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螺旋式自動定量包裝機設計 1 緒論 1.1 本課題的研究內容和意義 隨著人們生活水平的日益提高,對產品的包裝要求也越來越高，自動定量包裝機是輕工業(yè)產業(yè)中必不可少的自動機械之一，我國近些年來包裝工業(yè)發(fā)展迅速，但又在某種程度上受到機械工業(yè)發(fā)展相對滯后的影響。包裝機械發(fā)展較為緩慢，因此進行顆粒包裝機的設計研究具有一定的意義。通過本次也涉及，能夠是我們對包裝機械有一個鉸深的了解，對螺旋式結構，包裝機工作過程進行分析研究并有所創(chuàng)新，同時也培養(yǎng)了對我們所學知識的理解、收集、查閱文獻資料的能力，發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題的能力。 1.2 國內外的發(fā)展概況 國內：我國的包裝機械概況與展望目前我國包裝機械企業(yè)規(guī)模偏小，技術裝備不是很完善，管理水平比較低，自我發(fā)展和技術設計開發(fā)能力較弱，產品品種單一。產品技術含量、附加值較低；新產品開發(fā)周期長，不能及時響應市場需求，及時提供市場、用戶急需的產品。企業(yè)主要精力都花費在量的擴張上，對質的提升、科技進步的投入嚴重不足，產品在低水平上重復；另外，產品安全防護措施較差，安全意識不強。目前我國的包裝機械產品普遍存在質量不穩(wěn)定、性能單一、成本高、技術含量低的狀況。但包裝行業(yè)產品量廣，我們的行業(yè)仍然欣欣向榮，堪稱“朝陽工業(yè)”。 國外：國外包裝機械業(yè)概況美國、日本、德國、意大利是世界上包裝機械四大強國。 美國是世界上包裝機械發(fā)展歷史較長的國家，早已形成了獨立完整的包裝機械體 系，其品種和產量均居世界之首。10多年來，美國始終保持著世界最大包裝機械生 產和消費大 國的地位。其產品以高、大、精、尖產品居多，機械與計算機緊密結合，實現(xiàn)機電一體化控制。新型機械產品中以成型、填充、封口三種機械的增長最快，裹包機和薄膜包裝機占整個市場份額的15%，紙盒封盒包裝機在市場占有率中居第二位。一些大公司 生產的包裝機械集機-電-儀及微機控制于一體， 采用光電感應，以光標控制，并配有 防靜電裝置。其大型自動包裝機不僅包裝容積大，課題的目 的、意義；國 內外技術現(xiàn) 狀及發(fā)展趨 勢 而且能集制袋、稱重、充填、抽真 空、封口等工序在一臺單機上完成。德國包裝機械業(yè)多年來始終處于穩(wěn)定增長狀態(tài)，出口比例占80%左右。德國是世界上最大的包裝機械出口國。 意大利是僅次于德國的第二大包裝機械出口國。 意大利的包裝機械多用于食品工 業(yè)，具有性能優(yōu)良、外觀考究、價格便宜的特點，出口比例占80%左右。目前，世界各國對包裝機械的發(fā)展都十分重視，集機、電、氣、光、生、磁為一 體的高新技術產品不斷涌現(xiàn)。生產高效率化、資源高利用化、產品節(jié)能化、高新技術實用化、科研成果商業(yè)化已成為世界各國包裝機械發(fā)展的趨勢。 1.3 本課題應達到的要求 1.完成對自動定量包裝機機械部分的設計與優(yōu)化，并完成機械部分的二維圖、三維圖。其中機械部分的設計先要對原產品進行測繪，并運用現(xiàn)代設計方法按照要求對其進行優(yōu)化設計。其中包括儲料倉的設計、雙螺旋給料機構的設計、夾袋機構的設計與縫包裝置的設計等。 2.完成PLC控制系統(tǒng)與液壓氣壓控制系統(tǒng)的設計，并對PLC控制系統(tǒng)進行程序編制。其中液壓氣壓系統(tǒng)主要對夾袋裝置的收縮與伸張進行控制，而PLC程序編制采用通用的梯形圖進行，以便于交流運用。 2 機械結構的設計 2.1 雙螺旋給料機的設計 2.1.1 已知參數(shù)和工作條件 本次設計的定量包機裝大螺旋包裝量為1.5t/h，小螺旋為0.9t/h。 2.1.2 螺旋給料機機輸送量和功率計算 水平螺旋給料機的生產率可以按照下邊的經驗公式進行計算: (t/h) (2.1) 式中:—— 機槽內物料的橫斷面積（m2）； —— 被輸送的物料的軸向的運動速度； —— 物料的單位容積重量（t/m3）。 機槽內物料的橫斷面積為 (2.2) 式中:—— 螺旋葉片直徑（m）； —— 機槽的填充系數(shù)，其具體數(shù)據可見下表2-1； —— 傾斜布置的輸送機對的修正系數(shù)，由于本次設計的輸送進料部分是水平方向布置，故其值為1.0； —— 螺旋葉片的形式對輸送量的影響系數(shù)，見表2-2。 表2-1（各種散料的特性系數(shù)） 物料名稱 推薦填充系數(shù) A值 小麥 0.30～0.40 65 稻谷 0.30～0.40 60 面粉 0.30～0.40 40 麩皮、米糠、胚芽 0.20～0.35 40～50 棉籽 0.30～0.35 55 碎油餅 0.25～0.30 40 表2-2（螺旋葉片形式的修正系數(shù)） 葉片形式 滿面式 齒式 帶式 漿式 1.0 0.8 0.7 0.3 查詢糧食工程設計手冊中的關于螺旋輸送軸的有關設計技術要求等，選擇滿面式葉片的螺旋體，根據螺旋給料機螺旋體與螺旋軸的系列推薦尺寸，選擇螺旋體直徑D=160mm，對應的螺旋軸直徑d=36mm。