真空包裝機的設計

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美國包裝機械制造商遵循一些商業(yè)模式。幾個規(guī)模較大的公司已經(jīng)成為完整的、集成的統(tǒng)包包裝生產(chǎn)線的供應商。這樣的公司提供增值的設計，工程化和集成服務，以及機械和傳統(tǒng)的售后服務和支持，其他主導的專業(yè)技術(shù)，如膠粘合劑設備或編碼包。一些轉(zhuǎn)換器生產(chǎn)商也制造設備來加工他們主要業(yè)務的材料。許多其他公司提供特定類型的設備，組件和技術(shù)服務。 包裝機械市場 包裝機械在2008年美國市場總價值6.3億美元，而國內(nèi)廠商報告為$4.8億美元的銷售額。7美國普查局的報告顯示，2007年美國有551家包裝機械公司。大多數(shù)包裝機械制造商是相當小的，近64%的少于20名員工。8 加工食品和飲料制造商占約55％的包裝機械市場。藥品生產(chǎn)企業(yè)占又一個10％。其他顯著包裝機械終端用戶領域占另外20％，包括家庭，農(nóng)業(yè)和工業(yè)化學品，個人護理產(chǎn)品;硬件和紙制品。9雖然零售商通常不常是包裝機械的最終用戶，他們通過他們的購買力和更可持續(xù)的包裝日益重視，對包裝行業(yè)產(chǎn)生強大的影響力。 包裝機械制造商面臨著瞬息萬變，競爭激烈的環(huán)境。購買大多數(shù)包裝機械的大型包裝消費品制造商有全球供應鏈，這條供應鏈不僅有為他們的生產(chǎn)投入服務，同時也為他們用來包裝他們的成品的機械和材料服務。機械制造商面臨著客戶對更靈活的需求，生產(chǎn)設備和自己的需要維持他們的利潤空間，標準和質(zhì)量信譽的關(guān)系日益緊張的狀況。 美國包裝機械的主要競爭對手原始設備制造商，在大多數(shù)情況下，歐洲。美國業(yè)內(nèi)人士確定歐洲企業(yè)的有能力提供統(tǒng)包服務的設計，工程和完整的加工和包裝生產(chǎn)線的安裝，而不是簡單地提供單獨的機器作為自己最重要的的競爭優(yōu)勢。主要競爭對手是來自德國，意大利，和幾個較小的北歐國家。日本制造商也主要的知名競爭對手。近年來，從中國的的進口也強勁增長。 美國包裝機械行業(yè)包括許多成功的出口商，與世界各地的客戶做生意。盡管如此，業(yè)界近年來還是失地（失去市場份額）給外國競爭者。出口價值7.874億美元占2007年的總出貨量的14%，從2002年的15.1%略有下降。同年價值22億美元的進口占國內(nèi)市場的39%，這是從2002年的26.2%上升的。10 毫不奇怪的是，經(jīng)濟衰退已經(jīng)影響到美國的出口和進口的包裝機械。包裝機械的出口和進口都在2008年達到頂峰，分別在8.632億美元和23億美元。在2009年，出口量同比下降16.4％到7.218億美元，進口同比下降28.8％至16億美元。11 包裝類型和材料 包裝一般可分為四個基本類別。有時描述包裝機械也根據(jù)這些類別。初級包裝直接包裝或其中包含了產(chǎn)品，例如瓶子。二次包裝包裝或包含初級的包裝，例如，保鮮膜包含一小部分瓶子。配送包裝包裝或包含在配送過程中的一種產(chǎn)品，并提供用于高效地處理，例如，含有較大的瓶數(shù)的情況。機組負荷或運輸包裝多個容器組裝成一個單一的聯(lián)合捆綁適合材料的處理設備。為了運輸，這樣的包裝經(jīng)常穩(wěn)定的通過使用托盤，打包機，收縮包裝，或類似的裝置，以形成一個單一的單元。12 包裝可執(zhí)行多種功能。包裝保護產(chǎn)品不受在運輸和儲存過程中的物理撞擊，壓碎磨損，熱，寒冷，濕氣的影響，和其他可能導致貨物不能出售的威脅。包裝也可保護產(chǎn)品免受運輸和儲存過程污染物污染，保持他們的衛(wèi)生和無菌狀態(tài)，直到它們被消耗。包裝包含了包含的產(chǎn)品，使它們可以被運輸和儲存。包裝保護產(chǎn)品安全不受盜竊和篡改的影響和傳達產(chǎn)品的必需信息。對于消費類打包貨物的制造商，包裝也在競爭激烈的市場營銷和建立品牌知名度起著至關(guān)重要的作用。13 種類繁多的材料被用于包裝和被包裝機械加工。常用的材料包括紙和紙板，塑料（硬的，軟的和薄膜），金屬（鋼，鋁，錫），玻璃，木材，紡織品。?近年來，紙和紙板的代表約45％的總銷售包裝材料，塑料22％，金屬近17％，玻璃和木材均略超過4％。消費類產(chǎn)品占所有包裝材料的80％，包括食品，飲料，日用化工品，個人護理產(chǎn)品，耐用消費品如家電，家具，計算機。工業(yè)產(chǎn)品，如電動機械，醫(yī)療設備，和其他的物品平均占有。14 包裝是材料的主要消費者。例如，約72％的轉(zhuǎn)換的紙板，玻璃的20％，和18％的鋁被用于包裝。包裝是許多配套產(chǎn)品的主要終端消費者，包括粘合劑（44％）和油墨（32％），包裝是一個主要的最終用途。包裝是在交通運輸和建筑之后的第三大鋼鐵市場。 包裝有多種形式。硬質(zhì)包裝包括盒，瓶，桶，箱，板條箱，盆，提桶等容器。彈性袋，袋，管，膜，和紙制的層壓板，塑料薄膜，鋁箔經(jīng)常的組合（例如，土豆片袋）被廣泛應用的包裝形式。?包裝還包括許多組件及配套產(chǎn)品，如閉包，防止篡改證據(jù)的材料，繩，麻繩，打包機，托盤，墊木，以及更多。15 II.包裝機械不斷變化的業(yè)務環(huán)境 包裝機械制造商在主要市場需求，尤其是在歐盟的法律和法規(guī)的要求下整體減少包裝材料消耗的環(huán)境下做生意。