颗粒包装机的设计 毕业设计

题目：哈尔滨工业大学 毕 业 设 计 袋装小颗粒包装机的结构设计

学 生： 王涛

学 号： 2100312110

院 （系）： 机电工程学院

专 业：机械设计制造及其自动化

指导教师： 陈晨

2014 年06 月06日

联系qq:940437604

全套CAD 、说明书、设计手册

袋装小颗粒包装机的结构设计

摘 要

本论文是关于小颗粒食品的包装设备简称颗粒包装机的设计。颗粒包装机是将小颗粒的食品装入袋内，再封装。主要适用于食品、医药、茶叶、化工、等产品中松散状、无粘性、细小的颗粒物品的小剂量自动包装，主要由包装材料输送机构、成型机构、封口机构、送料机构、切断机构、机架等组成，具有操作简单、生产量大、适用范围广等特点。

本设计进行了颗粒包装机的设计方案论证、包装原理分析、机械结构设计和强度计算等，设计的颗粒包装机主要由供料料斗、定量供料器、包装薄膜供给、成型、纵封、横封和切断，其工作原理是塑料薄膜安装在退卷装置上，经过导辊的引导输送塑料薄膜在成型器的作用下形成袋状，这时纵封将袋封上纵向口，喂料装置下料，横封辊在将其封住横向开口，并且切断。至此一个包装袋形成。

在本次设计中采用了三角形成型器，转盘式定量可调供料器，滚轮纵封装置，整体加工式横封辊切断结构。滚轮纵封装置将以往的纵封和牵引合为一体，这样既节省了空间，又使整体更具有美观性。整体加工式横封辊结构将横封和切断装置合成一体，减少了封装时间。

本机具有整体性好、运动精度高、工作效率高、安全可靠、操作容易、制造成本低等特点。

关键词：颗粒包装机，结构设计，袋成型，纵封，横封

The Overall Structure Of The Particle Packing Machine Design

ABSTRACT

This paper is about the design of the packing equipments with small grain food which is call for grain packer. the grain packer is to pack the food of the small grain into the bag inside, then seal the bag.It is generally used in food, medicine, tea, chemicals, and other products in loose form, non-sticky, tiny particles goods in small doses automatic packaging, mainly by the packaging material transport mechanism, forming mechanism, sealing mechanism, feed mechanism, cutting institutions, racks, etc., with simple operation, production capacity, wide application and other characteristics.

This design makes packing machine design argument, packaging principle analysis, mechanical design and strength calculation, particle packing machine designed mainly by the supply hopper, metering feed, packaging film supply, molding, longitudinal sealing, transverse sealing, quantitative feeder, cutting components, its working principle is the plastics thin film installs at equipment for withdraw the film, hasing been led the leading roller to molding machine, with which the film is form pockety, at this time vertical-seal seal the vertical caliber, feeding machine put the feed into the pockety, horizontal-seal seal the horizontal caliber, and cut off. Thus pockety is done.

In triangle shape is adopted in this design, quantitative adjustable disc feeder, roller longitudinal sealing device, processing type horizontal sealing roller to cut off the structure as a whole. Vertical-seal rolling device will be former seals with lead to match for integral whole, thus this device saved the space, and make the whole even have the beautiful again. Integer machining type horizontal-seal make the whole horizontal seal with the cut-off device synthesize the integral whole, reducing sealing-pack time.

The machine has good integrity, high precision, high efficiency, safety and reliability, easy operation, and low manufacturing costs.

KEY WORDS: The grain packer, Structural design, Bags molding, Longitudinal sealing, Transverse sealing

III

目 录

摘 要 .................................................................. IV ABSTRACT ................................................................. V 目 录 ................................................................. III

1 绪 论 ................................................................. 1

1.1 包装机械的作用 .................................................... 1

1.2 包装机械的分类 .................................................... 1

1.2.1 按包装机械的自动化程度分类 .................................. 1

1.2.2 按完成包装产品的类别分类 .................................... 2

1.2.3 按包装机械的功能分类 ........................................ 2

1.3 包装机械的特点 .................................................... 2

1.4 颗粒包装机械的组成 ................................................ 2

1.5 我国颗粒包装机械的现状 ............................................ 3

1.6 我国颗粒包装机存在的主要问题 ...................................... 3

1.7 颗粒包装机械的发展趋势 ............................................ 4

2 颗粒包装机总体结构方案设计 ............................................. 5

2.1 颗粒包装机设计参数 ................................................ 5

2.2 颗粒包装机的设计方案 .............................................. 5

2.3 颗粒包装机总体设计 ................................................ 7

2.3.1 执行机构 .................................................... 7

2.3.2 支撑形式选择 ................................................ 7

2.4 机体强度设计 ...................................................... 8

3 制袋成型器及供料装置的设计 ............................................ 10

3.1 制袋成型器的设计 ................................................. 10

3.1.1 专用制袋成型器 ............................................. 10

3.1.2 袋成型机构的选择 ........................................... 11

3.1.3 袋成型机构的设计 ........................................... 12

3.2 供纸装置的机构设计 ............................................... 13

3.2.1 纸输送机构设计 ............................................. 13

3.2.2 引导装置 ................................................... 15

4 包装物料供送计量装置 .................................................. 17

4.1 包装物料的基本分类 ............................................... 17

4.2 包装物料计量供送的基本要求 ....................................... 17

IV

4.3 容积式计量装置 ................................................... 17

4.3.1 容积可调式量杯计量装置 ..................................... 17

4.3.2 量杯式计量装置的生产能力 ................................... 18

5 封口器的设计 .......................................................... 20

5.1纵封器的设计 ..................................................... 20

5.1.1 塑料薄膜热封原理 ........................................... 20

5.1.2 纵封器的设计及计算 ......................................... 21

5.2 横封切断设计 ..................................................... 22

5.2.1旋转式横封器设计 ............................................ 23

5.2.2 横封器结构 ................................................. 23

6 总结和展望 ............................................................ 27

6.1 总结 ............................................................. 27

6.2 前景展望 ......................................................... 27

致 谢 .................................................................. 28

参 考 文 献 ............................................................. 29

1 绪 论

包装机械是完成全部或部分包装过程的机械。包装机械以中小型单机为主，具有体积小、精密度高、易安装、操作方便、自动化程度高等优点。包装机械的范畴广泛，种类繁多。

我设计的是一个自动制袋装填包装机，包装过程包括成型、填充、裹包等主要包装工序；自动颗粒包装机是针对食品、医药、茶叶、化工、等产品中松散状、无粘性、细小的颗粒物品并能自动进行几道集中工序的包装机，大部分应用于食品、生活行业，跟人们的生活关系密切。

