总体方案设计.pptx
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1、第一节 设计包装机的基本要求 设计包装机时,要使机械具有先进的技术性,良好的使用性和机械加工工艺性,就必须注意满足以下几项基本要求。一、包装机的功能和应用范围 包装机的功能是指其所完成的包装工序的种类;包装机的应用范围,是指一台包装机所能完成的包装形式、适用包装物料的种类和规格、包装材料的品种和规格等。通常,当包装机的应用范围小时,它的结构较简单,生产率较高,而且易实现生产的自动化。若扩大包装机的应用范围,虽然可以实现一机多用,但往往造成机械结构的复杂、提高成本。因此要根据使用工厂的实际需要、物料性质、包装材料性质以及包装产品的批量来确定包装机的使用范围。第1页/共109页机械产品设计的最初环
2、节,是针对产品的主要功能提出一些原理性的构思。这种针对主要功能的原理设计,称为“功能原理设计”。如:设计一台洗衣机,其总功能为“洁衣”,即“分离脏物”。方法一:模仿人手洗衣的动作,它将包括手臂、手指等由多杆机构组成的机械手来完成,那将非常复杂,而且刚性构件坚硬性对衣料的磨损也难以控制。第2页/共109页方法二:采用水流与衣料相对运动的的洗法,则可用简单的正转和反转的机械运动来实现,这是目前最常见的洗衣机的方式。方法三:利用超声波产生很强的水压使衣物纤维振动,同时借助气泡上升的力使衣物运动而产生摩擦,达到洗涤去脏的目的。第3页/共109页再如要设计一台点钞机,为达到钞票分离的目的,可以采用下图所
3、示的几种功能原理方案。显然,进行原理性构思时首先要考虑应用某种“物理效应”(如图中的摩擦、离心力、气吹等),然后利用某种“作用原理”(如图中的摩擦轮、转动架、气嘴等),最后达到实现“功能目标”的结果。第4页/共109页第5页/共109页由此可见,不同的功能原理所需要的工艺动作,以及所设计的机械在工作性能、工作品质和使用场合等方面会有很大差异。功能原理设计的重点在于提出创新构思,使思维尽量发散,力求提出较多的解以便比较和选优。对构件的具体结构、材料和制造工艺等则不一定要有成熟的考虑。由此可见,功能原理设计的特点如下:1)功能原理设计往往是用一种新的物理效应来代替旧的物理效应,使机器的工作原理发生
4、根本变化的设计。第6页/共109页 2)功能原理设计中往往要引入某种新技术或新材料和新工艺,特别计算机和信息技术的应用。但首先要求设计人员要有新的构思,否则即使新技术放到面前也不会把它运用到设计中去。3)功能原理设计使机器品质发生质的变化。例如,机械表不论在技术上如何改进,其精确性不可能与石英电子表比美。4)不断进行比较和多解选优。第7页/共109页总功能的分析在系统工程学中常用黑箱来研究分析问题,对于复杂的未知系统,犹如一个不知其内部结构的黑箱。当此系统以实现某种任务为目标时,分析、比较它的输入和输出量之间的关系,分析黑箱与周围环境的联系,了解其功能、特性,从而探求其内部原理和结构。第8页/
5、共109页如下图所示,把技术系统看成一个黑箱,其输入和输出用信息流S、能量流E和物料流M来描述;输出用相应的S、E、M来描述。黑箱法只是描述从系统外部观察到的功能特点,而黑箱内部结构是未知的,需要设计者去进行具体构思和设计。第9页/共109页如下图所示为一台硬币计数包卷机,它的功能是用来整理、清点、计数,最后按一定的枚数将硬币用纸包卷起来或装入袋内。末图所示为用黑箱法描述的硬币机的总功能。硬币计数包卷机(如图)第10页/共109页功能分解一般的机械执行系统都比较复杂,难以直接求得满足总功能的原理解。如果利用系统工程分解的原理,将总功能进行分解,则可化繁为简。如硬币计数包卷机可分解为下图所示的的
