蔬菜捆扎機機械部分的設(shè)計含8張CAD圖
蔬菜捆扎機機械部分的設(shè)計含8張CAD圖,蔬菜,捆扎,機械,部分,設(shè)計,CAD
蔬菜捆扎機機械部分的設(shè)計
摘要
蔬菜是人們賴以生存的的食物，它能提供人體所需的維生素和礦物質(zhì)。我國作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，農(nóng)民主要收入來源于經(jīng)濟作物的生產(chǎn)，而蔬菜的種植是其主要組成部分。我國農(nóng)業(yè)常年用種量在125億公斤以上，已成為繼美國之后的全球第二大種子市場，其中蔬菜常年用種量約4萬多噸，商品化率約為60%，與世界水平還有一定差距，意味著我國蔬菜市場有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?
蔬菜捆扎機械作為包裝設(shè)備中的一個主要分支,是將一個或多個包裝物用捆扎帶(繩)緊束一起的機器,使包裝件便于運輸、保管和裝卸,屬于外包裝設(shè)備。捆扎機械的發(fā)展,在一定程度上借助于捆扎材料的開發(fā)應(yīng)用。在捆扎材料中先后出現(xiàn)的有草繩、綿麻繩、紙繩、金屬絲、塑料繩、塑料帶、鋼帶、聚胺酯帶等。但由于其本身的強度和延伸率不同和對機械捆扎的適應(yīng)程度各異,以及考慮制作成本，目前以鋼帶和塑料帶的應(yīng)用最為廣泛。特別是自上世紀五十年代以來,隨著石油化工的崛起，開始用塑料作為捆扎材料,為塑料帶(繩)捆扎機械的開發(fā)成功奠定了基礎(chǔ)。由于塑料帶比鋼帶紙帶具有較低的使用成本和不銹蝕、不污染、強度適中手感柔軟、制造方便、外觀美觀等優(yōu)點,使之在許多領(lǐng)域逐步替代原來的鋼帶,紙帶,塑料帶捆扎機成為包裝機械中少有的技術(shù)成熟、簡單可靠、品種齊全、覆蓋面廣的主要設(shè)備。?
蔬菜捆扎機凸輪總體的精確設(shè)計,受凸輪控制的剪切、夾壓機構(gòu)的協(xié)調(diào)合理運行是完成捆扎的關(guān)鍵。本設(shè)計通過對國內(nèi)外蔬菜扎捆機器的性能的檢測，構(gòu)造以及操作的簡易程度，最終設(shè)計成一架操作簡單、價格合理、適合大多數(shù)地區(qū)使用便于維修的蔬菜捆扎機械，捆扎的過程包括送帶、收緊、切燙、粘結(jié)四個環(huán)節(jié)組成，因此送帶機構(gòu)、夾壓機構(gòu)、封口機構(gòu)設(shè)計的合理與否，將直接影響到捆扎質(zhì)量和效率。當蔬菜人工擱置在規(guī)定的位置后，手動將捆扎帶塞入焊接處并觸動微開關(guān)，其他頂緊桿將帶端壓緊，同時機械裝置和執(zhí)行機構(gòu)保證反時針方向收帶，達到一定的捆緊力后焊接，稍后切刀上頂切帶，最后機械送帶，完成一個捆件的捆扎過程，實現(xiàn)了對蔬菜捆扎的機械化。
關(guān)鍵詞：蔬菜；捆扎機械；摩檫輪
目 錄
1.緒論 1
1.1國內(nèi)外蔬菜的發(fā)展狀況 1
1.2國內(nèi)蔬菜捆扎機的發(fā)展狀況 1
1.3國內(nèi)外蔬菜捆扎機械存在的問題 1
1.4蔬菜捆扎機中存在的主要問題 2
1.5研究的內(nèi)容和方法 3
1.6預(yù)期目標 3
1.7重點研究的關(guān)鍵問題及解決思路 3
1.8工作條件及解決方法 3
2.捆扎機總體結(jié)構(gòu)及主要零部件的設(shè)計 3
2.1 機械系統(tǒng)設(shè)計 4
2.2送帶、退帶張緊機構(gòu)??? 4
2.3捆扎封接機構(gòu) 4
2.4控制系統(tǒng) 5
3.蔬菜捆扎機的基本結(jié)構(gòu) 6
3.1捆扎機構(gòu)原理 8
3.2減速器傳動軸的的設(shè)計 8
3.3傳動齒輪的設(shè)計 10
4.摩擦輪的設(shè)計? 13
5.控制系統(tǒng)概述 14
5.1步進電機控制系統(tǒng) 14
5.2步進電機的特點 14
5.3步進電機的選擇 15
總 結(jié) 16
致 謝 17
參考文獻 18
1緒論
1.1國內(nèi)外蔬菜的發(fā)展狀況
蔬菜捆扎機械的應(yīng)用,起始可追溯到本世紀初期,如美國SIGNODE公司、德國的CYKLOY公司等就涉足捆扎行業(yè),以生產(chǎn)鋼帶捆扎設(shè)備為主,但其規(guī)模和生產(chǎn)技術(shù)水平都還較低。直到上世紀的五十年,塑料材料的問世,使以塑料帶作為捆扎材料成為現(xiàn)實,極大地促進了塑料帶捆扎機的發(fā)展。較早的如日本的下島株式會社、株式會社,日魯工業(yè)株式會社等。至2001年日本的塑料帶捆扎機總產(chǎn)量達94萬臺,約占包裝機械總量的19.5%,總產(chǎn)值達300億日元。每年約有30%的出口,幾乎占領(lǐng)了全部東南亞市場。由于他們能成功地引進和消化吸收別國的經(jīng)驗,不斷改進發(fā)展[2]。結(jié)構(gòu)較為簡單,可靠性高,在國際市場上有很大的競爭能力。其中最大的生產(chǎn)廠家為下島株式會社,于1969年開始正式生產(chǎn)自動捆扎機,主要從事產(chǎn)品開發(fā),產(chǎn)品質(zhì)量控制和推銷工作,其零部件加工和裝配均通過擴散的辦法。在國內(nèi)設(shè)有17家分公司和270個代銷點,并在35個國家和地區(qū)設(shè)有代理點。產(chǎn)品品種200多個,正常生產(chǎn)品種為29種。美國的SIGNODE公司則是一家以鋼帶捆扎機為主,塑料帶、聚酯帶捆扎工具為輔的跨國公司,屬于美國ITW上市公司。美國和其它六個國家設(shè)有分公司該公司自1913年就開始從事捆扎機械的生產(chǎn),為100多個國家的工業(yè)產(chǎn)品包裝提供服務(wù),并為各國用戶提供24小時內(nèi)的配件供應(yīng)服務(wù),他們不僅具有巨大的生產(chǎn)能力,而且還有一支精益求精的研制和開發(fā)隊伍,通過對捆扎機械各功能部件的反復(fù)試驗和多方案對比,生產(chǎn)出的捆扎機械具有很好的可靠性和最佳的經(jīng)濟壽命,雖然價格昂但仍然是國際市場上的強手[1]。
