螺旋式自動(dòng)定量包裝機(jī)設(shè)計(jì) 1 1 緒論緒論 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706153893706 1.1 本課題的研究內(nèi)容和意本課題的研究內(nèi)容和意義義 隨著人們生活水平的日益提高,對(duì)產(chǎn)品的包裝要求也越來越高，自動(dòng)定量包裝機(jī)是輕 工業(yè)產(chǎn)業(yè)中必不可少的自動(dòng)機(jī)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(jī)械工業(yè)發(fā)展相對(duì)滯后的影響。包裝機(jī)械發(fā)展較為緩慢，因此進(jìn)行顆粒包裝機(jī) 的設(shè)計(jì)研究具有一定的意義。通過本次也涉及，能夠是我們對(duì)包裝機(jī)械有一個(gè)鉸深的了 解，對(duì)螺旋式結(jié)構(gòu)，包裝機(jī)工作過程進(jìn)行分析研究并有所創(chuàng)新，同時(shí)也培養(yǎng)了對(duì)我們所 學(xué)知識(shí)的理解、收集、查閱文獻(xiàn)資料的能力，發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題的能力。 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況國內(nèi)外的發(fā)展概況 國內(nèi)：我國的包裝機(jī)械概況與展望目前我國包裝機(jī)械企業(yè)規(guī)模偏小，技術(shù)裝備不是 很完善，管理水平比較低，自我發(fā)展和技術(shù)設(shè)計(jì)開發(fā)能力較弱，產(chǎn)品品種單一。產(chǎn)品技 術(shù)含量、附加值較低；新產(chǎn)品開發(fā)周期長，不能及時(shí)響應(yīng)市場需求，及時(shí)提供市場、用 戶急需的產(chǎn)品。企業(yè)主要精力都花費(fèi)在量的擴(kuò)張上，對(duì)質(zhì)的提升、科技進(jìn)步的投入嚴(yán)重 不足，產(chǎn)品在低水平上重復(fù)；另外，產(chǎn)品安全防護(hù)措施較差，安全意識(shí)不強(qiáng)。目前我國 的包裝機(jī)械產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量不穩(wěn)定、性能單一、成本高、技術(shù)含量低的狀況。但包裝 行業(yè)產(chǎn)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(jī)械業(yè)概況美國、日本、德國、意大利是世界上包裝機(jī)械四大強(qiáng)國。 美國是世界上包裝機(jī)械發(fā)展歷史較長的國家，早已形成了獨(dú)立完整的包裝機(jī)械體 系， 其品種和產(chǎn)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(jī)械生 產(chǎn)和消費(fèi) 大 國的地位。其產(chǎn)品以高、大、精、尖產(chǎn)品居多，機(jī)械與計(jì)算機(jī)緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一 體化控制。新型機(jī)械產(chǎn)品中以成型、填充、封口三種機(jī)械的增長最快，裹包機(jī)和薄膜包 裝機(jī)占整個(gè)市場份額的 15%，紙盒封盒包裝機(jī)在市場占有率中居第二位。一些大公司 生 產(chǎn)的包裝機(jī)械集機(jī)-電-儀及微機(jī)控制于一體， 采用光電感應(yīng)，以光標(biāo)控制，并配有 防 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 靜電裝置。其大型自動(dòng)包裝機(jī)不僅包裝容積大，課題的目 的、意義；國 內(nèi)外技術(shù)現(xiàn) 狀 及發(fā)展趨 勢(shì) 而且能集制袋、稱重、充填、抽真 空、封口等工序在一臺(tái)單機(jī)上完成。德 國包裝機(jī)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(jī)械出口國。 意大利是僅次于德國的第二大包裝機(jī)械出口國。 意大利的包裝機(jī) 械多用于食品工 業(yè)，具有性能優(yōu)良、外觀考究、價(jià)格便宜的特點(diǎn)，出口比例占 80%左右。 目前，世界各國對(duì)包裝機(jī)械的發(fā)展都十分重視，集機(jī)、電、氣、光、生、磁為一 體的高 新技術(shù)產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。生產(chǎn)高效率化、資源高利用化、產(chǎn)品節(jié)能化、高新技術(shù)實(shí)用化、 科研成果商業(yè)化已成為世界各國包裝機(jī)械發(fā)展的趨勢(shì)。 1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求本課題應(yīng)達(dá)到的要求 1.完成對(duì)自動(dòng)定量包裝機(jī)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，并完成機(jī)械部分的二維圖、三維圖。 其中機(jī)械部分的設(shè)計(jì)先要對(duì)原產(chǎn)品進(jìn)行測繪，并運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法按照要求對(duì)其進(jìn)行優(yōu) 化設(shè)計(jì)。其中包括儲(chǔ)料倉的設(shè)計(jì)、雙螺旋給料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、夾袋機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與縫包裝置 的設(shè)計(jì)等。 2.完成 PLC 控制系統(tǒng)與液壓氣壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并對(duì) PLC 控制系統(tǒng)進(jìn)行程序編制。 其中液壓氣壓系統(tǒng)主要對(duì)夾袋裝置的收縮與伸張進(jìn)行控制，而 PLC 程序編制采用通用的 梯形圖進(jìn)行，以便于交流運(yùn)用。 螺旋式自動(dòng)定量包裝機(jī)設(shè)計(jì) 3 2 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2.1 雙螺旋給料機(jī)的設(shè)計(jì)雙螺旋給料機(jī)的設(shè)計(jì) 2.1.1 已知參數(shù)和工作條件已知參數(shù)和工作條件 本次設(shè)計(jì)的定量包機(jī)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(jī)機(jī)輸送量和功率計(jì)算螺旋給料機(jī)機(jī)輸送量和功率計(jì)算 水平螺旋給料機(jī)的生產(chǎn)率可以按照下邊的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算: (t/h) (2.1)FVQ3600 式中: 機(jī)槽內(nèi)物料的橫斷面積（m） ；F 被輸送的物料的軸向的運(yùn)動(dòng)速度；V 物料的單位容積重量（t/m） 。 機(jī)槽內(nèi)物料的橫斷面積為 (2.2)K D F 4 2 式中: 螺旋葉片直徑（m） ；D 機(jī)槽的填充系數(shù)，其具體數(shù)據(jù)可見下表 2-1； 傾斜布置的輸送機(jī)對(duì)的修正系數(shù)，由于本次設(shè)計(jì)的輸送進(jìn)料部分是F 水平方向布置，故其值為 1.0； 螺旋葉片的形式對(duì)輸送量的影響系數(shù)，見表 2-2。