塑料包装机设计

  塑料包装机械是指完成全部或部分包装过程的机器。包装过程包括成型、充填封、口裹、包等主要包装工序以及清洗、干燥、杀菌、贴标、困扎、集装、拆卸等前后包装工序，转送、选别等其他辅助包装工序。

  包装的分类方法很多，按包装产品的流通领域分类，有工业产品包装和商业产品包

  装，按产品包装的结构及形式分类，有内包装和外包装；还可以按包装材料或包装容器的品种类别分类以及按包装对象即包装物品的名称分类等等。其中按包装的结构及形式分类比较有意义，内包装是一种基本的包装结构及形式，它包括直接包装和中间包装。直接包装是用包装材料或容器直接裹包产品或装载的包装形式；包装材料或容器与被包装物品间保持着直接触，是最小的包装单元。直接包装时，必须根据被包装物品的物理性能，按包装要求，选择包装材料或容器，制定包装工艺，选择或设计塑料包装机械设备。中间包装是以少数的直接包装品经组合后再作一次包装的包装形式。如物品装瓶或装袋后的装盒包装；卷烟小包包装后的条包包装；牙膏类物品的装管封尾后的装盒包装等。

  随着消费者需要的多样化，尤其是超级市场的发展，内包装突出日益重要的地位。完成内包装所需的机器设备，在包装工业中的需求量最大。外包装是以一定数额的、经内包装后的产品装裁到包装箱的包装结构及形式。包装箱现在多用波纹纸板箱。内包装的最大的目的，在于促进销售，并为广大购买的人提供使用上的方便，在包装设计中，除保证包装内容物质和量的要求外，还需重视包装装潢的及其重要的作用。外包装的最大的目的，是为流通储运提供保障，要求包装坚固牢实。

  包装是对被包装物所采取的一种保护性措施，包装的最大的目的在于保护产品的使用价值。因此，包装中还要顾及到物品在流通中的运输、装卸、存贮保管和销售的方便；此外，包装的装潢还起到美化、宣传和推销的作用。包装加工是产品在生产中的最后环节，是提升产品的商品价值不可忽视的重要环节。

  （2）用于塑料和药品的塑料包装机要便于清洗，符合药品和塑料的卫生和安全要求。

  （4）塑料包装机一般都采用无级变速装置，以便灵活调整包装速度、调节塑料包装机的生产能力。

  （5）塑料包装机械是特殊类型的专业机械，种类非常之多，生产数量有限。为便于制造和维修，减少设备投资，在塑料包装机的设计中应注意标准化、通用性及多功能性。

  （6）塑料包装机械的自动化程度高，大部分已采用PLC、单片机控制，实现了智能化。

  （8）塑料包装机械化降低了劳动强度，改善劳动条件，保护自然环境，节约原材料，降低产品成本。

  （9）保证了包装产品的卫生和安全，提高了产品包装质量，增强市场销售的竞争力。

  （10）延长产品的保质期，方便产品的流通。产品采用塑料包装机，可减少包装场地面积，节约基建投资。

  利和英国。而德国的塑料包装机械在设计、制造及技术性能等方面则居于领头羊，

  2002年德国塑料包装机械产值达34亿欧元，其产量的77%为出口产品。最近几年，这些国家包装和塑料机械设备发展呈现出新的趋势。

  德国塑料包装机械设计的新趋势     德国与美国、日本、意大利均为世界塑料包装机械大国。在塑料包装机械设计、制造、技术性能等方面居于领先地位。德国塑料包装机械的设计是依据市场调查与研究及市场分析结果进行的，其，目标是努力为客户，尤其是为大规模的公司服务。为实现用户要求，德国塑料包装机械制造厂商和设计部门采取了诸多措施：     (1)工艺流程自动化程度慢慢的升高，以提高生产率和设备的柔性及灵活性。采用机械手完成复杂的动作。操作时，在由电脑控制的摄像机录取信息和监控下，机械手按电脑指令完成规定动作，确保包装的质量。     (2)提高生产效率，降低生产所带来的成本，最大限度地满足生产规格要求。德国塑料包装机械以饮料、啤酒灌装机械和塑料塑料包装机械见长，具有高速、成套、自动化程度高和可靠性好等特点。其饮料灌装速度高达12万瓶/h，小袋塑料包装机的包装速度高达900袋／min。     (3)使产品机械和塑料包装机械一体化。许多产品要求生产之后直接做包装，以提高生产效率。如德国生产的巧克力生产及包装设备，就是由一个系统控制完成的。两者一体化，关键是要解决好在生产能力上相互匹配的问题。     (4)适应产制品变化，拥有非常良好的柔性和灵活性。由于市场的激烈竞争，产品更新换代的周期越来越短。如化妆品生产三年一变，甚至一个季度一变，生产量又都很大，因此要求塑料包装机械拥有非常良好的柔性和灵活性，使塑料包装机械的寿命远大于产品的寿命周期，这样才可以符合经济性的要求。     (5)广泛使用计算机仿真设计技术。随着新产品研究开发速度不断加快，德国塑料包装机械设计普遍采用了计算机仿真设计技术，快速缩短了塑料包装机械的开发设计周期。     塑料包装机械设计不仅要重视其能力和效率，还要注重其经济性。所谓经济性不完全是机械设备本身的成本，更重要的是运转成本，因为设备折旧费只占成本的6％～8％，其他的就是运转成本。

