巧克力枕式包裝機(jī)

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1、 學(xué)士學(xué)位論文 巧克力包裝機(jī)的設(shè)計 院（系）名 稱：機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)名稱：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 哈爾濱工程大學(xué) 巧克力包裝機(jī)的設(shè)計 姓名 哈爾濱工程大學(xué) I 巧克力包裝機(jī)的設(shè)計 摘 要 本論文對國內(nèi)外巧克力包裝機(jī)的現(xiàn)狀及其未來發(fā)展方向進(jìn)行了調(diào)查研究，針對巧克力的特殊物理性質(zhì)，設(shè)計出能自動的完成送料、送膜、制袋成型、縱封、橫封、橫切、成品輸出等流程的枕式巧克力包裝機(jī)。巧克力包裝機(jī)生產(chǎn)率高、精度高

2、，當(dāng)被包裝巧克力外形發(fā)生變化時，只需稍加調(diào)整控制系統(tǒng)的參數(shù)即可。 本論文對巧克力包裝的要求進(jìn)行分析，確定巧克力包裝機(jī)工藝流程。對包裝機(jī)進(jìn)行總體設(shè)計，并確定巧克力包裝機(jī)的整體布局，然后根據(jù)巧克力包裝機(jī)的工藝流程，合理設(shè)計巧克力包裝機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。并且選定適合驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的伺服交流電機(jī)，設(shè)計出各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳動方案，合理分配傳動比，使各執(zhí)行機(jī)構(gòu)正確的工作。 巧克力包裝機(jī)的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括送料裝置、送膜裝置、制袋成型器、縱向封口、橫封橫切和產(chǎn)品輸出機(jī)構(gòu)。各機(jī)構(gòu)能夠按照一定順序高效完成巧克力的包裝工藝，并且各執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊，便于拆裝和調(diào)整等特點(diǎn)。 關(guān)鍵詞： 巧克力包裝機(jī)；枕式包裝機(jī)；制

3、袋成型器 III ABSTRACT Astudyiscarriedoutinthispapertoresearchthestatusquoofchocolatepackaging machineathomeandabroadaswellasitsfuturedevelopingdirection.Aimingatthespecial physicalpropertyofchocolate,apillowchocolatepackingmachinewhichcanautomatically finishfeeding,filming,bagforming, verticals

4、ealing,horizontalsealing,crosscutting, productsoutputtingandotherprocessesisdesigned.Chocolatepackagingmachineenjoys a highproductivityandhighaccuracy,andtheparameterofitscontrolsystemonlyneedtobe adjustedslightlyoncethetheshapeofthepackingchocolatechanges. The technological process of chocolate

5、packaging machine is determined as the analysis of chocolate’s package in this paper. A general design of packaging machine and its overall layout are established to feasibly contrive the actuator mechanism of chocolate packing machine in accordance with its technological processes. Besides, that th

6、e proper AC servo motor to drive actuator mechanism is selected and the transmission scheme of each actuator mechanism is designed to guarantee it work correctly with reasonable transmission ratio. Chief actuator mechanisms of chocolate packing machine include the branches of feeding, filming, bag

7、forming, vertical sealing, horizontal sealing, crosscutting and products outputting. Each part must finish the packing processes of chocolate with high efficiency according to certain orders and the structure of each must be simple as well as compact to enjoy easy dismounting and adjustment. Key

8、 words：chocolate packaging machine; pillow-style packaging machine; bag forming mechanism 目 錄 第1章 緒論 1 1.1 課題背景 1 1.2 課題研究的目的和意義 1 1.3 國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r 2 1.3.1 巧克力包裝機(jī)國外發(fā)展?fàn)顩r 2 1.3.2 巧克力包裝機(jī)國內(nèi)研究現(xiàn)狀 3 1.4 本論文的研究工作 5 第2章 巧克力包裝機(jī)總體方案設(shè)計 6 2.1 引言 6 2.2 巧克力包裝機(jī)的設(shè)計要求 6 2.3 巧克力包裝機(jī)的工藝流程 7 2.4 巧克力的尺寸和包裝

9、分析 7 2.4.1 巧克力產(chǎn)品尺寸分析 8 2.4.2 包裝形式和材料分析 9 2.5 巧克力包裝機(jī)的技術(shù)要求 10 2.6 巧克力包裝機(jī)的主要組成方案 10 2.6.1 原料運(yùn)送裝置和包裝膜供送裝置 11 2.6.2 制袋成型器和縱封裝置 11 2.6.3 橫封橫切和成品輸出裝置 12 2.6.4 動力、傳動和控制系統(tǒng) 12 2.6.5 牽引整理裝置和機(jī)身 12 2.7 控制系統(tǒng)方案選型 13 2.8 巧克力包裝機(jī)機(jī)體設(shè)計 14 2.8.1 包裝機(jī)機(jī)體的要求 14 2.8.2 包裝機(jī)機(jī)體的設(shè)計 14 2.9 本章小結(jié) 15 第三章 巧克力和包裝膜輸送裝置的設(shè)計

10、 16 3.1 巧克力原料運(yùn)送機(jī)構(gòu)的設(shè)計 16 3.1.1 鏈條的設(shè)計 16 3.1.2 鏈輪的設(shè)計 17 3.1.3 機(jī)架和導(dǎo)軌的設(shè)計 17 3.2 包裝膜供送裝置的設(shè)計 17 3.2.1 送膜裝置的工作過程 18 3.2.2 托輥的結(jié)構(gòu)設(shè)計 19 3.2.3 擺臂調(diào)節(jié)輥的設(shè)計 20 3.2.4 驅(qū)動輥與壓力輥的結(jié)構(gòu)設(shè)計 21 3.3 巧克力包裝牽引裝置的設(shè)計 23 3.4 巧克力成品輸出裝置的設(shè)計 24 3.5 本章小結(jié) 25 第四章 袋裝裝置的設(shè)計 26 4.1 制袋成型器的設(shè)計 26 4.1.1 制袋成型器的結(jié)構(gòu)設(shè)計 26 4.2 縱封裝置設(shè)計 27

11、4.2.1縱封裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 28 4.3 橫封橫切裝置設(shè)計 29 4.3.1 橫封橫切裝置的要求 29 4.3.2 橫封橫切裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 30 4.4 本章小結(jié) 31 5.1 巧克力包裝機(jī)的工作循環(huán)圖 32 5.2 巧克力包裝機(jī)動力系統(tǒng)方案的確定 32 5.3 巧克力包裝機(jī)傳動系統(tǒng)方案設(shè)計 34 5.3.1 傳動系統(tǒng)的要求 34 5.3.2 傳動系統(tǒng)的傳動機(jī)構(gòu) 35 5.3.3 送料裝置傳動系統(tǒng)的設(shè)計 36 5.3.4 送膜、縱封和牽引裝置傳動系統(tǒng)設(shè)計 38 5.3.5 橫封橫切和成品輸出裝置傳動系統(tǒng)設(shè)計 39 5.4 本章小結(jié) 40 總結(jié) 41 參考文獻(xiàn) 4

12、2 致謝 44 第1章 緒論 第1章 緒論 1.1 課題背景 目前，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、城鎮(zhèn)化以及人民生活水平的逐步提高，對于巧克力及巧克力制品的需求也越來越旺盛，巧克力的包裝工業(yè)也相應(yīng)的得到了高速的發(fā)展。據(jù)中國行業(yè)研究網(wǎng)報道，近5年來中國的巧克力產(chǎn)量均以兩位數(shù)的漲幅在增長。國產(chǎn)巧克力企業(yè)非常需要高速全自動的包裝機(jī)械，然而我國的自主巧克力包裝機(jī)械仍然處于比較落后的水平，難以應(yīng)對巧克力生產(chǎn)的需求。其中存在的主要問題是加工工藝和設(shè)備的不完善，并且技術(shù)含量較高的成套巧克力包裝設(shè)備仍舊依賴于進(jìn)口，這就導(dǎo)致了我國的自主包裝工業(yè)市場競爭力不足，發(fā)展緩慢。 雖然大量的國外先進(jìn)包裝的設(shè)備