原始設備制造商必須適應一個事實，即可持續(xù)發(fā)展已成為有力的設計標準對新的材料和將會在他們自己的機器上運行的包裝系統(tǒng)。制造商還必須確保他們的機器可以適應更多的因為較高的再生材料的含量而特性正在改變的常規(guī)材料。 三股力力量正在推動包裝供應鏈走向更大的可持續(xù)性：降低成本，消費者的態(tài)度和調(diào)控。購買大多數(shù)包裝消費品的主要零售商越來越多地要求他們的供應商通過重新設計包裝，以減少其重量和體積，來減少包裝和主要包裝廢棄物的相關(guān)的成本。在源頭消除浪費而不是在它被產(chǎn)生后也就是我們平時說的源減少。消費者的喜好，他們想要的產(chǎn)品越來越大的份額是環(huán)保的，也影響經(jīng)銷商的行為。許多國家，尤其是在歐洲，規(guī)范包裝和包裝廢棄物。在未來的美國很可能會對包裝廢棄物有更大的監(jiān)管，特別是在國家水平。 這些作用力代表不僅是必要的，但也是個機會，對于任何一家在包裝供應鏈的公司，可以通過減少包裝相關(guān)的成本和廢物捕捉價值。 降低成本 包裝消費品制造商消納許多種類的包裝材料，并產(chǎn)生大量數(shù)量和品種的廢物。提取原料，將它們轉(zhuǎn)換成包裝材料，包裝消費品和其他產(chǎn)品，材料和包裝貨物運輸帶來顯著的成本。在包裝操作過程中的材料浪費，當包裝被打開之前或在包裝的生命周期的其他點失敗，也代表著顯著的成本。除包裝材料本身，包裝相關(guān)的輸入包括：有害物質(zhì)，特別是石油為基礎的樹脂，在許多粘合劑和在許多油墨中所含的重金屬，能源，材料的提取過程中的消耗，制造，和轉(zhuǎn)換，在包裝和運輸過程中操作;和水，作為一個過程的輸入和作為瓶的潤滑劑，廣口瓶和罐頭生產(chǎn)線。包裝廢棄物包括廢棄的包裝材料，溫室氣體排放，危險廢物和廢水。16 沒有變?yōu)榭少u產(chǎn)品的包裝輸入，一旦產(chǎn)品被賣出，就會被丟棄浪費。在創(chuàng)建源之前減少包裝廢物，可以降低公司在整個包裝供應鏈的制造成本。如果有效的處理，回收包裝廢棄物也可以返回顯著的經(jīng)濟價值。?事實上，越能量密集的材料，其回收越是有利可圖和可以重復使用（例如，鋁）。17 制造業(yè)務可以故意設置最大限度地節(jié)省浪費和成本。包裝生產(chǎn)線的正確配置，尤其是材料處理系統(tǒng)，在工廠車間的一條線的整體足跡可能會導致顯著的能源節(jié)約。包裝機械制造商有機會想方設法幫助他們的客戶包裝消費品制造商降低與包裝廢棄物有關(guān)的成本。18 通過消除浪費最大化節(jié)約成本，需要一個全面的方法。特別地，包裝消費品生產(chǎn)商制造業(yè)務的地方安裝設備駐留在包裝供應鏈應參與這一過程。當主要的資本投資已被計劃，精益生產(chǎn)線設計提供了重大機遇來構(gòu)建成一個成本節(jié)約和減少廢物的包裝線。19 重大機遇，也存在于最小化用于不同的包裝格式（“更換零件”）的重新配置線路的時間，這樣可以減少資源浪費，當某條線處于閑置狀態(tài)，沒有生產(chǎn)可銷售商品時。?自動化，遠程監(jiān)控，采用模塊化設計，和其他創(chuàng)新都可以在這一背景下做出貢獻。20 通過更可持續(xù)的生產(chǎn)實踐注重減少包裝廢物和成本，似乎已經(jīng)度過了最近的經(jīng)濟衰退。食品工程雜志和清除海洋研究所在2009年對199包裝專業(yè)人員的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，盡管經(jīng)濟衰退，近一半額定可持續(xù)性極其或非常重要的，在接下來的兩年他們公司的包裝業(yè)務。盡管經(jīng)濟衰退，近一半額定可持續(xù)性對于他們公司在接下來的兩年的包裝業(yè)務是極其或非常重要的。57％的人反應說，他們的雇主有過正規(guī)的可持續(xù)性計劃，減少71％能源消耗和廢物流作為其可持續(xù)發(fā)展計劃的主要組成部分。21 4 摘要：本文詳細闡述了真空包裝機的工作原理及其主要尺寸計算。此包裝機利用四連桿機構(gòu)將包裝機做成兩個下工作室公用一個上工作室, 且上工作室為平面運動。當上工作室移到左下工作室時, 左下工作室開始工作, 移到右下工作室時, 右下工作室工作。雙室共用一套抽真空系統(tǒng)，可交替工作，一個真空室抽真空、封口，另一個真空室可以放置包裝袋，即輔助時間與抽真空時間重合，從而提高了生產(chǎn)能力。 關(guān)鍵詞：真空包裝機 Abstract：This text elaborates operation principle vacuumize packet-machine,and main dimension calculate.This packet-machine using four-link agency makes packet-machine of two down workrooms in common one up workroomworkroom, and up workroom is plane motion.when up workroom set to left workroom,left workroom begin working,set to right workroom,right workroom begin working.Both workrooms in common a set of vacuumize