1.2國內(nèi)蔬菜捆扎機的發(fā)展狀況
我國包裝機械工業(yè)是在改革開放以后發(fā)展起來的。由于起步較晚，大部分設(shè)備都是通過引進設(shè)備消化吸收研制出來的。行業(yè)從無到有，從小到大，逐步發(fā)展起來。而我國的捆扎機械在各領(lǐng)域運用都比較廣泛，比如在建筑上鋼筋的捆扎，在醫(yī)療上對藥物器械的包裝，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中打捆機的出現(xiàn)，解決了秸稈荒廢田地等等問題?；旧夏苌a(chǎn)出滿足人民生活需求的各種各樣、各種檔次的產(chǎn)品，并正在不斷努力、提高、縮小與國外先進水平、先進技術(shù)、先進設(shè)備的差距。在全行業(yè)廣大企業(yè)、科研單位技術(shù)人員及行業(yè)工作者的共同努力下，新產(chǎn)品、新技術(shù)日益涌現(xiàn)并轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。我國人口眾多，民以食為天，包裝與食品機械產(chǎn)品市場廣闊、潛力巨大。包裝與食品機械在我同的迅速崛起已引起社會的廣泛關(guān)注，即使在東南亞國家遭受金融危機的情況下，該行業(yè)仍欣欣向榮，堪稱“朝陽工業(yè)”[2]。隨著人民生活水平的不斷提高，對商品包裝提出了更高的要求，哪里有商品，哪里就有包裝，可以說包裝工業(yè)對國民經(jīng)濟整體結(jié)構(gòu)的發(fā)展起著重要的作用。包裝機械產(chǎn)品量大面廣，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工、軍工等各個行業(yè)。我國包裝機械工業(yè)通過采用國際標準和吸收國外先進技術(shù)，在標準水平、設(shè)計制造和產(chǎn)品質(zhì)量方面都有了較大的提高。一些企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量達到或接近國外同類機器的先進水平。這些企業(yè)采用先進的企業(yè)管理體系和質(zhì)量保證體系，不斷改善和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，以質(zhì)量和售后服務(wù)為企業(yè)的命脈，解決了用戶的后顧之憂。隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，國內(nèi)市場對包裝機械產(chǎn)品的需求量與日俱增，年產(chǎn)量也逐年提高，包裝饑械企業(yè)數(shù)量越來越多，并且企業(yè)性質(zhì)逐漸從國營轉(zhuǎn)為私營、集體甚至個體，市場競爭日趨激烈，從過去經(jīng)濟短缺的賣方市場轉(zhuǎn)變?yōu)橘I方市場。因此產(chǎn)品在技術(shù)、性能、價格上的競爭更為激烈[3]。
1.3國內(nèi)外蔬菜捆扎機械存在的問題
目前國內(nèi)產(chǎn)品與國外相比，市場競爭能力偏低。目前我國包裝機械產(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，我國進入世貿(mào)組織(WTO)，國際先進的技術(shù)、設(shè)備和管理經(jīng)驗的進入勢必會對我國剛剛發(fā)展起來的包裝機械工業(yè)造成巨大沖擊，企業(yè)面臨著前所未有的嚴峻考驗[4] 我們應(yīng)該根據(jù)自己的特點，發(fā)揮自身的優(yōu)勢。包裝機械企業(yè)要想尋找較好的、長遠的發(fā)展必須不斷開發(fā)新產(chǎn)品,提高產(chǎn)品的質(zhì)量和機械的可靠性以適應(yīng)當前日新月異的發(fā)展形勢，要規(guī)范優(yōu)質(zhì)服務(wù)標準，努力搞好售后服務(wù)。只有這樣，包裝機械企業(yè)才能得以更好地發(fā)展。捆扎機械作為包裝設(shè)備中的一個主要分支，是將一個或多個包裝物用捆扎帶(繩)緊束一起的機器，使包裝件便于運輸、保管和裝卸，屬于外包裝設(shè)備。捆扎機械的發(fā)展，在一定程度上借助于捆扎材料的開發(fā)應(yīng)用，在捆扎材料中，先后出現(xiàn)的有草繩、綿麻繩、紙繩、盒屬絲、塑料繩、塑料帶、鋼帶、聚胺酯帶等，但由于其本身的強度和延伸率不同，對機械捆扎的適應(yīng)程度各異，以及考慮制作成本,目前以鋼帶和塑料帶的應(yīng)用最為廣泛。特別是自五十年代以來，隨著石油化工的崛起，開始用塑料作為捆扎材料，為塑料帶（繩）捆扎機械的開發(fā)成功奠定了基礎(chǔ)，由于塑料帶比鋼帶，紙帶具有較低的使用成本和不銹蝕、不污染、強度適中、手感柔軟、制造方便、外觀美觀等優(yōu)點，使之在許多領(lǐng)域逐步替代原來的鋼帶、紙帶，塑料帶捆扎機成為包裝機械中少有的技術(shù)成熟、簡單可靠、品種齊全、復(fù)蓋面廣的主要設(shè)備。國際市場上的搶手。我國捆扎機械生產(chǎn)自1976年開始。隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和各行業(yè)對改善產(chǎn)品包裝產(chǎn)品質(zhì)量的要求日益迫切，使捆扎機械不論在生產(chǎn)能力、生產(chǎn)技術(shù)、整機性能等方面都有了很[5]。
（1）已將微機技木應(yīng)用于捆扎機過程控制，具有溫度控制、自動計數(shù)、定長送帶、故障報警等多種功能，不僅可單機使用也可多機聯(lián)用或與自動生產(chǎn)線配套使用。??