13、進(jìn)口加快了我國的包裝工業(yè)的發(fā)展，但是國外的技術(shù)設(shè)備價格昂貴，普通中小企業(yè)難以承受，我們不能依賴于進(jìn)口國外的設(shè)備，也要發(fā)展屬于自己的包裝設(shè)備。 1.2 課題研究的目的和意義 傳統(tǒng)的巧克力包裝機(jī)械品種單一，速度和精度都較低，不能滿足巧克力企業(yè)的多樣化包裝要求。我國提出了“中國制造2025”戰(zhàn)略，其核心就是發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的制造裝備。巧克力包裝機(jī)是一種比較典型的食品包裝機(jī)，相關(guān)的技術(shù)也可用于其他類似形狀食品的包裝機(jī)上，所以本課題的相關(guān)研究也可以一定程度上帶動其他食品包裝工業(yè)的發(fā)展。 本論文研究的巧克力包裝機(jī)，是專門針對市場上最常見的大眾消費(fèi)的條塊狀巧克力所設(shè)計，同時也可以包裝其它形狀相似的

14、產(chǎn)品，具有包裝速度快、技術(shù)成熟、包裝精度高、機(jī)體結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低等特點(diǎn)。并能有效提高生產(chǎn)效率，減少工人的勞動，而且包裝機(jī)機(jī)體干凈衛(wèi)生環(huán)保。因為包裝速度快，并且采用了冷封包裝技術(shù),減少了巧克力在空氣中暴露的時間,也消除了高溫對巧克力品質(zhì)的影響。此外，巧克力包裝機(jī)的包裝精度高，使得巧克力包裝成品的外形美觀、整潔，能夠提高巧克力包裝的質(zhì)量和巧克力產(chǎn)品的市場競爭力。包裝機(jī)結(jié)構(gòu)能夠有效減少包裝場地占地面積，產(chǎn)品和包裝材料供給集中，包裝工序緊密，可以節(jié)約廠房基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資。 1.3 國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r 1.3.1 巧克力包裝機(jī)國外發(fā)展?fàn)顩r 巧克力包裝有許多種，其中有袋裝、粒裝及紙殼

15、裝等。針對不同的包裝外形需要采用不同的包裝機(jī)。目前國際上使用最多的巧克力包裝機(jī)屬于枕式包裝機(jī)。 枕式包裝機(jī)最早于1930年出現(xiàn)在美國?，F(xiàn)今，美國、日本、德國和意大利是世界上包裝工業(yè)最發(fā)達(dá)的四個國家。美國作為世界上包裝機(jī)械工業(yè)發(fā)展歷史最長的國家之一，早已經(jīng)形成了完整獨(dú)立的包裝機(jī)械工業(yè)體系，美國的包裝機(jī)械無論是產(chǎn)品的種類、質(zhì)量還是產(chǎn)量一直都遠(yuǎn)超其他世界上主要的包裝機(jī)械生產(chǎn)國，其包裝機(jī)械產(chǎn)品以高速、高精度、高度自動化著稱[1]。 日本的包裝機(jī)械工業(yè)與美國、德國相比起步比較晚，但是其發(fā)展非常迅速，率先將微機(jī)技術(shù)應(yīng)用在包裝機(jī)械的控制領(lǐng)域，而后又首次將工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、模塊化技術(shù)等應(yīng)用于包裝機(jī)械之上，使

16、包裝機(jī)械的生產(chǎn)速度和安全性大幅提高，并實現(xiàn)了自動控制，其產(chǎn)品也迅速的占領(lǐng)了國際包裝機(jī)械市場，在包裝機(jī)械領(lǐng)域確立了自己的強(qiáng)大地位[2] 。 如圖1.1，日本富士公司生產(chǎn)的FW3200型枕式伺服包裝機(jī)，包裝速度可達(dá)300 袋/分。其采用了觸摸屏操作，簡單方便，特殊的伺服控制系統(tǒng)使包裝過程十分精確，新型的制袋器，可任意調(diào)節(jié)，操作方便迅速，制袋美觀。并且還具有故障檢測和排除系統(tǒng)，可以實時監(jiān)控機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)。整機(jī)采用密封設(shè)計，能夠減少灰塵的影響，適合食品包裝[3]。 圖1.1 日本FUJI-TOPAK枕式伺服包裝機(jī)FW3200 [4] 由此可以總結(jié)出國外包

17、裝機(jī)的主要特點(diǎn)[5][6]： （1） 結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、模組化。國外的包裝機(jī)一般都使用模組化設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)一臺包裝機(jī)包裝多種不同類型的產(chǎn)品，就是在短時間內(nèi)可以迅速對原包裝機(jī)型進(jìn)行規(guī)格更換或轉(zhuǎn)換為其它包裝形式的機(jī)型，只需在原機(jī)的基礎(chǔ)上拆卸或裝上不同的模塊，比如調(diào)整巧克力包裝機(jī)的制袋器，就能夠包裝球狀的巧克力產(chǎn)品。 （2） 包裝速度高?，F(xiàn)階段，國外的單列小袋包裝機(jī)包裝速度一般為30-300袋/分，同時很多的國外公司都研制出了多列包裝機(jī)（從2至10列）來組成包裝生產(chǎn)線，這樣就使得包裝速度大為提高。目前世界上最高的包裝速度可以超過1000袋/分（12列同時包裝）。 （3） 包裝過程精度高。國外的包

18、裝機(jī)械產(chǎn)品通過使用編碼器、伺服電機(jī)及數(shù)字控制(NC)、PLC控制系統(tǒng)等新技術(shù)，用高精密的控制機(jī)構(gòu)來控制包裝的各個工藝過程，使得包裝機(jī)整機(jī)的制袋成型精度和充填計量精度都非常高。極大的減小了包裝材料的浪費(fèi)，使包裝成品更加美觀精致。 （4） 控制智能化、彈性化?，F(xiàn)在大多數(shù)的國外包裝機(jī)器都使用觸摸屏進(jìn)行機(jī)器的控制和包裝參數(shù)的顯示，電子顯示屏界面友好，可以顯示包裝機(jī)的包裝速度制袋長度、包裝產(chǎn)品凈含量、包裝速度以及包裝產(chǎn)量等。并且，包裝機(jī)也能對工作過程進(jìn)行實時狀態(tài)檢測和工作故障的排除診斷，一旦生產(chǎn)過程中發(fā)生任何問題，都能夠自動停機(jī)并顯示發(fā)生故障的原因以及解決方法。 1.3.2 巧克力包裝機(jī)國內(nèi)研究現(xiàn)狀

19、 相比于國外蓬勃發(fā)展的先進(jìn)包裝技術(shù)，我國的包裝機(jī)械工業(yè)起步較晚，技術(shù)積累較少，在該方面的研究也較國外更落后一些。并且由于巧克力包裝機(jī)用戶的技術(shù)水平、成本預(yù)算以及各種環(huán)境因素的限制，國內(nèi)的生產(chǎn)企業(yè)對于高精尖設(shè)備的需求量也較低，但對于中低檔的設(shè)備需求確十分巨大。 在改革開放后特別是九十年代后，我國的包裝機(jī)械工業(yè)有了快速的發(fā)展。通過仿制或參考國外的同類型產(chǎn)品，進(jìn)行消化、吸收國外的先進(jìn)工藝技術(shù)，然后再進(jìn)行自主設(shè)計開發(fā)，在包裝工業(yè)技術(shù)上有了很大的提高，特別是產(chǎn)品的高度自動化和多功能性方面有了長足的進(jìn)步。 如圖1.2所示的國產(chǎn)枕式包裝機(jī)，其包裝速度能夠達(dá)到60～200袋/分，并且可以包裝大多數(shù)的塊狀

20、產(chǎn)品，通用性比較好。包裝機(jī)采用進(jìn)口色標(biāo)檢測器，精度有保證，整機(jī)變頻調(diào)速，方便簡單[7]。 圖1.2 國產(chǎn)TDB-320枕式包裝機(jī)[7] 如圖1.3所示的PE膜枕式包裝機(jī)，采用了可調(diào)整式制袋成型器，可以包裝不同寬度范圍的產(chǎn)品。但是其不具有先進(jìn)的電子顯示屏，很多操作也不方便，需要通過手輪、按鈕以及操縱桿等機(jī)械結(jié)構(gòu)來控制調(diào)節(jié)生產(chǎn)過程[8]。 圖1.3 國產(chǎn)PE膜枕式包裝機(jī)[8] 目前來說國產(chǎn)包裝機(jī)還是與國外同類型先進(jìn)包裝機(jī)械有一定的差距，國產(chǎn)包裝機(jī)的主要特點(diǎn)是[9-10]： （