再根據以下公式進行計算 (2.3) 式中:—— 螺旋葉片直徑，以選擇的為160mm； —— 物料的裝滿系數(shù)； —— 螺距，推薦的直徑為160mm的葉片對應的螺距為130mm； —— 螺旋軸轉速（r/min），系列值為60、70、80、90、100、110、120、140、160、190，選擇推薦值100r/min； —— 物料容重，上面表格可查閱； —— 傾斜修正系數(shù)，為水平布置，其值為1.0； —— 螺旋葉片葉形的影響系數(shù)，選擇的為滿面式，其值1.0。 驅動電動機功率（kw）計算公式 (2.4) 式中:—— 給料量，已知數(shù)據是1.5t/h； —— 物料阻力系數(shù)：糧食及其加工產品取1.2～1.3，麥芽、棉籽、糖塊取1.5，蘇打、食鹽取2.5； —— 螺旋給料機的水平投影長度，設計量為1.0m； —— 傾斜輸送時物料提升的高度，向上為+，向下為-本次設計為水平布置，為0； —— 電機功率儲備系數(shù)，取1～1.4； —— 總傳動效率取0.94。 螺距不僅決定著螺旋的升角，還決定著在一定填充系數(shù)下物料運行的滑移面，所以螺距的大小直接影響著物料輸送過程。最大螺距應滿足下列兩個條件: 要考慮螺旋面與物料的摩擦關系以及速度各分量間的適當分布關系兩個條件，來確定最合理的螺距尺寸。 物料顆粒在螺旋面軸向方向上的作用力為為了, 則必須滿足條件。在最小半徑處的螺旋升角是最大的，輸送方向的作用力最小。根據這個條件，最大的許用螺距值，由下式確定 (2.5) (2.6) 若以(D是螺旋的外徑)代人上式，則得 (2.7) 另外，在確定最大的許用螺距時，必須滿足的第二個條件是建立在使物料顆粒具有最合理的速度各分量間的關系的基礎上的，即應使物料顆粒具有盡可能大的軸向給料速度，同時又使螺旋面上各點的軸向輸送速度大于圓周速度。螺距的大小將影響速度各分量的分布。當螺距增加時，雖然軸向輸送速度增大，但是會出現(xiàn)圓周速度不恰當?shù)姆植记闆r;相反，當螺距較小時，速度各分量的分布情況較好，但是軸向輸送速度卻較小。于是，根據在螺旋圓周處的的條件。 (2.8) 即 (2.9) 可得出 (2.10) 所以，需要滿足，和兩個條件。 物料的摩擦系數(shù)同物料在料槽里的運動取向、運動速度、物料的尺寸、濕度以及螺旋葉片材料及表面狀態(tài)等有關。輸送物料的摩擦系數(shù)可參考連續(xù)運輸機設計手冊。通?？砂聪率接嬎懵菥? (2.11) 對于標準的螺旋輸送機，值一般取為0.8～1。當傾斜布置或輸送物料流動性較差時；當水平布置，可取值等于0.8～1。 故取，那么大螺旋螺距為=0.50m，小螺旋螺旋為=0.25m。 螺旋軸徑的大小與螺距有關，因為兩者共同決定了螺旋葉片的升角，也就決定了物料的滑移方向及速度分布，所以應從考慮螺旋面與物料的摩擦關系以及速度各分量的適當分布來確定最理的軸徑與螺距之間的關系。 圖2.1(螺旋葉片受力分析) 從上圖可以看出，物料在螺旋面上軸向受力分量為 （α為螺旋升角） (2.12) 式中:a角是由物料對螺旋面的摩擦角P以及螺旋表面粗糙程度決定的。對于一般熱壓或用冷扎鋼板拉制的螺旋片表面，可以忽略螺旋葉面粗糙程度對9)角的影響，此時可認為。所以， (2.13) 因為螺旋升角a在葉片根部最大，此處的輸送方向(軸向)作用力最小。與應滿足關系之一是，即。將，帶入上式并整理得出： (2.14) 確定最小軸徑還應滿足的第二個條件是物料具有盡可能大的軸向速度，同時螺旋面上各點的軸向速度大于圓周速度。 圓周速度和軸向速度分別為 (2.15) (2.16) 圖2.2 (螺旋葉片速度分析) 要使得螺旋面在葉片根部的軸向速度大于圓周速度，得出 (2.17) 根據上式計算，當取0.3，時，；當u值增加時，還增加，也就是說，根據上式計算得出的軸徑相當大，這勢必降低有效輸送截面為了保證足夠的有效輸送截面從而保證輸送能力，就得加大結構，使得輸送機結構粗大笨重，成本提高。所以，螺旋軸徑與螺距的關系應是輸送功能與結構的合。在能夠滿足輸送要求的前提下，應盡可能使結構緊湊。由于這種場合使用的輸送機填充系數(shù)較低，只要保證靠近葉片外側的物料具有較大的軸向速度，且向速度大于圓周速度即可。經綜合分析可得大螺旋軸直徑d1=35mm,小螺旋直徑d2=65mm。 由于螺旋給料機夠屬于小型的連續(xù)輸送設備，結構簡單。在輸送物料的時候，對于螺旋軸徑所占據的截面，對輸送能力有一定的影響。所以在輸送能力計算時不能忽略軸徑所占的截面。 由輸送量公式 (2.18) 可以得出轉速 (2.19) 式中，為螺旋轉數(shù)(r/ min)，s為螺旋螺距(m)，為螺旋葉片外徑與料槽內壁最小間隙，一般λ為5～15mm。 一般說來 ，螺旋轉速加快，生產能力提高。但是當轉速超過一定的極限值時，物料會因為離心力過大而向外拋，以致無法輸送，所以轉速n還需要有一定的限定，不能超過某一極限值。 實際轉速與最大轉速之間有一定的限定關系 (2.20） (2.21） 式中：，—— 螺旋直徑(m)，—— 物料綜合特性系數(shù)。 