system and alternate work., one vacuum workroom vacuumize and seal side,the other one vacuum workroom places package,that is administant time and vacuumize time coincident,accordingly improve productivity. Key words： packet-machine XX理工大學畢業(yè)論文 目 錄 摘要 ……………………………………………………………………………………1 一、緒論 ……………………………………………………………………………1 1.1 課題提出及意義 ………………………………………………………1 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢………………………………………………1 二、包裝機械體系及包裝技術(shù) ………………………………………………2 2.1 包裝機械體系 …………………………………………………………2 2.2 包裝作業(yè)的技術(shù)方法 …………………………………………………3 三、系統(tǒng)方案分析及選擇 ……………………………………………………4 3.1 包裝方案分析 …………………………………………………………4 3.2 包裝方案的選擇 ………………………………………………………5 3.3 氣路系統(tǒng)方案分析 ……………………………………………………5 3.4 氣路系統(tǒng)方案的選擇 ………………………………………………7 四、系統(tǒng)功能及工作原理 ……………………………………………………7 4.1 系統(tǒng)功能…………………………………………………………………7 4.2 腔室真空包裝原理 ……………………………………………………7 4.3 壓緊器工作原理 ………………………………………………………8 4.4 氣路系統(tǒng)工作原理 ……………………………………………………8 五、主要幾何參數(shù)的計算 ……………………………………………………9 5.1 包裝機特征參數(shù)的確定………………………………………………9 5.2 四連桿真空包裝機的工作過程及各變量的含義 ………………9 5.3 上工作室的最優(yōu)位置的確定 ………………………………………10 5.4 被包裝物經(jīng)濟高度……………………………………………………11 5.5 主要參數(shù)的計算 ………………………………………………………12 5.6 結(jié)論 ………………………………………………………………………13 六、系統(tǒng)工作參數(shù)的計算………………………………………………………14 6.1 抽氣時間的計算 ………………………………………………………14 6.2 真空室放氣時間的計算 ………………………………………………15 6.3 工作效率的計算 ………………………………………………………15 七、結(jié)語………………………………………………………………………………16 八、致謝………………………………………………………………………………16 九、時間安排 ………………………………………………………………………17 十、參考文獻 ………………………………………………………………………17 2 一、緒論 1.1課題提出及意義 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)，如食品、輕工、醫(yī)藥、化工、電子和國防等生產(chǎn)中，主要包括三大基本環(huán)節(jié)，即原料處理、中間加工和產(chǎn)品包裝，包裝是工業(yè)生產(chǎn)中相當重要的環(huán)節(jié)。包裝機械是使產(chǎn)品包裝實現(xiàn)機械化、自動化的根本保證，因此包裝機械在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中起著相當重要的作用。 此四連桿真空包裝機，兩下工作室公用一個上工作室，既節(jié)省了材料又有較高的工作效率，實現(xiàn)了節(jié)約和高效的雙贏，因此具有重要的市場價值和現(xiàn)實意義。 1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 包裝工業(yè)作為一門新興工業(yè)，具有明顯的時代特征。它既是配套工業(yè)，也是當今的主導產(chǎn)業(yè)之一。在日益發(fā)展的市場經(jīng)濟中，包裝工業(yè)對其他工業(yè)的發(fā)展起到了推動作用。主要表現(xiàn)在相關(guān)工業(yè)的發(fā)展方面：從所用包裝材料看，它推動了造紙工業(yè)、塑料工業(yè)、冶金工業(yè)和化學工業(yè)等部門的發(fā)展；從包裝技術(shù)方面看，它對機械工業(yè)、電子工業(yè)、印刷工業(yè)、新材料工業(yè)以及裝潢設計等方面提出了更高的要求；從消費領域看，對食品、飲料、糧食、醫(yī)藥及日用化工品等，起到了重要的促進作用。 九十年代以來，我國包裝機械工業(yè)每年平均以20%～30%的速度增長，發(fā)展速度高于整個包裝工業(yè)的平均增長速度的15%～17%，比傳統(tǒng)的機械工業(yè)的平均增長值高4.7個百分點。