21、1）包裝速度不高。國內(nèi)大多數(shù)巧克力包裝機(jī)只能進(jìn)行單列包裝，還沒有相關(guān)的包裝生產(chǎn)線技術(shù)，包裝速度一般在20-100袋/分之間。 （2）包裝品種較單一。國產(chǎn)包裝機(jī)一般通用性不強(qiáng)，因為不同的包裝原料性質(zhì)差別較大，對機(jī)器的結(jié)構(gòu)以及包裝膜的要求不同，國產(chǎn)包裝機(jī)由于技術(shù)研究少，很難做到通用性高。并且也不具備模塊化的技術(shù)，包裝機(jī)生產(chǎn)出來之后就無法進(jìn)行后續(xù)的升級和改進(jìn)。 （3）耐用性低。很多國產(chǎn)包裝機(jī)的生產(chǎn)企業(yè)在國內(nèi)國際市場上進(jìn)行惡劣競爭，采用低價策略傾銷產(chǎn)品，但低價無法保證包裝機(jī)元器件的質(zhì)量和耐用性，并且也沒有使用規(guī)范的包裝機(jī)加工和裝配工藝，這就導(dǎo)致了生產(chǎn)出來的包裝機(jī)不穩(wěn)定、不耐用。 （4）智能化、自

22、動化水平低。雖然目前有一些國產(chǎn)包裝機(jī)使用了PLC技術(shù)，減少了人工操作，但是大多數(shù)還是屬于低水平的機(jī)電控制，無法智能自動控制生產(chǎn)，解決生產(chǎn)中的問題，也不能進(jìn)行生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)存儲。 （5）低水平重復(fù)生產(chǎn)較多。國內(nèi)市場上有很多劣質(zhì)、低成本、工藝水平落后的包裝機(jī)械產(chǎn)品在不斷的生產(chǎn)。有些企業(yè)由于沒有資金投入研發(fā)設(shè)計，創(chuàng)新不足，導(dǎo)致產(chǎn)品更新?lián)Q代速度較慢，生產(chǎn)了大量低水平低檔次的產(chǎn)品出來。這種大規(guī)模生產(chǎn)一方面使這類產(chǎn)品大量供過于求，造成行業(yè)競爭混亂，影響包裝機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，另一方面也浪費(fèi)了大量寶貴的資源。 （6）研發(fā)自主創(chuàng)新能力不足?，F(xiàn)階段我國大多數(shù)包裝機(jī)械的設(shè)計和研發(fā)仍停留在仿制階段，只是

23、將國外的包裝機(jī)械稍加修改就變成了自己的產(chǎn)品。我國大多數(shù)的生產(chǎn)企業(yè)研發(fā)資金投入很少，基本上只相當(dāng)于國外企業(yè)的一半或者更低，這些企業(yè)的自主創(chuàng)新能力難以得到保證。 隨著近年來人民生活水平不斷的提高，我國巧克力的市場前景廣闊。對巧克力包裝工業(yè)的發(fā)展也是有很大的促進(jìn)作用。雖然表面上包裝機(jī)械行業(yè)競爭劇烈，但實質(zhì)上卻缺少高水平、高科技的包裝設(shè)備，我國現(xiàn)階段非常需要技術(shù)高、精度高、速度高的包裝機(jī)械來提高包裝的技術(shù)水平和工藝。未來的包裝機(jī)械將向著節(jié)能減排、先進(jìn)的控制水平、性能穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)緊湊、低噪音等方向發(fā)展。 1.4 本論文的研究工作 本論文的主要研究工作和設(shè)計內(nèi)容如下： （1） 巧克力包裝機(jī)的總

24、體方案設(shè)計。對整個巧克力的包裝形式進(jìn)行研究，確定包裝機(jī)需要設(shè)計的包裝工藝流程以及對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行初步設(shè)計選型； （2） 動力和傳動系統(tǒng)的設(shè)計。確定巧克力包裝機(jī)的設(shè)計方案后，再計算出巧克力包裝機(jī)的功率和驅(qū)動方式，設(shè)計出穩(wěn)定可靠并且安全的動力和傳動系統(tǒng)； （3） 送料、送膜裝置的設(shè)計計算。巧克力包裝機(jī)必須具備自動送料和送膜的功能，所以要設(shè)計出高效穩(wěn)定的送料和送膜裝置，保證包裝機(jī)能快速的完成巧克力的包裝工藝； （4） 制袋成型器的設(shè)計，能夠生產(chǎn)出符合要求的包裝袋型； （5） 縱封裝置和橫封橫切裝置的設(shè)計； （6） 控制系統(tǒng)的選型，本論文不涉及非常具體的控制系統(tǒng)設(shè)計。 27

25、 第2章 巧克力包裝機(jī)總體方案設(shè)計 第2章 巧克力包裝機(jī)總體方案設(shè)計 2.1 引言 本論文的巧克力包裝機(jī)是一款能夠自動完成運(yùn)送條塊狀巧克力原料、運(yùn)送包裝薄膜、制袋成型、縱封橫封包裝膜、切斷、包裝成品輸出等工序的設(shè)備。本論文的總體設(shè)計主要是根據(jù)市場上主要的巧克力產(chǎn)品的包裝形式，確定完成該類型巧克力外包裝加工所需要的工藝過程，并依據(jù)所包裝巧克力的尺寸參數(shù),擬定包裝機(jī)的主要外形參數(shù)尺寸。最終完成巧克力包裝機(jī)的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計。 但由于本論文所設(shè)計的包裝機(jī)需要滿足市場需求，實現(xiàn)對巧克力的包裝，所以必須根據(jù)包裝機(jī)械的工作原理、技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效益三個方面分析對比確定最終合理的設(shè)計方案。通常來說

26、包裝機(jī)械的組成分為以下幾個部分[11]：被包裝原料產(chǎn)品的計量和運(yùn)送裝置，包裝膜的整理和供送裝置，包裝執(zhí)行裝置，成品輸出機(jī)構(gòu)，動力與傳動系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，機(jī)身。 在進(jìn)行巧克力包裝機(jī)的總體方案設(shè)計之前，首先應(yīng)查閱資料確定巧克力的形狀以及其所采用的包裝形式，然后確定包裝機(jī)的工藝流程，并且也要對包裝材料進(jìn)行分析選擇，這樣才能確定出最合理最完美的設(shè)計方案。 2.2 巧克力包裝機(jī)的設(shè)計要求 要完成本論文的巧克力包裝機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得整個巧克力包裝機(jī)能夠安全、有效、協(xié)調(diào)地運(yùn)轉(zhuǎn)。應(yīng)該滿足以下要求： 1、包裝質(zhì)量。影響包裝質(zhì)量的因素主要是被包裝物品和包裝材料的性能，包裝機(jī)械使用的包裝工藝流程，包裝機(jī)械

27、的質(zhì)量和工作條件，操作者的恰當(dāng)操作。對于巧克力包裝機(jī)，主要考慮的是巧克力包裝制品的質(zhì)量，即包裝工序完成后巧克力被包裹的緊密程度、計量水平以及封口的密閉性。在任何情況下包裝機(jī)對巧克力包裝質(zhì)量的影響都不能超過允許范圍。 2、生產(chǎn)率要求。生產(chǎn)率即單位時間內(nèi)所生產(chǎn)的巧克力包裝件的數(shù)量，在實際生產(chǎn)中，開機(jī)前后需要準(zhǔn)備時間，添加包裝膜需要時間，發(fā)生故障停機(jī)也要耗費(fèi)時間，所以實際生產(chǎn)率總是要小于理論生產(chǎn)率。同時，生產(chǎn)率越高，對巧克力包裝機(jī)的制造精度、控制精度、潤滑材料等要求也越高，應(yīng)該根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)合理性來確定生產(chǎn)率，并不是越高越好。 3、自動化控制。巧克力包裝機(jī)要求能夠?qū)崿F(xiàn)全自動的控制，即使用控制系統(tǒng)對