如果計算得到的轉速太高，則應對計算出的螺旋軸徑、、 值適當調整查表可得=35，又有=0.250m。計算可得：極限轉速=70（r/m）。圓整為下列轉速：20、30、35、45、60、75、90、120、150、190r/min。故取大螺旋轉速為=60r/min，小螺旋轉速為=45r/min。 螺旋給料機的驅動功率，是用于克服在物料輸送過程中的各種阻力所消耗的能量，主要包括以下幾個部分。 1）使被運物料提升高度H(水平或傾斜)所需的能量； 2）被運物料對料槽壁和螺旋面的摩擦所引起的能量消耗； 3）物料內部顆粒間的相互摩擦引起的能量消耗； 4）物料沿料槽運動造成在止推軸承處的摩擦引起的能量消耗； 5）中間軸承和末端軸承處的摩擦引起的能量消耗。 從另外的角度,可以這樣分，物料與料槽間摩擦消耗的功率；物料與螺旋葉片間摩擦消耗的功率；軸承處摩擦消耗的功率；提升物料及物料顆粒間相互運動消耗的功率。 這樣，螺旋給料機的電動機驅動功率，就由機構運動過程中所產生的阻力來決定的。阻力主要由以下幾個部分組成。 1）物料與料槽之間的磨擦力阻力； 2）物料對螺旋的摩擦阻力； 3）物料傾斜向上輸送時的阻力； 4）物料懸掛軸承下的堆積阻力； 5）物料被攪拌所產生的阻力； 6）軸承的摩擦阻力。 2.1.3 螺旋給料機進出料口裝置 螺旋輸送機的出料口有方形出料口、手推式出料口和齒條式出料口三種，后兩種出料口拉板的開閉方向，按安裝不同分為右裝、左裝兩種。 右裝——站在螺旋機頭節(jié)往尾節(jié)看，拉板向右拉開； 左裝——站在螺旋機頭節(jié)往尾節(jié)看，拉板向左拉開。 圖2.3(進料口) 圖2.4(出料口) 2.1.4 槽體的設計 圖2.5(槽體) 如圖2.5所示，水平慢速螺旋給料機的料槽通常用2～4mm厚的薄鋼板構成成。橫斷面兩側壁垂直，底部為半圓形，每節(jié)料槽的端部和側壁上端均用角鋼加固，以保證料槽的剛度，實現(xiàn)節(jié)與節(jié)間、頂部蓋板與料槽的連接，料槽底部應設置鑄鐵件或角鋼焊接件的支承腳。底部半圓的內徑應比螺旋葉片直徑大4～8mm。垂直快速螺旋輸送機料槽橫斷面為圓形，通常采用薄壁無縫鋼管制成。不銹鋼或薄鋼板制成園筒或帶有垂直側邊的U形槽，為了便于連接和增加剛性，在料槽的縱向邊緣及各節(jié)段的橫向接口處都焊有角鋼，料槽有時也用木板制成，其半圓形槽底包有鐵片，每隔2～3(米)設支架一個，槽用可拆卸的蓋子蓋在上面。料槽的內直徑要稍大于螺旋直徑，使兩者之間有一間隙。螺旋和料槽制造、裝配愈精確間隙可愈小。這對減少磨這對減少磨損和動力消耗非常重要，一般間隙為6.0～9.5毫米。 2.1.5 螺旋給料機安裝技術條件 螺旋機安裝的正確性是以后使用情況良好的先決條件之一，其在使用地點的安裝必須妥善地進行，并滿足技術條件的要求。 （1）螺旋機安裝基礎至少應在螺旋機正式安裝以前20天澆灌完成,該基礎應能可靠地支承輸送機并保證不同地基過小而發(fā)生螺旋機下沉和額外的變化,保證螺旋機在運轉時具有足夠穩(wěn)定性。 （2）螺旋機在安裝以前必須將那些在運輸中或卸箱時粘上的塵垢的機件加以清洗。 （3）相鄰機殼法蘭石應連接平整、密合，機殼內表面接頭處錯位偏差不超過2mm。 （4）機殼法蘭間允許墊石棉調整機殼和螺旋長度的積累誤差。 （5） 外徑與機殼間的間隙應符合，表2-3規(guī)定最小間隙不得少于表中規(guī)定數(shù)值的60%，需要大間隙，按用戶要求制作。 表2-3（mm）（外徑與機殼間間隙） 螺旋公稱直徑D 100 160 250 315 400 500 630 800 1000 1250 間隙 6 10 12.5 15 20 （6）螺旋機各中間懸吊軸承應可靠地固定在機殼吊耳上，與相鄰螺旋聯(lián)連后螺旋轉動均勻，沒有被卡住現(xiàn)象，安裝時可在吊軸承底座與機殼吊耳間加調整墊片以保證各吊軸承同軸安裝后螺旋體軸線的同軸度應符合表2-4規(guī)定。 表2-4（螺旋體軸線同軸度） 螺旋機長度(cm) 3~15 >15~30 >30~50 >50~70 同軸度(mm) Ф3.0 Ф4.0 Ф5.0 Ф5.0 （7）螺旋機主軸與減速電器的同軸度應符合GB1184-80《形狀和位置工差,未注公差的規(guī)定》附表4中10級的規(guī)定。 （8）螺旋機的各底座在機殼裝妥后，均應使之著實后再擰緊地腳螺釘。 （9）所有聯(lián)結螺釘均應擰緊至可靠的程度。 （10）進出料口現(xiàn)場安裝應使進出料口的法蘭支承面與螺旋機的本體軸線平行，與相連接的法蘭應緊密貼合，不得有間隙。 （11）螺旋機裝妥后應檢查各存油處是否人足夠潤滑油，不夠則加足之，其后進行無負載試車；在連續(xù)進行4小時以上試運轉后，檢查螺旋機裝配的正確性，發(fā)現(xiàn)不符合下列條件的應即停車，處理后再運轉，直至處于良好運行狀態(tài)為止。 2.1.6 傳動裝置的選擇 （1）傳動裝置總體設計： 1）組成：傳動裝置由電機、鏈輪、工作機組成； 2）特點：齒輪沿軸向載荷分布不均勻，要求軸有較大的剛度； 3）確定傳動方案：1—電動機；2—聯(lián)軸器；3—鏈輪；4—聯(lián)軸器；5—工作機。 （2）電機的選擇 表2-5（大小螺旋電機規(guī)格） 大螺旋 小螺旋 電機的型號 G3LM-32-20-150 G3LM-22-25-T040 功率 1.5KW 0.4KW 電壓 AC220V AC220V 2.1.7 螺旋輸送機的使用與維護 螺旋給料機是用來對粉狀、粒狀、小塊狀物料的一般用途的給料設備，各種軸承均處于灰塵中工作，因此在這樣工況條件下的螺旋機的合理操作與保養(yǎng)就具有更大的意義，螺旋機的操作和保養(yǎng)主要要求如下。 （1）螺旋機應無負載起動，即在機殼內沒有物料時起動，起動后方能向螺旋機給料。 （2）螺旋機初始給料時，應逐步增加給料速度至達到額定輸送能力，給料應均勻，否則容易造成輸送物料的積塞，驅動裝置的過載，使整臺機器早日損壞。 （3）為了保證螺旋機無負載起動的要求，輸送機在停車前應停止加料，等機殼內物料完全輸盡后方可停止運轉。 （4）被輸送物料內不得混入堅硬的大塊物料，避免螺旋卡死而造成螺旋機的損壞。 （5）在使用中經常檢視螺旋機各部位的工作狀態(tài)，注意各緊固機件是否松動，如果發(fā)現(xiàn)機件松動，則應立即擰緊螺釘，使之重新緊固。 （6）應當特別注意螺旋管與聯(lián)接軸間的螺釘是否松動，如發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象應立即停止，矯正之。 （7）螺旋機的機蓋在機器運轉時不應取下，以免發(fā)生事故。 （8）螺旋機運轉中發(fā)生不正?，F(xiàn)象均應加以檢查，并消除之，不得強行運轉。 （9）螺旋機各運動機件應經常加潤滑油。 1）驅動裝置的減速器應按其說明書要求潤滑； 2）螺旋機兩端軸承箱內用鋰基潤滑脂，每半月注入一次約5克； 3）螺旋機吊軸承，選用M1類別，其中80000型軸承浸在融化了潤滑脂中與潤滑脂一道冷卻，重新裝好后使用；如尼龍密封圈損壞應及時更換，使用一年，用以上方法再保養(yǎng)一次，可獲良好效果； 4）螺旋機吊軸承，選用M2類別，每班加注潤滑脂，每個吊軸承瓦注脂約5克，高溫物料應使用ZN2鈉基潤滑脂《GB492-77》，采用自潤滑軸瓦，也應加入少量潤滑脂； 5）螺旋給料機機的保養(yǎng)，俗稱日?；虬啾＃胁僮魅藛T進行。它的主要內容是班前外觀目檢，加油潤滑，空載運行，精心操作，班后清料。不管情況如何，均應在交接記錄上如實載明備查。 2.2 稱重傳感器的設計 2.2.1 稱重裝置的結構形式選擇 （1）集裝袋定量包裝機的稱量形式基本分為毛重式和凈重式。連同包裝袋一起進行稱重的方式稱為毛重式（圖2.6a),采用稱量斗對物料進行稱重后再充填到包裝袋的方式為凈重式（圖2.6b）。圖2.6a: 該種包裝機工作過程是直接將圖 1a 所示料包 1內的待稱物料充填到包裝袋2,在充填的同時對袋 內物料進行稱量,當被稱物料的重量達到設定值時,充填自動停止。由于是連同包裝袋一起稱量的,所以稱之為毛重式包裝機。圖2.6b:先由稱量斗4對物料進行稱量，然后再將物料充填到包裝袋內，稱量充填分2步完成。其特點是包裝速生產能力大，但設備體積大，設備土建投資相對也大。 （2）稱量精度兩種包裝機工作形式的比較 1）稱量精度 兩種工作形式的稱量精度基本相同。 圖2.6（稱量裝置結構形式) 2）包裝能力 毛重式包裝機最快工作速度為60 s/ 袋；凈重式包裝機最快速度為40s/袋。 3）設備價格 毛重式包裝機價格較低,凈重式包裝機價格比毛重式約高1倍。 4）占用空間 毛重式包裝機占用空間高度約為 3～4 m,凈重式約為 6～8 m 。 通過比較,我們認為在包裝能力沒有特別要求的情況下,采用凈重式包裝機是較佳的選擇。 2.2.2 結構改進 （1）毛重式稱重機構采用杠桿原理，在傳感器普及之前被廣泛使用。但其稱量度較低，在包裝時容易產生誤差。目前普遍使用壓力稱重傳感器稱重提高了效率與精確度。結構上，本文將舍棄杠桿結構，直接將稱量桶吊裝到稱量傳感器上。 （2）稱量裝置的壁頂部加裝一個小型1/4圓形加強肋，防止落料桶受力變形。 （3）稱量裝置的吊架直接采用角鋼，剛性較好另外在與吊裝傳感器的螺栓兩邊加裝加強肋，防止橫梁變形。 （4）稱量裝置落料桶口蓋的結構改進，機電包裝機的桶蓋與桶身及氣缸的連接桿是直接焊接在一起的，不能活動。桶蓋的自由度與連接桿一樣，只能繞轉動副在豎直方向轉動。這樣的話 一旦轉動副松動或連接桿變形，桶蓋與桶口的接觸關系就會被破壞，造成密封不良。本文將桶蓋與連接桿間又加了一個轉動副，這樣桶蓋的受力方向只能豎直向上，即使出現(xiàn)轉動副松動，桶蓋仍然能夠與桶口保持密切接觸。另外，可以在需要時在桶蓋內側加裝橡膠密封墊，以適應對不同的物料的稱量。 2.2.3 秤體結構： 秤體由秤架和稱量器組成。秤架將給料裝置、稱量器、下料槽連成一體。氣動控制箱裝在框架的一側，內置傳感器接線盒、電磁閥等。端面用于安裝傳感器結構件。 稱量器由秤斗及稱重傳感器等組成，秤斗一側水平放置放料氣缸，用于秤斗放料門的開啟/閉合。 圖 2.7(稱重裝置) 2.2.4 稱量桶材料選擇 由于稱重裝置要求稱量精度，而且稱量的物料（化肥）含有化學成分，會有腐蝕金屬的現(xiàn)象。為了保證稱量精度和稱重裝置的整體結構及功能性，本文選擇了白鐵皮、不銹鋼板作為候選稱量桶的制作材料。 2.2.5 稱體容積選擇 考慮到重力式顆粒料定量包裝機工作的連續(xù)性，儲料斗內的糧食至少要保證兩次包裝所需的質量，即50kg。