通常自动制袋装填包装机所采用的包装材料是卷筒式包装材料，在机器上实现自动制袋、装填、封口、切断等全部包装工序。其包装材料可以为塑料单膜、复合薄膜等。对于不同的机型，可以采用单卷薄膜制袋或两卷薄膜制袋的形式，但主要以前者居多。本设计将是以单卷薄膜制袋形式的。

1.1 包装机械的作用

包装机械是使产品实现机械化、自动化的根本保证，因此包装机械在现代工业生产中起着相当重要的作用。

1）大幅度的提高生产效率 如颗粒包装机的生产率可高达30000袋/h，这是手工包装无法比拟的。

2）降低生产劳动强度，改善劳动条件， 如手工包装糖果，一个工人8小时要重复动作80000多次；如果广泛的采用包装机械代替手工包装，不但能将包装工人从繁重的体力劳动中解救出来，还大大改善了工人的劳动条件。

3）保护环境，节约原材料，降低成本 手工包装液体产品时，易造成产品外溅；包装粉末状产品时，往往造成粉尘飞扬，既污染了环境，又浪费了原材料。采用机械包装能防止产品的散失，既保护了环境，又节约了原材料。

4）改善产品卫生条件，提高产品包装质量，增强市场的销售能力。

5）延长产品保质期，方便产品的流通 采用真空、换气、无菌等包装机，可使食品等流通范围更加广泛，延长食品的保质期。

6）减少包装场地面积，节约基金投资 采用机械包装，产品和包装材料的供给是比较集中的，各包装工序安排比较紧凑，因而减少了包装的占地面积，可以节约基建投资。

1.2 包装机械的分类

1.2.1 按包装机械的自动化程度分类

1）全自动包装机。全自动包装机是自动供送包装材料和内装物，并能自动完成其他包装工序的机器。

2）半自动包装机。半自动包装机是由人工供送包装材料和内装物，但能自动完成其他包装工序的机器。

1.2.2 按完成包装产品的类别分类

1）专用包装机。专用包装机是专门用于包装某一种产品的机器。

2）多用包装机。多用包装机是通过调整或更换有关工作部件，可以包装两种或两种以上产品的机器。

3）通用包装机。通用包装机是在指定范围内适用于包装两种或两种以上产品的机器。

1.2.3 按包装机械的功能分类

包装机械按功能不同，可分为：充填机、干燥机、灌装机、杀菌机、封口机、捆扎机、裹包机 集装机、多功能包装机、辅助包装机、贴标签机、包装容器制造类、清洗机、无菌包装机械，以及完成其他包装作业的辅助包装机械。

1.3 包装机械的特点

包装机械大部分属于自动机，既具有一般自动机的共性，也具有其自身的特性，主要特点如下：

1）大多数包装机械的结构和机构复杂，运动速度快且动作配合要求高。为满足性能要求，对零部件的刚度和表面质量等都要较高要求。

2）用于食品和药品的包装机械便于清洗，与药品和食品接触的部位要用不锈钢或经表面处理的无毒材料制成，符合药品和食品的卫生和安全要求。

3）包装执行机构的工作力一般都较小，电机功率也较小。

4）包装机械一般都采用无级变速装置，以便灵活调整包装速度、调节生产能力。

5）包装机械自动化程度高，大多采用微机控制，实现了操作和控制的智能化。

6）包装机械是特殊类型的专业机械，种类繁多，生产数量有限。为便于制造和维修，减少设备投资，在包装机械的设计中应注意标准化、通用化、系列化、模块化及多功能性。

1.4 颗粒包装机械的组成

自动颗粒包装机主要由以下6大部件组成：

1） 包装纸输送机构：把圈在筒上的单层包装纸通过设计的绷紧机构以平张薄膜的形式输送到纸袋成型机构。

2） 袋成型机构：把接收到的平张薄膜通过三角板和圆弧槽卷成圆筒状，利于竖封和供料。

3） 热定型式封口机构：利用特殊处理过滚轮的回转，对圆筒状包装纸进行枕式竖封，并在竖封同时利用摩擦牵引包装纸，使之向下运动，保证包装纸的持续成型；横封机构是回转机构，对以竖封的筒状包装纸周期性的封口。所以，结合成型机构，就实现了：卷状→平张→筒状→竖封→横封。

4） 送料机构 通常有导管连通容器和灌装带，并可以调节流速大小。

5） 切断机构：在热定型式封口机构持续运转的同时，切断机构通过凸轮回转推动推杆，使切刀周期性的接触，从而从中切断横封的封区。

6） 输送机构：利用带式输送机持续传递已包装好的产品。

1.5 我国颗粒包装机械的现状

我国包装机械发展较晚，目前正处于起步应用阶段，虽然从九十年代后，我国的制袋充填机有了较快发展，通过参考国内外产品进行消化吸收，自主开发研制，技术上有了很大的提高，但与国外相比，国内大多数产品技术含量低，产品差异程度低，成熟产品技术易模仿和抄袭，造成低水平重复，阻碍了对包装机的技术创新和发展。在产品技术方面，国内颗粒包装机的主要特点如下：

1）速度低，品种少

国外大多数制袋充填包装机根据包装物料的不同和产量的大小，一般在20-100袋/分之间，大多为单列式包装，封合形式一般是三边封，四边封和背封式。

2）精度低

采用螺杆充填的粉料计量充填系统，当充填量为100g ～1000g 时，国外机器的计量精度一般

3）可靠性低

国内一些企业为了能在产品初期快速赚钱，低价格倾销，采用无质量保证的电子元件、控件或低级的原材料，再加上无规范的加工和装配工艺，没有针对具体情况进行改造，导致产品不稳定或不适合用户使用要求。