28、包裝機(jī)的包裝速度、制袋長度和寬度、巧克力的供送和包裝膜的供送速度進(jìn)行控制。要求控制方案穩(wěn)定可靠、精確、易操作。 4、安裝和使用要求方便簡單。如果巧克力包裝機(jī)的操作過于復(fù)雜，就不利于企業(yè)生產(chǎn)。設(shè)計時應(yīng)考慮簡化控制并提高包裝機(jī)零部件的通用性，改善結(jié)構(gòu)工藝性。此外，巧克力包裝機(jī)的占地面積要小，外形應(yīng)盡量合理美觀。 2.3 巧克力包裝機(jī)的工藝流程 巧克力的最佳儲存溫度在12到18攝氏度之間，當(dāng)溫度較高時（高于30）巧克力在數(shù)分鐘之內(nèi)就會融化并產(chǎn)生脂肪析出，嚴(yán)重影響巧克力的品質(zhì)[12]。 本論文所要設(shè)計的是一款專門針對巧克力的包裝機(jī)，該包裝機(jī)有別于市面上一般的巧克力包裝機(jī)。市面上銷售的巧克力包裝

29、機(jī)一般都是有一定通用性的枕式包裝機(jī)，此類包裝機(jī)沒有考慮到巧克力特殊的物理性質(zhì)，采用的是熱封裝置進(jìn)行包裝封口。而本論文設(shè)計的巧克力包裝機(jī)沒有使用加熱結(jié)構(gòu)，運(yùn)用的是冷封技術(shù)，使巧克力的加工一直處于較低溫度下，不會對巧克力產(chǎn)生任何影響。 本論文所設(shè)計的巧克力包裝機(jī)工藝流程如圖2.1。 首先，冷封包裝膜經(jīng)供膜裝置，在制袋成型器內(nèi)被卷成筒狀，待包裝的塊狀巧克力原料由物料運(yùn)送裝置的推板推入在制袋成型器中已成型的筒裝包裝膜內(nèi)，拉膜牽引帶把包裝膜壓緊并不斷向前推送，包裝膜接合處伸出的一折到達(dá)縱封裝置時就進(jìn)行封合，然后已經(jīng)封合的筒狀包裝膜進(jìn)入橫封橫切裝置，完成巧克力包裝膜的橫向封合與切斷工序，至此就完成

30、了巧克力原料的枕式袋包裝，最后包裝好的巧克力產(chǎn)品經(jīng)由成品輸出帶輸出。 巧克力包裝機(jī)的包裝膜輸送和巧克力原料輸送是同步進(jìn)行的，由送膜裝置中的光電開關(guān)(色標(biāo)傳感器)、送料裝置中的接近開關(guān)來分別檢測包裝膜輸送和巧克力輸送的位置是否準(zhǔn)確。為使橫封橫切裝置中的橫切刀準(zhǔn)確的切到設(shè)定好的包裝長度，需要檢測切點(diǎn)的位置信號，同時可以進(jìn)行實時的橫切速度調(diào)節(jié)。巧克力包裝機(jī)的工作循環(huán)圖和工藝流程圖分別如下、圖2.2所示。 2.4 巧克力的尺寸和包裝分析 巧克力包裝機(jī)的功能是完成包裝容器的成型后，將巧克力裝入包裝容器并完成封口工序。但是巧克力這種食品由于其特殊的物理性質(zhì)，可以制成各種不同的形狀，對于不同的

31、形狀就要采用不同的包裝。因此，要對巧克力的尺寸和包裝進(jìn)行分析以確定出市場上最廣泛采用的巧克力產(chǎn)品形狀和包裝，再確定包裝該類型巧克力所應(yīng)使用的包裝機(jī)械類型。 圖2.1 巧克力包裝機(jī)的工作循環(huán)圖 圖2.2 巧克力包裝機(jī)的工藝流程圖 2.4.1 巧克力產(chǎn)品尺寸分析 目前，中國巧克力市場主要有以德芙、吉百利為代表的外國巧克力品牌，它們屬于高端的巧克力品牌；然后是以金絲猴、金帝為代表的國產(chǎn)巧克力，主要生產(chǎn)廉價的巧克力產(chǎn)品[13]。 這些巧克

32、力公司所生產(chǎn)的巧克力主要形狀有長條形、方塊狀、長條棒狀、圓球形以及許多不規(guī)則形狀。而市場上最常見的巧克力形狀目前來說應(yīng)該是條塊狀的巧克力如圖2.4所示，長度在50-150mm之間，寬度為25-70mm之間，高度在5-20mm之間。 圖2.3 球狀巧克力 圖2.4 條塊狀巧克力 圖2.5 不規(guī)則形狀的巧克力 2.4.2 包裝形式和材料分析 目前包裝袋的形式有很多種，對于條塊狀巧克力，最適合的包裝形式為縱接縫枕形袋如圖2.6所示，其技術(shù)非常成熟，形式較簡單，包裝速度快效率高，并且成本也低。 圖2.6 枕式包裝袋裝的巧克力 目前

33、，巧克力的包裝材料一般采用BOPP包裝膜，其一面印刷包裝圖案，另一面涂覆冷封膠[14]。涂有冷封膠的包裝膜，在橫封裝置的壓力下冷封膠與冷封膠封合在一起，即可完成對巧克力的包裝。這種包裝技術(shù)也是最早出現(xiàn)在巧克力包裝上的。冷封膠的主要成分是天然橡膠和水，無異味也無污染，不會對巧克力產(chǎn)生影響，并且由于是在常溫條件下進(jìn)行的封合，所以也不會使巧克力因高溫而產(chǎn)生物理性質(zhì)的變化。冷封包裝的速度一般比熱封的速度快數(shù)倍以上，并且封合強(qiáng)度適中，包裝易于撕開。目前占領(lǐng)了大量市場份額的一些巧克力生產(chǎn)企業(yè)如德芙、好時、金絲猴等采用的都是冷封包裝技術(shù)對巧克力進(jìn)行包裝。 本論文設(shè)計的巧克力包裝機(jī)也使用冷封包裝技術(shù)，使用的

34、巧克力包裝膜都預(yù)先涂覆好一層方格狀的冷封膠如圖2.7所示。 圖2.7 冷封膠的涂布圖案 2.5 巧克力包裝機(jī)的技術(shù)要求 本論文設(shè)計的巧克力包裝機(jī)為臥式袋成型-充填-封口機(jī)，俗稱枕式包裝機(jī)。其主要的技術(shù)參數(shù)如表2.1所示。 表2.1 巧克力包裝機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)要求 包裝膜寬度 最寬300mm 制袋長度 50-200mm 包裝寬度 25-80mm 包裝速度 20-240袋/分 整機(jī)尺寸 3800mm1000mm1500mm 包裝機(jī)重量 550kg 2.6 巧克力包裝機(jī)的主要組成方案 巧克力包裝機(jī)的主要組成部件：巧克力原

35、料運(yùn)送裝置、包裝膜供送裝置、制袋成型器、縱封裝置、橫封橫切裝置、成品輸出裝置、控制系統(tǒng)、動力和傳動裝置、機(jī)身等。巧克力包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)圖如圖2.8所示。 圖2.8 巧克力包裝機(jī)的組成圖 2.6.1 原料運(yùn)送裝置和包裝膜供送裝置 巧克力原料的運(yùn)送采用鏈條輸送裝置，由牽引鏈條、鏈輪、張緊裝置、支撐裝置、導(dǎo)軌、推板及附件組成。鏈條采用平板式，可直接承托巧克力，在鏈條上裝有一定數(shù)量的推板推送巧克力向前移動，鏈條與推板鉸接在一起。鏈條上還有輸送滑臺以及導(dǎo)軌，使得巧克力能以正確的姿態(tài)運(yùn)向下一個部件。在輸送裝置長時間運(yùn)行以后，鏈條會出現(xiàn)磨損伸長，發(fā)生松垂現(xiàn)象，為了讓鏈條和鏈輪正確嚙合確保輸送裝