（2）從機器的傳動方式來看，有機械傳動、液壓傳動和氣動，特別是液壓傳動具有結(jié)構(gòu)簡單，制造方便的特點，是我國特有的機型。??
（3）品種規(guī)格比較齊全。為適應(yīng)不同的用戶需要，已有全自動、半自動和手提式捆扎器，根據(jù)包件捆扎要求不同，除通用的普通型外，又有帶壓力的捆扎機、雙軌道捆扎機、側(cè)封式捆扎機等，其工作臺面有高有低，可適應(yīng)單件捆扎或自動連續(xù)捆扎的需要，目前最大的自動捆包尺寸可達2000×1200毫米，最小的可捆扎50×80毫米的捆件、品種已達20多種。??
（4）捆扎能力在每分鐘12—21道之間，基本能滿足國內(nèi)當前的生產(chǎn)需要。目前仍大量采用寬度為13.5毫米的塑料捆扎帶和直徑為30毫米的筒形薄膜捆扎繩，井正在開發(fā)使用寬度為5—10毫水的塑料捆扎帶的捆扎機，但國外大繁使用的鋼帶自動捆扎機在國內(nèi)尚未開發(fā)。??
（5）捆扎帶粘接主要利用燙頭將捆扎帶兩端加熱至一定溫度后再施壓使之粘合，稱為熱熔搭接型，其接頭的拉力強度可達母帶強度的80%。塑料繩捆結(jié)機則以打結(jié)的形式捆緊包件。??
（6）目前已能生產(chǎn)二十多個品種的捆扎機和三個品種的捆結(jié)機，基本上能滿足國內(nèi)需求，其中半自動捆扎機的整個性能已接近國外先進水平，故每年有較大的批量出口，而全動捆扎機仍與國外有較大的差距。與國外捆扎機械生產(chǎn)技術(shù)水平相比，國產(chǎn)捆扎機差距主要為：品種單一，生產(chǎn)力低。雖然經(jīng)過二十多年的發(fā)展，但只能生產(chǎn)20多個品種，還不及國外一個公司的品種數(shù)，而且只能生產(chǎn)通用型的產(chǎn)品，如鋼帶自動捆扎機的生產(chǎn)至今仍是一個空白，無法滿足一些特殊行業(yè)的需要：據(jù)調(diào)查2006年全國產(chǎn)量已達19000臺，但仍太大落后于國外的水平。我國捆扎機械的生產(chǎn)起步較晚，主要是靠引進國外的整機經(jīng)消化改進二次開發(fā)生產(chǎn)的。因此在生產(chǎn)中著重于產(chǎn)品的整機性能而忽視了對零部件的研究，導致在捆扎速度、接頭粘接方式和送帶軌道等主要技術(shù)性能方面不硬國外先進水平。工作可靠性較差，其中特別是捆扎帶和元器件的質(zhì)量不穩(wěn)對整機的性能帶來很大的影響[4]。
1.4蔬菜捆扎機中存在的主要問題
自動捆扎機的工作過程主要由送帶、收緊、切燙、粘結(jié)四個環(huán)節(jié)組成，因此送帶機構(gòu)、夾壓機構(gòu)、封口機構(gòu)設(shè)計的合理與否，將直接影響到捆扎質(zhì)量和效率。當捆扎物人工擱置在規(guī)定的位置后，手動將捆扎帶塞入焊接處并觸動微開關(guān)，第一頂緊桿將帶端壓緊，同時機械裝置和執(zhí)行機構(gòu)保證反時針方向收帶，達到一定的捆緊力后焊接，稍后切刀上頂切帶，最后機械送帶，完成一個捆件的捆扎過程。在設(shè)計過程中需解決以下難點：
（1）如何實現(xiàn)捆扎速度的可調(diào)，以適應(yīng)不同的捆扎要求。?
（2）依靠摩擦輪退帶收緊過程中，如何判斷包裝帶捆扎紙箱的捆緊力已達到要求而自動停止退帶收緊。?
（3）凸輪總成的精確設(shè)計，受凸輪控制的剪切、夾壓機構(gòu)的合理協(xié)調(diào)運行是完成捆扎的關(guān)鍵。?