由于是雙稱包裝，以實現(xiàn)必要時粒料分別稱重與混合。 每個稱重桶的容積為 儲料斗的容量為 由于容重ρ的取值關系到儲料斗所裝糧食的最小質量，因此在本文中以容重較輕的大米為例來進行計算 由計算結果可知，儲料斗容積是滿足要求的。 2.3 縫包裝置的選擇 根據機臺要求課選擇GK35-2C型縫包機，改款縫包機采用銅合金連桿和軸套及滾動軸承運動設計合理，油杯滴注、手動注油結合毛氈注油潤滑，半自動機械剪線裝置，零件耐磨、縫紉熟度高噪音低、維修方便，使用壽命長等特點。 2.4 儲料倉的設計 儲料斗的形狀上大下小，與螺旋給料裝置用法蘭連接并配有手動插板閥門，用于調整下料流量及維護檢修用。側面裝有上、下料位計，用以檢測儲料斗的料位。達到低料位是，告知系統(tǒng)暫停灌包，等待加料;達到高料位時，控制上料機停止輸料，其結構簡圖如圖2.8。 圖2.8(儲料倉) 2.5 帶式輸送機選擇 帶式輸送機選用J型驅動裝置，最大功率及配套見表2-6。 表2-6（J型驅動裝置最大功率及配套） 規(guī)格 轉速(r/min) 輸送量(m3/h) 驅動裝置 許用長度(m) 電動機型號 減速器型號 LS200 100 13 Y90L-4-1.5 ZQ25-i6-I 16 Y100L1-4-2.2 ZQ25-i6-I 23 Y100L2-4-3 ZQ35-i6-I 30 Y112M-4-4 ZQ35-i6-I 35 80 10 Y100L1-4-2.2 ZQ35-i5-I 27 Y100L2-4-3 ZQ35-i5-I 35 63 8 Y90L-4-1.5 ZQ25-i4-I 25 Y100L1-4-2.2 ZQ35-i4-I 35 50 6.2 Y90L-4-1.5 ZQ35-i3-I 27 Y100L1-4-2.2 ZQ35-i3-I 35 LS250 90 22 Y100L1-4-2.2 ZQ25-i6-I 14 Y100L2-4-3 ZQ25-i6-I 19 Y112M-4-4 ZQ35-i6-I 25 Y132S-4-5.5 ZQ35-i6-I 35 71 18 Y100L1-4-2.2 ZQ35-i5-I 14 Y100L2-4-3 ZQ35-i5-I 21 Y112M-4-4 ZQ35-i5-I 28 Y90L-4-1.5 ZQ25-i4-I 25 Y100L1-4-2.2 ZQ35-i4-I 35 Y90L-4-1.5 ZQ35-i3-I 27 Y100L1-4-2.2 ZQ35-i3-I 35 續(xù)表2-6 LS250 轉速(r/min) 輸送量(m3/h) 驅動裝置 許用長度 (m) 電動機型號 減速器型號 56 14 Y132S-4-5.5 ZQ40-i5-I 35 Y90L-4-1.5 ZQ25-i4-I 14 Y100L1-4-2.2 ZQ35-i4-I 21 Y100L2-4-3 ZQ35-i4-I 29 Y112M-4-4 ZQ35-i4-I 35 45 11 Y90L-4-1.5 ZQ35-i3-I 17 Y100L1-4-2.2 ZQ35-i3-I 25 Y100L2-4-3 ZQ35-i3-I 35 LS315 80 31 Y100L1-4-2.2 ZQ35-i5-I 8 Y112M-4-4 ZQ35-i5-I 15 Y132S-4-5.5 ZQ40-i5-I 20 Y132M-4-7.5 ZQ40-i5-I 27 Y160M-4-11 ZQ50-i5-I 35 63 24 Y100L1-4-2.2 ZQ35-i4-I 9 Y100L2-4-3 ZQ35-i4-I 13 Y112M-4-4 ZQ35-i4-I 18 LS315 63 24 Y132S-4-5.5 ZQ40-i4-I 25 Y132M-4-7.5 ZQ40-i4-I 35 50 19 Y90L-4-1.5 ZQ35-i3-I 8 Y100L1-4-2.2 ZQ35-i3-I 12 Y100L2-4-3 ZQ35-i3-I 17 Y112M-4-4 ZQ40-i3-I 23 Y132S-4-5.5 ZQ40-i3-I 30 40 15.4 Y100L-6-1.5 ZQ35-i4-I 10 Y112M-6-2.2 ZQ35-i4-I 15 Y132S-6-3 ZQ40-i4-I 20 Y132M1-6-4 ZQ40-i4-I 27 Y132M2-6-5.5 ZQ40-i4-I 35 LS400 71 62 Y132M1-6-4 ZQ35-i7-I 8 Y132M2-6-5.5 ZQ35-i7-I 12 Y160M-6-7.5 ZQ40-i7-I 16 Y160L-6-11 ZQ40-i7-I 24 Y180L-6-15 ZQ50-i7-I 32 Y132M2-6-5.5 ZQ40-i6-I 14 Y160M-6-7.5 ZQ40-i6-I 19 Y160L-6-11 ZQ50-i6-I 26 Y180L-6-15 ZQ50-i6-I 35 Y132M1-6-4 ZQ40-i4-I 10 Y132M2-6-5.5 ZQ40-i4-I 14 Y160M-6-7.5 ZQ50-i4-I 19 Y160L-6-11 ZQ65-i4-I 26 