K 表 2-1（各種散料的特性系數(shù)） 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 表 2-2（螺旋葉片形式的修正系數(shù)） 查詢糧食工程設(shè)計(jì)手冊(cè)中的關(guān)于螺旋輸送軸的有關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)要求等，選擇滿面式葉 片的螺旋體，根據(jù)螺旋給料機(jī)螺旋體與螺旋軸的系列推薦尺寸，選擇螺旋體直徑 D=160mm，對(duì)應(yīng)的螺旋軸直徑 d=36mm。再根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算 (2.3)CKSnDQ 2 47 式中: 螺旋葉片直徑，以選擇的為 160mm；D 物料的裝滿系數(shù)； 螺距，推薦的直徑為 160mm 的葉片對(duì)應(yīng)的螺距為 130mm；S 螺旋軸轉(zhuǎn)速（r/min） ，系列值為n 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；C 螺旋葉片葉形的影響系數(shù)，選擇的為滿面式，其值 1.0。K 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率（kw）計(jì)算公式 (2.4) KHwLQN367 式中: 給料量，已知數(shù)據(jù)是 1.5t/h；Q 物料阻力系數(shù)：糧食及其加工產(chǎn)品取 1.21.3，麥芽、棉籽、糖塊取w 1.5，蘇打、食鹽取 2.5； 螺旋給料機(jī)的水平投影長度，設(shè)計(jì)量為 1.0m；L 傾斜輸送時(shí)物料提升的高度，向上為+，向下為-本次設(shè)計(jì)為水平布置，H 為 0； 電機(jī)功率儲(chǔ)備系數(shù)，取 11.4；K 總傳動(dòng)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(yùn)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(yīng)滿足下列兩個(gè)條件: 要考慮螺旋面與物料的摩擦關(guān)系以及速度各分量間的適當(dāng)分布關(guān)系兩個(gè)條件，來確 定最合理的螺距尺寸。 物料名稱推薦填充系數(shù)A 值 小麥0.300.4065 稻谷0.300.4060 面粉0.300.4040 麩皮、米糠、胚芽0.200.354050 棉籽0.300.3555 碎油餅0.250.3040 葉片形式滿面式齒式帶式漿式 K 1.00.80.70.3 螺旋式自動(dòng)定量包裝機(jī)設(shè)計(jì) 5 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)cos( 上上 PP 上 P 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。 22 d r 上 p 根據(jù)這個(gè)條件，最大的許用螺距值，由下式確定 (2.5) 2 max dtgs (2.6) d s max 若以(D是螺旋的外徑)代人上式，則得 D d K 1 (2.7) Dk s 1 max 另外，在確定最大的許用螺距時(shí)，必須滿足的第二個(gè)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(guān)系的基礎(chǔ)上的，即應(yīng)使物料顆粒具有盡可能大的軸向給料速 度，同時(shí)又使螺旋面上各點(diǎn)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(dāng)螺距增加時(shí)，雖然軸向輸送速度增大，但是會(huì)出現(xiàn)圓周速度不恰當(dāng)?shù)姆植?情況;相反，當(dāng)螺距較小時(shí)，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(jù)在螺旋圓周處的的條件。 上上 VV (2.8) 1 2 2 1 60 1 2 2 60 22 r s r s sn r s r s sn 即 (2.9) rtgrs 2 41 1 2 可得出 (2.10) Dtgs 4 所以， 需要滿足，和兩個(gè)條件。s Dk s 1 Dtgs ) 4 ( 物料的摩擦系數(shù)同物料在料槽里的運(yùn)動(dòng)取向、運(yùn)動(dòng)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(guān)。輸送物料的摩擦系數(shù)可參考連續(xù)運(yùn)輸機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)。通常 可按下式計(jì)算螺距 (2.11)kDs 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的螺旋輸送機(jī)，值一般取為 0.81。當(dāng)傾斜布置或輸送物料流動(dòng)性較差時(shí)k ；當(dāng)水平布置，可取值等于 0.81。0.8k k 故取，那么大螺旋螺距為 =0.50m，小螺旋螺旋為 =0.25m。1kss 螺旋軸徑的大小與螺距有關(guān)，因?yàn)閮烧吖餐瑳Q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(yīng)從考慮螺旋面與物料的摩擦關(guān)系以及速度各分量的適 當(dāng)分布來確定最理的軸徑與螺距之間的關(guān)系。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 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上F （為螺旋升角） (2.12)cos( 上上 FF 式中:a角是由物料對(duì)螺旋面的摩擦角P以及螺旋表面粗糙程度決定的。對(duì)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(duì)9)角的影響，此時(shí)可認(rèn) 為。所以， (2.13) )cos( 上上 FF 因?yàn)槁菪莂在葉片根部最大，此處的輸送方向(軸向)作用力最小。與 應(yīng)滿足ds 關(guān)系之一是，即。將 ， 帶入上式并整理得出：0 上 F 2 tg d s tg (2.14)s u d 確定最小軸徑還應(yīng)滿足的第二個(gè)條件是物料具有盡可能大的軸向速度，同時(shí)螺旋面上 各點(diǎn)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) 1) 2 ( 2 602 r s r s sn V 上 (2.16) 1) 2 ( 2 1 602 r s r s sn V 上 螺旋式自動(dòng)定量包裝機(jī)設(shè)計(jì) 7 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) n s d 1 1 根據(jù)上式計(jì)算，當(dāng)取0.3，時(shí)，；當(dāng)u值增加時(shí)，還Ds) 18 . 0(Dd)59 . 0 47. 0( D d 增加，也就是說，根據(jù)上式計(jì)算得出的軸徑相當(dāng)大，這勢(shì)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(jié)構(gòu)，使得輸送機(jī)結(jié)構(gòu)粗大笨重，成 本提高。所以，螺旋軸徑與螺距的關(guān)系應(yīng)是輸送功能與結(jié)構(gòu)的合。在能夠滿足輸送要求 的前提下，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊。由于這種場合使用的輸送機(jī)填充系數(shù)較低，只要保證 靠近葉片外側(cè)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(jīng)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(jī)夠?qū)儆谛⌒偷倪B續(xù)輸送設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單。