4 ）自动化和智能化水平低

近年来，我国的包装机械虽采取了一些PLC 和具有智能控制功能的仪表，但总体来说，大多数还是低水平的机电控制，还没有带有数据储存、采集、修正功能的机器。

1.6 我国颗粒包装机存在的主要问题

颗粒立式包装机虽然占地面积小，成本低，但在包装粉末型物料的效果与物料品种兼容性这两项要求上，大多数这种设备中都不能尽如人意。

粉末型产品颗粒细小，在包装过程极易产生粉末“反扑”现象。“反扑”现象会造成包

装封口不严，并会在一定程度上污染工作环境，因为立式包装设备是垂直下料，下料口与包装袋袋底距离较大，并且是在包装的同时进行制袋，在下料过程中物料以包材为“滑梯”滑入袋内，如果粉末扬起，则会污染封口，致使封口不能被密封，这样一来，产品的质量往往会受到影响。

其次，生产混合型物料时，立式包装设备因为无法在设备上曾加工位，所以在灌装时必须将物料预先混合才能下料，但实际生产中往往因为物料预先混合或传输过程中的不均匀，导致实际产品混合比例与配方比例不符。

粒状物料飞溅严重，粉尘飞扬，空气污染严重，工作环境恶劣，有毒有害的粉尘对人体伤害严重。而且对食品、药品采用手工包装不能符合卫生要求，以及对人体有毒有害的物品更需要自动化、无人化包装。

比如给料系统的优劣，也将直接影响计量结果，有时，甚至造成设备无法使用的严重后果。因为给料过程中的落差，是对一部分物料的估计值，如果给料系统不稳定，那么落差就处于不稳定状态，计量结果就会不稳定。因此尽快解决粉粒状物料高速度、高准确度自动定量充填包装技术难题具有非常重要的意义。

另外，在颗粒包装机中还可能存在夹料、包装袋错边或起皱、包装袋封口不严、包装袋外形不正等问题。

1.7 颗粒包装机械的发展趋势

包装机械发展生产增长最快的是在发展中的国家和地区，发达国家将从刺激国内需求中获利，并在发展中国家寻求合适的生产厂家，特别是在食品加工厂进行投资，提供包装设备。

国外的包装机械发展情况尤其以美国与德国的为代表。美国当前包装机械发展的趋势：微电子、电脑、工业机器人、智能型、图像传感技术和新材料等在包装机械中将会得到越来越广泛的应用，包装机械日趋向自动化、高效率化、节能化方向发展。德国的包装机械，以用户需求为先导提供成套设备，为生产企业提供结构性以及经济性完整的系统方案。在为用户提供生产自动线或生产流水线设备的同时，尤其注重成套设备的完整性，尤其是高技术、高附加值设备，还是较简单的设备，都按配套性要求提供。纵观美国和德国的发展趋势，虽然各有特色，但自动化、高效化、节能化将是包装机械生产商共同的追求。

国内的包装机械发展历史时间短，总体技术水平和生产能力较低，但近年来在国内巨大包装市场的促进以及国外先进技术的影响，发展速度很快，局部技术有了很明显的提高。

2 颗粒包装机总体结构方案设计

2.1 颗粒包装机设计参数

计量方式：容积式计量 计量精度：±5% 包装速度：50-100 袋/分

制袋尺寸：长 60-110mm 、宽 30-80mm 电源电压：220 伏/50 Hz

2.2 颗粒包装机的设计方案

在本设计中有两种方案可供选择，方案一如表2-1所示。

表2-2 方案二

机械运动方案评价比较：

机械运动方案评价的方法有3种，分别是经验法、数学法和试验法，课程设计采用经验评价法，根据自己的经验对方案作粗略的定性评价。

表2-3 机械运动方案评价比较

根据表2-3的综合比较可知，输送机构选择方案一更加完备，功能更加完善；成型机构优选三角成型器，象鼻成型器不适合宽度变化制袋成型；纵封口机构成对出现更好，横封与切断机构也是优选方案一。在保证基本功能的前提下，方案一的互换性良好而制

造成本低廉，方案二相对的对机构要求比较高，故我们最后采用了方案一。

2.3 颗粒包装机总体设计

包装机械的总体设计的步骤是：布置执行机构、传动系统和操作件，确定支撑形式和绘制总体布局图。本文主要针对结构设计进行分析，包括支撑形式、成型机构设计、其他结构类的零件设计。 2.3.1 执行机构

即布置被包装物品的计量与供送系统、包装材料整理与供送系统、主传送系统、包装执行机构和成品抽出机构。

首先，根据包装工艺路线图，各个执行构件应布置在整体的上部，以便于观察执行情况，并且颗粒物受到重力向下流，安装在较高位置可以顺流而下，提高效率。对此，必须注意以下两点：

1）为使执行机构简单紧凑. 应尽量减少机构的构件和运动副，并尽量缩小其几何尺寸和所占空间位置。原动件应尽可能接近执行构件。

2）为简化传动系统、便于阅试与维修和减少传动件居损对传动梢度的影响，要求原动件尽可能集中地布，在一根或少数几根轴上。

实际上，执行构件往往是比较分散的. 以致于它们的原动件较难集中。这时，可将相近的几个执行机构集中布置成为一个大部件。这样，一台包装机就相当于由若干个大部件所构。

2.3.2 支撑形式选择

包装机的支撑件有底座、箱体、立柱、横梁等。支撑件的作用是使有关零部件正确定位并保持其相对工作位置。对支撑件的要求如图2-1所示：

1）足够的刚度，支撑件在承受较大载荷时的变形不超过允许值； 2）足够的抗振性，是机器能稳定可靠的工作； 3）质量适中，力求节约材料，容易搬运；

4）便于零部件的装配调试、操作保养和机器的调运安装； 5）外形美观，给人以调和、匀称、稳定、安全的感觉。

常用的支撑形式有“一”型 、“1” 型、“口”型。由于工作环境的限制，并且生产也仅仅是小批量间歇式生产，故，我们选择“1” 型，即立体式。它占地面积小，操作灵活，工序紧凑，很符合我们的设计需求。