Y180L-6-15 ZQ65-i4-I 35 Y132M2-6-5.5 ZQ40-i4-I 35 續(xù)表2-6 規(guī)格 轉速(r/min) 輸送量(m3/h) 驅動裝置 許用長度(m) 電動機型號 減速器型號 LS400 56 49 Y132S-6-3 ZQ35-i6-I 8 Y132M1-6-4 ZQ35-i6-I 10 Y132M2-6-5.5 ZQ40-i6-I 14 Y160M-6-7.5 ZQ40-i6-I 19 Y160L-6-11 ZQ50-i6-I 26 Y180L-6-15 ZQ50-i6-I 35 45 39 Y132M1-6-4 ZQ40-i4-I 10 Y132M2-6-5.5 ZQ40-i4-I 14 Y160M-6-7.5 ZQ50-i4-I 19 Y160L-6-11 ZQ65-i4-I 26 Y180L-6-15 ZQ65-i4-I 35 36 31 Y112M-6-2.2 ZQ40-i3-I 9 Y132S-6-3 ZQ40-i3-I 13 Y132M1-6-4 ZQ40-i3-I 17 Y132M2-6-5.5 ZQ50-i3-I 24 Y160M-6-7.5 ZQ65-i3-I 32 Y160L-6-11 ZQ65-i3-I 35 LS500 63 98 Y132M2-6-5.5 ZQ40-i6-I 8 63 98 Y160M-6-7.5 ZQ40-i6-I 11 Y160L-6-11 ZQ50-i6-I 16 Y180L-6-15 ZQ50-i6-I 22 Y180M-4-18.5 ZQ65-i4-I 27 Y180L-4-22 ZQ65-i4-I 33 40 62 Y132M2-6-5.5 ZQ40-i5-I 8 Y160M-6-7.5 ZQ50-i5-I 13 Y160L-6-11 ZQ65-i5-I 20 Y180L-6-15 ZQ65-i5-I 27 Y200L1-6-18.5 ZQ65-i5-I 34 32 50 Y132S-6-3 ZQ40-i3-I 8 Y132M1-6-4 ZQ50-i3-I 11 Y200L1-6-18.5 ZQ65-i5-I 34 Y132S-6-3 ZQ40-i3-I 8 Y132M1-6-4 ZQ50-i3-I 11 25 45 Y132M1-6-4 ZQ50-i2-I 8 Y132M2-6-5.5 ZQ65-i2-I 11 Y160M-6-7.5 ZQ65-i2-I 15 Y160L-6-11 ZQ65-i2-I 22 Y180L-6-1.5 ZQ75-i2-I 30 Y225S-8-18.5 ZQ75-i2-I 35 Y160M-6-7.5 ZQ65-i3-I 21 Y160L-6-11 ZQ65-i3-I 30 Y180L-6-15 ZQ65-i3-I 35 Y132M2-6-5.5 ZQ40-i5-I 4.5 續(xù)表2-6 規(guī)格 轉速(r/min) 輸送量(m3/h) 驅動裝置 許用長度(m) 電動機型號 減速器型號 LS630 50 140 Y160M-6-7.5 ZQ65-i3-I 21 Y160L-6-11 ZQ65-i3-I 30 Y180L-6-15 ZQ65-i3-I 35 Y132M2-6-5.5 ZQ40-i5-I 4.5 Y160M-6-7.5 ZQ50-i3-I 7 Y160L-6-11 ZQ65-i5-I 11 Y180L-6-15 ZQ65-i5-I 15 Y200L1-6-18.5 ZQ65-i5-I 19 Y200L2-6-22 ZQ65-i5-I 22 Y225M-6-30 ZQ75-i5-I 29 Y250M-6-37 ZQ75-i5-I 35 40 112 Y160M-6-7.5 ZQ50-i4-I 9 Y160L-6-11 ZQ65-i4-I 14 Y180L-6-15 ZQ65-i4-I 19 Y200L1-6-18.5 ZQ65-i4-I 24 Y200L2-6-22 ZQ65-i4-I 29 Y225M-6-30 ZQ75-i4-I 35 32 90 Y132M2-6-5.5 ZQ50-i3-I 9 Y160M-6-7.5 ZQ65-i3-I 12 Y160L-6-11 ZQ65-i3-I 18 Y180L-6-15 ZQ65-i3-I 24 Y200L1-6-18.5 ZQ75-i3-I 30 Y200L2-6-22 ZQ75-i3-I 35 Y160L-6-11 ZQ65-i3-I 18 LS630 25 77 Y132M1-6-4 ZQ50-i2-I 8 Y132M2-6-5.5 ZQ65-i2-I 11 Y160M-6-7.5 ZQ65-i2-I 15 Y160L-6-11 ZQ65-i2-I 22 Y180L-6-1.5 ZQ75-i2-I 30 Y225S-8-18.5 ZQ75-i2-I 35 查表2.6我們選擇電動機Y90L-4-1.5以及減速器ZQ35-i3-I驅動裝置。 2.6 夾袋裝置的設計 因為包裝物品出料口是豎直方向圓筒，所以夾緊桿處于夾緊位置時應處于豎直方向，此時加緊點與轉動點的豎直距離為0.196m。