6、7个分功能,各功能单元具有一定的独立性。第11页/共109页1.硬币堆放、输送功能单元2.硬币排列、分选、挑残功能单元3-硬币分选计数功能单元4-硬币堆码、整理功能单元5-送纸、撕纸功能单元6-硬币包卷功能单元7-卷边功能单元第12页/共109页 二、包装质量与生产率1、包装质量影响因素被包装物品、包装材料的性能、所用包装技术方法、包装机的质量及其使用条件和操作者的技术熟练程度。两个方面:(1)包装成品的质量工序完成后的质量(裹包的紧密度、计数精度、封口的牢度和密封性等)(2)被包装物品和包装材料的损耗 第13页/共109页2、生产率包装机的生产率,是指一台机器在单位时间内所包装物料的数量或件
7、数。生产率又分为理论生产率和实际生产率,上述的定义是指的理论生产率;但是,在实际生产中,有时要做生产的准备、要停机装添物料和包装材料、调试和维修机器、检验产品质量等,所以在实际生产中,一般用实际生产率来表示包装机的生产率,它是指一台包装机在一段时间内(一日、一班)的包装物料的数量。设计中,在满足使用要求的前提下,要尽量提高生产率,措施是提高包装机的运动精度、自动化程度和可靠性,分散包装工序,增加包装执行机构数量,以及缩短辅助时间等。第14页/共109页 表3.1 自动机的生产率和功率表第15页/共109页第16页/共109页 三、具有一定的精度三、具有一定的精度生产中,要求包装机的生产率高、可
8、靠性高、包装成品质量好、噪音小等,因此包装机本身应具备一定的精度。精度分为静力精度、运动精度和动力精度。静力精度运动精度动力精度包装机的精度愈高,对机械的制造精度、零件材料的要求愈高,使机械制造成本高。因此,包装机的精度必须根据各种要求,进行全面综合分析后再确定。包装机空运转时部件的运动精度和相互间的位置精度;包装机空运转时部件的运动精度和相互间的位置精度;它是由机械零件的加工精度和装配精度决定的它是由机械零件的加工精度和装配精度决定的.包装机的工作部件运动均匀性和协调性。它是由传包装机的工作部件运动均匀性和协调性。它是由传动系统中零部件的设计、加工、装配和调整精度决定的。动系统中零部件的设计
9、、加工、装配和调整精度决定的。包装机在包装工作的过程中包装机在包装工作的过程中,包装机部件在工作力包装机部件在工作力,温升振动的温升振动的作用下的运动精度和相互位置精度。它是由包装机的零部件的作用下的运动精度和相互位置精度。它是由包装机的零部件的刚度、按触刚度、抗振性和热变形等因素决定的。刚度、按触刚度、抗振性和热变形等因素决定的。第17页/共109页四、提高机械的自动化程度四、提高机械的自动化程度 包装机械分为半自动包装机和全自动包装机,若包装机在完成完整的包装循环的过程中,包装物料或包装材料的传送要人工来完成,则称为半自动半自动包装机包装机;若上述工作全部由机器来完成,则称为全全自动包装机
10、自动包装机。包装机的自动化程度愈高包装机的自动化程度愈高,它的生产率愈高它的生产率愈高,工人的劳动强度愈低。工人的劳动强度愈低。但是,机器的构造和控制系统则愈复杂,从而提高了机器的成本、增加了机器维修的难度。所以,必须根据使用要求和上述各种因素来确定包装机的自动化程度。第18页/共109页五、提高五、提高“三化三化”程度程度 “三化”包装机的品种系列化,零、部件的通用化和标准化。提高机器的“三化”程度,可以减少零件和部件的品种,缩短机器的设计和制造周期,增加生产批量,便于组织生产、降低机器制造成本,有利于提高机器的质量;便于维修和保养。包装机的结构复杂、品种繁多,所以提高机器的“三化”程度是非