图2-1 包装机的支撑形式

2.4 机体强度设计

1）静刚度 机器中任何一构件均可视为弹性体，在受载后都要产生一定的变形。

水平抗弯刚度 K x =垂直抗弯刚度 K y =抗扭刚度 K θ=

P x

(N /mm ) （2-1） ∆x

P y ∆y

(N /mm ) （2-2）

M

θ

(N ⋅mm /︒) （2-3）

式(2-1) ~(2-3)中：

Py ——水平、垂直作用力； M ——扭矩，N·mm ； θ——扭转角，（°）；

Δx ，Δy——水平方向和垂直方向的位移。

包装纸输送机构是一个立方体 其变形主要分为几部分：立柱自身的变形、连接头部分凸缘的局部变形和与支架发生的接触变形。

弯矩变形 用位移y 和θ表示变形的程度

Pa 2(L +a )

(2-4) y A =

3EJ -Pax (L 2+a 2)

(2-5) y D =

6EJL

θA =

Pa (2L +3a )

(2-6)

6EJ

θB =

PLa

(2-7) 3EJ

PLa

(2-8) 3EJ

θC =-

Pa (3x 2-L 2)

(2-9) θD =

6EJL

式(2-4) ~ (2-9)中：

P ——作用力(包括重力) ，N ； E ——支撑件材料弹性模量，Pa ； J ——支撑件的截面惯性矩，m4。

2）扭转变形 用横截面的相对转角ϕ来表示变形的程度

ML

GJ (2-10)

ϕ=

式(2-10)中：

M ——作用扭矩，N·m ； L ——长度，m ；

G ——弹性剪切模量，Pa 。 3）截面形状与抗弯抗扭间的关系

圆形截面有较高的抗扭刚度，但抗弯强度较差，故宜用于受扭为主的机架。工字形截面的抗弯强度大，但是抗扭很低故宜用于承受纯弯的机架。方形截面抗弯，抗扭分别低于工字形和圆形截面，有一定的综合性能。无论圆形、方形或矩形，空心截面的刚度总比实心截面的刚度大，因此支撑件应该做成中空形式。

另外，截面面积不变，加大外形轮廓尺寸，减小壁厚，亦即使材料远离中性轴的位置，可提高截面的抗弯，抗扭刚度。从结构上来看，由于空心矩形内腔容易安设其他零件，故许多机架的截面常采用方形或矩形截面。 槽形截面钢和工字形截面比较，抗弯强度相差不大，抗扭强度又高于工字形截面。

3 制袋成型器及供料装置的设计

3.1 制袋成型器的设计

制袋成型器是自动袋装机的一个关键部件，其作用是使平面状的包装薄膜材料转变为圆筒状，并产生封接边，以利于包装无聊的进入。制袋成型器的选择、设计和使用，直接影响着产品的包装形式、包装袋的形状与尺寸、包装质量以及及其布局等。因此成型器的选择和设计计算是非常重要的。袋型容器有很多种类，本设计采用三边封口式。

根据制袋成型器适用包装尺寸范围的不同，可将成型器分为调整式制袋成型器和专用制袋成型器两大类。调整式制袋成型器的结构尺寸可以调整，以适用于一定范围内多种尺寸规格的产品包装。专用制袋成型器的结构不可调节，只适用于单一尺寸规格或尺寸变化较小的产品包装。本设计袋型宽度变化为30—80mm ，变化较小，所以选择专用制袋成型器。

设计和制造成型器的关键为：

1）尽量减少薄膜通过成型器所受的阻力，使薄膜不产生纵向或横向的拉伸变形以及皱折等。

2）确保薄膜自然贴合、无拉伸、无腾空地通过成型器，自然卷合，正确成型。 3）结构简单可靠，制造方便，调试容易。 4）常用的成型器主要有以下几种： 3.1.1 专用制袋成型器

专用制袋成型器主要有翻领成型器、U 形成型器、象鼻成型器、V 形成型器和三角形成型器几种，不同成型器的结构、性能各有优缺点，应用场合也不相同。

1）翻领成型器：如图3-1（a ）所示。平张薄膜拉过该成型器后，成搭接对接圆筒状。翻领成型器成型阻力较大，容易使薄膜产生变形、发皱或撕裂，度塑料薄膜的适应性差，对复合薄膜适应性较好，常用于粉状、颗粒状物料以及部分液料的包装，立式枕型包装机应用较多。每种规格的翻领成型器只能成型一种规格的带宽，当带宽规格发生变化时，需要更换相应尺寸的成型器，设计、制造及调试都比较复杂。

2）三角成型器：如图3-1（b ）所示。由等腰锐角三角形板和U 形立杆连接在基板上形成，利用成型器的形状，迫使平张薄膜近似对折成型。三角成型器结构简单，对机型、袋型规格及材料适应性好，能适应包装袋尺寸变化较大的情况，调整时只需调整基板的上下位置即可。立式、卧室的间歇或连续的三面、四面制袋包装机上都有应用。

3）U 形成型器：如图3-1（c ）所示。在三角成型器基础上改装而成，由三角板与之连接的U 形导槽及侧向导板组成。薄膜在卷曲成型中受力状态比三角成型器好，其

试用范围与三角成型器一样，但结构比较复杂。

图3-1 常用制袋成型器

（a ）翻领成型器 （b ）三角成型器 （c ）U 形成型器 （d ）象鼻成型器 （e ）V 形成型器

4）象鼻成型器：如图3-1（d ）所示。兼具翻领成型器和三角成型器的工作原理，是U 形成型器的改进型，设计与制造比较容易。成型器类似象鼻形状，平张薄膜拉过该成型器时，薄膜变化较平缓，成型的阻力比翻领成型器的小，充填距离短，适用于单层塑料薄膜的成型，常用于立式连续三面封口制袋包装机及枕式制袋包装机。制袋成型同意尺寸包装袋，象鼻成型器的结构尺寸比翻领的大，薄膜容易跑偏，只能成型同一宽度的袋型。

5）V 形成型器：如图3-1（e ）所示。由V 形缺口导板、导辊和双边纵封辊组成，实现平张薄膜对合成型，适用于四面封口扁平袋成型，对材料和袋型规格的适应性强，运动阻力小，长应用于立式连续制袋包装机上。 3.1.2 袋成型机构的选择

由以上可知，他们的共同点是利用成型器外表面形状的变化而将平张薄膜逐渐变成对折状态的过程。其中，三角成型器结构简单，对机型、袋型规格及材料适应性好，能适应包装袋尺寸变化较大的情况，调整时只需调整基板的上下位置即可，三角形能适应包装袋尺寸变化较大的情况，能满足带宽变化，符合设计要求。因此，考虑到整体，我们最终采用三角成型器。