在輸送物料的時(shí)候，對(duì)于 螺旋軸徑所占據(jù)的截面，對(duì)輸送能力有一定的影響。所以在輸送能力計(jì)算時(shí)不能忽略軸 徑所占的截面。 由輸送量公式 (2.18) snKK dD Q d 60 4 )2( 22 可以得出轉(zhuǎn)速n (2.19) -)2(15 22 dDrsKK Q n d 式中，為螺旋轉(zhuǎn)數(shù)(r/ min)，s為螺旋螺距(m)，為螺旋葉片外徑與料槽內(nèi)壁最小間n 隙，一般為515mm。 一般說來 ，螺旋轉(zhuǎn)速加快，生產(chǎn)能力提高。但是當(dāng)轉(zhuǎn)速超過一定的極限值時(shí)，物料 會(huì)因?yàn)殡x心力過大而向外拋，以致無法輸送，所以轉(zhuǎn)速n還需要有一定的限定，不能超過 某一極限值。 實(shí)際轉(zhuǎn)速與最大轉(zhuǎn)速之間有一定的限定關(guān)系 gRR 2 max 2 (2.20） D A rR gk n 2 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 (2.21） 式中：， 螺旋直徑(m)， 物料綜合特性系數(shù)。k g A 2 2 DA 如果計(jì)算得到的轉(zhuǎn)速太高，則應(yīng)對(duì)計(jì)算出的螺旋軸徑、 值適當(dāng)調(diào)整查表可Dds 得=35，又有=0.250m。計(jì)算可得：極限轉(zhuǎn)速=70（r/m） 。圓整為下列轉(zhuǎn)速：ADn 20、30、35、45、60、75、90、120、150、190r/min。故取大螺旋轉(zhuǎn)速為=60r/min，小n 螺旋轉(zhuǎn)速為=45r/min。n 螺旋給料機(jī)的驅(qū)動(dòng)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(gè)部分。 1）使被運(yùn)物料提升高度H(水平或傾斜)所需的能量； 2）被運(yùn)物料對(duì)料槽壁和螺旋面的摩擦所引起的能量消耗； 3）物料內(nèi)部顆粒間的相互摩擦引起的能量消耗； 4）物料沿料槽運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)消耗的功率。 這樣，螺旋給料機(jī)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)功率，就由機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中所產(chǎn)生的阻力來決定的。 阻力主要由以下幾個(gè)部分組成。 1）物料與料槽之間的磨擦力阻力； 2）物料對(duì)螺旋的摩擦阻力； 3）物料傾斜向上輸送時(shí)的阻力； 4）物料懸掛軸承下的堆積阻力； 5）物料被攪拌所產(chǎn)生的阻力； 6）軸承的摩擦阻力。 2.1.3 螺旋給料機(jī)進(jìn)出料口裝置螺旋給料機(jī)進(jìn)出料口裝置 螺旋輸送機(jī)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(jī)頭節(jié)往尾節(jié)看，拉板向右拉開； 左裝站在螺旋機(jī)頭節(jié)往尾節(jié)看，拉板向左拉開。 螺旋式自動(dòng)定量包裝機(jī)設(shè)計(jì) 9 圖 2.3(進(jìn)料口) 圖 2.4(出料口) 2.1.4 槽體的設(shè)計(jì)槽體的設(shè)計(jì) 圖 2.5(槽體) 如圖 2.5 所示，水平慢速螺旋給料機(jī)的料槽通常用 24mm 厚的薄鋼板構(gòu)成成。橫斷 面兩側(cè)壁垂直，底部為半圓形，每節(jié)料槽的端部和側(cè)壁上端均用角鋼加固，以保證料槽 的剛度，實(shí)現(xiàn)節(jié)與節(jié)間、頂部蓋板與料槽的連接，料槽底部應(yīng)設(shè)置鑄鐵件或角鋼焊接件 的支承腳。底部半圓的內(nèi)徑應(yīng)比螺旋葉片直徑大 48mm。垂直快速螺旋輸送機(jī)料槽橫斷 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 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(cè)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(shí)也用木板制成，其半圓形槽底包有鐵片，每隔 23(米)設(shè)支架一個(gè)，槽用可拆 卸的蓋子蓋在上面。料槽的內(nèi)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(duì)減少磨這對(duì)減少磨損和動(dòng)力消耗非常重要，一般 間隙為 6.09.5 毫米。 2.1.5 螺旋給料機(jī)安裝技術(shù)條件螺旋給料機(jī)安裝技術(shù)條件 螺旋機(jī)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(diǎn)的安裝必 須妥善地進(jìn)行，并滿足技術(shù)條件的要求。 （1）螺旋機(jī)安裝基礎(chǔ)至少應(yīng)在螺旋機(jī)正式安裝以前 20 天澆灌完成,該基礎(chǔ)應(yīng)能可靠 地支承輸送機(jī)并保證不同地基過小而發(fā)生螺旋機(jī)下沉和額外的變化,保證螺旋機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 具有足夠穩(wěn)定性。 （2）螺旋機(jī)在安裝以前必須將那些在運(yùn)輸中或卸箱時(shí)粘上的塵垢的機(jī)件加以清洗。 （3）相鄰機(jī)殼法蘭石應(yīng)連接平整、密合，機(jī)殼內(nèi)表面接頭處錯(cuò)位偏差不超過 2mm。 （4）機(jī)殼法蘭間允許墊石棉調(diào)整機(jī)殼和螺旋長度的積累誤差。 （5） 外徑與機(jī)殼間的間隙應(yīng)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(jī)殼間間隙） 螺旋公稱直徑 D10016025031540050063080010001250 間隙61012.51520 （6）螺旋機(jī)各中間懸吊軸承應(yīng)可靠地固定在機(jī)殼吊耳上，與相鄰螺旋聯(lián)連后螺旋轉(zhuǎn) 動(dòng)均勻，沒有被卡住現(xiàn)象，安裝時(shí)可在吊軸承底座與機(jī)殼吊耳間加調(diào)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(yīng)符合表 2-4 規(guī)定。 表 2-4（螺旋體軸線同軸度） 螺旋機(jī)長度(cm)315153030505070 同軸度(mm)3.04.05.05.0 （7）螺旋機(jī)主軸與減速電器的同軸度應(yīng)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(jí)的規(guī)定。 （8）螺旋機(jī)的各底座在機(jī)殼裝妥后，均應(yīng)使之著實(shí)后再擰緊地腳螺釘。 （9）所有聯(lián)結(jié)螺釘均應(yīng)擰緊至可靠的程度。 （10）進(jìn)出料口現(xiàn)場安裝應(yīng)使進(jìn)出料口的法蘭支承面與螺旋機(jī)的本體軸線平行，與相 連接的法蘭應(yīng)緊密貼合，不得有間隙。 （11）螺旋機(jī)裝妥后應(yīng)檢查各存油處是否人足夠潤滑油，不夠則加足之，其后進(jìn)行無 負(fù)載試車；在連續(xù)進(jìn)行 4 小時(shí)以上試運(yùn)轉(zhuǎn)后，檢查螺旋機(jī)裝配的正確性，發(fā)現(xiàn)不符合下 列條件的應(yīng)即停車，處理后再運(yùn)轉(zhuǎn)，直至處于良好運(yùn)行狀態(tài)為止。 2.1.6 傳動(dòng)裝置的選擇傳動(dòng)裝置的選擇 （1）傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)： 1）組成：傳動(dòng)裝置由電機(jī)、鏈輪、工作機(jī)組成； 2）特點(diǎn)：齒輪沿軸向載荷分布不均勻，要求軸有較大的剛度； 螺旋式自動(dòng)定量包裝機(jī)設(shè)計(jì) 11 3）確定傳動(dòng)方案：1電動(dòng)機(jī)；2聯(lián)軸器；3鏈輪；4聯(lián)軸器；5工作機(jī)。 （2）電機(jī)的選擇 表 2-5（大小螺旋電機(jī)規(guī)格） 大螺旋小螺旋 電機(jī)的型號(hào)G3LM-32-20-150G3LM-22-25-T040 功率1.5KW0.4KW 電壓AC220VAC220V 2.1.7 螺旋輸送機(jī)的使用與維護(hù)螺旋輸送機(jī)的使用與維護(hù) 螺旋給料機(jī)是用來對(duì)粉狀、粒狀、小塊狀物料的一般用途的給料設(shè)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(jī)的合理操作與保養(yǎng)就具有更大的意義， 螺旋機(jī)的操作和保養(yǎng)主要要求如下。 （1）螺旋機(jī)應(yīng)無負(fù)載起動(dòng)，即在機(jī)殼內(nèi)沒有物料時(shí)起動(dòng)，起動(dòng)后方能向螺旋機(jī)給料。 （2）螺旋機(jī)初始給料時(shí)，應(yīng)逐步增加給料速度至達(dá)到額定輸送能力，給料應(yīng)均勻， 否則容易造成輸送物料的積塞，驅(qū)動(dòng)裝置的過載，使整臺(tái)機(jī)器早日損壞。 （3）為了保證螺旋機(jī)無負(fù)載起動(dòng)的要求，輸送機(jī)在停車前應(yīng)停止加料，等機(jī)殼內(nèi)物 料完全輸盡后方可停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 （4）被輸送物料內(nèi)不得混入堅(jiān)硬的大塊物料，避免螺旋卡死而造成螺旋機(jī)的損壞。 （5）在使用中經(jīng)常檢視螺旋機(jī)各部位的工作狀態(tài)，注意各緊固機(jī)件是否松動(dòng)，如果 發(fā)現(xiàn)機(jī)件松動(dòng)，則應(yīng)立即擰緊螺釘，使之重新緊固。 （6）應(yīng)當(dāng)特別注意螺旋管與聯(lián)接軸間的螺釘是否松動(dòng)，如發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象應(yīng)立即停止， 矯正之。 （7）螺旋機(jī)的機(jī)蓋在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不應(yīng)取下，以免發(fā)生事故。 （8）螺旋機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)生不正?，F(xiàn)象均應(yīng)加以檢查，并消除之，不得強(qiáng)行運(yùn)轉(zhuǎn)。 （9）螺旋機(jī)各運(yùn)動(dòng)機(jī)件應(yīng)經(jīng)常加潤滑油。 1）驅(qū)動(dòng)裝置的減速器應(yīng)按其說明書要求潤滑； 2）螺旋機(jī)兩端軸承箱內(nèi)用鋰基潤滑脂，每半月注入一次約 5 克； 3）螺旋機(jī)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(yīng)及時(shí)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(jī)吊軸承，選用 M2類別，每班加注潤滑脂，每個(gè)吊軸承瓦注脂約 5 克，高 溫物料應(yīng)使用 ZN2鈉基潤滑脂GB492-77 ，采用自潤滑軸瓦，也應(yīng)加入少量潤滑脂； 5）螺旋給料機(jī)機(jī)的保養(yǎng)，俗稱日保或班保，有操作人員進(jìn)行。它的主要內(nèi)容是班前 外觀目檢，加油潤滑，空載運(yùn)行，精心操作，班后清料。不管情況如何，均應(yīng)在交接記 錄上如實(shí)載明備查。 2.2 稱重傳感器的設(shè)計(jì)稱重傳感器的設(shè)計(jì) 2.2.1 稱重裝置的結(jié)構(gòu)形式選擇稱重裝置的結(jié)構(gòu)形式選擇 （1）集裝袋定量包裝機(jī)的稱量形式基本分為毛重式和凈重式。連同包裝袋一起進(jìn)行 稱重的方式稱為毛重式（圖 2.6a),采用稱量斗對(duì)物料進(jìn)行稱重后再充填到包裝袋的方式為 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 凈重式（圖 2.6b） 。圖 2.6a: 該種包裝機(jī)工作過程是直接將圖 1a 所示料包 1 內(nèi)的待稱物 料充填到包裝袋 2,在充填的同時(shí)對(duì)袋 內(nèi)物料進(jìn)行稱量,當(dāng)被稱物料的重量達(dá)到設(shè)定值時(shí), 充填自動(dòng)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(jī)。圖 2.6b:先由 稱量斗 4 對(duì)物料進(jìn)行稱量，然后再將物料充填到包裝袋內(nèi)，稱量充填分 2 步完成。其特 點(diǎn)是包裝速生產(chǎn)能力大，但設(shè)備體積大，設(shè)備土建投資相對(duì)也大。 （2）稱量精度兩種包裝機(jī)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。 2）包裝能力 毛重式包裝機(jī)最快工作速度為60 s/ 袋；凈重式包裝機(jī)最快速度為40s/ 袋。 3）設(shè)備價(jià)格 毛重式包裝機(jī)價(jià)格較低,凈重式包裝機(jī)價(jià)格比毛重式約高1倍。 4）占用空間 毛重式包裝機(jī)占用空間高度約為 34 m,凈重式約為 68 m 。 通過比較,我們認(rèn)為在包裝能力沒有特別要求的情況下,采用凈重式包裝機(jī)是較佳的選 擇。 2.2.2 結(jié)構(gòu)改進(jìn)結(jié)構(gòu)改進(jìn) （1）毛重式稱重機(jī)構(gòu)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(shí)容易產(chǎn)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(jié)構(gòu)上，本文將舍棄杠桿結(jié)構(gòu)，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(gè)小型 1/4 圓形加強(qiáng)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(qiáng)肋，防止橫梁變形。 （4）稱量裝置落料桶口蓋的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，機(jī)電包裝機(jī)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(dòng)。桶蓋的自由度與連接桿一樣，只能繞轉(zhuǎn)動(dòng)副在豎直方向 圖 2.6（稱量裝置結(jié)構(gòu)形式) 螺旋式自動(dòng)定量包裝機(jī)設(shè)計(jì) 13 轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣的話 一旦轉(zhuǎn)動(dòng)副松動(dòng)或連接桿變形，桶蓋與桶口的接觸關(guān)系就會(huì)被破壞，造 成密封不良。本文將桶蓋與連接桿間又加了一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，這樣桶蓋的受力方向只能豎直 向上，即使出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)副松動(dòng)，桶蓋仍然能夠與桶口保持密切接觸。另外，可以在需要時(shí) 在桶蓋內(nèi)側(cè)加裝橡膠密封墊，以適應(yīng)對(duì)不同的物料的稱量。 2.2.3 秤體結(jié)構(gòu)秤體結(jié)構(gòu)： 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(dòng)控制 箱裝在框架的一側(cè)，內(nèi)置傳感器接線盒、電磁閥等。