36、置正常運(yùn)行，需要設(shè)置鏈條張緊裝置。 送膜裝置大體由包裝膜主托輥、過渡輥、驅(qū)動輥、壓力輥、張力調(diào)節(jié)輥、送膜角度調(diào)節(jié)輥等組成，動力從鏈輪傳動到驅(qū)動輥，驅(qū)動輥在壓力輥?zhàn)饔孟屡c包裝膜有較大的摩擦力，由于摩擦力包裝膜會被牽引運(yùn)動。送膜速度會發(fā)生瞬時變化從而導(dǎo)致包裝膜時緊時松，這時由張力調(diào)節(jié)輥來調(diào)整包裝膜來保持適當(dāng)?shù)膹埦o力。 2.6.2 制袋成型器和縱封裝置 對于本論文設(shè)計的巧克力包裝機(jī)，制袋成型器是個非常重要的部件，是將平面包裝膜折疊成枕形包裝袋的專用裝置。主要作用是將包裝膜變成筒狀，并預(yù)留出縱封邊，以便于巧克力原料的進(jìn)入和包裝膜的縱向封口。本論文設(shè)計的制袋成型器要求能夠進(jìn)行調(diào)整以

37、適應(yīng)不同寬度巧克力的包裝要求。 巧克力包裝機(jī)上的縱封裝置，主要用來完成筒狀袋成型后的縱邊封合。縱封器的主要結(jié)構(gòu)是作等速相向旋轉(zhuǎn)并互相壓緊的一對輥筒，其對包裝縱邊施加壓力使包裝膜表面的冷封膠黏合在一起完成包裝袋的縱封，同時也對包裝袋有一定的牽引作用。 2.6.3 橫封橫切和成品輸出裝置 橫封橫切裝置是對已經(jīng)裝入巧克力并且經(jīng)過縱向封合的筒狀包裝按照預(yù)先設(shè)定的包裝長度進(jìn)行橫向封合以及切斷[15]。橫封橫切裝置分為回轉(zhuǎn)式和往復(fù)式兩種，回轉(zhuǎn)式機(jī)構(gòu)在結(jié)構(gòu)上又有單刀座、雙刀座和多刀座等形式?；剞D(zhuǎn)時由于半徑恒定，需要進(jìn)行不等速的運(yùn)動，并且要可以調(diào)節(jié)橫封速度來適應(yīng)包裝長度的變化。本論文設(shè)計

38、的包裝機(jī)所使用的橫封橫切裝置采用回轉(zhuǎn)式單刀座設(shè)計，并采用交流伺服驅(qū)動器驅(qū)動，驅(qū)動器自身可實現(xiàn)不等速的驅(qū)動，所以簡化了傳動結(jié)構(gòu)，提高了裝置的穩(wěn)定性。 巧克力包裝成品采用傳送帶輸出，輸送距離較短，采用托板對其進(jìn)行支撐。傳送帶表面涂覆有某些合成材料涂層，能防潮，對酸、堿、油脂有一定抗侵蝕的能力，無味無毒可清洗。 2.6.4 動力傳動和控制系統(tǒng) 巧克力包裝機(jī)的動力系統(tǒng)采用的是交流伺服驅(qū)動器，能夠?qū)崿F(xiàn)精確的包裝速度控制，同時運(yùn)行平穩(wěn)、噪音小。傳動系統(tǒng)采用同步帶和齒輪嚙合傳動，能平穩(wěn)傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，驅(qū)動包裝機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成包裝工藝流程。 本論文設(shè)計的巧克力包裝機(jī)的控制部分

39、采用PLC控制，配合人機(jī)界面、伺服系統(tǒng)等先進(jìn)系統(tǒng)來實現(xiàn)巧克力包裝機(jī)的準(zhǔn)確包裝工藝流程。但是本論文重點(diǎn)的是巧克力包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，所以對于控制系統(tǒng)不進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計，只是簡單選型設(shè)計。 2.6.5 牽引整理裝置和機(jī)身 巧克力包裝機(jī)的牽引裝置是由兩條平行的傳送帶組成，裝有巧克力經(jīng)過縱封之后的筒狀包裝膜夾在兩條傳送帶之間，傳送帶和包裝袋之間的摩擦力牽引包裝袋向橫封橫切裝置運(yùn)去。兩條傳送帶之間的距離可以進(jìn)行調(diào)整以適應(yīng)不同的巧克力高度。 機(jī)身用于安裝、固定和支承巧克力包裝機(jī)所有的零部件，使其能夠滿足相互運(yùn)動和相互位置的要求。因此，機(jī)身必須具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性[16]。巧克力包裝機(jī)的機(jī)身內(nèi)裝有交

40、流伺服驅(qū)動器和傳動機(jī)構(gòu)，位于制袋成型器、縱封裝置和橫封橫切裝置的下方。 2.7 控制系統(tǒng)方案選型 巧克力包裝的控制系統(tǒng)采用PLC控制，其中的主要部件還包括伺服驅(qū)動器、操作面板和傳感器?？刂葡到y(tǒng)框圖如下圖2.12所示。巧克力包裝機(jī)控制系統(tǒng)的重點(diǎn)，是送料、送膜、橫封橫切三個執(zhí)行部件位置和速度的同步控制。位置同步就是要保證巧克力進(jìn)入包裝膜指定位置內(nèi)，橫封橫切刀準(zhǔn)確地封切包裝膜規(guī)定的位置。速度同步就是巧克力供送的速度、包裝膜供送的速度、縱封的速度、包裝膜牽引的速度以及橫封橫切速度要同步，這樣才能保證包裝工序的準(zhǔn)確進(jìn)行。

41、 圖2.13 控制系統(tǒng)方框圖 PLC控制系統(tǒng)發(fā)送脈沖給伺服驅(qū)動器，脈沖個數(shù)代表了運(yùn)動位移，脈沖頻率代表了輸出的速度。伺服驅(qū)動器接收到PLC發(fā)送的脈沖信號后，對信號進(jìn)行處理，然后根據(jù)信號控制伺

42、服電機(jī)的運(yùn)動。同時伺服電機(jī)內(nèi)置的旋轉(zhuǎn)編碼器將電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的實時速度信號反饋給PLC，實時與系統(tǒng)預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較并記錄。送膜裝置上還有色標(biāo)傳感器來確定包裝膜的精準(zhǔn)輸送。PLC控制系統(tǒng)使用電子凸輪來控制橫封橫切軸的不等速回轉(zhuǎn)[17,18]。系統(tǒng)選用了臺達(dá)DVP-20EH。 觸摸屏能顯示巧克力包裝機(jī)運(yùn)行的情況，并可以調(diào)整包裝的參數(shù)，比如包裝袋的規(guī)格、包裝速度，也可以對包裝機(jī)進(jìn)行簡單的手動調(diào)整。觸摸屏選擇UG221H-SR4(彩)。 在送膜裝置與制袋成型器之間有一個光電開關(guān)來檢測巧克力運(yùn)送的情況，以確保每塊巧克力都能準(zhǔn)確地進(jìn)入包裝膜中，其反饋的信號也能夠使PLC系統(tǒng)對送料的實際速度與設(shè)定進(jìn)行比較并確定是

43、否進(jìn)行調(diào)整。光電開關(guān)型號選擇TL46-WL(三色)。 在包裝膜供送裝置上還有色標(biāo)傳感器，能夠檢測包裝膜運(yùn)送的位置以及速度，使PLC系統(tǒng)對送膜裝置進(jìn)行相應(yīng)的控制調(diào)整。色標(biāo)傳感器采用R58系列。 2.8 巧克力包裝機(jī)機(jī)體設(shè)計 本論文設(shè)計的巧克力包裝機(jī)質(zhì)量不大，受力也較小，所以機(jī)體多采用鈑金和型材的組合設(shè)計，為了簡化工藝節(jié)省材料，本機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)和外部罩殼是合成一體的。 2.8.1 包裝機(jī)機(jī)體的要求 對巧克力包裝機(jī)的機(jī)體要求包括性能、結(jié)構(gòu)和使用三個方面[19]。 （1） 具有足夠的靜剛度，在包裝機(jī)裝配完成后整個機(jī)體產(chǎn)生的變形不能超過一定數(shù)值，否則會影響到整個巧克力包裝機(jī)所有零部件相對位