（4）如何避免以往捆扎機械中都伴有煙塵、氣味的情況，保護操作者的身心健康及環(huán)境保護
1.5研究的內(nèi)容和方法
根據(jù)我國小型蔬菜捆扎機的發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對機械化要求，設(shè)計小型蔬菜捆扎機。小型蔬菜捆扎機主要由動力機械、傳動裝置、捆扎裝置、送帶裝置、收帶裝置、減速裝置等組成。其中，動力機械是一個主電動機和一個副電動機，只需要把蔬菜捆扎機和電機傳動連接即可實現(xiàn)工作。
先確定符合我國蔬菜捆扎機的類型，根據(jù)已有的蔬菜捆扎機的參數(shù)和構(gòu)造，設(shè)計出符合我國捆扎包裝行業(yè)的小型蔬菜捆扎機，使小型蔬菜捆扎機的工作效益能滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的需求，尤其是在捆扎后對蔬菜捆扎的松緊程度非常重要，決定了捆扎的效果和質(zhì)量。其次對捆扎帶的選用也有一定的要求。
1.6預(yù)期目標
（1）整機操作方便，結(jié)構(gòu)簡單，噪音小，使用壽命長。
（2）對蔬菜捆扎效果要好，捆扎速度要快。
（3）各操作按鈕靈活、可靠，各電路控制流程正常，電氣設(shè)備安全可靠.指示燈顯示正常。
（4）制造價格便宜，實現(xiàn)自動化，能滿足大多數(shù)蔬菜的捆扎。
1.7重點研究的關(guān)鍵問題及解決思路
該裝置與機械動力源為電動機，通過同步帶連接。經(jīng)過減速器直接連接到捆扎機構(gòu)完成送帶、收緊、切燙、粘結(jié)四個環(huán)節(jié)組成，因此送帶機構(gòu)、夾壓機構(gòu)、封口機構(gòu)設(shè)計的合理與否，將直接影響到捆扎質(zhì)量和效率。
（1） 查閱有關(guān)資料選擇相關(guān)參數(shù)及材料,設(shè)計捆扎機械。
（2）設(shè)計完各零部件后，進行裝配組合，試驗設(shè)計的可靠性。
（3）運用Solidworks軟件，繪制三維零件圖和裝配圖。
（4）運用三維設(shè)計軟件完成整機各零部件的三維建模并進行運動仿真。
1.8工作條件及解決方法
塔里木大學位于南疆中心位置，校內(nèi)有蔬菜種植實驗基地，土壤條件較好，為項目開展提供了場地和基本條件。校內(nèi)擁有優(yōu)良的硬件環(huán)境，機械電氣化工程學院擁有先進的機械加工制造設(shè)備，并且?guī)熧Y力量雄厚，完全可以滿足小型蔬菜捆扎機的工作條件。
本文研制的包裝帶打捆機，以蔬菜為捆扎對象，研發(fā)的主要內(nèi)容包括:送、退帶捆緊機構(gòu)的研究、剪切、熨燙機構(gòu)的設(shè)計、捆扎形式的選擇，捆扎材料的選用等。?
? 包裝帶捆扎機的工作過程包括六個主要步驟:送帶、頂緊、退帶拉緊、再頂緊、切帶、加熱、頂緊粘結(jié)、復(fù)位。整個包裝帶捆扎機的研究也主要圍繞這幾個重要的動作來展開。
2.捆扎機總體結(jié)構(gòu)及主要零部件的設(shè)計
本設(shè)計著重對蔬菜捆扎機的機械部分進行設(shè)計，將蔬菜捆扎機的機械部分設(shè)計成三部分，其中送退帶機構(gòu)主要實現(xiàn)包裝帶的送帶與退帶，以及通過退帶將捆扎物捆緊待加熱，粘貼。夾壓剪切機構(gòu)主要實現(xiàn)包裝帶的頂緊固定，并在包裝帶通過熱熔搭接器加熱融化后實現(xiàn)對帶的夾壓，以便使帶迅速粘結(jié)。在送退帶機構(gòu)電機反轉(zhuǎn)進行退帶時，為避免退回的帶在機箱內(nèi)纏繞齒輪及其它部件，本文將設(shè)計一個儲帶箱放在機箱內(nèi)，存放多余的包裝帶，既增加了捆扎安全性，又使下次捆扎有足夠的緩沖時間。?
為保證包裝帶捆扎機能夠高效正常運轉(zhuǎn)，特對本捆扎機的設(shè)計提出如下要求：?
（1）各操作按鈕靈活、可靠，電路控制動作正常，電氣設(shè)備安全可靠.指示燈顯示正常。
（2）送帶長度可調(diào)整，送退帶正常，無撕裂現(xiàn)象。?
（3）送帶停止時，帶盤剎車可靠。?
（4）每道捆扎時間應(yīng)不大于15s。?
（5）捆緊力（應(yīng)可調(diào)，對采用寬度小于13.5mm打包帶的捆扎機，單道最大捆緊力應(yīng)不小200N;用寬度不小于13.5mm打包帶的捆扎機，單道最大捆緊力應(yīng)不小于250N。?
（6）燙頭溫升時間合上總開關(guān)后，燙頭從室溫升到300℃，時間應(yīng)不超過5min。?
（7）燙頭表面溫度在200-370℃范圍內(nèi)應(yīng)可調(diào)。?
（8）接頭外觀無過熔現(xiàn)象，上、下層對齊，中心偏移量應(yīng)不大于1.5mm，接頭末端未燙部分長大于2mm。?
（9）外觀質(zhì)量?
a.工作臺面平整、光亮，不應(yīng)有銹點、凹陷等缺陷；
b.表面涂漆或噴塑牢固、光滑、色澤均勻.不應(yīng)有劃痕、磕碰等有損美觀的缺陷。?
（10）最大捆扎體積為400mm×400mm×1200mm。
2.1 機械系統(tǒng)設(shè)計
機械系統(tǒng)分為：送帶、退帶張緊機構(gòu)，捆扎封接機構(gòu)。
2.2送帶、退帶張緊機構(gòu)???