包裝機械工業(yè)已經(jīng)成為我國國民經(jīng)濟中不可缺少的非常重要的新興行業(yè)。我國目前從事包裝機械生產(chǎn)的企業(yè)約有1500多家，其中具有一定規(guī)模的企業(yè)近400家。產(chǎn)品有40類，2700多種，其中有一批即能滿足國內(nèi)市場需要，又能參與國際市場競爭的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。目前我國包裝機械行業(yè)擁有一批開發(fā)能力較強的骨干企業(yè)，它們主要由以下幾方面組成：經(jīng)過技術(shù)改造，生產(chǎn)包裝機械的某些實力較強的機械類工廠；軍轉(zhuǎn)民企業(yè)；發(fā)展水平較高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)。另一方面我國的包裝工業(yè)雖然發(fā)展，成就大，但與發(fā)達國家相比，無論在產(chǎn)品品種、技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量方面都有很大差距。因此我們必須采用強有力的措施，進一步加快包裝機械行業(yè)的發(fā)展速度，為早日趕上世界先進水平而奮斗！ 我國包裝機械工業(yè)歷史短，總體技術(shù)和生產(chǎn)能力較低，但近年來在國內(nèi)巨大包裝市場的促進下并受國外先進技術(shù)的影響，發(fā)展速度很快，局部技術(shù)水平有了明顯提高。根據(jù)我國國情，包裝機械工業(yè)發(fā)展的趨勢是： (1) 引進、消化、吸收國外先進技術(shù)，建立一批包裝機械骨干企業(yè)，包括個別中外合資企業(yè)。這是縮短我國包裝機械技術(shù)水平與世界先進水平差距的有效途徑。 (2) 大多數(shù)企業(yè)要重點發(fā)展中、小型包裝機械。我國大多數(shù)企業(yè)技術(shù)水平不高，生產(chǎn)能力較低，生產(chǎn)以單機為主的中、小型包裝機械為宜，但要在此基礎上不斷提高制造精度、自動化程度和配套能力。 (3) 在包裝機械生產(chǎn)中大量引入高新技術(shù)，使包裝機械產(chǎn)品設計先進、使用可靠。 (4) 以滿足重點商品的包裝為出發(fā)點，發(fā)展包裝機械新品種。目前，我國重點發(fā)展食品、醫(yī)藥、化工、日用品以及易碎、易腐爛變質(zhì)等商品的包裝技術(shù)和包裝機械。重點開發(fā)的包裝機械設備極其研究方向為：灌裝設備、真空包裝設備、無菌包裝設備。 八十年代以來，國外包裝機械行業(yè)大量的應用高新技術(shù)，如：微電子技術(shù)、激光技術(shù)、超聲波技術(shù)以及光電纖維等。從而使包裝機高度自動化，使用效果更加理想可靠，包裝質(zhì)量更加提高。國外包裝機械工業(yè)已經(jīng)形成了獨立完整的體系，成為機械制造的一個重要分支。包裝機械產(chǎn)品門類齊全，品種繁多。包裝機械生產(chǎn)自成體系，并向?qū)I(yè)化生產(chǎn)方向發(fā)展。 國外包裝機械工業(yè)的發(fā)展趨勢為： (1) 重點發(fā)展食品包裝機械。國外一些發(fā)達國家食品包裝機械占包裝機械的比重往往在50%以上。 (2) 在系統(tǒng)優(yōu)化設計的基礎上，包裝單機向高速化方向發(fā)展。通過系統(tǒng)的優(yōu)化設計，把技術(shù)的先進性、可行性與經(jīng)濟合理性有機結(jié)合起來。從而實現(xiàn)包裝單機向高速化方向發(fā)展。 (3) 一方面為滿足現(xiàn)代商品包裝多樣化的需求，發(fā)展適應多品種、小批量的通用包裝技術(shù)及設備；同時又緊跟當代高新技術(shù)的發(fā)展步伐，不斷研究和開發(fā)現(xiàn)代的先進包裝技術(shù)，發(fā)展應用高新技術(shù)的現(xiàn)代化專用型包裝機械。 (4) 在包裝機上廣泛應用電子計算機。 二、包裝機械體系及包裝技術(shù) 2.1 包裝機械體系 圖2-1 ISO標準包裝機械體系表 按國際標準化組織定義，完成包裝工序的機械統(tǒng)稱為包裝機械。圖2-1所示是按ISO標準繪制的包裝機械體系表。 包裝機械的范疇非常廣，種類繁多，根據(jù)國家標準主要分為12大類，詳細分列如下： (1)充填機械。將產(chǎn)品按預定量填充到包裝容器內(nèi)稱為填充機。主要包括：容積式充填機、重力式充填機、計數(shù)式充填機、推入式充填機、拾放式充填機。 (2)灌裝機械。將液體產(chǎn)品按預定量充填到包裝容器內(nèi)的機器稱為灌裝機。主要包括：負壓灌裝機、常壓灌裝機、等壓灌裝機、虹吸灌裝機、壓力灌裝機。 (3)封口機械。將容器的開口部分封閉起來的機器稱為封口機。主要包括：熱壓式封口機、熔焊式封口機、折疊式封口機、壓紋式封口機、插合式封口機、液壓式封口機、卷邊式封口機、壓力式封口機、旋合式封口機、縫合式封口機、釘合式封口機、膠帶封口機、粘合封口機、結(jié)扎封口機。 (4)裹包機械。用撓性材料全部或局部裹包產(chǎn)品的機器稱為裹包機。主要包括：折疊式裹包機、扭結(jié)式裹包機、接縫式裹包機、覆蓋式裹包機、纏繞式裹包機、拉伸裹包機、貼體裹包機、縮包裝機。 (5)多功能包裝機。能完成兩個或兩個以上包裝工序的機器稱為多功能包裝 機。主要包括：充填封口機、開箱充填封口機、開袋充填封口機、開瓶充填封口機、箱成型充填封口機、袋成型充填封口機、沖壓成型充填封口機、熱成型充填封口機、罐裝封口機、泡罩包裝機、真空包裝機、充氣包裝機。 (6)貼標機械。在產(chǎn)品或包裝件上加貼標簽的機器稱為貼標機。主要包括:粘合貼標機、收縮貼標機、釘標簽機、掛標簽機。 (7)清洗機械。清洗包裝材料、包裝件等，使其達到預期清洗程度的機器。主要包括：干式清洗機、濕式清洗機、機械式清洗機、電解式清洗機、電離式清洗機、超聲波式清洗機。 (8)干燥機械。減少包裝材料、包裝件等的水分，使其達到預期干燥程度的機器稱為干燥機。主要包括：熱式干燥機、機械式干燥機、化學式干燥機。 (9)殺菌機械。清除或殺死包裝材料、產(chǎn)品或包裝件上的微生物，使其降到允許范圍內(nèi)的機器成為殺菌機。主要包括：熱式殺菌機、超聲波殺菌機、電離殺菌機、化學殺菌機。 (10)捆扎機械。通過捆扎或結(jié)扎封閉包裝容器的機器稱為捆扎機。主要包括： 機械式捆扎機、液壓式捆扎機、氣動式捆扎機、捆結(jié)機、壓縮打包機。 (11)集裝機械。將若干個產(chǎn)品或包裝件集合包裝而形成一個銷售或搬運單元 的機器稱為集裝機械。主要包括：集裝機、堆碼機、集裝件拆卸機。 (12)輔助包裝機械。凡是完成對產(chǎn)品、包裝材料、包裝件有關(guān)的作業(yè)，而又 不能編入上述第1至第11部分的包裝機械和設備，都歸屬于此類。主要包括：打印機、整理機、重量選別機、異物檢測機、輸送機。 2.2 包裝作業(yè)的技術(shù)方法 包裝技術(shù)方法可謂形式多樣，并且不斷有創(chuàng)新技術(shù)的出現(xiàn)，但較常用的發(fā)放概括有以下幾種： (1)充填：將產(chǎn)品按預定量充填到包裝容器中。 (2)灌裝：將液體產(chǎn)品充填到包裝容器內(nèi)。 (3)裹包：對塊狀，并有一定剛度的物品進行包裝。 (4)裝盒與裝箱：將包裝物放到盒、箱中進行包裝的一種方法。 (5)收縮包裝：將產(chǎn)品用熱收縮薄膜裹包后再進行加熱，使薄膜收縮后裹緊產(chǎn)品。 (6)拉伸包裝：將薄膜拉伸后包裝產(chǎn)品，利用薄膜的收縮性裹緊產(chǎn)品的包裝方法。 (7)真空和充氣包裝：包裝容器內(nèi)盛裝產(chǎn)品后，抽去容器內(nèi)空氣，達到預定真空度并完成封口；抽成真空后，再充入保護氣體，則為充氣包裝。 (8)泡罩包裝和貼體包裝 (9)熱封：用熱封合的方法封閉包裝容器 (10)粘合劑粘合 (11)加蓋、卷邊接縫 (12)捆扎：直接將單個或數(shù)個包裝物用繩、鋼帶、塑料帶等捆緊扎牢以便于運輸、保管和裝卸。 (13)貼標和打印：在產(chǎn)品或包裝件上加貼或打印標簽。 三、系統(tǒng)方案分析及選擇 包裝容器內(nèi)盛裝產(chǎn)品后，抽去容器內(nèi)空氣，達到預定真空度并完成封口工序的機器稱為真空包裝機。 真空包裝機主要用于包裝易氧化、霉變或受潮濕變質(zhì)的產(chǎn)品，以延長產(chǎn)品的有效期或防治精密零件或儀器生銹等。 3.1包裝方案分析 真空包裝可采用的方案主要有以下三種：機械擠壓式、插管式、腔室式。 (1) 機械擠壓式真空包裝 圖3-1所示為機械擠壓式真空包裝示意圖。包裝袋填充結(jié)束后，在其兩側(cè)用海綿等彈性物品將袋內(nèi)的空氣排除，然后進行封口的包裝方式，稱為機械擠壓式。這種方法簡單，但真空度低，用于真空度不高的場合。 圖3-1 機械擠壓式真空包裝示意圖 1-包裝袋 2-被包裝物 3-海綿墊 4-熱封器 (2) 插管式真空包裝 圖3-2所示為插管式真空包裝示意圖。從袋的開口處插入排氣管，開啟閥門，真空泵進行抽真空，達到預定真空度后進行封口的包裝方式稱為插管式真空包裝。這種結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，速度快，但真空度低。 圖3-2 插管式真空包裝示意圖 1、2-閥門 3-海綿墊 4-熱封器 5-包裝袋 6-被包裝物 (3) 腔式真空包裝 腔式可分為單室、雙室和多室等。除填充外，整個包裝過程均在腔室內(nèi)進行。包裝時，裝有包裝物品的包裝袋放入腔室內(nèi)，合蓋后抽真空，達到預定的真空度后，熱密封器將袋口封住。這種方法真空度高，操作簡單。 3.2包裝方案的選擇： 由以上三種真空包裝方式比較，從可靠性和易操作性方面考慮，選擇第三種方案，即腔室真空包裝。 對于腔室真空包裝方式，其腔室可分為單室、雙室和多室等。考慮到效率和經(jīng)濟性兩方面，本設計采用的是雙室結(jié)構(gòu)，同時應用四連桿機構(gòu)將包裝機做成兩個下工作室公用一個上工作室, 且上工作室為平面運動。當上工作室移到左下工作室時, 左下工作室開始工作, 移到右下工作室時, 右下工作室工作。雙室共用一套抽真空系統(tǒng)，可交替工作，一個真空室抽真空、封口，另一個真空室可以放置包裝袋，即輔助時間與抽真空時間重合，從而提高了生產(chǎn)能力。 3.3 氣路系統(tǒng)方案分析 目前，真空包裝機的氣路系統(tǒng)主要有以下三種：電磁閥系統(tǒng)、電磁閥壓差系統(tǒng)以及組合壓差閥系統(tǒng)。 (1) 電磁閥系統(tǒng) 電磁閥系統(tǒng)氣路簡圖如圖3-3： 圖3-3 電磁閥系統(tǒng) 該系統(tǒng)是由一系列電磁閥和管道把真空泵和腔室連接起來，通過各電磁閥開關(guān)來達到吸氣抽氣的目的。該系統(tǒng)優(yōu)點是各部件直接購買即可，連接方便。但是由于連接口較多，所以氣密性不是特別高。 (2) 電磁壓差閥系統(tǒng) 電磁壓差閥系統(tǒng)氣路簡圖如圖3-4： 圖3-4 電磁壓差閥系統(tǒng) 1-真空表 2-電磁閥 3-電磁閥 4-電磁閥 5-電磁閥 6-真空泵 7-壓差閥 該系統(tǒng)是將一個集成塊式真空系統(tǒng)替代多個獨立電磁閥由于不采用大通徑電磁放氣閥簡化了連接機構(gòu)，增加了可靠性，縮短充氣時間，但是制造復雜，成本較高。 (3) 組合壓差閥系統(tǒng) 組合壓差閥系統(tǒng)氣路簡圖如圖3-5： 圖3-5 組合壓差閥系統(tǒng) 該系統(tǒng)有兩個壓差閥，這兩個壓差閥組合在一起可以省去兩個電磁閥，可以更大的縮短充氣時間，但是制造復雜，成本高。 3.4 氣路系統(tǒng)方案選擇 由以上三種方案比較，三種方案各有優(yōu)缺點：方案一電磁閥系統(tǒng)制造簡單，氣密型不是很高，但能滿足一般要求。方案二電磁壓差閥系統(tǒng)和方案三組合壓差閥系統(tǒng)氣路連接復雜，不易維修保養(yǎng)。 從制造、使用、維修和經(jīng)濟性等方面綜合考慮，本設計采用電磁閥系統(tǒng)。本設只用兩個電磁閥控制整個氣路，簡介實用，經(jīng)濟合理。 四、系統(tǒng)功能及工作原理 4.1 系統(tǒng)功能 本四連桿真空包裝機對于易氧化變質(zhì)的食品，易氧化生銹的金屬制品，形體蓬松的羽絨及棉麻等都可以進行包裝。抽真空的目的是： ①除去空氣中的氧，以防止細菌繁衍導致食品腐敗，或阻止金屬的氧化生銹； ②便于密封后加熱殺菌，否則空氣膨脹會使包裝件破裂； ③可以縮小蓬松物體積，便于保存、運輸，并節(jié)省費用； ④防止食品氧化變質(zhì)。 本四連桿真空包裝機的每個工作室都有兩個密封條，可一次密封一個較大物體的上下兩個密封口，也可一次密封兩個較小物體，具有較好的實用功能。 4.2 腔室真空包裝原理 腔室真空包裝原理圖如圖4-1： 圖4-1 腔室真空包裝原理圖 1- 真空泵 2、8-閥門 3-腔室 2- 4-包裝袋 5-被包裝物 6-真空表7-熱封器 包裝時，將裝有包裝物品5的包裝袋4放入腔室3中，合上上蓋后，打開閥門2，真空泵1開始抽真空，一定時間后，真空表6指示腔室3內(nèi)達到預定的真空度后，熱封器7將袋口封住，一定時間后，閥門8打開，往腔室3內(nèi)充入氣體，打開上蓋，取出密封好的包裝物。 4.3 壓緊器工作原理 壓緊器結(jié)構(gòu)示意圖如圖4-2： 圖4-2 壓緊器結(jié)構(gòu)示意圖 1-壓條 2-氣囊 3-真空室蓋 4-導柱 5-彈簧 6-加熱條 如圖所示，氣囊2設在真空室蓋3上，與真空室隔斷。它與壓條1、導柱4、彈簧5等組成袋口壓緊器。工作時，氣囊和真空室內(nèi)氣體被抽盡后，加熱條開始加熱，一定時間后，給氣囊充氣，氣囊內(nèi)壓強高于真空室內(nèi)壓強，氣囊膨脹壓縮彈簧，則壓條下降，開始封口。封口冷卻后，給真空室和氣囊同時充氣，氣囊和真空室內(nèi)壓強相等，在彈簧力作用下，壓條上升，離開加熱條，封口結(jié)束。 4.4 氣路系統(tǒng)工作原理 氣路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖4-3： 圖4-3 氣路結(jié)構(gòu)示意圖 1-真空泵 2-兩通電磁閥 3-加熱條 4-真空室 5-氣囊 6-壓條 7-導氣管 8-真空表 9-多通氣嘴 10-三通閥 如圖所示，整個系統(tǒng)由兩個電磁閥、多通氣嘴和橡膠管組成。工作時，三通電磁閥打開，真空泵開始抽真空，由圖可知，真空泵同時對氣囊和真空室抽真空。達到預定真空度后，三通電磁閥抽真空通道關(guān)閉，加熱條加熱，達到封口溫度后，充氣通道打開，給氣囊充氣，壓條下降開始封口，封口完畢，兩通電磁閥打開，給真空室充氣，完成一個工作循環(huán)，在進入下一個工作循環(huán)。 五、主要幾何參數(shù)的計算 在四連桿真空包裝機設計過程中, 包裝機幾何尺寸的確定是一項復雜而重要的工作。以下通過對四連桿真空包裝機運動分析, 得到工作室安裝的最優(yōu)位置, 并推導出包裝機幾何尺寸的計算公式，由此得出四連桿真空包裝機的主要尺寸。 5.1 包裝機特征參數(shù)的確定 真空包裝機是用來真空密封被包裝物的, 被包裝物的幾何尺寸決定了真空包裝機的尺寸, 因此, 把真空包裝機的封口長度即加熱條長度作為其特征參數(shù)。真空包裝機的特征參數(shù)確定以后, 就要確定包裝機的其它尺寸。 5.2 四連桿真空包裝機的工作過程及各變量的含義 四連桿真空包裝機運動示意如圖所示。連桿上端鉸連在上工作室上, 下端鉸連在機架上, 四連桿真空包裝機為兩個下工作室公用一個上工作室, 且上工作室為平面運動。當上工作室移到左下工作室時, 左下工作室開始工作, 移到右下工作室時, 右下工作室工作。 圖5-1 四連桿真空包裝機工作示意 1.熱條總成 2.右加熱條總成 3.上工作室 圖中各變量的意義如下: 上工作室內(nèi)部的長×寬×高為；加熱條總成的長×高為；連桿長度為；連桿下鉸鏈點距上工作臺面的距離為；上鉸鏈點距上工作室下端面的距離為；上工作室壁厚為；當上工作室分別在左右工作位置時, 上工作室的左面與右面之間的距離；為上工作室左外緣運動時的圓心；為上工作室右內(nèi)緣運動時的圓心； (-,)為左加熱條總成的右上角；為右加熱條總成的右上角。 5.3 上工作室的最優(yōu)位置的確定 在包裝機的設計時, 應滿足上工作室的內(nèi)緣不碰加熱條總成和工作室的外緣不碰另一工作室的加熱條總成的條件下, 使包裝機總長度最小, 從而達到節(jié)省材料的目的。 