆扎机中的应用[J]. 自动化与仪表 1999,14(1) [3]黄成楠 中国包装工业[J]. 1998,10 [4]2006年3季度捆扎机产品质量国家监督抽查结果 包装与食品机械 2007,25(1) [5]许林成 包装机械原理与设计[M].第1版.上海:技术出版社.1988 [6]迟润霆 半自动捆扎机故障与维修[J]. 印刷技术 2007,5 [7]捆扎机故障排除 印刷技术 2006,1 [8]邵军，张继红 机电一体化在包装机械中的应用[J].中国包装工业 2002 [9]联合编写组.机械设计手册（上中下） [S].北京：机械工业出版社，1988.12. 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