送帶、退帶張緊機構(gòu)主要完成捆扎帶送入和退出，由電機、摩擦輪、齒輪、同步帶輪、小軌道等部件組成。在機器進入工作準備狀態(tài)時，捆扎帶通過摩擦輪正轉(zhuǎn)，依靠摩擦力使捆扎帶從儲帶箱中拉出送入軌道；當帶碰到觸動開關(guān)后，壓緊機構(gòu)的第一壓頭將帶端壓緊，同時電機帶動摩擦輪開始反轉(zhuǎn)，將多余的帶從軌道中拉出退入儲帶箱中，已達到使紙箱捆緊的目的。
2.3捆扎封接機構(gòu)
捆扎封接機構(gòu)原理示意圖如圖2.2所示。捆扎帶在進行捆扎時，其帶頭和帶尾都需要用夾壓機構(gòu)進行夾緊，以便完成熱熔搭接工作。夾壓機構(gòu)共有三個壓頭，由安裝在同一軸上的三個凸輪分別控制，其中的第一壓頭夾壓帶頭，第二壓頭夾壓帶尾，兩層帶中間先由隔離器隔開，然后再由隔離器引導熨頭進入兩層帶子中間，以待熱熔搭接。?
捆扎帶收緊捆繞在包裝件上后，為了使它在流通過程中不松散，就必須將捆扎帶的兩端構(gòu)成牢固的連接，才能保證捆扎的可靠與安全。捆扎帶在封接壓頭，即第三壓頭的作用下，由電熱板對其加熱使帶表面熔融，然后經(jīng)過加壓冷卻而得到熔接連接。
圖2.2捆扎封接機構(gòu)原理圖
2.4控制系統(tǒng)
研制包裝帶捆扎機的一個重要任務(wù)就是要實現(xiàn)打捆過程的半自動化或盡可能自動化。氣動控制方式與電氣、液壓控制方式一樣，是實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的常用的方式之一。隨著電氣控制技術(shù)在氣動元件中不斷的進步和發(fā)展，一系列高性能的氣動元件的出現(xiàn)，如快速響應(yīng)的電磁閥，位置感應(yīng)氣缸等，使得氣動元件更加易于進行遠距離的操作控制。因此，氣動系統(tǒng)在很多自動化設(shè)備中正得到越來越廣泛的應(yīng)用。?
在打捆過程中，包裝帶壓板以及熱熔搭接器的驅(qū)動由氣缸來實現(xiàn)，相對于電機控制而言，氣缸在實現(xiàn)來回伸縮控制方而有其獨特的特點和優(yōu)勢;具有動作實現(xiàn)簡單，可大大減少輔助機構(gòu)的設(shè)計(相對于電機控制而言)。氣缸的運動過程由電磁閥進行控制，簡單易行。另外，實現(xiàn)捆扎速度可調(diào)通過凸輪軸上的步進電機來實現(xiàn)，機電配合的整個工作過程如下:
（1）接通電源,單片機開始工作,燙頭開始加熱升溫,溫度的自動調(diào)節(jié)通過單片機自動控制。?
（2）按下“送帶”按鈕,電機正轉(zhuǎn),實現(xiàn)送帶,送帶2s后電機停轉(zhuǎn)。?
（3）手動將帶拉出，將包裝帶纏繞捆扎物一周，當帶碰到行程開關(guān)后，步進電機運轉(zhuǎn)第一頂桿將捆扎帶頂緊。?
（4）2s后電機反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)退帶，對包裝件進行捆緊，2s后停轉(zhuǎn)，此時第三頂桿將帶另一端頂緊。?
（5）第二頂桿上升將包裝帶切斷并迅速下移，熱熔搭接器開始對包裝帶加熱，第二頂桿再次上升，將兩片包裝帶夾緊粘貼。?
（6）氣缸收縮，將壓帶側(cè)板抽出，捆扎完成。
3 蔬菜捆扎機的基本結(jié)構(gòu)
捆扎機的總體方案圖如圖3-1所示：
圖3-1蔬菜捆扎機的總體方案圖
蔬菜捆扎機的結(jié)構(gòu)：使用的臺式自動捆扎機，其構(gòu)造包括機架、丙烯帶圈筒、儲帶箱、帶子的進給和張緊機構(gòu)、帶子的接合機構(gòu)、拱形導軌、傳動機構(gòu)和自動控制裝置等部分組成。?
