PAGEPAGE10遼寧工程技術大學本科畢業設計（論文）開題報告題目洗衣粉粉體自動包裝機結構設計指導教師院（系、部）專業班級學號姓名日期教務處印制一、選題的目的、意義和研究現狀1．目的、意義洗衣粉作為生活必不可少的日用品，需求量自然很大，而洗衣粉從生產出來到用戶家里，自然少不了物流運輸，為了便于運輸，就要很好的實現包裝。當前針對洗衣粉的包裝主要采用的是袋裝再盒裝，且灌裝方式主要由人工操作，這就給工作和社會需求造成了消極影響，其主要表現在以下兩個方面：勞動力需求數量較大，相對工作強度較大；灌裝速度慢，生產效率低；在洗衣粉裝袋過程中，容易產生大量粉塵，對包裝車間構成污染，更對勞動工人身體上造成健康危害。當前日益增長的產品相對人們的需求來講，一方面對于洗衣粉包裝的要求越來越高，但是與之矛盾的是，我國包裝行業發展相對較緩；另一方面傳統的洗衣粉包裝人工工資成本高，給各制造業帶來了勞動力成本的大幅提高。因此，這種較為落后的洗衣粉包裝技術顯然不能夠滿足當前日益發達的現代生產的需要。為了減輕勞動強度、提高生產效率、節省人力成本和改善勞動條件和環境，采用機械化、自動化的洗衣粉包裝裝置和生產工藝將十分必要，本次設計研究了一套粉體自動包裝機，有效解決以上存在隱患，對我國基層工作者的安全及工作效率都會有很大提升。2．研究現狀隨著我國自動化包裝發展的不斷推進，粉體自動包裝機的需求也越來越大，它未來將是我國基礎制造業的中流砥柱。相對美國、德國和意大利而言，我國包裝機械起步較晚，雖然經過多年發展已進入包裝行業前十位，但是包裝技術和裝置還是較為落后。包裝行業設計工業產品、農副產品、生活日用品等等諸多領域，覆蓋范圍廣范、配套廣泛，同時包裝機械行業的發展能夠刺激消費，也能夠為其他配套行業帶來一定的競爭力。經有關數據統計，我國包裝機械每年維持著約18%的穩定增長。但是相比美國、日本、德國，我國產品包裝效率極低，僅僅約為7%，因此我國包裝機械的發展潛力巨大。而洗衣粉作為生活日用品中必不可少的一份子，洗衣粉加工業必須做到以最低成本和最少人員可靠而高效地運轉，全面提升自動化包裝水平，這樣才能夠發展并能在當前激烈競爭的社會中生存。我國對洗衣粉包裝的設備與市場需求還有差距。國產設備的國工企業近幾年雖然也進行了技術改造，但仍無法與進口設備相比，小型設備在制作上基本以模仿設計為主。相比而下，我國包裝機械發展落后、包裝技術發展較晚，不管是包裝機械自身硬件、可靠性、質量、性能等方面都處于下風。我國第一款全自動大型包裝機是由東北博實自動化設備有限公司研發制作，該款機型具有全自動取袋裝置、送袋裝置、套袋裝置、下料裝置以及具有智能反饋控制系統等集成為一體的多功能包裝機。該包裝機主要應用于工業生產中，可適用于較惡劣的環境中。中國目前包裝行業主要以工業產品包裝為主，日用品包裝行業中應用并不廣泛。從控制技術角度講，不管工業領域還是日用品領域，技術水平還有待提高。僅從控制層面論述，我國包裝機械主要可分為以下幾類：1）低電壓小型繼電器控制，手動操控，非自動化操作。2）應用了PLC技術用以替換原有繼電器元件，系統較有升級發展，但是依然無法真正實現自動化水平。3）應用了多種操控技術（遠程控制技術、PLC技術、HMI技術、I/O技術、總線技術、反饋控制技術、單片機控制技術）等，從某些方面來講貼近了自動化控制的邊緣，具備了一定的優勢。可見隨著自動化水平的提高，可直接提高系統運行效率和控制能力。二、研究方案及預期結果1．設計原始參數包裝袋尺寸：140×140×120cm，真空吸盤直徑：20mm，整體外形尺寸：1420×730×1430mm，整機重量：340kg。2．主要研究內容及方案（1）整車總體設計本次畢業設計所研究的內容為洗衣粉粉體自動包裝機結構設計，根據理論中所提供的設計方式，總體設計應包含儲袋裝置、真空吸盤、張袋裝置、套袋裝置、夾持機構五部分。真空取袋頭在吸取包裝袋的兩個過程：吸盤推進過程，真空吸盤向儲袋裝置中的袋表面靠近并發生接觸，并進一步向儲袋裝置運動一定的距離，通過儲袋裝置提供的背壓力，使袋表面和真空吸盤壓在一起，形成密閉的空間并進一步開始抽氣，使真空吸盤形成真空；拉出過程，真空取袋頭開始帶著吸附的包裝袋離開儲袋裝置，并最終將袋子拉出。