上工作室內(nèi)緣與加熱條總成不碰的臨界條件是: || = || = = 4.1 上工作室外緣與加熱條總成不碰的臨界條件是: || = || == 4.2 為了使加熱條總成與上工作室內(nèi)緣與外緣的最小間隙相等, 應使 || = || 4.3 把4.1和4.2式代入4.3式, 得到下式: 4.4 在其它尺寸不變的條件下, 討論以下3 種情況: ①當時, 則||>||,即要使內(nèi)緣不碰加熱條總成所需要的連桿長度比外緣不碰加熱條總成所需的連桿長度要長, 因為包裝機的連桿只有一個, 因此在的情況下逐漸的縮短連桿的長度, 工作室內(nèi)緣先碰加熱條總成。 ②當時, 則|| < || , 即要使外緣不碰加熱條總成所需要的連桿長度比內(nèi)緣不碰加熱條總成所需的連桿長度要長。 ③當時, 則|| = || , 即內(nèi)外緣不碰加熱條總成所需要的連桿長度是相同的, 內(nèi)緣碰, 則外緣也碰, 內(nèi)緣不碰, 則外緣也不碰。加熱條總成在內(nèi)緣和外緣的軌跡中心。 通過上述分析, 情況①要滿足內(nèi)緣不碰加熱條總成則需加長連桿。情況②要滿足外緣不碰加熱條總成, 需要增加上工作室的長度。因此①、②都不屬于理想方案, 使下工作室臺面變長, ③是最優(yōu)方案, 使連桿的長度最短(在加熱條長度一定的情況下) , 下工作室臺面長度最短。的含義就是當上工作室分別在左右工作位置時, 上工作室的左面與右面之間要重疊一部分, 重疊量為上工作室的壁厚。上工作室的擺動位置確定了, 則兩加熱條總成的位置也就確定了。 由于上工作室內(nèi)外緣碰加熱條總成的機會相同, 因此, 在下面的討論過程中只考慮上工作室內(nèi)緣與加熱條總成的間隙問題。 5.4 被包裝物經(jīng)濟高度 被包裝物截面為矩形是最易被上工作室碰著的, 現(xiàn)就以此情況進行討論。圖中和為尺寸不同但周長相同的被包裝物的包絡線,為臨界高度的被包裝物截面。被包裝物的高度低于時, 被包裝物的包絡線在上工作室內(nèi)緣運動軌跡的下方, 在此范圍內(nèi), 不碰加熱條總成就一定不碰被包裝物, 只需考慮上工作室內(nèi)緣不碰加熱條總成即可。被包裝物超過值時, 被包裝物的包絡線在上工作室內(nèi)緣運動軌跡的上方, 只需考慮上工作室內(nèi)緣不碰被包裝物即可, 解決的方法是通過增大上工作室的長度來實現(xiàn), 使被包裝物截面與真空總截面之比得到降低, 包裝機工作的經(jīng)濟性下降了。除了特別需要, 一般把作為被包裝物的最大高度, 上工作室的深度也不應超過此值。因此以后只考慮加熱條總成與上工作室之間間隙, 而不必考慮被包裝物與上工作室的間隙。 5.5 主要參數(shù)的計算 (1) 連桿長度的計算 在計算以前, 應先確定連桿的下鉸鏈點離下工作室臺面的距離和上鉸鏈點距上工作室下端面的距離的值。和的值越小越好, 其中有兩個方面的原因, 一是和越小,在加熱條長度一定的情況下連桿的長度就越短,節(jié)省材料；另一個更重要的原因是和越小, 上工作室內(nèi)緣的軌跡在加熱條總成附近的切線與軸之間的夾角就越小, 碰加熱條總成的可能性就越小。由于結(jié)構(gòu)和強度的限制,和的值不能太小。 由4.1式和4.4式可得到 =|| = 4.5 式中———加熱條總成與上工作室內(nèi)緣最小間隙 對于本設計選用的加熱條：加熱條總長，加熱條高度，在本設計中，上工作室壁厚，連桿下鉸鏈點距上工作臺面的距離，上鉸鏈點距上工作室下端面的距離。代入4.5式得： = = =318mm 取，則 319mm (2) 上工作室內(nèi)部長度的計算 當上工作室工作于右端時, 連桿構(gòu)成一直角形, 滿足以下方程 求解方程得到 = 4.6 代入上面求得的數(shù)據(jù)得上工作室內(nèi)部總長為 = = =564mm (3) 最大包裝高度和上工作室深度的計算 被包裝物的尺寸(長×寬) = 被包裝物的封口長度為被包裝物周長的一半, 即。加熱條封口長度應大于等于被包裝物的封口長度,臨界情況為 4.7 的坐標為,的斜率為- 2, 方程為 4.8 上工作室在右端工作時, 上工作室右內(nèi)緣坐標為 上工作室右內(nèi)緣運動的軌跡方程為: 4.9 聯(lián)立4.8式和4.9式, 得到如下方程 求解此方程,即為最大被包裝物高度, 用表示, 上工作室的深度應小于。 將已知數(shù)據(jù)代入4.9式得： 解的：90.8或-65.2(舍去) 則=90.8mm,那么上工作室深度應小于這個數(shù)值。 本設計取上工作室深度為86mm<90.8mm，滿足要求。 至此四連桿真空包裝機的關(guān)鍵參數(shù)已經(jīng)確定, 依據(jù)幾何關(guān)系, 很容易計算其它相關(guān)尺寸。 5.6 結(jié)論 ① 四連桿包裝機上工作室在左右工作時, 應重疊一個壁厚。 ② 被包裝物在經(jīng)濟高度內(nèi), 上工作室不碰加熱條總成就一定不碰被包裝物。 ③ 推導出連桿長度、上工作室內(nèi)部長度和上工作室深度等關(guān)鍵尺寸的計算公式。 六、系統(tǒng)工作參數(shù)的計算 6.1抽氣時間的計算 與真空包裝機配套的泵是容積式旋片泵。