端面用于安裝傳感器結(jié)構(gòu)件。 稱量器由秤斗及稱重傳感器等組成，秤斗一側(cè)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(xué)成分，會(huì)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(jié)構(gòu)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 稱體容積選擇稱體容積選擇 考慮到重力式顆粒料定量包裝機(jī)工作的連續(xù)性，儲(chǔ)料斗內(nèi)的糧食至少要保證兩次包裝 所需的質(zhì)量，即50kg。由于是雙稱包裝，以實(shí)現(xiàn)必要時(shí)粒料分別稱重與混合。 每個(gè)稱重桶的容積為 3 072 . 0 mVVV 上上上上上上上上 儲(chǔ)料斗的容量為 上上上上 VM 由于容重的取值關(guān)系到儲(chǔ)料斗所裝糧食的最小質(zhì)量，因此在本文中以容重較輕的大 米為例來進(jìn)行計(jì)算 3 /kg1200m 上上 由計(jì)算結(jié)果可知，儲(chǔ)料斗容積是滿足要求的。 2.3 縫包裝置的選擇縫包裝置的選擇 根據(jù)機(jī)臺(tái)要求課選擇 GK35-2C 型縫包機(jī)，改款縫包機(jī)采用銅合金連桿和軸套及滾動(dòng) 軸承運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)合理，油杯滴注、手動(dòng)注油結(jié)合毛氈注油潤滑，半自動(dòng)機(jī)械剪線裝置，零 稱量控制儀表 料斗 給料門 卸料門 傳感器 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 件耐磨、縫紉熟度高噪音低、維修方便，使用壽命長等特點(diǎn)。 2.4 儲(chǔ)料倉的設(shè)計(jì)儲(chǔ)料倉的設(shè)計(jì) 儲(chǔ)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(dòng)插板閥門，用于調(diào) 整下料流量及維護(hù)檢修用。側(cè)面裝有上、下料位計(jì)，用以檢測儲(chǔ)料斗的料位。達(dá)到低料 位是，告知系統(tǒng)暫停灌包，等待加料;達(dá)到高料位時(shí)，控制上料機(jī)停止輸料，其結(jié)構(gòu)簡圖 如圖 2.8。 圖2.8(儲(chǔ)料倉) 2.5 帶式輸送機(jī)帶式輸送機(jī)選擇選擇 帶式輸送機(jī)選用 J 型驅(qū)動(dòng)裝置，最大功率及配套見表 2-6。 表 2-6（J 型驅(qū)動(dòng)裝置最大功率及配套） 驅(qū)動(dòng)裝置 規(guī)格轉(zhuǎn)速(r/min) 輸送量 (m3/h)電動(dòng)機(jī)型號(hào)減速器型號(hào) 許用長度(m) Y90L-4-1.5ZQ25-i6-I16 Y100L1-4-2.2ZQ25-i6-I23 Y100L2-4-3ZQ35-i6-I30 10013 Y112M-4-4ZQ35-i6-I35 Y100L1-4-2.2ZQ35-i5-I27 8010 Y100L2-4-3ZQ35-i5-I35 Y90L-4-1.5ZQ25-i4-I25 638 Y100L1-4-2.2ZQ35-i4-I35 Y90L-4-1.5ZQ35-i3-I27 LS200 506.2 Y100L1-4-2.2ZQ35-i3-I35 Y100L1-4-2.2ZQ25-i6-I14 Y100L2-4-3ZQ25-i6-I19 Y112M-4-4ZQ35-i6-I25 9022 Y132S-4-5.5ZQ35-i6-I35 Y100L1-4-2.2ZQ35-i5-I14 Y100L2-4-3ZQ35-i5-I21 Y112M-4-4ZQ35-i5-I28 Y90L-4-1.5ZQ25-i4-I25 LS250 7118 Y100L1-4-2.2ZQ35-i4-I35 螺旋式自動(dòng)定量包裝機(jī)設(shè)計(jì) 15 Y90L-4-1.5ZQ35-i3-I27 Y100L1-4-2.2ZQ35-i3-I35 續(xù)表 2-6 驅(qū)動(dòng)裝置 轉(zhuǎn)速 (r/min) 輸送量 (m3/h)電動(dòng)機(jī)型號(hào)減速器型號(hào) 許用長度 (m) Y132S-4-5.5ZQ40-i5-I35 Y90L-4-1.5ZQ25-i4-I14 Y100L1-4-2.2ZQ35-i4-I21 Y100L2-4-3ZQ35-i4-I29 5614 Y112M-4-4ZQ35-i4-I35 Y90L-4-1.5ZQ35-i3-I17 Y100L1-4-2.2ZQ35-i3-I25 LS250 4511 Y100L2-4-3ZQ35-i3-I35 Y100L1-4-2.2ZQ35-i5-I8 Y112M-4-4ZQ35-i5-I15 Y132S-4-5.5ZQ40-i5-I20 Y132M-4-7.5ZQ40-i5-I27 8031 Y160M-4-11ZQ50-i5-I35 Y100L1-4-2.2ZQ35-i4-I9 Y100L2-4-3ZQ35-i4-I13 LS315 6324 Y112M-4-4ZQ35-i4-I18 Y132S-4-5.5ZQ40-i4-I25 6324 Y132M-4-7.5ZQ40-i4-I35 Y90L-4-1.5ZQ35-i3-I8 Y100L1-4-2.2ZQ35-i3-I12 Y100L2-4-3ZQ35-i3-I17 Y112M-4-4ZQ40-i3-I23 5019 Y132S-4-5.5ZQ40-i3-I30 Y100L-6-1.5ZQ35-i4-I10 Y112M-6-2.2ZQ35-i4-I15 Y132S-6-3ZQ40-i4-I20 Y132M1-6-4ZQ40-i4-I27 LS315 4015.4 Y132M2-6-5.5ZQ40-i4-I35 Y132M1-6-4ZQ35-i7-I8 Y132M2-6-5.5ZQ35-i7-I12 Y160M-6-7.5ZQ40-i7-I16 Y160L-6-11ZQ40-i7-I24 Y180L-6-15ZQ50-i7-I32 Y132M2-6-5.5ZQ40-i6-I14 Y160M-6-7.5ZQ40-i6-I19 Y160L-6-11ZQ50-i6-I26 Y180L-6-15ZQ50-i6-I35 Y132M1-6-4ZQ40-i4-I10 Y132M2-6-5.5ZQ40-i4-I14 Y160M-6-7.5ZQ50-i4-I19 LS4007162 Y160L-6-11ZQ65-i4-I26 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 Y180L-6-15ZQ65-i4-I35 Y132M2-6-5.5ZQ40-i4-I35 續(xù)表 2-6 驅(qū)動(dòng)裝置 規(guī)格轉(zhuǎn)速(r/min) 輸送量 (m3/h)電動(dòng)機(jī)型號(hào)減速器型號(hào) 許用長度 (m) Y132S-6-3ZQ35-i6-I8 Y132M1-6-4ZQ35-i6-I10 Y132M2-6-5.5ZQ40-i6-I14 Y160M-6-7.5ZQ40-i6-I19 Y160L-6-11ZQ50-i6-I26 5649 Y180L-6-15ZQ50-i6-I35 Y132M1-6-4ZQ40-i4-I10 Y132M2-6-5.5ZQ40-i4-I14 Y160M-6-7.5ZQ50-i4-I19 Y160L-6-11ZQ65-i4-I26 4539 Y180L-6-15ZQ65-i4-I35 Y112M-6-2.2ZQ40-i3-I9 Y132S-6-3ZQ40-i3-I13 Y132M1-6-4ZQ40-i3-I17 Y132M2-6-5.5ZQ50-i3-I24 Y160M-6-7.5ZQ65-i3-I32 LS400 3631 Y160L-6-11ZQ65-i3-I35 6398Y132M2-6-5.5ZQ40-i6-I8 Y160M-6-7.5ZQ40-i6-I11 Y160L-6-11ZQ50-i6-I16 Y180L-6-15ZQ50-i6-I22 