44、置的準(zhǔn)確性。 （2） 有較好的抗振性，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的一些振動不能影響其他零部件的正常工作。 （3） 噪音低，要控制巧克力包裝機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時的噪音，營造良好的生產(chǎn)環(huán)境。 （4） 結(jié)構(gòu)簡單合理，從節(jié)省成本的角度要求結(jié)構(gòu)簡單，制造難度要低。 （5） 使用、維修方便，整個包裝機(jī)要符合人機(jī)工程學(xué)，高度適中。 2.8.2 包裝機(jī)機(jī)體的設(shè)計 巧克力包裝機(jī)的機(jī)體安裝大多數(shù)零部件，其形狀為箱形，其內(nèi)部裝有動力和傳動裝置、制袋成型器以及縱封裝置，同時也支撐著包裝膜供送裝置、送膜裝置、橫封橫切裝置和成品輸出帶。高度為800mm，長度為1000mm。底部有四根機(jī)腳支撐，為了方便移動和調(diào)整，每個機(jī)腳旁

45、還裝有萬向輪如下圖2.13所示。在包裝機(jī)內(nèi)需要放置三個伺服交流驅(qū)動器，以及所對應(yīng)的傳動系統(tǒng)，應(yīng)該設(shè)置相應(yīng)的滑槽和螺栓孔以方便軸承的安裝。機(jī)身上方采用開口形式，在左側(cè)可以開啟柜門，以方便箱體內(nèi)零部件的安裝。 機(jī)體內(nèi)部的安裝座及滑槽支架等采用焊接固定，機(jī)體材料選擇灰鑄鐵和不銹鋼。 圖2.14 機(jī)腳和萬向輪 2.9 本章小結(jié) 本章節(jié)對巧克力包裝機(jī)進(jìn)行總體方案的設(shè)計。首先對巧克力包裝相關(guān)的理論和設(shè)計要求進(jìn)行研究，確定了巧克力包裝機(jī)的設(shè)計要求、工藝流程和基本參數(shù)。對巧克力包裝機(jī)的主要部件進(jìn)行了方案設(shè)計，簡要介紹各個執(zhí)行部件的工作原理。對巧克力包裝機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了選型設(shè)計。合理的設(shè)計了包裝機(jī)

46、的機(jī)體部分。 第3章 巧克力和包裝膜輸送裝置的設(shè)計 第三章 巧克力與包裝膜輸送裝置的設(shè)計 巧克力包裝機(jī)需要輸送巧克力和巧克力包裝膜，涉及到輸送部分的裝置有巧克力原料運(yùn)送機(jī)構(gòu)、巧克力包裝膜供送裝置、巧克力包裝牽引裝置和包裝成品輸出裝置。 3.1 巧克力原料運(yùn)送機(jī)構(gòu)的設(shè)計 巧克力原料的運(yùn)送機(jī)構(gòu)是巧克力包裝機(jī)的一個重要部分，其性能直接決定了包裝速度的快慢和包裝質(zhì)量的好壞。巧克力供送過程的基本要求是，適當(dāng)安排巧克力原料的運(yùn)送路線、間距、方式和速度等，將巧克力原料按要求供送到制袋成型器內(nèi)，并與包裝膜供送機(jī)構(gòu)配合，每一個包裝對應(yīng)一塊巧克力。整個送料機(jī)構(gòu)長2200mm。 送料

47、機(jī)構(gòu)采用鏈條輸送機(jī)，是用環(huán)形鏈條作為牽引構(gòu)件的輸送裝置，整個裝置由鏈條、鏈輪、電機(jī)、同步帶、齒輪減速器、機(jī)架、導(dǎo)軌和附件組成。電機(jī)經(jīng)過傳動系統(tǒng)減速后驅(qū)動鏈輪轉(zhuǎn)動來帶動鏈條的運(yùn)動，鏈條帶動巧克力原料向前輸送。 3.1.1 鏈條的設(shè)計 送料機(jī)構(gòu)以鏈條作為載體輸送巧克力，鏈條上有橡膠墊片和推桿，用以承載并推動巧克力原料前進(jìn)，沒有帶傳動的彈性滑動現(xiàn)象，能保持準(zhǔn)確地傳動比，從而保證以預(yù)先設(shè)定的速度精確傳送巧克力，其結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。鏈條輸送裝置主要采用套筒輥?zhàn)渔湕l，相比其他類型的鏈條，其鏈輪與鏈條之間以及鏈條本身的磨損更小，性能好輸送能力大，可承載的載荷也較大，比較適合進(jìn)行高速運(yùn)輸，所以生

48、產(chǎn)率更高。由于整個鏈條輸送機(jī)的長度較長，所以在兩個大鏈輪之間還要裝有一定數(shù)量的小鏈輪，可以支撐鏈條使其保持水平，同時也能起到張緊作用。 圖3.1 輸送鏈條和推桿結(jié)構(gòu)圖 初步確定鏈號為10A，節(jié)距p=15.875mm，材料使用不銹鋼。推桿鉸接在單個鏈接上，用開口銷固定，推桿之間的距離為200mm，推桿的高度為15mm，寬度略寬于鏈節(jié)寬度以方便安裝。橡膠墊片正好對應(yīng)一個鏈節(jié)，所以其長度稍大于鏈節(jié)距，為20mm，為了能穩(wěn)定承托巧克力，應(yīng)設(shè)計的寬一些，為30mm，高度要高于鏈條5mm。 鏈條采用食品級潤滑油對其進(jìn)行潤滑，潤滑油可以直接與巧克力產(chǎn)品接觸，并且

49、無毒無害無污染，既能起到潤滑作用也不會對巧克力產(chǎn)生任何影響。 3.1.2 鏈輪的設(shè)計 鏈輪包括驅(qū)動鏈輪、從動鏈輪和支撐鏈輪，其中驅(qū)動鏈輪和從動鏈輪是一樣的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，選定齒數(shù)z=20，兩鏈輪中心距取2000mm。則鏈輪的分度圓和齒頂圓直徑可由下式確定 式中：d—為分度圓直徑； p—為鏈節(jié)距； z—為鏈輪齒數(shù)； 、—最大、最小齒頂圓直徑； —為滾子外徑； 鏈節(jié)距p為15.875mm，鏈輪齒數(shù)z選為20，滾子外徑選為10.16mm，可算出主動和從動鏈輪分度圓直徑為101.5mm，齒頂圓直徑范圍為106~110.2m

50、m，取齒頂圓直徑110mm。鏈輪材料選擇40Cr，經(jīng)熱處理后硬度高，能承受較大載荷。支撐鏈輪的尺寸選小些，經(jīng)濟(jì)性更好，取齒數(shù)z=10，則分度圓直徑為51.4mm，取齒頂圓直徑為60mm。 小鏈輪在輸送鏈條下的排布應(yīng)該不能過多，會影響送料機(jī)構(gòu)的功率，增大摩擦損失，同時也不能太少，起不到支撐和張緊鏈條的作用。選擇10個小鏈輪等距排列在鏈條之下。 3.1.3 機(jī)架和導(dǎo)軌的設(shè)計 送料機(jī)構(gòu)的機(jī)架是一個長方形的箱體用以安裝各個零部件，左端有機(jī)腳支撐，右端直接支撐于巧克力包裝機(jī)機(jī)體上。機(jī)架上方是導(dǎo)軌，導(dǎo)軌的寬度要大于箱體的寬度，為400mm，而機(jī)架寬度為200mm。導(dǎo)軌的末端還有光電門裝置，用

51、以計量巧克力的塊數(shù)，每一塊巧克力經(jīng)過則光電門發(fā)出信號一次給PLC。 3.2 包裝膜供送裝置的設(shè)計 包裝膜的自動供送是實現(xiàn)巧克力包裝機(jī)自動化，保證包裝產(chǎn)品美觀的重要條件，因此要確保包裝膜供送過程的高速、準(zhǔn)確和穩(wěn)定。本論文設(shè)計的巧克力包裝機(jī)的送膜裝置必須要滿足以下的要求[20]： （1） 包裝膜的裝卸要方便。包裝膜裝卸過程簡化可以提高生產(chǎn)效率，降低工人的勞動強(qiáng)度。 （2） 符合巧克力包裝機(jī)的工藝流程。要求包裝膜要連續(xù)供送，包裝機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中包裝膜要有一定的張力，這樣可以保證袋長均勻，但是張力也不能太大，否則會導(dǎo)致包裝膜被拉扯變形。 （3） 包裝膜定位要準(zhǔn)確。巧克力包裝有圖案和文字，要求每一