3.1.3 袋成型机构的设计

三角成型器将平张薄膜对着成型的过程如图3-2所示。设包装薄膜的宽度为2a ，对折后的空袋高度为a （立式机为空袋宽度），三角形板与水平面间的倾斜角（即安装角）为α，三角板顶角为2β，薄膜在三角形板上翻折的这一区段长为b 。如不计三角板的厚度，薄膜在对折后两膜贴的很紧。直角△DEC 中，DE=a，DC=b；直角△ADC 中，AD=DB=a，DC=b。对既定的三角成型器和空袋尺寸，有

β=arctg (sinα) （3-1）

由上式可见，三角成型器的顶角与安装角相互制约，顶角2β的大小关系到三角板的行形状与尺寸。换言之，一定的安装角对应一定的形状尺寸的三角成型器，否则会影响三角成型器的正常制袋。实际生产中，三角板顶角2β由加工保证，安装角α通过调整来保证，因此，应该先选定一个容易测量的整数α值，再由式（3-1）求解β值。

图3-2 三角成型器折叠成型示意图

实质上，安装角α等于三角成型器顶角附近薄膜运动的压力角，α值越大，压力角越大，薄膜翻折所受的阻力就越大。当压力角太大时，薄膜在受力翻折的过程容易出现拉伸变形的现象，严重时甚至撕裂或拉断。但压力角太小，可能导致成型器的不仅凑。根据压力角及结构尺寸的关系，三角成型器的安装角的选择范围一般为α=20--30°，β

角应不大于30°。决定三角形成型器的尺寸除顶角外，还有三角形板的高△h ，它和制袋

的最大尺寸有关：

h =

a max

+∆h (3-2) sin α

式(3-2)中：

a max

—能制作最大空袋的高（立式机为带宽）

△h —余量，可取30—50mm

3.2 供纸装置的机构设计

设计的自动颗粒包装机的输送机构没有专门的动力机构，原因有以下几点：

1) 包装纸大多是塑料薄膜，比较软，如果输送不好会使包装纸推积或者拉断；

2) 输送包装纸不需要很大的动力；

3) 此包装机构中的纵封可以在封装包装袋的同时将包装纸向下拉，这样就可以使输送机构中的包装纸按需求送纸，不会出现堆积或者是拉断的可能。

3.2.1 纸输送机构设计

本设计中，输送机构参考BZ350糖果包装机卷筒纸连续供纸装置，如图3-3所示。

图3-3 果包装纸输送机构

1-轴 2-铜套 3-套筒 4、5-夹纸盘 6-调节滑轮 7-皮带 8-螺钉

9-拉簧 10-调节螺杆 11-滚动轴承 12-拉簧 13-紧定螺钉 14-油杯

本设计与图3-3的不同点是，只需要一个供纸辊、三个导向辊。卷带在被牵引供送时，容易产生拉伸变形或者在接触的辊面上打滑，当纸张力变化或纸卷转动惯量的变化引起供纸速度不稳定时，通过拉簧12、皮带7阻止纸速和张力的突变，保持稳定供纸。当商标纸和内衬纸的位置不对中时，通过调节螺杆10进行调整。

本设计的颗粒包装机属于中小袋型包装机，卷材宽度和直径小400mm ，重量较轻，卷材布置在包装机的上方，更换材料卷方便，便于包装机的总体布局，并采用悬臂支撑式，节省材料。传送机构还包括四个传动辊，包装纸通过供纸辊，接着在传动杆2、传动杆3上的绕节可使包装纸绷紧，这样可使包装纸稳定的输送下来，

不会产生输送过量

现象。具体的绕节方式如图3-4所示。四根传动杆外面有可滚动的套筒，可减少包装纸与轴表面的摩擦。

最终设计的纸袋传输机构如图3-4所示。

图3-4 包装纸输送机构

1）静刚度 机器中任何一构件均可视为弹性体，在受载后都要产生一定的变形。

水平抗弯刚度 K x =

垂直抗弯刚度 K y =

抗扭刚度 K θ=P x (N /mm ) (3-1) ∆x P y ∆y M (N /mm ) (3-2)

θ(N ⋅mm /︒) (3-3)

式(3-1) ~ (3-3)中：

Py ——水平、垂直作用力；

M ——扭矩，N·mm ；

θ——扭转角，（°）；

Δx ，Δy——水平方向和垂直方向的位移。

外壳就是一个立方体 其变形主要分为几部分：立柱自身的变形、连接头部分凸缘的局部变形和与支架发生的接触变形。

弯矩变形 用位移y 和θ表示变形的程度

Pa 2(L +a ) (3-4) y A =

3EJ

-Pax (L 2+a 2) (3-5) y D =6EJL

θA =θB =Pa (2L +3a ) (3-6) 6EJ PLa (3-7) 3EJ

PLa (3-8) 3EJ θC =-Pa (3x 2-L 2) (3-9) θD =6EJL

式(3-4) ~ (3-9)中：

P ——作用力(包括重力) ，N ；

E ——支撑件材料弹性模量，Pa ；

J ——支撑件的截面惯性矩，m4。

2）扭转变形 用横截面的相对转角ϕ来表示变形的程度

ML

GJ (3-10) ϕ=

式(3-10) 中：

M ——作用扭矩，N·m ；

L ——长度，m ；

G ——弹性剪切模量，Pa 。

3.2.2 引导装置

引导装置主要是一系列导辊组，通过导辊的作用，使包装材料带平展输送，并起到自由转向，校正纠偏的作用。

导辊的机构很简单，主要由心轴、辊筒和轴承组成。如图3-5所示。

心轴固定安装在支座上，使辊筒在轴上能灵活转动。辊筒一般用不锈钢管表面抛光制作，也可用工程塑料管等材料制造。无论用何种材料，辊筒外表面应保持光洁圆滑，以便使薄膜带输送平滑稳定。

一台包装机一般有若干支导辊，安装时须确保平行，并且按薄膜带的走向设定安装位置。导辊的数量与薄膜带输送速度有关，对于牵引速度高的包装机，薄膜带高速输送，则需要较多数量的导辊以提高薄膜带输送的稳定性。反之，牵引速度较低的包装机，配置较少的导辊即可满足要求。