處于夾緊位置時，其豎直方向桿長130mm，傾斜方向桿長130mm，由于擺桿擺動角度為5°，則夾緊桿擺動也為5°，其從夾緊狀態(tài)轉到放松狀態(tài)中，經過計算，其水平移動距離36mm，以可以輕松裝上面粉袋，設計可用。為了便于套裝面粉袋，所以出料筒要比面粉袋口直徑小，將出料口直徑定為250mm。由于擺動角度5°，其擺動角度不大，且在凸輪旋轉一圈的過程中，擺桿只有4s鐘繞軸轉動，其他的56s時間都處于靜止，所以其轉動軸對摩擦不敏感，將連接擺桿與夾緊桿的轉動軸懸掛于機床上，潤滑采用脂潤滑。圖2.9為夾緊桿處于夾緊位置時，擺桿、夾料筒的位置。 圖2.9（夾袋裝置） 3 螺旋式包裝機的PLC設計 3.1 PLC簡介 S7-200S屬于模塊式PLC，主要由機架、CPU模塊、信號模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊和編程設備組成。如圖3.1為PLC控制系統(tǒng)示意圖。 圖3.1(PLC控制系統(tǒng)示意圖) 3.2 PLC設計 3.2.1 硬件配置 （1）PLC選用 S7-200型 （2）電源選用 PS307型 （3）CPU選用 CPU221型 （4）輸入模塊選用 數(shù)字量為16點的輸入模塊（SM321 DI16×DC24V） （5）輸出模塊選用 數(shù)字量為16點的輸出模塊（SM322 DO16×DC24V/0.5A） （6）模擬量模塊 模擬量為8通道輸入模塊（SM331 AI8×16bit） （7）根據地址分配表，數(shù)字量輸入I0.0到I1.1為10個端口，另外還有BCD撥碼開關要用到12（3位×4）個端口，一共22個端口，321為16點輸入，所以要用到兩個數(shù)字量輸入模塊；數(shù)字量輸出Q0.0到Q0.8一共13個端口，故選用一個輸出模塊；模擬量位數(shù)選定方法如下, 擬量模塊能滿足測量重量小于20g的精度要求,故需14位的模擬量模塊（200kg/2^13=0.024kg,200kg/2^14=0.012kg）。 3.2.1 程序流程圖 程序流程圖如圖3.2 圖3.2（程序流程圖） 3.2.3 I/O地址及符號地址表 I/O地址及符號地址表3-1： 表3-1（程序流程圖） I0.0 啟動按鈕 I0.1 停止按鈕 I0.2 掉袋位信號 I0.3 上料位信號 I0.4 下料位信號 I0.5 故障信號 I0.6 緊停信號 I0.7 復位信號 I1.0 壓袋位信號 I1.1 計數(shù)器清零信號 Q0.0 啟動皮帶輸送電機 Q0.1 啟動粗給料電機 Q0.2 啟動細給料機 Q0.3 袋ok信號 Q0.4 打開粗流閥信號 Q0.5 打開細流閥信號 續(xù)表3-1 Q0.6 產生推袋閥信號 T33~T34 啟動延時定時器 T35~T36 停止延時定時器 IW10 每袋水泥的設定重量（BCD輸入） PIW10 稱重傳感器輸入重量 DB1.DBW100 保存袋數(shù) DB1.DBW110 保存總重量 3.3.4 程序設計及說明 設計思路： （1）首先順序延時啟動各個電機,利用定時器順序觸發(fā),反序延時停止的程序類似。 （2）通過在各個電機輸出前加一個常閉開關實現(xiàn)緊停,或故障停止。 （3）通過數(shù)字量輸入模塊加BCD撥碼開關設定目標重量，由于輸入的是BCD數(shù)（IW10），故需要將其各個位（百位、十位、個位）分別取出再進行BCD-I轉換，由于比較量為浮點型，故將其轉換成32位浮點數(shù)。 （4）傳感器輸入的是實際袋重量（PIW10），將其轉換成浮點型，以便于比較。 （5）DB塊DB1.DBW100,DB1.DBD110分別保存袋數(shù)與總重量運用ADD指令實現(xiàn)累加。 梯形圖程序如下： 圖3.4（Network 1） 圖3.5（Network 2） 圖3.6（Network 3） 圖3.7（Network 4） 圖3.8（Network 5） 圖3.9（Network 6） 圖3.10（Network 7） 圖3.12（Network 8） 圖3.13（Network 9） 圖3.13（Network 10，11） 圖3.13（Network 12） 圖3.14（Network 13） 圖3.15（Network 14） 圖3.16（Network 15） 圖3.17（Network 16） 圖3.18（Network 17） 圖3.19（Network 18） 圖3.20（Network 19） 圖3.21（Network 20） 圖3.22（Network 21） 圖3.23（Network 22） 圖3.24（Network 23） 3.2.5 設計心得 （1）硬件組態(tài)是PLC控制的關鍵部分，要正確配置各個模塊需要對輸入輸出變量有個全局的把握，例如模擬量的位數(shù)決定分辨率或精度，總的輸入輸出點數(shù)，決定各個模塊的個數(shù)。組態(tài)過程中還要記錄下各個模塊的端口地址，以方便編程。程序設計也是PLC控制的重要組成部分，程序的好壞直接決定了控制的優(yōu)劣。設計中要結合外部開關按鈕的類型，不同的按鈕可能程序有所不同，例如，要對外部輸出進行保持，當外部開關是自鎖型的，程序就不一定要自鎖，反之則需要自鎖。