11、常迫切的,但是,包装机的发展正处在新兴阶段,“三化”工作刚刚开始,这就要求在设计包装机时,必须对其“三化”给予极大的重视。第19页/共109页 六、便于制造、操作、维修六、便于制造、操作、维修 包装机的零件结构复杂,在设计中,要注意零件的结构工艺性,若工艺性差,会造成加工性差、延长制造周期,增加制造成本。同时,设计者必须为机器的操作者着想,使操作者便于更换包装材料、添加物料,便于观察机器的工作情况、以及便于调整、维修和保养机器。另外,要有安全保护装置,防止发生人身安全事故、机器损坏和包装质量事故等。第20页/共109页七、控制机器的噪声七、控制机器的噪声 包装机正向高速化、多功能发展,控制机器
12、的噪声是设计和制造时的一个重要问题。噪声能损伤人的听觉器官和生理机能,必须采取一定的措施降低噪声。如提高零部件的制造精度、配合精度,减少机器的激振力,安装隔振和吸振装置等,使包装机的噪声不超过80dB(A)。第21页/共109页八、提高包装机的工作质量八、提高包装机的工作质量 包装机的工作质量是以物料被包装后的成品质量来衡量的,一般用被包装成品的正品率正品率表示。正品率正品率是表示在一段时间内,被包装物料的总数与其中包装质量合格的数量之比;废品废品是指包装物料或材料损伤、物料外露、空包及计量不准确等。包装机的工作质量高,能直接提高包装机的生产效率、降低产品成本,所以设计机器时应给予极大的重视。
13、九、外形美观九、外形美观 包装机的外形要美观、色调要和谐、人机关系要合理,这样能够提高机器在销售中的竞争力,又有利于操作工人的生产活动。因此,设计时应使包装机的外形美观、尺寸比例协调、颜色美观大方。使操作者喜欢机器、有较高的工作情绪和安全感,以利于提高生产效率。第22页/共109页第二节第二节 包装机的设计步骤包装机的设计步骤一、总体方案设计总体方案设计总体方案设计调查研究调查研究调查研究调查研究可行性可行性可行性可行性分析论证分析论证分析论证分析论证确定包装机的确定包装机的确定包装机的确定包装机的使用范围使用范围使用范围使用范围确定包装机的确定包装机的确定包装机的确定包装机的包装工艺方法包装
14、工艺方法包装工艺方法包装工艺方法初选各部件结构初选各部件结构初选各部件结构初选各部件结构和总体布局和总体布局和总体布局和总体布局第23页/共109页1.调查研究调查研究(1)调查使用单位要求主要调查、了解被包装物的种类、性质、尺寸、形状、包装方法和形式及对包装的要求、包装材料的种类、规格、特性及供应情况,了解操作工人对现有同类型包装机的意见、对新设计包装机的要求;了解工人的操作技术水平,并且要了解新设计包装机的工作环境,包装环境的温度、湿度等。(2)调查机器制造单位的情况主要了解制造单位的设备和工人的技术水平;了解各种原材料的供应情况;以及制造包装机的经验。第24页/共109页(3)查阅有关技
15、术资料主要查阅现有同类型包装机的图样、技术资料以及有关使用情况的资料;查阅国内外有关的各种科技文献,了解国内外同类机型机械的现状及发展趋势。2.可行性分析论证可行性分析论证可行性分析,即在充分调查研究的基础上、提出该项目是否可行的论证报告。如果该项目是可行时,还必须提出方案的具体实施方案计划和措施,并请有关专家论证,然后报请主管部门审批。第25页/共109页3.3.初步设计确定包装机的使用范围和生产率;确定包装机的使用范围和生产率;进行包装工艺分析、确定出包装方法和形式并画出工艺流进行包装工艺分析、确定出包装方法和形式并画出工艺流程图;程图;初选包装机的类型、各组成部分的结构并画出草图;初选包