图3-5 导辊结构

1－螺母 2－弹簧挡圈 3－轴承 4－心轴 5－辊筒

4 包装物料供送计量装置

4.1 包装物料的基本分类

包装物料的状态、形状和物性直接影响物料的计量和供送，因此，设计包装物料供送装置时，必须全面了解被包装物料的基本性质，包括：流体的黏度和密度，颗粒物料的密度和粒度，粉体的密度和堆积角等。

包装物料按其状态和流动性可分为：流体、半流体、散体、固体；按物料形状可分为：粉体、颗粒、规则块体、不规则块体等。

4.2 包装物料计量供送的基本要求

包装物料的准确计量和快速稳定供送是实现机械化包装的首要条件。包装物料计量供送装置选择和设计的基本要求如下：

1）满足包装工艺要求，实现物料间歇式供送；

2）根据物料供送要求，实现无聊计量及供送的机械化和自动化；

3）满足包装机生产率对物料供送速度和计量精度的要求，生产能力、工作速度可调整；

4）便于检测、控制、维修和调试；

5）满足卫生性和安全性要求，便于清洗和维护。

4.3 容积式计量装置

对于密度稳定、颗粒均匀、粘附性小、流动性好的松散粉粒物料，如味精、砂糖、食盐等，采用容积式计量方法比较合适。常用的有量杯式、螺杆式、活塞式等不同类型。容积式计量具有结构简单、计量速度较快、造价低等优点。

按计量容腔是否可调，可将容积式计量装置分为固定容积计量法和可调容积计量法，根据本设计的设计要求包装袋的大小不同，将选用可调式计量装置。

4.3.1 容积可调式量杯计量装置

当所计量的物料或计量的量值发生改变时，必须更换一套相应容积的计量杯，相应的计量装置必须配备多种不同容积的量杯以供更换。采用容积可调式量杯计量装置，能在一定程度上更换量杯的不足。图4-1所示为容积可调式量杯计量装置的结构简图。由更换量杯可以调节量杯的容积大小，从而实现体积的变化。量杯的容积为：

V = π

4⨯ld 2 （4-1）

式中参数意义见图4-2 ，只要改变量杯直径d 的大小就可以改变容积大小。

图4-1 转盘式可调容积量杯计量装置

1 料盘罩 2 料盘 3 量杯 4 转轴 5 轴承座 6 闭销

7 支架 8 开销 9 开闭器组件

图4-2 量杯

4.3.2 量杯式计量装置的生产能力

量杯式计量装置的生产能力可按下式计算：

Q Gmn

式中 G ——单个计量杯的量值，G=Vρ

V——单个计量杯的计量容积

ρ——计量物料的散堆度

（4-2）

m ——转盘上安装的计量杯个数

n ——转盘工作转速

5 封口器的设计

5.1纵封器的设计

纵封器是完成制袋成型后筒状薄膜纵向封接功能的重要部件，适用于薄膜包装材料的纵向封口。根据包装薄膜运动的方式不同，可将纵封器分成连续式和间歇式两大类。连续式纵封器又称辊式纵封器，采用一对作等速相向回转的封接辊轮机构，完成薄膜材料的施压、拉膜、加热及封边作用，形成一道密合的纵封。间歇式纵封器又称板式纵封器，大多成板条状结构，多采用凸轮、气缸等机构，推动热封器作往复直线运动，实现薄膜的热封合其后还需借助其他装置完成拉膜动作。本设计将采用连续式纵封器。

实际设计过程中，为改善纵封质量、简化机构设计、减小机构体积，一般会结合拉膜、加热、封合等多种机构，进行综合整体设计。如图5-1所示为一种辊式拉膜、板式加热、辊式热封的连续式纵封器结构，拉膜辊将薄膜材料导入板式加热器中间，薄膜加热后，纵封辊进行纵封动作，同时继续牵引薄膜往前运动。对该机构进行改进，去除中间的板式加热器，将板式加热器与纵封辊结合设计，即可实现薄膜材料的连续拉膜与热封。本次包装机的纵封器即采用此类改进机构。

图5-1 复合式纵封器机构

1 输入装置 2 基座 3拉膜辊 4 板式加热器 5纵封辊

5.1.1 塑料薄膜热封原理

塑料薄膜的热封原理是：在加热条件下，对两层以上的塑料薄膜施加一定的压力，使薄膜的热合部位局部达到熔融状态，经过一段时间后，两层薄膜的分子相护渗透，经过冷却、定型后实现热封合。

塑料薄膜的热封效果，与塑料本身的性能有关，如熔融温度、热稳定性等，还与热

封温度、热封压力、热封时间与加热方式、封头形状有关。一般来说，加热温度低、施

加压力小、加热时间长，薄膜的热封质量较好。加热温度太高，薄膜容易出现软化，产生较大的热收缩变形，影响封口质量，甚至烧穿。加热时间太长，塑料薄膜可能受热分解，使封口变形增大，封接强度下降。对于薄膜厚度大、加热时间短的热封合，容易形成薄膜表面过热，产生热变形和热分解，影响封接质量。

热封形式很多，常用有电热式、脉冲式、高频热封、超声波热封等几种。每种方法均适用于一定品种范围的塑料材料。在自动制袋装填包装机中，广泛应用电阻加热的热融封合方法，因其具有机构简单，调控方便的特点。而且，用于食品包装的薄膜主要是聚乙烯及其复合材料居多，也就是说主要以聚乙烯为热封合材料，因此用电阻加热封合法是完全能满足要求的。

5.1.2 纵封器的设计及计算

辊式纵封器一般由纵封辊、加热器以及驱动、支撑轴承等结构组成，如图6-2所示。为适应各种薄膜的热封需要，提高包装成品的美观性，纵封辊辊筒热封面一般为5—10mm ，辊面上雕刻有直纹、斜纹或网纹等花纹。

在连续式自动制袋装填包装机中，由于薄膜连续输送，因此其纵缝封接是连续进行的。为此采用一对滚轮式电阻加热的热融封接器来实现连续纵封。在此，热融封接滚轮不仅完成包装薄膜制袋的纵向热封，同时还起到对包装薄膜的牵引输送作用。也就是说，牵引和纵封是同时进行的，牵引滚轮同时也是纵封滚轮。如图示5-2所示是纵封牵引滚轮的结构。