要充分利用各個模塊的端口，正確分配地址。 （2）完成整個設計后，熟悉了PLC硬件組態(tài)及編程過程，初步學會了用PLC對簡單實際過程進行控制，同時也感覺到看似簡單的過程，在進行實際運行時，會產生一系列問題，需要不斷調試以滿足要求。 4 氣動控制系統(tǒng)設計 4.1 氣壓控制系統(tǒng)的簡單介紹 氣壓傳動是以壓說空氣為工作介質傳遞力和信息的傳動方式，是流體傳動與控制的一個分支。氣動系統(tǒng)是將氣源裝置產生具有一定壓力能的壓縮氣體，經管道和中指閥類元件輸送到執(zhí)行元件，以實現(xiàn)在工程中的應用。 組成氣動控制系統(tǒng)的元件和裝置及儲存、凈化等輔助裝置，為氣動系統(tǒng)提供符合要求的壓縮氣體。 （1）氣源裝置 壓縮空氣的發(fā)生裝置及儲存、凈化等輔助裝置，為氣動系統(tǒng)提供符合要求的壓縮氣體。 （2）氣動執(zhí)行元件 將壓縮空氣的壓力能轉換成機械能，并完成相應動作的元件，如氣缸、氣馬達等。 （3）氣動控制元件 控制氣流壓力、流量和方向的元件，如各種控制閥。 （4）氣動邏輯元件 能完成一定邏輯功能的控制元件。 （5）其他氣動元件 氣動系統(tǒng)中的輔助元件，如消音器、氣動傳感器及信號處理裝置，以及相應的元器件。 4.2 氣壓控制的設計 4.2.1 設計思路 根據課題要求必須完成夾袋裝置的伸張和壓縮，給料門以及料斗門的關和開的動作，這幾個動作用氣壓缸來實現(xiàn)，通過電磁閥的動作使氣功做往復運動。氣動控制系統(tǒng)是有氣壓元件組成的控制系統(tǒng)，即執(zhí)行元件能夠自動、快速而準確地按照輸入信號的變化規(guī)律而動作。在氣動控制系統(tǒng)中，氣動發(fā)生裝置一般為空氣壓縮機，它將原動機供給的機械能轉換為氣體的壓力能；氣動執(zhí)行元件則將壓力能轉化為機械能，完成規(guī)定動作；在這兩部分之間，根據機械或設備工作循環(huán)運動的需求、按一定順序將各種控制元件（壓力控制閥、流量控制閥、方向控制閥和邏輯元件）、傳感元件和氣動輔助件連接起來。 為方便說明，下面就以一個簡單的氣動控制系統(tǒng)為例，如圖4-1所示。 圖4.1 （剪切機氣壓傳動系統(tǒng)的原理圖） 圖示位置為棒料被剪前的狀態(tài)，由氣源裝置及其輔助元件產生壓縮空氣，經二位四通換向閥進入汽缸的上腔，汽缸下腔的壓縮空氣通過二位四通換向閥排入大氣。此時，剪口張開，剪切機處于預備工作狀態(tài)。 當送料裝置將棒料送入剪切機，并限位于二位二通機動閥左端的頂桿時，機動閥的頂桿受壓而使閥內通路打開，換向閥的控制腔（上）便與大氣相通，閥芯受彈簧力的作用而下移，此時，汽缸活塞向上運動，帶動剪刃將棒料切斷。棒料剪下后，即與機動閥脫開，機動閥復位，所有的排氣通道被封死，換向閥的控制腔（上）氣壓升高，迫使閥芯上移，氣路換向，汽缸活塞帶動剪刃復位，準備第二次進料剪切。 4.2.2 氣動控制系統(tǒng)的設計 如圖4.2所示為氣動控制系統(tǒng)圖。 圖4.2（氣動控制系統(tǒng)圖） （1）氣動三聯(lián)件 如圖4.3所示,氣動三聯(lián)件有過濾器、減壓閥和流量組成，控制壓力在 0.4MPa——0.6MPa之間。 圖4.3（氣動三聯(lián)件） （2）單向節(jié)流回路 根據螺旋自動定量包裝機氣動控制系統(tǒng)的速度的要求，此回路設計的是單向節(jié)流調速。節(jié)流調速回路是由定量空氣壓縮機和流量閥及單向閥組成的的調速回路，可以通過調節(jié)流量閥通流面積來控制流入或流出執(zhí)行元件的流量，從而調節(jié)執(zhí)行元件的運動速度。如圖4.4所示，當接通換向閥左位時，壓縮氣流通過節(jié)流閥和單向閥進入氣缸左腔，氣缸右腔的氣流通過節(jié)流閥而不能通過單向閥經換向閥排出，氣缸活塞向右運動。反之，當換向閥右位接通時氣缸活塞向左運動。圖4.5為單向節(jié)流閥的實物圖。 圖4.4 (單向節(jié)流回路圖) 圖4.5（單項節(jié)流閥） （3）消聲器 消聲器是控制空氣動力性噪聲往外傳播的有效設備。它可以看作是管道系統(tǒng)的一個組成部分，在內部做聲學處理后，可以減弱噪聲的產生與傳播，且不影響氣流通過，在空氣動力性機械設備進、出口氣流道口安裝一臺消聲器，可以使進、出口噪聲消聲量達到10-40db(A)，相應地響度降低50%-93%，主觀感覺有明顯效果。 圖4.6(消聲器) （4） 關鍵接頭的選擇 管件是將管子聯(lián)接成管路的零件，在管道系統(tǒng)中起連接、控制、變向、分流、密封、支撐等作用。管接頭是連接管道的元件。對于金屬管接頭有螺紋接頭、擴口式管接頭和卡套式管接頭。 5 結論與展望 5.1 結論 結構構設計部分主要完成了包括儲料倉的設計、雙螺旋給料機構的設計與夾袋裝置的設計。重點是雙螺旋給料機構的設計,其中包括了驅動裝置、輸送裝置（雙螺旋管）。螺旋式的結構有結構相對比較簡單，成本低，尺寸緊湊，端面尺寸小，占地面積小等特點。而雙螺旋可以用一個大螺旋桿滿足效率，小螺旋桿滿足精度，從而達到一舉兩得的好處。完成了氣壓系統(tǒng)對夾袋裝置的收縮和伸張進行控制以及PLC的編程控制。 5.2 不足之處及未來展望 在PL