52、塊巧克力都進(jìn)入特定的位置，需要供膜裝置的準(zhǔn)確供送包裝膜。 （4） 包裝膜的供送要與包裝機(jī)其它機(jī)構(gòu)同步。 （5） 包裝膜的供送速度要符合預(yù)先設(shè)定的生產(chǎn)率的要求，并且可以進(jìn)行調(diào)整。 3.2.1 送膜裝置的工作過程 包裝膜供送裝置包括對包裝材料的支撐、導(dǎo)向和牽引裝置，以及對包裝材料檢測定位和調(diào)節(jié)的控制裝置。本論文設(shè)計的送膜裝置大體由托輥。導(dǎo)向輥、驅(qū)動輥、張緊輥、壓力輥和調(diào)節(jié)輥等部分組成。包裝膜在送膜裝置上的位置如圖3.2所示。 圖3.2 送膜裝置示意圖 卷成筒狀的包裝膜放置在支撐托輥上，繞經(jīng)導(dǎo)向輥進(jìn)行導(dǎo)向，然后經(jīng)張緊輥給包裝膜提供張力張緊，在驅(qū)動輥和壓膜輥的壓力提供的摩擦力下

53、牽引包裝膜運(yùn)動，使其向前輸送，此時包裝膜由于瞬時速度的變化會產(chǎn)生時松時緊的現(xiàn)象，其后的張緊輥用以調(diào)節(jié)包裝膜的拉力，使其保持適當(dāng)?shù)膹埦o狀態(tài)，同時色標(biāo)檢測裝置對包裝膜上的色標(biāo)進(jìn)行檢測，確定包裝膜的供送速度，保證于送料的速度一致，最后包裝膜送至制袋成型器內(nèi)被卷成筒狀薄膜。 3.2.2 托輥的結(jié)構(gòu)設(shè)計 供膜裝置的軸輥一般是由套筒、芯軸和軸承組成。套筒多由鋼管鍍鉻、鋁管氧化、尼龍或橡膠做成，這類的套筒不會生銹，對包裝膜無污染，套筒外表面光潔，在包裝膜的供送速度很快時也不會影響包裝膜的外觀質(zhì)量。芯軸和套筒之間常用滾動軸承連接，這樣套筒就能靈活轉(zhuǎn)動，對包裝膜運(yùn)送的阻力就小。供送裝置各輥軸的直徑對包裝膜的

54、供送牽引影響不大，但從零件加工的角度要求芯軸的直徑不能太小，因為直徑太小難以加工，并且剛度也不夠。 在整個包裝膜供送裝置中，托輥的是一個非常重要的部分，因為托輥是用來安放成筒的包裝膜，其結(jié)構(gòu)和功能直接影響到整個供送裝置。 對于包裝膜卷筒托輥的設(shè)計要求如下： 1. 托輥要便于裝卸包裝膜卷筒，能適應(yīng)于一定寬度，一定內(nèi)筒直徑的包裝膜卷筒； 2. 托輥要便于調(diào)節(jié)包裝膜滾筒的中心位置，來與縱封器、橫封器對中； 3. 托輥上安裝有阻尼輪，阻尼輪上使用皮帶進(jìn)行減速剎車，通過調(diào)節(jié)剎車皮帶的張緊力大小使托輥軸具有一定的阻力矩，這樣包裝薄膜在供送過程中就會具有一定的張力，有利于包裝膜的供送。 初步擬定

55、托輥的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.3所示。 1—微調(diào)螺帽；2—微調(diào)螺桿；3—圓錐鎖緊裝置； 4—托輥套筒；5—軸承套； 6—機(jī)架；7—阻尼輪；8—軸承；9—托輥軸； 圖3.3 托輥結(jié)構(gòu)示意圖 安裝卷筒包裝材料時，把圓錐鎖緊裝置取下來，再將卷筒塑料薄膜裝上去，然后調(diào)整兩端圓錐鎖緊裝置將包裝膜對中，使包裝材料的寬度方向中心線與縱封、橫封的中心線保持一致。當(dāng)中心位置稍有偏離時，也可以通過轉(zhuǎn)動微調(diào)螺帽進(jìn)行微動調(diào)節(jié)，其逆時針旋轉(zhuǎn)是使托輥套筒遠(yuǎn)離機(jī)架運(yùn)動，順時針旋轉(zhuǎn)式使托輥套筒向機(jī)架一側(cè)運(yùn)動，從而達(dá)到微調(diào)的效果。圓錐鎖緊裝置的錐面能在一定范圍能適應(yīng)不同內(nèi)筒直徑的卷筒包裝材料，其采用鎖緊螺釘緊固在套筒上。

56、 由于卷筒薄膜支架上需要套阻尼盤，則其軸徑及長度不僅要根據(jù)卷筒包裝薄膜的直徑來確定，還需要根據(jù)阻尼盤的直徑和寬度來確定。選定阻尼盤內(nèi)徑為30mm，寬度為15mm，為了能夠周向固定阻尼輪，需要在軸的端部加工螺紋。根據(jù)具體要求，取安裝阻尼輪部分軸的長度為25mm，軸端部螺紋長度取為11mm. 采用一對軸承支撐卷筒輥軸使其能夠進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動以實現(xiàn)供膜功能。參照工作要求并根據(jù)軸的直徑d=35mm,選取一對角接觸軸承安裝，其基本參數(shù)為：，裝軸承段的軸的直徑為35mm，其長度為60mm。最后選定套托輥滾筒的一段輥軸直徑為最小直徑45mm，套筒的外徑為65mm，內(nèi)徑為45mm，其長度根據(jù)包裝膜最大寬度300

57、mm、需要一定的調(diào)節(jié)范圍及留的余量確定為400mm。 剎車盤與輥軸的周向定位采用平鍵定位。安裝剎車盤段的軸徑d=30mm,查手冊得鍵的截面尺寸，鍵槽用鍵槽銑刀加工。滾動軸承與軸的周向的定位是借過渡來配合的，此處軸采用基孔制，公差配合為k6。 3.2.3 擺臂調(diào)節(jié)輥的設(shè)計 巧克力包裝機(jī)由于需要能夠包裝不同尺寸規(guī)格的巧克力，包裝速度也會隨著尺寸規(guī)格的變化而變化，包裝膜供送過程的速度和張力也要改變。為了使包裝膜供送時的張力均勻，就需要調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)。 本論文的調(diào)節(jié)輥采用了擺桿機(jī)構(gòu)，其工作示意圖如圖3.4所示。 圖3.4中，其中驅(qū)動輥對包裝膜驅(qū)動供送，所以整個包裝膜會拉動著擺桿輥產(chǎn)

58、生一個力矩，而通過與輥軸相連的摩擦輪帶動制動輪，并使其轉(zhuǎn)動一定角度后，重力塊也會在制動輪上產(chǎn)生一個力矩，該力矩會與包裝膜產(chǎn)生的力矩相平衡，會阻止擺桿被包裝膜拉動過大角度。重力塊可以自動的調(diào)節(jié)包裝膜供送的張力，使其保持在一定范圍內(nèi)，不會因供送速度的變化而發(fā)生劇烈的波動。 擺臂調(diào)節(jié)輥的結(jié)構(gòu)大致如圖3.5所示，整個擺臂調(diào)節(jié)輥滾筒的長度根據(jù)包裝膜最大寬度（300mm）可以設(shè)定為320mm，則擺臂輥長度為350mm。上方固定擺桿長度根據(jù)安裝軸承和摩擦輪的需要設(shè)計為450mm。軸的直徑可以小一些，確定為20mm，滾筒外徑為40mm，內(nèi)徑為32mm。軸承選擇7002AC角接觸球軸承，內(nèi)徑15mm，外徑32