如图5-2所示，纵封装置主要由一对滚轮8组成，滚轮的外圆周表面紧密压合，压合力来自弹簧力的作用。纵封滚轮8分别安装在轴10的左端，由螺母固定，使滚轮可随轴转动。轴10的两端轴承固定安装；而短轴的左边轴承座3可滑动，其右边的固定轴承座装置一个调心轴承，因此轴承座可在箱体的滑槽内作滑动微调。由于受弹簧力的作用，可调轴承座3受压内移，使两个滚轮紧密压合。两滚轮间的压力可以调整，当拧紧调节套筒2时，弹簧9压缩，使压力增大，放松调节套筒则压力减小。圆螺母1用来锁紧调节套筒。

两纵封滚轮的圆筒内均装有加热器，发热元件一般用电阻发热线圈，绕装在支座上，再通过支座安装在轴承座或安装板上。当纵封滚轮随轴旋转时，加热器固定不动，持续的对滚轮的圆筒壁均匀加热。加热温度通过测温器测量，并由温控表控制其变化范围。

纵封滚轮的动力来自齿轮11，由传动机构带动齿轮11旋转，通过相互啮合的齿轮同时驱动两个轴，使纵封滚轮实现相对旋转。

辊筒常采用铜、45钢、40Cr 缸等材料制造，辊筒半径可由下式计算：

R QL (5-1) 60W Z

式中 Q ——包装机生产率，袋/min

L ——包装袋袋长，mm

ωZ ——纵封辊角速度，rad/s

由上式可见，纵封辊辊筒半径R 取决于设备的生产能力、袋长L 及辊筒角速度。生产过程中，辊筒半径、袋长一般保持不变，要提高包装机的生产能力，必须提高纵封辊辊筒的选装速度。实际应用中，常采用搭配齿轮的方法，有级的改变分配周到纵封辊之间的传动比，实现多种袋长规格产品的纵封封口。

图5-2 辊式纵封器

1 锁紧螺母 2 调节螺母 3 可调轴承座 4 螺母 5 固定轴承座 6 电热锁母器

7 加热线圈 8 纵封辊轮 9 弹簧 10 主动轴 11 主动齿轮 12 从动齿轮

5.2 横封切断设计

横封器将经纵封器纵向热封合后的包装材料，按照工艺要求的长度规格进行横向缝合。为简化机构设计、减小横封器体积，一般将横封器和切断装置结合一起设计。按照横封器运动形式的不同，横封器可分为旋转式横封器和往复式横封器两种。根据横封器加热方式不同，横封器可分为高频加热式、电加热式、脉冲电加热式等。

图5-3所示为电加热旋转式横封器的工作原理图，高温绝热材料2将刀体包裹，固定在转轴上，紧固螺钉6将刀片7固定在刀体4上，并与右刀体8保持一定的间隙，刀片下端装填起缓冲作用的耐热弹性材料3

。横封过程中，刀体两边的突出部分完成对塑

料薄膜的热封功能，凸起的刀片右侧的平刀口配合完成包装袋的切断。

图5-3 电加热式横封器

1 左转轴 2 丁青橡胶 3 耐热弹性材料 4 左刀体 5 电加热器6刀片 7 紧固螺钉 8 右刀体 9 右转轴

5.2.1旋转式横封器设计

旋转式横封器的工作原理：一对转速相等、转向相反的平行轴带动各自的封接刀座作相对旋转运动，刀座上安装有加热器和切断刀，平行轴旋转一周即完成一次封接和切断分离动作。制作旋转运动的主动轴一般设置成中心轴位置相对固定的形式，从动轴采取弹性浮动形式，封接压力来自从动轴左右两端安装的压力弹簧，根据包装材料性质以及厚度尺寸的不同来调节弹簧的压力数值。包装材料较厚时，需要较大的封接力，弹簧的压力数值相应调节的大些；反之，则调整的小些。包装物料厚度不同，相应的旋转式横封刀座的旋转半径也有所区别，通常为50mm 或60mm. 横封刀座上雕刻花纹，以加强包装袋的密封强度并增加美观效果。花纹式样依据所用包装材料的性质、厚度而定，不同的包装材料使用不同花纹，常用的有横纹、竖纹或网纹。如表5-1所示。 5.2.2 横封器结构

图5-4所示为BZ801卧式包装机的横封与切断机构简图，这是一种典型的旋转式横封与切断装置，实现被包装物充填后包装材料的横封与切断。装置主要由旋转热封头、切刀、加热器以及传动机构等组成。热封由安装在回转轴12、16的热封头3、6在回转运动过程中完成，同时，安装在热封头上的切断刀4、5完成包装袋的切断。主动齿轮13、从动齿轮15将链轮输入的转速传递，实现热风机构转速相等、转向相反的旋转运动。热封头内安装电热管和热电偶，实现热风温度的自动控制。主动轴12、从动轴16的端部分别安装滑环10和碳刷9，分别完成测温信号及加热电流的传输。从动轴12两端分别安装在可浮动的轴承架2、8上，通过调整回转横封器的中心距，可满足不同厚度包装材料的包装要求。横封器封切压力的大小由弹簧1调节。

最适用一般用不用

图5-4 旋转式横封与切断装置结构简图

1 弹簧 2 轴承架 3 封口刀 4 切断上刀 5 切断下刀 6 封口刀

7 螺杆 8 轴承架9 电刷 10 滑环 11电热丝 12 主动轴 13 主动齿轮 14 测温头15 从动齿轮 16 从动轴 17 手轮

图5-5所示为立式包装机上使用的一种连续横封器结构。每个横封辊上均对称分布两只热封头（见截图A--A ），由电热丝加热并自动进行恒温控制。热封所需压力可依靠热封头两侧的压缩弹簧加以调节。

图5-5 立式袋装机旋转横封器结构图

1 主动除轮 2 横封辊 3 电热管 4 加压弹簧 5 机架 6 调节套筒 7 锁紧螺母 8 支杆 9滑环 10碳刷

分析上述旋转式横封器的结构与工作原理，可归纳出横封器设计应满足以下要求： 1）速度同步。横封过程中，从横封头接触包装袋开始，到横封头完成横封、切断，横封头的线速度在包装袋运动方向上的速度分量和包装袋的运动速度应该相等；否则，封口部位可能起皱或拉长，甚至出现断裂或损坏包装袋等不良现象，既影响封接质量，又影响包装美观。同时，横封器没旋转一周的时间，必须与包装膜走一个袋长的时间以及纵封的时间等。