對一定體積的容器進行抽氣，容積壓強隨時間變化是按指數(shù)規(guī)律下降： 設被抽真空室體積為V，泵的抽速為S，根據(jù)抽速定義經(jīng)過dt后抽除氣體量為，而容積內(nèi)的壓強變化為，抽除氣體量為，顯然這兩個氣體量應相等，建立微分方程： 圖6-1 壓強隨抽氣時間變化規(guī)律 初始條件： 代入上式理想狀態(tài)抽氣時間與真空度成幾何規(guī)律變化： 考慮真空系統(tǒng)泄露，則： 6.1 式中 ——抽真空達到的最低壓強(Pa) ——真空室容積(L) ——真空泵抽速(L/s) ——修正系數(shù)，考慮真空系統(tǒng)泄露引入 由上一章計算可知，真空室的長×寬×高為564mm524mm86mm,則： =56452486 =25416096 =25.4L 本設計采用抽速10L/s的旋片式真空泵, 在包裝過程中令真空室的真空度達-0.1Mpa,修正系數(shù)為1.4，帶入6.1式得： = 3s 6.2 真空室放氣時間的計算 真空放氣時間的計算，即時間與氣口直徑的關(guān)系。 放氣現(xiàn)象實質(zhì)上是一種分子運輸現(xiàn)象，放氣時間與擴散管道直徑成反比，與真空室容積成正比： 其中 V——真空室容積(L) d——管道直徑(mm) t——放氣時間(s) K——擴散系數(shù)，K系數(shù)與擴散管道長度和溫度有關(guān)系，在常溫20?C管道長度等于400mm條件下，通過氣態(tài)擴散微分方程求得 因而 6.2 本設計的放氣管道直徑d=16mm,由6.2得=25.4L,帶入6.2式得： = 1s 6.3 工作效率的計算 真空包裝的過程控制，實際上是一連串工序通過時間調(diào)控而實現(xiàn)的, 其效率受到各工序時間的影響, 其單位時間工作循環(huán)計算公式為: 6.3 式中：——工作循環(huán)(1/min)； ——合蓋時間(s)； ——抽真空時間(s)； ——熱封時間(s),一般取1～3s； ——冷卻時間(s),—般取2～3s； ——放氣時間(s)； ——開蓋時間(s)； ——輔助時間(s)。 合蓋時間和開蓋時間,受操作者的速度影響。一般設定為3～4s。 熱封時間與包裝材料有關(guān),而且應配合不同的熱封溫度來選擇, 通過改變熱封電壓可改變熱封溫度, 因此, 應根據(jù)不同的包裝材料選擇不同的熱封電壓以及熱封時間。 冷卻時間的選擇應結(jié)合環(huán)境溫度、時間過長影響包裝效率,過短則影響封口質(zhì)量。 輔助時間主要是人工放置及取出包裝物的時間。 七、總結(jié) 本課題主要是對真空包裝機進行設計。該包裝機為四連桿雙室真空包裝機，兩個下工作室公用一個上工作室，減少了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)能力。 本次設計主要完成的工作是：對系統(tǒng)方案進行分析論證，選擇合適設計方案。為后面的設計做好準備。對連桿，真空室等主要部件進行優(yōu)化設計，尋找出最優(yōu)尺寸，作出包裝機的裝配圖和零件圖。 本學期的畢業(yè)設計中，我學到了不少東西，在機械設計和優(yōu)化設計方面得到很大提高。這次畢業(yè)設計使我對包裝機械有了一定的了解，并且閱讀了一些有關(guān)設計的資料。但是由于時間有限，對包裝機控制系統(tǒng)方面沒有進行設計，還須進一步完善。 八、致謝 本文是在導師XXX的悉心指導下完成的。在大學本科畢業(yè)設計期間， XXX老師在學習、研究和生活方面都給了我精心的指導和莫大的幫助。XXX老師淵博的知識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、為人師表的品格、孜孜不倦的進取精神和富于創(chuàng)新的科學精神，一直感染并激勵著我，給我留下了深刻印象，并將使我終身受益。導師在學業(yè)上的教誨將是學生一生的精神財富，在生活上的關(guān)懷學生將畢生難忘。值此論文完成之際，謹向?qū)熤乱哉\摯和深切的謝意！ 在半年多的學習研究生活，曾得到許多老師和同學的幫助，在此不勝感激。特別要感謝的是同組XXX等同學，在畢業(yè)課題的進行當中，他們自始至終在學習上和生活上都給予本人熱情的幫助，非常欽佩其忘我的工作精神和樂于助人的優(yōu)秀品格，在此表示衷心的感謝。 還要感謝同學XXX同學在試驗裝置的研制方面給予的大量幫助和建議，在試驗及論文撰寫方面也給予了很大的幫助，在此一并表示謝意！ 謹向所有給予關(guān)心和幫助的同學和老師表示衷心感謝！ 最后，要感謝評閱、評議論文和出席論文答辯會的各位專家學者，感謝他們在百忙之中給予的指導和建議。 九、時間安排 1—2周 查找資料（收集國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀，制定課題研究內(nèi)容） 3—4周 翻譯資料，學習電子圖板的使用 5—15周 系統(tǒng)方案分析及選擇，對系統(tǒng)關(guān)鍵部件進行計算，尋求最優(yōu)設計，繪制裝配圖及零件圖。 16—17周 撰寫畢業(yè)論文，準備畢業(yè)答辯 十、參考文獻 [1] 趙延偉，彭國勛.包裝技術(shù)與機械設備.湖南大學出版社,1986 [2] 沈再春.農(nóng)產(chǎn)品加工機械與設備.中國農(nóng)業(yè)出版社，2002.12 [3] 孫鳳蘭，馬喜川.包裝機械概論.印刷工業(yè)出版社，1998.6 [4] 金國斌.現(xiàn)代包裝技術(shù).上海大學出版社，2001.4 [5] 趙淮.包裝機械產(chǎn)品大全.化學工業(yè)出版社，2003.8 [6] 馬桃林.包裝技術(shù).武漢測繪科技大學出版社，1999.6 [7] 許林成.包裝機械原理與設計.上?？茖W技術(shù)出版社，1988.9 [8] 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