59、mm。擺臂支撐桿長度為200mm。 1—制動輪； 2—摩擦輪；3—固定端部；4—重力塊 圖3.4 擺桿機(jī)構(gòu)示意圖 1—擺臂輥支撐Ⅰ；2—固定擺桿；3—摩擦輪；4—機(jī)架； 5—擺臂輥支撐Ⅱ；6—擺臂滾筒；7—擺臂輥 圖3.5 擺臂調(diào)節(jié)輥結(jié)構(gòu)示意圖 3.2.4 驅(qū)動輥與壓力輥的結(jié)構(gòu)設(shè)計 （1）驅(qū)動輥的結(jié)構(gòu)設(shè)計 驅(qū)動輥是巧克力包裝膜供送裝置的動力輥，能夠牽引包裝膜向前供送。動力是經(jīng)過鏈傳動到達(dá)驅(qū)動輥，使其轉(zhuǎn)動并帶動包裝膜運(yùn)動。驅(qū)動輥軸要進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動，應(yīng)該在軸的兩端安轉(zhuǎn)軸承，軸和外部套筒是一起轉(zhuǎn)動的，套筒為橡膠材料。整個驅(qū)動輥大致結(jié)構(gòu)如圖3.6所示。 根據(jù)包裝膜驅(qū)動輥的定位和輸送速度

60、要求，確定橡膠套筒的外徑為50mm，長度為320mm。安裝鏈輪處的軸的直徑取為20mm，這一部分軸的長度取為50mm,鏈輪的定位軸肩高度取為2.5mm，則鏈輪右端的這段軸的直徑為25mm，長度取25mm，其上有10mm的螺紋以使螺母旋緊而將軸定位。軸承主要承受來自包裝膜的徑向拉力和來自壓力輥的徑向壓力，但也有可能因為包裝膜的移位而受到一定的軸向載荷，所以選用角接觸球軸承。按照驅(qū)動輥的要求并根據(jù)軸承安裝段軸的直徑為d=25mm,選取角接觸球軸承型號7005C，內(nèi)徑為25mm，外徑為47mm。軸承的配置采用兩端固定支撐以方便安裝調(diào)整，支撐分別為軸肩和彈簧擋圈。取安裝軸承處的軸肩的直徑為30mm，此

61、段軸上安裝有橡膠輥筒，所以取其長度為360mm，右端軸肩長度取為20mm。由于整個巧克力包裝機(jī)供膜裝置的受力不大，所以這里選擇的各段軸徑是較為安全的。 1—鏈輪；2—螺母；3—彈簧擋圈Ⅰ；4—機(jī)架；5—軸承Ⅰ； 6—驅(qū)動輥軸；7—端蓋； 8—橡膠輥筒； 9—軸承Ⅱ： 10—彈簧擋圈Ⅱ；11—右端軸肩； 12—平鍵 圖3.6 驅(qū)動輥示意圖 鏈輪與軸的聯(lián)接采用平鍵聯(lián)接。根據(jù)裝鏈輪軸段的直徑為d=20mm,取平鍵的截面尺寸，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長L=25mm,。滾動軸承與軸的周向的定位是借過渡來配合的，此處選軸的直徑尺寸公差為k6。 （2） 壓力輥的設(shè)計 壓力輥與驅(qū)動輥相壓緊在包裝膜表

62、面產(chǎn)生摩擦力，使驅(qū)動輥能夠驅(qū)動包裝膜向前輸送。壓力輥的外層套筒也為橡膠材質(zhì)，摩擦系數(shù)大，壓力輥與驅(qū)動輥壓緊時，摩擦力會比較大。而為了方便包裝膜的安裝，又要求壓力輥能與驅(qū)動輥分離，不再壓緊。將軸的兩端都銑成方形放入機(jī)架上的導(dǎo)軌內(nèi)使其可以上下移動，壓力輥的下方在機(jī)架上焊接一個凸臺，凸臺上安裝壓力彈簧用來頂住壓力輥，其在自然狀態(tài)下給壓力輥一個向上的彈力把壓力輥頂起使其與驅(qū)動輥分離，壓力輥的上方裝有偏心輪裝置，當(dāng)偏心輪旋轉(zhuǎn)時能把壓力輥向下壓下使其與驅(qū)動輥壓緊。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.7所示 壓力輥的橡膠輥筒直徑與驅(qū)動輥的一致，為50mm，長度也一樣都為320mm，則支撐軸承選擇角接觸球軸承7002C,內(nèi)

63、徑d=15mm，外徑D=32mm。則壓力輥內(nèi)軸徑為20mm，長290mm，安裝軸承段軸徑15mm，長20mm，兩端的最小軸徑為10mm，長40mm。 偏心輪裝置的工作過程示意圖如圖3.8所示。 1—壓力輥筒；2—壓力輥軸；3—彈簧；4—偏心輪 圖3.7 壓力輥結(jié)構(gòu)示意圖 圖3.8 偏心輪工作示意圖 設(shè)計偏心輪的偏心距e=10mm，回轉(zhuǎn)軸徑d=6mm，偏心輪直徑D=30mm。當(dāng)偏心輪轉(zhuǎn)過180度的時候偏心輪的垂直位移為2e=20mm，即其行程為20mm。而最初狀態(tài)下壓力輥與驅(qū)動輥之間的距離是20mm。所以當(dāng)偏心輪轉(zhuǎn)過180度的時候，壓力輥正好與驅(qū)動輥壓緊。而偏心輪所受到的支撐力

64、在工作前后都經(jīng)過其回轉(zhuǎn)中心，故偏心輪會產(chǎn)生自鎖，偏心輪不僅起到了控制壓力輥與驅(qū)動輥離合的作用又起到了夾緊的作用[21]。 3.3 巧克力包裝牽引裝置的設(shè)計 巧克力包裝機(jī)的包裝袋牽引裝置為兩個平行的傳送帶，叫做上牽引帶和下牽引帶。這兩個帶通過與包裝薄膜之間產(chǎn)生的摩擦力來牽引帶動其向橫封橫切裝置運(yùn)送，同時也能夠整理經(jīng)過縱封制袋成型和縱封之后的筒狀包裝膜。牽引傳送帶是由經(jīng)特殊處理的聚酯復(fù)合織物作為骨架，涂覆聚氨酯（PU）樹脂作載物面，材質(zhì)無毒無害無污染，對于包裝膜有較大的摩擦牽引力。其結(jié)構(gòu)如圖3.9所示。 傳動帶主要是對包裝膜起牽引作用，所以其帶長不用太長，取牽引帶的有效牽引長度為400mm，

65、上下兩傳送帶的間距根據(jù)巧克力的高度設(shè)計為20mm。輥筒的直徑為100mm，傳送帶寬度根據(jù)巧克力包裝袋最大寬度（80mm）確定為150mm。則輥筒長度為200mm。整個傳送帶由齒輪傳動驅(qū)動，所以在輥筒的一端安裝有齒輪，安轉(zhuǎn)齒輪軸徑為24mm。輥筒軸的支撐軸承選用角接觸球軸承7206C，內(nèi)徑d=30mm，外徑D=62mm。軸承套在套筒里，套筒安裝在機(jī)架上。輥筒安裝示意圖如下圖3.10所示。 圖3.9 上下牽引帶示意圖 1—齒輪；2—支撐軸；3—套筒；4—軸承；5—輥筒； 圖3.10 上牽引傳動輥筒安裝示意圖 3.4 巧克力成品輸出裝置的設(shè)計 本論文的巧克力包裝機(jī)的成品輸出裝置采用

66、傳送帶機(jī)構(gòu)，因為巧克力包裝產(chǎn)品的輸出要求不高，且?guī)捷斔徒Y(jié)構(gòu)簡單，安裝使用和維護(hù)都比較方便。輸送帶選擇涂覆有聚氨酯（PU）樹脂合成材料的聚酯復(fù)合織物帶，能防潮，無味、無毒，專門針對食品的傳送帶。傳送帶采用兩個輥筒支撐，因為輸送距離較短，所以不用在配置托輥。傳送帶裝置采用兩個平行的機(jī)體支撐，一端直接使用螺栓固定在巧克力包裝機(jī)機(jī)體上，另一段懸空，因為長度不長所以不用配置機(jī)腳支撐。 輸送帶的寬度根據(jù)所輸送的最大尺寸的巧克力（）的對角線長度（約215mm），再加100mm左右的余量可確定為300mm。輸送帶的有效輸送距離取為500mm，驅(qū)動輥的直徑可根據(jù)以下公式確定： 式中： —比例系數(shù)，時，取；較小時，取。 —輸送帶的斷面層數(shù)。 本論文設(shè)計的巧克力包裝機(jī)包裝的巧克力自重很低，成品輸出帶為特輕載荷類型，要求結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧，所以輸送帶的選擇2層結(jié)構(gòu)，則驅(qū)動輥和從動輥的直徑可以確定為100mm。