16、装机的类型、各组成部分的结构并画出草图;确定包装机的外形尺寸并画出总体尺寸联系图;确定包装机的外形尺寸并画出总体尺寸联系图;拟定整台机的传动系统图;拟定整台机的传动系统图;拟定包装机的工作循环图;拟定包装机的工作循环图;在上述工作进行的同时进行总体布局、定出主要的技术参在上述工作进行的同时进行总体布局、定出主要的技术参数、绘出包装机的总体图。数、绘出包装机的总体图。以上各阶段既有相对的独立性,又是互相密切联系的,在设计中可以交叉进行,减少不必要的返工,以便使设计工作周密地、有次序地进行,确保设计质量和进度。第26页/共109页二、技术设计1.设计计算根据包装机总体方案,对包装机组成部分进行运动
17、设计计算、结构设计、动力计算、同时,对有的零件要进行强度和刚度校核,并且要绘制出各部件的装配图,专用零件图和通用件的补充加工图。为确定主要零件的基本尺寸,需要:(1)运动学设计(2)动力学设计(3)零件的工作能力设计(4)部件装配草图及总装配草图设计(5)主要零件的校核第27页/共109页2.编写技术文件 (1)设计计算说明书 它包括总体方案设计、零部件的运动计算、结构设计、动力设计、有关零件的强度和刚度校核等内容.同时,要对整机进行经济效益分析。(2)使用说明书 它包括包装机的技术性能、各部件构造说明,包装机的安装、调试、润滑方式,常见故障的排除方法,易损零件列表和图样、电气设备表,以及包装
18、机的运输方法和验收标准,有时要编制各种通用件、标准件名细表。第28页/共109页三、审核鉴定对所拟定的方案、技术计算、设计图样等进行详细审核、并对试制的样机进行鉴定。特别要注意审查整个设计方案是否合理,各个具体设计环节是否正确,设计是否完整,还需做哪些改进。第29页/共109页第三节第三节 总体方案设计的基本内容总体方案设计的基本内容确定包装机的使用范围确定包装机的使用范围确定包装机的使用范围确定包装机的使用范围包装工艺设计包装工艺设计包装工艺设计包装工艺设计包装机的总体布局包装机的总体布局包装机的总体布局包装机的总体布局编制工作循环图编制工作循环图编制工作循环图编制工作循环图拟定主要技术参数
19、拟定主要技术参数拟定主要技术参数拟定主要技术参数总体方案设计总体方案设计总体方案设计总体方案设计基本内容基本内容基本内容基本内容第30页/共109页一、确定包装机的使用范围一、确定包装机的使用范围按使用范围分,包装机可分为专用包装机、通用包装机和多用包装机。确定使用范围的原则是:1.专用包装机若被包装的物料生产批量大、品种规格不变,可选用专用包装机,这样便于提高包装机的生产率和自动化程度。第31页/共109页2.2.多用包装机 若被包装的物料生产批量中等、品种规格要一定时期才更换,可选用多用包装机,只要更换有关部件即可。3.3.通用包装机 若被包装物料批量小,经常更换物料的品种、规格,可选用通
20、用包装机。这样可增加同类包装机的生产批量,减少包装机使用单位的设备投资费用,同时也降低了包装成本。一般应跟据包装机使用单位的要求,在保证机械作用可靠性高、制造成本低的原则下,使包装机的应用范围广一些为宜。第32页/共109页二、包装工艺设计二、包装工艺设计 包装工艺设计分析、确定该机应采用的包装方法和形式、包装程序、包装路线、工位数等。鉴于被包装物料种类、规格繁多。包装材料的品种、规格和性能又各不相同,包装产品流通环境也各不相同,所适用的包装工艺也各不相同。导致包装机的结构也各不相同,所以包装工艺是整台机设计的依据。第33页/共109页包包装装工工艺艺设设计计机构选型机构选型确定包装程序、包装