捆扎機工作流程：包裝帶捆扎機采用聚丙烯塑料帶作為捆扎材料，打捆完成后用熱熔搭接法將捆扎帶加熱粘貼。當捆扎物人工擱置在規(guī)定的位置后，手動將捆扎帶塞入焊接處并觸動微動開關(guān)，機械裝置和執(zhí)行機構(gòu)保證反時針方向收帶，達到一定的捆緊力后焊接，稍后切刀上頂切帶，最后機械送帶，完成一個捆件的捆扎過程?。在捆扎過程中，由送退帶機構(gòu)完成送帶、收帶、拉緊等動作；在夾壓、熨燙機構(gòu)作用下完成包裝帶粘結(jié)鎖緊，防止包裝帶的打滑松動。本捆扎機以氣動系統(tǒng)作為打捆系統(tǒng)加熱裝置的主要執(zhí)行件，以可編程序控制器作為控制單元實現(xiàn)打捆過程的半自動化。
機架與支承件不僅起著連接和支承各種零部件相互位置的的作用，而且還其要保證捆扎過程的平穩(wěn)。進退帶機構(gòu)的機架由機架底板、側(cè)板和兩塊橫板組成，通過螺栓連接，起著固定主、從動軸、以及齒輪、摩擦輪的作用；捆扎機構(gòu)機架由兩個機架底板、主機架側(cè)板和輔助機架側(cè)板組成，起著固定凸輪軸和凸輪的作用。
蔬菜捆扎機的整體結(jié)構(gòu)圖如3-2所示：
圖3-2蔬菜捆扎機的整體結(jié)構(gòu)
1、 儲帶輪 2、二次收緊擺桿 3、收送帶輪 4、二次緊凸輪 5、主電機 6、傳動齒輪 7、聯(lián)軸器 8、凸輪 9、第三頂 10、第二頂桿 11、第一頂桿12、導向板 13、襯臺 14、導軌架15燙頭 16、V帶 17、V帶 18捆扎帶 19螺栓 20副電機
3.1捆扎機構(gòu)原理
圖3-3 凸輪原理圖
1-上襯板 2-微觸動開關(guān) 3-導向板 4-后端壓頭 5-切斷壓頭 6-前端壓頭 7-捆扎 8-凸輪 9-凸輪軸
如圖3-3所示，在進行捆扎時候，當捆扎帶觸碰到微觸動開關(guān)時，前端壓頭壓住捆扎帶的前端，以便進行抽帶收緊，為保證捆扎帶張緊狀態(tài)，前端壓頭8壓住捆扎帶的前端，以便進行抽帶收緊。后端壓頭4壓緊捆扎帶后端，為熔接捆扎帶做好準備。在熱熔接作業(yè)時，用切斷壓頭5對捆扎帶進行加壓各壓頭的運動受凸輪6的控制，根據(jù)捆扎工作順序，完成其工作。
后端壓頭同時也是電加熱板，使用高頻加熱。之所以使用高頻電源，時為了提高加熱溫度，縮短加熱時間
3.2減速器傳動軸的的設(shè)計
送退帶機構(gòu)的齒輪傳動軸和凸輪軸都采用平鍵。電動機正常工作的轉(zhuǎn)速為n0=960r/min。根據(jù)帶輪的傳動比為i1=2：1和齒輪的傳動比為i2=1：1得傳動軸的轉(zhuǎn)速n1=n0/i1=960/2(r/min)=480r/min；功率P1=10kW。動軸的轉(zhuǎn)速n2=n1/i2=480r/min；?功率P2=10kW。因此各軸的轉(zhuǎn)速如下：?
齒輪主傳動軸1：n1=480r/min?
齒輪從傳動軸2：n2=480r/min
(1) ．確定軸1最小直徑?
軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為： (3-1)
試中t ——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位MPa；??
T ——軸所受的扭距，單位N*mm；???????
——軸的抗扭截面系數(shù)，單位3mm；??????
n ——軸的轉(zhuǎn)速，單位r/min；?
p ——軸傳遞的功率。單位kW；?
d——計算截面處軸的直徑，單位mm；??????
——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位MPa。
由上式可得軸的
（3-2）
選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。A0查表取112，P=10kW，n=480r/min?帶入得：?軸最小直徑的初始值：d319.65mm。?
根據(jù)送退帶機構(gòu)軸上各齒輪、摩擦輪以及帶輪與支架以及相互之間的尺寸關(guān)系確定軸1的各部分軸徑及長度如圖3-4：
￡?=
圖3-4
（3）.軸的校核?
進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度。取，用公式3-2計算軸的應(yīng)力：
_____軸的計算盈利，單位MPa
M?——軸所受的彎距，單位N.mm；?
T?——軸所受的扭距，單位N.mm；?
W?——軸的抗彎截面系數(shù)，單位3mm。計算公式如3-3：?
（3-3）
×-+=p??????????????????
載 荷
水平面H
支反力F
=3028N,=237.5N
=115.3N,=84.85N
彎矩M
=29596Nmm
=1354237N.mm
總彎矩
=
扭矩T
T=8057.9
從軸的結(jié)構(gòu)圖3-4可以看到軸的危險截面，現(xiàn)將計算出的截面處的、及的值表3-5：
3.3傳動齒輪的設(shè)計
傳動齒輪組的設(shè)計是設(shè)計送退帶機構(gòu)的重要部分，傳動齒輪設(shè)計的是否合理，直接影響送退帶機構(gòu)的穩(wěn)定性能，以及捆扎質(zhì)量。?
（1）確定計算公式及各參數(shù)值?
輸入功率為10KW,齒輪的轉(zhuǎn)速為480r/min選用直齒圓柱齒輪傳動，7級精度。選擇齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，選擇齒輪齒數(shù)均為Z= ?
由公式（3-5）：
(3-4)
查機械設(shè)計手冊確定3-5公式內(nèi)的各計算數(shù)值
（2）試選載荷系數(shù)：Kt＝1.3；?
（3）計算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩：?
T=95.5xx=19.9xNmm
齒寬系數(shù)：? =1 ；?
（4）材料的彈性影響系數(shù)： =；?
(5)按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強度極限=s；
?
（6）計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)?
N=60j=2.07x；
（7）接觸疲勞壽命系數(shù)；
（8）計算接觸疲勞許用應(yīng)力?
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，得；
=695MPa；
(2)．計算?
試用公式（3-1）算齒輪分度圓直徑d；
=48m (3-7)
(1)計算圓周速度V
；
（2）計算齒寬 ?；
（3）計算 b/h??
???
模數(shù)?
==
齒高 h=2.25=4.17
b/h?=3.6
（4）計算載荷系數(shù)?
7級精度，查得動載系數(shù)Kv =1.08=；直齒輪，假設(shè)/b<100N/mm。查得：==1.2. 查得使用系數(shù)=1，得：
=1.08+0.1+0.23xb=1.2627；
由b/h=9.1，?=1.2627，查的 =1.25；故載荷系數(shù)?