  我国塑料包装机械行业起步于20世纪70年代，在80年代末和90年代中得到迅速发展。已成为机械工业中的10大行业之一，无论是产量，还是品种上，都取得了令人瞩目的成就，为我们国家包装工业的加快速度进行发展提供了有力的保障。目前，我国已变成全球塑料包装机械工业生产和消费大国之一。     塑料包装机械作为一种产品，它的含义不单单是产品本身的物质意义，而是包括形式产品、隐形产品及延伸产品3层含义。形式产品是指塑料包装机本身的具体形态和基本功能；隐形产品是指塑料包装机给用户更好的提供的实际效用；延伸产品是指塑料包装机的质量保证、使用指导和售后服务等。所以塑料包装机的设计应该包括：市场调查与研究、原理图设计、结构设计、施工图设计、使用说明书编写及售后服务预案等。     塑料包装机械设计的类别主要有：测绘仿制设计、开发性设计、改进性设计、系列化设计。如啤酒灌装生产线万瓶/h，其中灌装机的灌装阀工位数从48个、60个、90个到120个就属于系列化设计。     由普通啤酒灌装生产线到纯生啤酒灌装生产线的设计就属于改进、开发性设计。对于中低速运行的塑料包装机，目前我们基本上能够直接进行自主设计。而高速运行的塑料包装机，特别是一些先进机型，大多是测绘、仿制国外的同类机型，进行国产化设计和系列化设计。其主要的原因是：(1)大多数设计人员还没有真正掌握先进的设计方法，如高速塑料包装机械的动力学设计理论和方法等，对高速工况下机构的动态精度分析等问题还不能模拟解决；(2)产、学、研结合不够紧密，理论上的科研成果不能及时地在实际设计中运用，设计人员缺乏及时的技术培养和训练；(3)整个行业缺乏宏观调控的力度，优势资源不能得到合理的配置与调整。     在塑料包装机械设计领域，绝大多数设计人员仍沿用以前的设计方法：(1)根据设计任务书寻找同类机型作为样机；(2)参考样机制定各项技术性能指标及应用限制范围；(3)设计工作原理图、传动系统图；(4)设计关键零件，部件；(5)设计总装图方案和动作循环图；(6)设计部件图、总装图和零件图；(7)对主要部件中的关键零件进行强度、刚度校核；(8)设计控制原理图、施工图等。     而今，国内一些大学的设计软件，可以对塑料包装机中常用机构进行有限元分析和优化设计，其开发的凸轮连杆机构CAD／CAM软件已经能够很好的满足公司进行凸轮连杆机构自主设计的能力，但在实际塑料包装机械的设计中应用还不普遍。     新型塑料包装机械往往是机、电、气一体化的设备。充分的利用信息产品的最新成果，采用气动执行机构、伺服电机驱动等分离传动技术，可使整机的传动链快速缩短，结构大为简化，工作精度和速度大幅度的提升。其中的关键技术之一是采用了多电机拖动的同步控制技术。其实掌握这种技术并不很难，只是一些设计人员不了解塑料包装机械的这一发展的新趋势。如果说以前我国塑料包装机械设计是仿制、学习阶段，那么现在我们该有创新设计的意识

  我国包装业技术与机械近些年所取得的成绩是显著的，其起步于20世纪70年代末，刚起步时年产值仅七、八千万元，产品品种仅100 余种，技术水平也较低。在20纪80年代中期至20世纪年代中期十余年的时间里，才得到加快速度进行发展，年增长率达到20%—30% ，到1999年底塑料和塑料包装机械达40 大类，品种达1700种，到2000年产值增加到300亿元，且技术水平也上了个台阶，慢慢的出现了规模化、自动化趋势，传动复杂、技术上的含金量高的设备也慢慢的出现，许多塑料包装机械如液体塑料灌装机等设备已开始成套出口。我们国家包装行业的发展的新趋势主要有如下几个方面：

  大多数是小塑料包装机械，在这一范围内已较好地解决了颗粒、膏体和粉状的包装的问题。

  无菌包装是将经过消毒的塑料在无菌环境装入消毒的容器中，可最大限度地保持塑料的天然风味、品质和营养，确定保证产品质量等优点。无菌塑料包装机大致上可以分为无菌袋式大包装和无菌袋式小包装。无菌袋式大包装一般在原料产地用于果蔬浓缩汁包装。而无菌袋式小包装通常用于饮料品，供市场零售。无菌袋式小包装又分为杯式、盒式、袋式成型充填密封小包装三种类型。由于无菌塑料包装机械制造工艺和技术很复杂，我国以前一直依靠进口。当然，近年来，我国一些企业努力，在这方面取得了很大的进展，如上海轻工装备（集团）公司研制的屋顶盒式纸盒无菌塑料包装机。