21、工艺路线、确定包装程序、包装工艺路线、包装工位数、绘制包装工艺路线图包装工位数、绘制包装工艺路线图确定机器类型确定机器类型确定包装方式确定包装方式第34页/共109页1.确定包装方式(1)(1)分析包装物料的性质 常用的物料按其状态可分为块状、粉状、颗粒状、流体状,应采用的包装方法和形式也各不相同,如流体物料常采用常压灌装法、等压灌装法、真空灌装法等。为了保证包装的质量,如装啤酒宜采用等压灌装法、桔汁宜采用真空灌装法;另外,同一种物料,当规格相同时,也可以采用不同的包装形式,如糖块可选用裹包方法中的单端及双端扭结式、端折式、袋装式等。这时要在充分分析、比较的基础上,选择能使包装机结构简单的包装
22、方法和形式。第35页/共109页图(a a)所示为扭结式包装图(b b)所示的折叠式包装图(c c)所示的接缝式包装图3-13-1糖果包装方式第36页/共109页(2)(2)包装材料的选择 当多种包装材料都能满足物料的包装要求和使用要求时,选择包装材料的原则是:a.能简化包装机的结构;b.使包装机具有较高的生产率;c.包装质量好、易于销售;d.包装材料来源方便、充足、成本低;e.便于消费者携带和废物处理等。第37页/共109页2、确定机器类型(1 1)单工位和多工位 单工位包装机所有操作都集中在一个工位上完成,当一件(组)物品完成全部包装并输出之后,下一件(组)物品才能进入机器开始包装。多工位
23、包装机物品从输入到输出,须经过多个工位,且在不同的工位上依次完成各个包装操作。第38页/共109页(2 2)间歇运动与连续运动 A、间歇运动式多工位包装机 物料在包装过程中,由一个包装工位转移到另一包装工位的运动形式是间歇式的。执行机构多时,为使结构简单常选用这种形式。B、连续运动式多工位包装机 物品及主传送系统均作连续等速运动,当执行机构种类较少,生产率要求高时可选用这种形式。第39页/共109页 (3 3)单头与多头 物料在包装过程中,由一个包装工位转移到另一个包装工位是由主传送机构驱动作连续运动的。它又分为单头式和多头式。单头式:是在一台包装机中,完成同一包装操作的执行执构只有一个。多头
24、式:是在一台包装机中,完成同一包装操作的执行机构有数个。第40页/共109页n3.确定包装程序、包装工艺路线、包装工位数、绘制包装工艺路线图n(1)(1)包装程序 包装程序包装程序对物料进行包装时,各个包装动作的顺序。用来表示这种顺序的图称为包装程序图,如图所示。1-1-供送物料供送物料 2-2-供送包装材料供送包装材料 3-3-长接口折边及第一次热封长接口折边及第一次热封4-4-长接口边第二次热长接口边第二次热封封 5-5-两侧面折边两侧面折边 6-6-侧面第一次热封侧面第一次热封7-7-包装件翻转包装件翻转 8 8一侧面第二次热封一侧面第二次热封图3-2 块状物料裹包包装程序图第41页/共
25、109页 有的包装方法和形式往往就决定了包装程序,如液体真空灌装程序是升瓶-抽气-灌液-排除余液-降瓶。有的包装方法和形式相同,可以用不同的包装程序来完成,如图3-33-3所示是裹包方法中的折叠式包装。从图中看出不同的包装程序将使包装机的有关结构和总体布局不相同,应选择使包装机械结构简单、便于总体布局的包装程序,程序是包装机总体布局的依据,必须给予充分的重视。第42页/共109页图3-3 裹包包装程序图第43页/共109页 (2)(2)包装工艺路线 包装工艺路线包装物料和包装材料的供送供送路线、包装过程中物料的运动运动路线、包装成品的输输出出路线。常见的工艺路线有直线型、阶梯型、圆孤直线型、阶
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