設計選取粉體包裝袋真空吸附式吸盤時，為保證吸盤與系統要求相匹配以達到最優性能，要考慮到粉體包裝袋質量小，體積小，兩側端面較為光滑，因此在選取吸盤時應當保證其表面不應被吸附變形以防止影響洗衣粉灌裝，另外系統工作時應當具有較高工作效率，即循環工作時間應較低以降低生產成本。要想保證包裝袋在短時間內完成取袋、送袋工序就要是系統處于高速運轉狀態，為滿足此工況，吸盤應當具有較短時間的產生真空與釋放真空的條件。并且必須保證系統具有較高精度。為保證真空吸盤取出袋子后能夠將其準確輸送到下一工序，這就要保證吸取包裝袋子時具有較好的定位精度。否則會影響整個系統的工作。套袋系統主要由張袋機構和上袋機構兩部分組成。張袋機構的功能是將取袋裝置送來的包裝袋通過插刀或者吸盤等裝置張開包裝袋袋口，利于填充物料；上袋機構主要是將張開的包裝袋兩側邊緣張開，并通過氣缸、連桿等執行機構將包裝袋套到下料口位置。該套袋系統模擬的是人工套袋過程，人工套袋主要有以下幾個動作：張開袋口、撐住包裝袋，用手指將袋子邊緣抓緊、套袋。在整個過程中，可將動作分為兩部分，即張開袋口部分和套袋部分。手指撐開袋口動作：上袋機構中張開袋口的插刀進入包裝袋內部用以撐開面粉包裝袋并使其處于張開工況；套袋過程：夾持機構夾緊面粉包裝袋兩邊緣，模擬人類手指抓住包裝袋工況；上袋機構將上述已完成動作的包裝袋進行提升和移動，使其恰好套在下料口處，整個套袋過程完畢。機構左右兩側與機架各設計有一個垂直的執行氣缸，實現包裝袋的垂直運動；兩執行氣缸上端各有一個水平氣缸，該水平氣缸可帶動包裝臺水平移動，實現填充物料后包裝袋的水平與垂直運動，保證袋子平整，整齊、無漏粉。使用三維軟件設計自動包裝機各機構取袋裝置設計：取袋裝置是利用取袋吸盤的真空吸力從供袋裝置中吸附包裝袋，再根據設定軌跡，利用執行氣缸和連桿運動規律將包裝袋傳遞到套袋機構下方。該裝置執行機構為真空吸盤、大小兩個工作氣缸。其工作原理為：當準備取袋時，連桿帶動兩只真空吸盤吸附到包裝袋表面上，此時真空泵工作抽取真空。由于兩只吸盤吸附包裝袋，因此可以保證足夠的吸力。緊接著，吸盤帶動包裝袋按照設計軌跡運動到傳送機構工作點位置處，再由傳送機構將其傳送到指定位置。套袋系統及裝置是緊接著取袋裝置之后的又一個重要工位，該系統主要由張袋機構和夾持機構兩部分構成。手臂機構設計：手臂是銜接手指的支撐和施力部件，因此在該機械手臂設計時考慮到這一條件，故將手臂機構設計成兩側對稱形式；下料機構：下料裝置目的是將套袋系統送來的包裝袋通過夾緊機構夾緊包裝袋，并下料填充的裝置；夾持機構；輸袋系統：輸袋系統所涉及的工位是夾持機構的下一臨近工位，其功能是將夾持機構傳遞到本工位的面粉包裝袋運輸出去，以上各子系統及裝置建立完成后，再利用三維軟件建立裝配模型并將各子部件添加裝配模型中，添加裝配約束直到完成裝配。下料機構：下料裝置目的是將套袋系統送來的包裝袋通過夾緊機構夾緊包裝袋，并下料填充的裝置。夾袋機構底端為橡膠層，夾袋機構開閉由執行機構氣缸控制，待包裝袋由持袋機構送至下料口處時，夾袋執行機構氣缸工作，夾住袋子兩邊緣，垂直將袋口深入下料口，并由下料口處集成的下料口閉合機構鎖緊。隨后料口打開準備下料，由袋子下方稱重托盤計量稱重，自動控制出料口開閉，從而完成面粉填充。夾持機構：機構左右兩側與機架各設計有一個垂直的執行氣缸，實現包裝袋的垂直運動；兩執行氣缸上端各有一個水平氣缸，該水平氣缸可帶動包裝臺水平移動，實現填充物料后包裝袋的水平與垂直運動。輸袋系統：將夾持機構傳遞到本工位的包裝袋運輸出去。輸袋機構上端為傳送皮帶，其驅動方式為三相交流電機驅動主動滾輪和從動滾輪，傳動方式為鏈傳動。夾持機構傳遞來的包裝袋置于皮帶上方時，控制驅動力小于摩擦力以達到防滑的目的，此時包裝袋與皮帶同步運動。輸送機構兩端有支撐桿，可保持洗衣粉垂直不傾斜姿態。（3）取袋機構和套袋機構控制子系統的設計。取袋機械系統主要由真空取袋吸盤、連桿、傳送機構構成。