  随着国内啤酒行业向规模化集约化经营方向发展，啤酒灌装成套设备要重点发展年产5万吨以上的大型灌装成套设备，适度发展10万吨以上的大型灌装成套设备。目前我国广州轻工机械厂已能生产4万瓶/小时、6万每小时的啤酒灌装成套设备。

  包装业在生产自动化趋势的影响下 ，呈现高度自动化的包装链、机械功能要求多元化、结构设计标准模块化、控制功能智能化要求、装重安全方便环保等特点。今后朝着高速、低耗、计量精确、自动检验测试、多功能、全自动大型化成套设备发展。其他还有真空塑料包装机械和塑料中空容器加工机械。

  虽然我们塑料包装技术与机械在近年来取得骄人的成绩，但同国外比较，技术上仍存在二十年的差距，其具体表现在：

  到2000年为止,国外塑料塑料包装机械达2300余种，且大多配套生产；国内塑料塑料包装机械只有1700余种，且多以单机为主。

  主要表现在产品可靠性差，技术更新速度慢，新技术、新工艺、新料材应用少，单机多，成套机少，技术上的含金量低的产品多，高技术上的含金量的产品少，智能化的设备还处于研制阶段。

  主要表现在稳定性可靠性差，造型落后，外观粗糙，且大多数产品还无可靠标准。

  主要表现是我们还在仿制、测绘或稍加国产化的改进，更谈不上系统的开发研究。

  本设计的内容是在分析研究塑料包装机的功能的基础上，重点讨论设计塑料包装机的传动路线方案和重要机构（槽轮机构，花盘轮，转鼓计数装置）。并且通过仿真实验来检验机构设计。

  2）主传动轴上主传动输送带、圆柱齿轮的传动功率的分配以及传动比的分配。以实现瓶的传输以及瓶的推送等动作间的协调。

  本设计的目标旨在通过了解塑料包装机的功能来研究塑料包装机中特定动作的实现，通过研究间歇机构来为塑料包装机的应用提供较高的理论参考价值和应用价值。

  合理选择电动机类型，对工作机械有效的工作，以及机组运行的可靠性、安全、节能及降低设备造价都有重要意义。

  电动机类型的选择要从负载的要求出发，考虑工作条件，负载性质、生产的基本工艺、供电情况等，尽量满足下述各方面的要求：

  由电动机类型决定的电动机的机械特性与工作机械机械特性配合要适当，机组稳定工作；电动机的起动转矩、最大转矩、牵入转矩等性能均能满足工作机械的要求。

  电动机的转速满足工作机械要求，其最高转速、转速变化率、稳速、调速、变速等性能均能适应工作机械运行要求。

  从降低整个电动机驱动系统的能耗及电动机的综合成本来考虑选择电动机类型，针对使用情况选不一样效率水平的电动机类型；对一些使用时间很短、年使用时数也不高的机械，电动机效率低些也不会使总能耗产生较大的变化，所以并不注重电动机的效率：但另一类年利用小时较高的机械，如空调设备、循环泵、冰箱压缩机等，就需要选用效率高的电动机以降低总能耗。

  本机器的动力选用交流380V。塑料包装机械中常用的点机转速多为1400分转/分，由于整个载荷比较小，所以考虑最终选用Y112M-4型三相异步电动机，电压为380V，功率为180W，额定转速为1400r/min，根据电机转速及效率要求确定各级传动比。其中转送带为主要工作部件，其效率直接影响整机工作效率。电动机的外形图及尺寸见表2.1和图2.1。

  包转机工作时，先将经理瓶机构整理的瓶子经输送带8送入，再经花盘轮9旋转转到送料装置10，然后通过槽轮6进行间歇运动使之停下，进行灌料。然后再通过花盘轮转出，由输送带送出。

  1.电机 2.带轮 3.减速箱 4.减速箱链轮 5.齿轮6.槽轮机构7.圆锥齿轮 8.传送带 9.花盘轮 10.转鼓计数装置

  按图2.1，电动机经带轮、减速器、链轮减速。减速器选用传动比为i2=1：50的蜗轮减速机，电机与减速箱采用皮带传动，其传动比为i1=1：4，链轮减速的传动比为i3=1：1，即

  考虑到本设计中蜗杆传动的传递功率不大，速度较低，所以蜗杆用45钢。因希望效率高些赖磨性好，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为45—55HRC。蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造。为里节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。

  根据闭齿蜗轮蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计,再较核齿根弯曲疲劳强度。由式（11—12），传动中心距