K=?=1.63；
（5）?按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，得：?
==48.01mm；?
（6）計算模數(shù) m ==2.05mm。
（3）．按齒根彎曲強度設(shè)計?
彎曲強度設(shè)計公式為? ? （3-6）?
確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值?
（1）查得齒輪的彎曲疲勞強度極限= =400MPa；s；?
（2）查得彎曲疲勞壽命系數(shù)==0.87 ；計算彎曲疲勞許用應(yīng)力?取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1，得：?
[]
==s=s=348MPa；?
(3) 計算載荷系數(shù) K=?=1.67
(4) 查取齒形系數(shù)?=2.24；
(5) 查取應(yīng)力校正系數(shù)=1.75?
(6) 計算齒輪的
圖3-7 直齒輪
（4）.設(shè)計計算?
由公式（3-6）得：
?
=′′=2.05′′3
對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于齒根彎曲疲勞計算的模數(shù)由于齒輪模數(shù)m大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強度算得的模數(shù)2.01并就近圓整為標準值2m，按接觸強度算得的分度圓直徑，算出齒輪齒數(shù)m=24；這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到了結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。
（5）幾何尺寸計算?
（1）計算分度圓直徑?
d=mz=48mm?
（2）計算中心距?
a=()\2=48mm=+=?
（3）計算齒輪寬度?
B=20mm。
（6）.驗算校核
=8291.8 （3-7）
\b=552.6n1000， 合適。
4摩擦輪的設(shè)計?
摩擦輪傳動是兩個相互壓緊的滾輪，通過接觸面間的摩擦力傳遞運動和動力的。由于結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、運動平穩(wěn)、噪聲低，過載可以打滑，以及能連續(xù)連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)其傳動比，因而有較大的應(yīng)用范圍，成為無級變速的主要元件。但由于在運轉(zhuǎn)過程中有滑動，影響從動輪的旋轉(zhuǎn)精度，傳動效率較低，作用在軸和軸和軸承上的載荷大，多用于中小功率傳動。?
4.1摩擦輪材料的選擇?
由于摩擦輪實現(xiàn)包裝帶的進與退，制造摩擦輪的材料應(yīng)該是：彈性模量大、摩擦系數(shù)高，接觸疲勞強度和耐磨性好，吸濕小，價廉并易于加工，可以選用GCr15。?
本捆扎機采用圓柱摩擦輪傳動，其運動簡圖如4-1所示：
圖4.1摩擦傳動輪示意圖
4.2捆扎帶的選擇
根據(jù)捆扎要求，選取成本較低、來源廣泛、捆扎美觀牢固的聚丙烯塑料帶。因其可塑性好，斷裂拉力強，耐彎曲，比重輕，使用方便等優(yōu)點。已在各領(lǐng)域中廣泛作用。
捆扎帶的接頭方式根據(jù)捆扎材料的不同而不同，大致可分為熱熔搭接法，膠粘結(jié)、皮扣式及結(jié)扎式等。由于我們所設(shè)計的包裝袋捆扎機的捆扎繩材料為聚丙烯塑料繩，故選用電熱熔加熱法。它是采用各種有效的加熱方法，使塑料袋表層受熱融化，將兩個帶端的熔化面搭接起來，該接頭方式適用于聚丙烯塑料帶。帶接頭的強度應(yīng)不低于帶子破斷拉力的80%，因此，必須要保證有足夠的搭接面積，并且要對溫度、壓力、時間這三個工藝參數(shù)進行綜合調(diào)節(jié)。電熱熔加熱法是最普遍使用的加熱方法、裝置結(jié)夠簡單、操作簡便等優(yōu)。
本設(shè)計主要選用聚錄乙烯帶寬度與厚度為12.5x2毫米。
5控制系統(tǒng)概述
本文所設(shè)計的包裝帶捆扎機的控制系統(tǒng)主要包括：送退帶機構(gòu)電機的控制、剪切熨燙機構(gòu)步進電機的控制、用來驅(qū)動包裝帶壓板往復(fù)移動的氣缸的控制。
5.1步進電機控制系統(tǒng)
在捆扎系統(tǒng)中，由電機控制凸輪軸實現(xiàn)精確的運動，以此來實現(xiàn)第一頂桿，第二、三頂桿的精確運動，由于步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的數(shù)字/模擬變換器。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（即步距角）?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的。因此，本文捆扎機構(gòu)設(shè)計中選取步進電機。
5.2步進電機的特點
(1)與驅(qū)動電路組成了開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。簡單、廉價、性能可靠。也可以與傳感器組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。?
(2)?驅(qū)動脈沖與角位移成嚴格的正比關(guān)系，無積累誤差；具有良好的跟隨性能。?
(3)?調(diào)速范圍寬。低速下仍能保持大的轉(zhuǎn)距。一般可以不用減速器而直接驅(qū)動負載。?
(4)?頻率響應(yīng)快，不通電時轉(zhuǎn)子能自鎖
(5)?步進頻率高，可以和反應(yīng)式相媲美
(6)?力矩——慣性比反應(yīng)式電動機小。
5.3步進電機的選擇
步進電機的選擇主要考慮步距角、靜力矩和保持力矩。
（1）、步距角的選擇?
步距角是在一個脈沖電信號的作用下，步進電機轉(zhuǎn)過的機械角度。步距角的選擇取決于負載精度的要求，將負載的最小分辨率（當量）換算到電機軸上，每個當量電機應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機的步距角應(yīng)等于小于此角度。。目前市場上的步進電機的步距角一般由0.36°/0.72°、0.9°/1.8°、1.5°/3°。為了滿足設(shè)計任務(wù)要求，選用步距角為0.9度的混合型步進電機。?