取袋子系統的功能是利用吸盤真空吸附原理將包裝袋從儲袋裝置中吸出，并將其傳送到上袋機構工作范圍內。構成取袋系統的工作部件主要由兩個執行工作氣缸、吸附式吸盤、夾持氣缸、傳送電動機、包裝袋光電檢測裝置組成。取袋系統動作流程：取袋機構氣缸中的活塞桿伸出，帶動安裝在氣缸末端的另一氣缸及其吸盤裝置共同動作，直到延伸至儲袋裝置位置，達到合適位置后粉體包裝袋與取袋吸盤貼合，接著真空泵動作形成負壓，吸盤吸附包裝袋；取袋機構的氣缸活塞桿縮回，送粉體包裝袋至下料斗同一高程位置，夾持機構工作，氣缸工作，使氣動手指機構移動到制定高程處，氣缸動作，手指機構將包裝袋“抓緊”，真空泵停止工作，吸盤失去真空力而松開；粉體包裝帶落至傳送機構上，傳送機構中電動機帶動傳送帶運動，此時粉體包裝袋跟隨傳送帶一起向下料斗方向運動；當粉體包裝袋到達指定位置且被安置在傳送袋機構末端的光電檢測控制器偵測到時，光電檢測控制器將位置信號傳遞給電機控制器，反饋信號被控制器接收后，控制器操控電動機停止工作。粉體包裝系統套袋子系統功能為：實現張開袋口工作；在下料口處處套上包裝袋，待包裝袋被下料斗下方夾緊機構夾住后，套袋機構立即返回到起點位置，準備進行工作循環。上、下張袋吸盤、上、下張袋氣缸、雙側對稱插刀機構氣缸、電動機、夾持機構氣缸共同組成套袋子系統工作部件。套袋系統動作流程：上張袋氣缸與下張袋氣缸分別在包裝袋送至待套袋位置后動作，上張袋氣缸帶動一組真空吸盤壓在包裝袋口的上方，同時下張袋真空吸附式吸盤與包裝袋下表面接觸并壓緊；真空泵開始工作，系統產生負壓，上下兩側吸盤將包裝袋兩側吸緊；上張袋氣缸和下張袋氣缸動作，向對向移動將袋口張開；插刀氣缸帶動插刀機構運動，使其準確深入到包裝袋中；真空吸盤失去負壓，兩側吸盤縮回，此時夾袋機構工作并將夾袋機構夾住包裝袋兩側并將粉體包裝袋傳動到套袋系統工位；伺服電機得到工作信號后，控制上袋機械手臂工作，將夾袋機構傳送來的粉體包裝袋送至物料出口處；物料出口裝置下方夾緊機構將包裝袋開口邊沿夾緊，以防止漏料。下料口開啟，灌料。3．主要問題及解決方法1）結合自動包裝機原理所學知識，確定包裝機的各項性能參數；2）結合自動包裝機所學內容，根據所設計自動包裝機進行分析自動化包裝過程中產生漏粉和袋口粘連的原因，再通過所設計結構解決漏粉和袋口粘連，使自動化包裝過程更加合理，滿足實際需要。3）結合自動包裝機所掌握知識，從理論和實際應用兩個角度考慮選取吸盤種類及類型，使所選取吸盤結構、吸附力更適合粉體自動包裝過程。4）運用機械設計所學內容對取袋裝置和套袋裝置進行控制系統設計，要使這兩個控制系統結構合理，性能穩定，使之能按照實際需要順利進行吸附包裝袋、張開包裝袋并將其傳送到下料口位置。4．技術路線收集自動包裝機的相關文獻及資料完成開題報告確定整收集自動包裝機的相關文獻及資料完成開題報告確定整體研究方案自動包裝機各個部件設計繪制所設計二維與三維圖圖紙總體方案各個部分的設計取袋套袋控制子系統設計自動包裝機各個部件設計繪制所設計二維與三維圖圖紙總體方案各個部分的設計取袋套袋控制子系統設計完成設計說明書及其論文完成設計說明書及其論文5．預期結果繪制工程圖紙（圖紙總量折合A0圖紙不少于2張）編寫設計計算說明1份（字數不少于1.5萬字）翻譯相關外文文獻1篇（不少于5000單詞）3D建模圖紙一張6．論文框架第一章緒論第二章粉體自動包裝機總體設計第三章系統氣動回路研究第四章控制系統設計第五章技術經濟性分析第六章結論三、研究進度第1周—第2周：畢業實習，收集資料，撰寫實習報告第3周：確定原始參數，撰寫開題報告，進行開題答辯第4周—第6周：整機總體設計，繪制二維圖紙第7周—第10周：使用三維軟件設計系統各機構，繪制三維圖紙.第11周—第13周：取袋機構和套袋機構控制子系統的設計第14周—第15周：設計氣源氣壓回路系統第16周：整理設計說明書、圖紙，提交全部設計成果，畢業設計查重第17周：參加畢業設計答辯四、主要參考文獻[1]粉狀物料包裝問題的研究[J].崔文韜.

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