Y180M-4-18.5ZQ65-i4-I27 6398 Y180L-4-22ZQ65-i4-I33 Y132M2-6-5.5ZQ40-i5-I8 Y160M-6-7.5ZQ50-i5-I13 Y160L-6-11ZQ65-i5-I20 Y180L-6-15ZQ65-i5-I27 4062 Y200L1-6-18.5ZQ65-i5-I34 Y132S-6-3ZQ40-i3-I8 Y132M1-6-4ZQ50-i3-I11 Y200L1-6-18.5ZQ65-i5-I34 Y132S-6-3ZQ40-i3-I8 3250 Y132M1-6-4ZQ50-i3-I11 Y132M1-6-4ZQ50-i2-I8 Y132M2-6-5.5ZQ65-i2-I11 Y160M-6-7.5ZQ65-i2-I15 Y160L-6-11ZQ65-i2-I22 Y180L-6-1.5ZQ75-i2-I30 Y225S-8-18.5ZQ75-i2-I35 Y160M-6-7.5ZQ65-i3-I21 LS500 2545 Y160L-6-11ZQ65-i3-I30 螺旋式自動(dòng)定量包裝機(jī)設(shè)計(jì) 17 Y180L-6-15ZQ65-i3-I35 Y132M2-6-5.5ZQ40-i5-I4.5 續(xù)表 2-6 驅(qū)動(dòng)裝置 規(guī)格 轉(zhuǎn)速 (r/min) 輸送量 (m3/h)電動(dòng)機(jī)型號(hào)減速器型號(hào) 許用長度(m) Y160M-6-7.5ZQ65-i3-I21 Y160L-6-11ZQ65-i3-I30 Y180L-6-15ZQ65-i3-I35 Y132M2-6-5.5ZQ40-i5-I4.5 Y160M-6-7.5ZQ50-i3-I7 Y160L-6-11ZQ65-i5-I11 Y180L-6-15ZQ65-i5-I15 Y200L1-6-18.5ZQ65-i5-I19 Y200L2-6-22ZQ65-i5-I22 Y225M-6-30ZQ75-i5-I29 50140 Y250M-6-37ZQ75-i5-I35 Y160M-6-7.5ZQ50-i4-I9 Y160L-6-11ZQ65-i4-I14 Y180L-6-15ZQ65-i4-I19 Y200L1-6-18.5ZQ65-i4-I24 Y200L2-6-22ZQ65-i4-I29 40112 Y225M-6-30ZQ75-i4-I35 Y132M2-6-5.5ZQ50-i3-I9 Y160M-6-7.5ZQ65-i3-I12 Y160L-6-11ZQ65-i3-I18 Y180L-6-15ZQ65-i3-I24 Y200L1-6-18.5ZQ75-i3-I30 Y200L2-6-22ZQ75-i3-I35 LS630 3290 Y160L-6-11ZQ65-i3-I18 Y132M1-6-4ZQ50-i2-I8 Y132M2-6-5.5ZQ65-i2-I11 Y160M-6-7.5ZQ65-i2-I15 Y160L-6-11ZQ65-i2-I22 Y180L-6-1.5ZQ75-i2-I30 LS6302577 Y225S-8-18.5ZQ75-i2-I35 查表 2.6 我們選擇電動(dòng)機(jī) Y90L-4-1.5 以及減速器 ZQ35-i3-I 驅(qū)動(dòng)裝置。 2.6 夾袋裝置的設(shè)計(jì)夾袋裝置的設(shè)計(jì) 因?yàn)榘b物品出料口是豎直方向圓筒，所以夾緊桿處于夾緊位置時(shí)應(yīng)處于豎直方向， 此時(shí)加緊點(diǎn)與轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)的豎直距離為 0.196m。處于夾緊位置時(shí)，其豎直方向桿長 130mm， 傾斜方向桿長 130mm，由于擺桿擺動(dòng)角度為 5，則夾緊桿擺動(dòng)也為 5，其從夾緊狀態(tài)轉(zhuǎn) 到放松狀態(tài)中，經(jīng)過計(jì)算，其水平移動(dòng)距離 36mm，以可以輕松裝上面粉袋，設(shè)計(jì)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(dòng)角度 5，其擺動(dòng)角度不大，且在凸輪旋轉(zhuǎn)一圈的過程中，擺桿只有 4s 鐘繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)， 其他的 56s 時(shí)間都處于靜止，所以其轉(zhuǎn)動(dòng)軸對(duì)摩擦不敏感，將連接擺桿與夾緊桿的轉(zhuǎn)動(dòng)軸 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 懸掛于機(jī)床上，潤滑采用脂潤滑。圖 2.9 為夾緊桿處于夾緊位置時(shí)，擺桿、夾料筒的位置。 圖 2.9（夾袋裝置） 螺旋式自動(dòng)定量包裝機(jī)設(shè)計(jì) 19 3 螺旋式包裝機(jī)的螺旋式包裝機(jī)的 PLCPLC 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 3.1 PLCPLC 簡介簡介 S7-200S 屬于模塊式 PLC，主要由機(jī)架、CPU 模塊、信號(hào)模塊、功能模塊、接口模塊、 通信處理器、電源模塊和編程設(shè)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(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 3.2.1 硬件配置硬件配置 （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(diǎn)的輸入模塊（SM321 DI16DC24V） （5）輸出模塊選用 數(shù)字量為 16 點(diǎn)的輸出模塊（SM322 DO16DC24V/0.5A） （6）模擬量模塊 模擬量為 8 通道輸入模塊（SM331 AI816bit） （7）根據(jù)地址分配表，數(shù)字量輸入 I0.0 到 I1.1 為 10 個(gè)端口，另外還有 BCD 撥碼開 關(guān)要用到 12（3 位4）個(gè)端口，一共 22 個(gè)端口，321 為 16 點(diǎn)輸入，所以要用到兩個(gè)數(shù)字 量輸入模塊；數(shù)字量輸出 Q0.0 到 Q0.8 一共 13 個(gè)端口，故選用一個(gè)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/213=0.024kg,200kg/214=0.012kg） 。 3.2.1 程序流程圖程序流程圖 程序流程圖如圖 3.2 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 圖 3.2（程序流程圖） 3.2.3 I/O 地址及符號(hào)地址表地址及符號(hào)地址表 I/O 地址及符號(hào)地址表 3-1： 表 3-1（程序流程圖） I0.0啟動(dòng)按鈕 I0.1停止按鈕 I0.2掉袋位信號(hào) I0.3上料位信號(hào) I0.4下料位信號(hào) I0.5故障信號(hào) I0.6緊停信號(hào) I0.7復(fù)位信號(hào) I1.0壓袋位信號(hào) I1.1計(jì)數(shù)器清零信號(hào) Q0.0啟動(dòng)皮帶輸送電機(jī) Q0.1啟動(dòng)粗給料電機(jī) Q0.2啟動(dòng)細(xì)給料機(jī) Q0.3袋 ok 信號(hào) Q0.4打開粗流閥信號(hào) Q0.5打開細(xì)流閥信號(hào) 螺旋式自動(dòng)定量包裝機(jī)設(shè)計(jì) 21 續(xù)表 3-1 Q0.6產(chǎn)生推袋閥信號(hào) T33T34啟動(dòng)延時(shí)定時(shí)器 T35T36停止延時(shí)定時(shí)器 IW10每袋水泥的設(shè)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(shè)計(jì)及說明程序設(shè)計(jì)及說明 設(shè)計(jì)思路： （1）首先順序延時(shí)啟動(dòng)各個(gè)電機(jī),利用定時(shí)器順序觸發(fā),反序延時(shí)停止的程序類似。 （2）通過在各個(gè)電機(jī)輸出前加一個(gè)常閉開關(guān)實(shí)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(guān)設(shè)定目標(biāo)重量，由于輸入的是 BCD 數(shù) （IW10） ，故需要將其各個(gè)位（百位、十位、個(gè)位）分別取出再進(jìn)行 BCD-I 轉(zhuǎn)換，由于 比較量為浮點(diǎn)型，故將其轉(zhuǎn)換成 32 位浮點(diǎn)數(shù)。 （4）傳感器輸入的是實(shí)際袋重量（PIW10） ，將其轉(zhuǎn)換成浮點(diǎn)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(yùn)用 ADD 指令實(shí)現(xiàn) 累加。 梯形圖程序如下： 圖 3.4（Network 1） 圖 3.5（Network 2） 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 圖 3.6（Network 3） 圖 3.7（Network 4） 圖 3.8（Network 5） 圖 3.9（Network 6） 螺旋式自動(dòng)定量包裝機(jī)設(shè)計(jì) 23 圖 3.10（Network 7） 圖 3.12（Network 8） 圖 3.13（Network 9） 圖 3.13（Network 10，11） 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 24 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） 螺旋式自動(dòng)定量包裝機(jī)設(shè)計(jì) 25 圖 3.18（Network 17） 圖 3.19（Network 18） 圖 3.20（Network 19） 圖 3.21（Network 20） 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 26 圖 3.22（Network 21） 圖 3.23（Network 22） 圖 3.24（Network 23） 3.2.5 設(shè)計(jì)心得設(shè)計(jì)心得 （1）硬件組態(tài)是 PLC 控制的關(guān)鍵部分，要正確配置各個(gè)模塊需要對(duì)輸入輸出變量有 個(gè)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(diǎn)數(shù)，決定各個(gè)模 塊的個(gè)數(shù)。組態(tài)過程中還要記錄下各個(gè)模塊的端口地址，以方便編程。程序設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)中要結(jié)合外部開關(guān) 按鈕的類型，不同的按鈕可能程序有所不同，例如，要對(duì)外部輸出進(jìn)行保持，當(dāng)外部開 關(guān)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(gè)模塊的端口， 正確分配地址。 （2）完成整個(gè)設(shè)計(jì)后，熟悉了 PLC 硬件組態(tài)及編程過程，初步學(xué)會(huì)了用 PLC 對(duì)簡單 實(shí)際過程進(jìn)行控制，同時(shí)也感覺到看似簡單的過程，在進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一系列 問題，需要不斷調(diào)試以滿足要求。 螺旋式自動(dòng)定量包裝機(jī)設(shè)計(jì) 27 4 氣動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)氣動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1 氣壓控制系統(tǒng)的簡單介紹氣壓控制系統(tǒng)的簡單介紹 氣壓傳動(dòng)是以壓說空氣為工作介質(zhì)傳遞力和信息的傳動(dòng)方式，是流體傳動(dòng)與控制的 一個(gè)分支。氣動(dòng)系統(tǒng)是將氣源裝置產(chǎn)生具有一定壓力能的壓縮氣體，經(jīng)管道和中指閥類 元件輸送到執(zhí)行元件，以實(shí)現(xiàn)在工程中的應(yīng)用。 組成氣動(dòng)控制系統(tǒng)的元件和裝置及儲(chǔ)存、凈化等輔助裝置，為氣動(dòng)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(chǔ)存、凈化等輔助裝置，為氣動(dòng)系統(tǒng)提供符 合要求的壓縮氣體。 （2）氣動(dòng)執(zhí)行元件 將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，并完成相應(yīng)動(dòng)作的元件， 如氣缸、氣馬達(dá)等。 （3）氣動(dòng)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(dòng)邏輯元件 能完成一定邏輯功能的控制元件。 （5）其他氣動(dòng)元件 氣動(dòng)系統(tǒng)中的輔助元件，如消音器、氣動(dòng)傳感器及信號(hào)處理裝 置，以及相應(yīng)的元器件。 4.2 氣壓控制的設(shè)計(jì)氣壓控制的設(shè)計(jì) 4.2.1 設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)思路 根據(jù)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(guān)和開的動(dòng)作， 這幾個(gè)動(dòng)作用氣壓缸來實(shí)現(xiàn)，通過電磁閥的動(dòng)作使氣功做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。氣動(dòng)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(dòng)、快速而準(zhǔn)確地按照輸入信號(hào)的變化規(guī) 律而動(dòng)作。在氣動(dòng)控制系統(tǒng)中，氣動(dòng)發(fā)生裝置一般為空氣壓縮機(jī)，它將原動(dòng)機(jī)供給的機(jī) 械能轉(zhuǎn)換為氣體的壓力能；氣動(dòng)執(zhí)行元件則將壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，完成規(guī)定動(dòng)作；在 這兩部分之間，根據(jù)機(jī)械或設(shè)備工作循環(huán)運(yùn)動(dòng)的需求、按一定順序?qū)⒏鞣N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(dòng)輔助件連接起來。 為方便說明，下面就以一個(gè)簡單的氣動(dòng)控制系統(tǒng)為例，如圖 4-1 所示。 圖 4.1 （剪切機(jī)氣壓傳動(dòng)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(chǎn)生壓縮空氣，經(jīng)二位四 通換向閥進(jìn)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(shí)， 剪口張開，剪切機(jī)處于預(yù)備工作狀態(tài)。 當(dāng)送料裝置將棒料送入剪切機(jī)，并限位于二位二通機(jī)動(dòng)閥左端的頂桿時(shí)，機(jī)動(dòng)閥的 頂桿受壓而使閥內(nèi)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(shí)，汽缸活塞向上運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)剪刃將棒料切斷。