（2）、最大靜距地選擇
最大靜轉(zhuǎn)矩是指步進電機在通電狀態(tài)下，使轉(zhuǎn)子離開平衡位置的極限轉(zhuǎn)矩值，它反映了步進電機承受外加轉(zhuǎn)矩的特性。最大靜轉(zhuǎn)矩也叫保持轉(zhuǎn)矩，是步進電機最重要的參數(shù)之一。靜力矩一旦確定，步進電機就好確定了，綜合計算后本設(shè)計應(yīng)選擇8DK25-12的步進電機。
總 結(jié)
通過歷時近3個月的籌備與研發(fā)，本文成功完成了對機械部分的設(shè)計，能很好的滿足對蔬菜的捆扎要求，運行穩(wěn)定。蔬菜捆扎機的研制成功，極大的提高了蔬菜捆扎的自動化和標準化水平，減輕工人勞動強度。本論文是對蔬菜捆扎機研發(fā)工作的總結(jié)，所作的主要工括:?
(1)對于蔬菜捆扎機的需求以及應(yīng)用前景的分析，了解和掌握國內(nèi)與國際上關(guān)于蔬菜捆扎機的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢：?
(2)研究確定蔬菜捆扎機的工作流程和系統(tǒng)總體設(shè)計方案；?
(3)關(guān)鍵機械部件—送退帶機構(gòu)的研究分析。闡述了送退帶機構(gòu)的工作流程，捆扎形式的選擇;
(4) 蔬菜捆扎機凸輪總體的精確設(shè)計,受凸輪控制的剪切、夾壓機構(gòu)的協(xié)調(diào)合理運行是完成捆扎的關(guān)鍵,所以必須合理的計算。
蔬菜帶捆扎機是一個實踐性很強的設(shè)計項目。通過研制蔬菜捆扎機，我學習了很多，在鍛煉自己對實際應(yīng)用能力的同時，也讓我認識到了在設(shè)計中的許多不足,學習機械追求的就是全自動化,當然涉及方面運用就比較多,在設(shè)計自己只能把機械部分完成出來,而需要的控制部分卻有很多盲點,比如在步進電機的選擇上,對于電機運轉(zhuǎn)時間的間歇的控制,還有捆扎時,各凸輪的運動的時間間隙配合,還有在捆扎時,送帶、收緊、切燙、粘結(jié)各工序先后和工作時間的控制都需要準確的計算，還有在實現(xiàn)捆扎速度的可調(diào)，以適應(yīng)不同的捆扎要求，?在依靠摩擦輪退帶收緊過程中，如何判斷包裝帶捆扎蔬菜的捆緊力已達到要求而自動停止退帶收緊。凸輪總成的精確設(shè)計，受凸輪控制的剪切、夾壓機構(gòu)的合理協(xié)調(diào)運行，如何避免以往捆扎機械中都伴有煙塵、氣味的情況，保護操作者的身心健康及環(huán)境保護。這些問題在設(shè)計中凸顯的非常關(guān)鍵，也是自己的難點和弱點所在，必須加強在更多領(lǐng)域的應(yīng)用。
致 謝
本文是在尊敬的吳明清導師的精心指導和細心關(guān)懷下完成的。???
在本文的方案提出、修改，系統(tǒng)設(shè)計的整個過程中，自始至終都得到了吳老師的精心指導。吳老師的知識淵博、嚴謹細致、一絲不茍以及高度的責任感給我留下了深刻的印象，并將使我銘記終生。在論文結(jié)束之際，我謹向吳老師致以最衷心的感謝！??
經(jīng)過兩個多月的工作，我的畢業(yè)設(shè)計圓滿畫上了句號。這兩個月來，通過學習、研究捆扎機裝置和一些控制系統(tǒng)的相關(guān)資料，學到了很多知識。而且在圖紙的繪制過程中進一步熟悉了三維繪圖軟件的應(yīng)用。這段歷程不僅僅是單純的設(shè)計過程，更重要的是一個獨立工作能力的鍛煉過程。從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學朋友給了我無形的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！?
在本文結(jié)束之際，四年的大學生生活也即將宣布結(jié)束，在四年的大學生活里，塔里木大學機電工程學院的老師們給予了我無私的教導，有了他們的幫助，使我少走了很多的彎路，受益匪淺，在此一并向大學期間所有關(guān)心、支持、幫助我的老師和同學表示衷心的感謝！在即將畢業(yè)之際，祝他們一路順風、事業(yè)有成。
參考文獻
[1]黃成楠.我國機械的現(xiàn)狀與發(fā)展戰(zhàn)略[J].中國包裝工業(yè).1998(10):6-8.
[2]賈育華,王兆偉.熱熔粘結(jié)式扎捆機械分析研究[J].機械工程師.1997(4):5-8
[3]李冰榮,王曉林,陳紅.淺析秸稈捆扎機械在農(nóng)業(yè)循環(huán)[J].現(xiàn)代農(nóng)機.2011:3-5
[4]黃梅.手持式困軋機張緊輪失效分析[J].包裝工程.2006(5):2-4
[5]朱益民,龔建偉.自動紙箱困軋機張緊機構(gòu)的改進[J].輕工科技.2012(3):2-6
[6]嚴萬林,朱益民,龔建偉.自動紙箱困軋機張緊機構(gòu)的改進[J].輕工科技.2012(4):3-5
[7]孫紀周,董傳軍,殷雋,趙芳.PLC在煙箱自動困軋機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].國內(nèi)外機電一體化技術(shù).2009(2):2-4
[8]楊秒,曹巨江,李志明.環(huán)保型困軋機送膠、燙合機構(gòu)的設(shè)計[J].包裝工程.2010(3):4-7
17
收藏