2）作不等速运动。旋转式横封器的横封工艺过程示意图5-6所示，横封滚刀从点P 开始与包装袋接触并进行加热，至终点Q 进行施压、封合和切断。当包装袋较厚时，为达到两者的同步运动要求，务必保证横封头在由P 点至Q 点、再由Q 点至P ’点的运动过程中，其水平线速度始终与包装袋袋筒的运动速度接近一致。同时，由于横封头处于高温状态，为防止包装材料发生过热现象，

要求已横封切断的包装袋快速分离，提

高包装袋的横封与切断质量。

3）可无级调速。当包装机的生产能力及袋长规格发生变化时，包装袋的运动速度要发生变化，因此，横封头与包装袋接触处的线速度也发生变化。由于横封头的回转半径不能调整，因此只能无极调整横封头的回转速度。

4）保护设置。为防止包装物料中意外出现的硬性物料损坏横封头、切断刀，横封器应设计弹性保护装置，以提高横封器的使用寿命，图5-4的可浮动轴承架的设计目的就是防止横封器的意外损坏。

图5-6 卧式包装机横封工艺过程示意图 1 包装袋筒 2 包装物品 3、4 横封头

6 总结和展望

6.1 总结

毕业设计已将结束，回顾这半年来的辛勤工作，总结如下：

毕业设计是我在大学学习阶段的最后一个环节，是对所学基础知识和专业知识的一种综合应用，是一种综合的再学习、再提高的过程，这一过程有助于培养我的学习能力和独立工作能力。

通过对袋装小颗粒包装机的设计，总结出在对本设计题目进行设计时应注意以下几点问题：

1）在设计时，要考虑包装机的每一个执行机构与整体的配合，同时要考虑各个机构与机架直接强度关系，确保满足强度要求；

2）在设计带成型机构时，主要要考虑包装袋宽度的变化，要能满足设计要求； 3）在横峰切断装置中，应该考虑横封处的花纹能满足要求同事要保证生产率； 4）在纵封器的设计中，应注意纵封时确保与袋上图标的位置的确定。

本次设计学到了很多知识，虽然最终完成了本次设计但多少都会存在问题，在本次设计中唯一的缺点是缺少计数装置，这将是我在做包装机中的一大遗憾。虽然在毕业设计的过程中存在许多问题，但通过自己不断的查阅书籍和导师的悉心指导，最后所有困难都迎刃而解。这对于培养我们的自学能力和独立工作能力是非常有帮助的。

6.2 前景展望

通过本次毕业设计，我感到自己应用基础知识及专业知识解决问题的能力有了很大的提高，并且这次毕业设计的选题，是一个实际的社会存在的普遍应用的机器，因此，他有一定的存在价值，并且包装机在现在社会中应用范围广。通过对此包装机的设计、在今后的优化，我想这将对解放劳动力以及提高生产效率以及食品安全方面有大有利益。通过这次毕业设计，到了工作单位后，我将能够更快的适应工作岗位和工作要求。我对自己充满信心。

总之，这次毕业设计对我而言是受益匪浅的。

致 谢

四年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。从这里走出，对我的人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。

回首四年，取得了些许成绩，生活中有快乐也有艰辛。感谢老师四年来对我孜孜不倦的教诲，对我成长的关心和爱护。

学友情深，情同兄弟。四年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。

在我的十几年求学历程里，离不开父母的鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，无私的付出，为我创造良好的学习条件，我才能顺利完成完成学业，感激他们一直以来对我的抚养与培育。

最后，我要特别感谢陈晨老师。是她在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励，使我能够顺利完成毕业设计，在此表示衷心的感激。

陈晨老师认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。她无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢她耐心的辅导。

在撰写毕业设计（论文）期间，李斌等同学对我毕业设计（论文）中的袋成型机构的选择研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。

参 考 文 献

[1] 孙智慧，高德．包装机械［M ］．中国轻工业出版社．2010-2：125-153． [2] 黄颖为．包装机械结构与设计［M ］．化学工业出版社．2007：2-27． [3] 王三民，朱文俊．机械原理与设计［M ］．机械工业出版社．2000． [4] 周开勤．机械零件手册［M ］．高等教育出版社．2001-7：63-120．

[5] 李连进，李光，王东爱．包装机械选用设计手册［M ］．化学工业出版社．2013． [6] 裘文言，霍元赏．机械制图［M ］．高等教育出版社．2009-7：126-191． [7] 郭载康．包装机械结构参考图册［M ］．上海科学技术出版社．1981-12． [8] 徐灏．机械设计手册［M ］．机械工业出版社．1991-9．

[9] 雷伏元．包装工程机械概论［M ］．湖南大学出版社．1989-6：15-25． [10] 戴枝荣．工程材料．高等教育出版社［M ］．1992-4：20-93． [11] 雷伏元．包装机械概论［M ］．湖南大学出版社．1989：3-9．

[12] 侯珍秀．机械系统设计［M ］．哈尔滨工业大学出版社．2001：101-167． [13] 孙凤兰，马喜川．包装机械概论［M ］．印刷工业出版社．1998． [14] 高德．包装机械设计［M ］．化学工业出版社．2005：23-87． [15] 高德．实用食品包装技术［J ］．化学工业出版社．2004．

[16] 高德．包装机械多媒体计算机辅助教材［M ］．黑龙江商学院音像教材出版社．2001． [17] 刘筱霞．包装机械［M ］．化学工业出版社．2007．

[18] 孙智慧，徐克非．包装机械概论［M ］．印刷工业出版社．2007：18-25． [19] 印章伟，毛中彦．包装机械［M ］．化学工业出版社．2006．

[20] 赵延伟，彭国勋．包装技术与机械设备［M ］．湖南大学出版社．1989：55-70． [21] 刘筱霞．包装机械［M ］．化学工业出版社．2007．

[22] 张铁，李旻．互换性与测量技术［M ］．清华大学出版社．2010-12：14-48． [23] 黄云清．公差配合与测量技术［M ］．机械工业出版社．2009． [24] 濮良贵．机械设计［M ］．北京：高等教育出版社，2006：165-181．