棒料剪下后，即與機(jī)動(dòng)閥 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 28 脫開，機(jī)動(dòng)閥復(fù)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(dòng)剪刃復(fù)位，準(zhǔn)備第二次進(jìn)料剪切。 4.2.2 氣動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)氣動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 如圖 4.2 所示為氣動(dòng)控制系統(tǒng)圖。 圖 4.2（氣動(dòng)控制系統(tǒng)圖） （1）氣動(dòng)三聯(lián)件 如圖 4.3 所示,氣動(dòng)三聯(lián)件有過濾器、減壓閥和流量組成，控制壓力在 0.4MPa0.6MPa 之間。 圖 4.3（氣動(dòng)三聯(lián)件） （2）單向節(jié)流回路 根據(jù)螺旋自動(dòng)定量包裝機(jī)氣動(dòng)控制系統(tǒng)的速度的要求，此回路設(shè)計(jì)的是單向節(jié)流調(diào) 速。節(jié)流調(diào)速回路是由定量空氣壓縮機(jī)和流量閥及單向閥組成的的調(diào)速回路，可以通過 調(diào)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(diào)節(jié)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度。 如圖 4.4 所示，當(dāng)接通換向閥左位時(shí)，壓縮氣流通過節(jié)流閥和單向閥進(jìn)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(jīng)換向閥排出，氣缸活塞向右運(yùn)動(dòng)。反之，當(dāng) 換向閥右位接通時(shí)氣缸活塞向左運(yùn)動(dòng)。圖 4.5 為單向節(jié)流閥的實(shí)物圖。 螺旋式自動(dòng)定量包裝機(jī)設(shè)計(jì) 29 圖 4.4 (單向節(jié)流回路圖) 圖 4.5（單項(xiàng)節(jié)流閥） （3）消聲器 消聲器是控制空氣動(dòng)力性噪聲往外傳播的有效設(shè)備。它可以看作是管道系統(tǒng)的一個(gè) 組成部分，在內(nèi)部做聲學(xué)處理后，可以減弱噪聲的產(chǎn)生與傳播，且不影響氣流通過，在 空氣動(dòng)力性機(jī)械設(shè)備進(jìn)、出口氣流道口安裝一臺(tái)消聲器，可以使進(jìn)、出口噪聲消聲量達(dá) 到 10-40db(A)，相應(yīng)地響度降低 50%-93%，主觀感覺有明顯效果。 圖 4.6(消聲器) （4） 關(guān)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(duì)于金屬管接頭有螺紋接頭、擴(kuò)口式管接頭和 卡套式管接頭。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 30 5 結(jié)論與展望結(jié)論與展望 5.1 結(jié)論結(jié)論 結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)部分主要完成了包括儲(chǔ)料倉的設(shè)計(jì)、雙螺旋給料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與夾袋裝置 的設(shè)計(jì)。重點(diǎn)是雙螺旋給料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),其中包括了驅(qū)動(dòng)裝置、輸送裝置（雙螺旋管） 。 螺旋式的結(jié)構(gòu)有結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡單，成本低，尺寸緊湊，端面尺寸小，占地面積小等特 點(diǎn)。而雙螺旋可以用一個(gè)大螺旋桿滿足效率，小螺旋桿滿足精度，從而達(dá)到一舉兩得的 好處。完成了氣壓系統(tǒng)對(duì)夾袋裝置的收縮和伸張進(jìn)行控制以及 PLC 的編程控制。 5.2 不足之處及未來展望不足之處及未來展望 在 PLC 機(jī)械設(shè)計(jì)部分仍然有所欠缺，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面缺乏系統(tǒng)思考的能力。螺旋式 自動(dòng)定量包裝機(jī)是一種新型包裝機(jī)，并擁有較高的技術(shù)和嚴(yán)格的工藝設(shè)備。因此，就包 裝機(jī)械而言，是能夠完成全部包裝過程的執(zhí)行手段，包裝的實(shí)際需要決定他的生存價(jià)值， 它是一門綜合性科學(xué)，它涉及到工藝，自動(dòng)控制，液壓氣壓，傳感器等多種學(xué)科，要求 各相關(guān)學(xué)科同步的發(fā)展任何學(xué)科的問題都將影響包裝機(jī)械的整體性能。因此，包裝機(jī)械 的發(fā)展將有力多的促進(jìn)學(xué)科的進(jìn)步。 螺旋式自動(dòng)定量包裝機(jī)設(shè)計(jì) 31 致謝致謝 感謝龔常洪老師在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中提供的無限支持和孜孜不倦的教導(dǎo)，才有了今天 設(shè)計(jì)任務(wù)的順利完成。在本次設(shè)計(jì)過程中，難度是空前的，任務(wù)也著實(shí)艱巨。但是，每 每有新的問題出現(xiàn)，龔老師總是能夠耐心的為我解決，讓人肅然起敬。本次設(shè)計(jì)，也感 謝機(jī)械學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)教研室的老師們，在有原理不懂，資料難找的時(shí)候，總能幫我解決。 同時(shí)非常感謝本設(shè)計(jì)小組的其他成員們，正是有了你們的幫助，大家悉心合作，其 間的困難都被我們一一克服，才有了今天的設(shè)計(jì)任務(wù)順利完成，最后再一次送上最真摯 的感謝。 感謝龔常洪導(dǎo)師。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 32 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1 孫智慧，徐克包裝機(jī)械概論M北京：印刷工業(yè)出版社，2007.6：15-30，60 2 成大先機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008-4-1：10-45 3 高德包裝機(jī)械設(shè)計(jì)M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005 4 王亞秋PLC 在電子稱重式自動(dòng)定量包裝機(jī)控制中的應(yīng)用J自動(dòng)化信息，200829(12A) ： 1923-1979 5 廖常初PLC 編程及應(yīng)用M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005 6 白柳液壓與氣壓傳動(dòng)M武漢：機(jī)械工業(yè)出版社，2009-8：30-64 7 王昆機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)J北京：高等教育出版社，1996 8 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)（第二版）M北京：冶金工業(yè)出版社，1980-11：20-60 9 現(xiàn)代實(shí)用氣動(dòng)技術(shù)（第三版）J，SMC（中國）有限公司北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008-2 10 Creamer R HMachine 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