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中北大学2009届毕业设计说明书第1页共43页1绪论1.1课题研究的背景和意义目前,国内糖果产品的包装形式有扭结式包装、枕式包装、折益信封式包装。枕式包装在国际上流行于上个世纪60—70年代,国内从80年代开始流行至今。传统扭结式包装是最老的包装形式,从发明到现在已有近百年历史。这种包装形式多用于糖果,它不仅可以通过现代化高速、自动化的包装机来完成,也可以通过手工操作完成。最初的扭结包装机结构简单，功能单一，操作复杂，只能完成最基本的扭结动作，而且生产效率低下又极不卫生。因此曾一度被枕式包装机的出现所取代。多年以来,糖果包装一直是以枕式包装独占鳌头，风靡一时。直到现在枕式包装机也较扭结包装机普及,。目前大多数糖果、巧克力生产企业均采用枕式包装。但随着糖果包装行业的迅猛发展，以及各种先进技术的应用，糖果扭结包装这种古老而有年轻的包装形式越来越受到人们的青睐。糖果扭结包装机的结构和功能不断完善,使这种受人们欢迎的包装形式沉寂了一段时期后又走上了舞台[1、2]。目前大部分扭结裹包产品，如糖果、冰棒、雪糕、巧克力等食品包装都已实现了机械化。但糖果扭结包装机的设计上存在一些问题，其缺陷是限制生产发展的瓶颈。例如：由于包装速度过快，糖块会严重偏移，使糖块超前运动，碰着运动零部件；理糖装置与出糖装置不协调、不同步，从而容易出现卡包漏包现象；包装材料制动力太小，拉伸时容易出现松弛，包装材料因飘动而跑偏；糖果通道间隙大，包装材料难以紧贴糖果。所以此次课题对这方面的研究对于优化糖果扭结包装机的结构、提高生产效率、降低生产成本以及减少机器故障等方面有着重要意义[3、4]。1.2扭结式糖果包装机研究现状用挠性包装材料裹包产品，将末端伸出的裹包材料扭结封闭的机器称为扭结式裹包机。其裹包方式由单端和双端扭结。我国糖果包装六七十年代前主要以手工作业为主，这是由我国当时的特殊国情决定的，对糖果扭结包装机的研究很少。随着市场需求的不断扩大和食品工业的快速发展，改革开放前我国开始从欧美等发达国家引进他们的糖果包装机械设备，并开始有计划的进行仿制和改造，吸收国外糖果包装机械的设计理念和制造经验。到八十年代初已经基中北大学2009届毕业设计说明书第2页共43页本完成了对引进的糖果包装机械装置的消化吸收工作，并对糖果包装机开发出自己的新技术、新设备。九十年代，我国研制出伺服电机驱动的食品包装机械，食品包装机械行业实现了由机械装置为主向电脑程控为主的技术升级。在这种情况下，我国糖果包装机取得了长久的发展。伺服电机驱动的糖果包装机生产速度更快，自动化程度更高，机械性能的柔软性、系统化程度也迅速提高。中国以糖果包装机、颗粒充填机、液体灌装机等为代表的食品包装机械以其独特性赢得了世界市场广阔的销售空间。例如上海久丰食品机械有限公司自行研发制造的双扭型糖果包装机处于世界领先水平,申请专利并取得国家级鉴定备案。目前糖果包装机的研究和开发主要是抓住一个核心技术：计算机技术进入食品包装机械领域。我国已成功地研发出具有世界领先水品的微电脑程控式扭结包装机，并实现实用化，开始向众多国内外食品包装机械厂家提供该设备。该机采用国际流行的两端扭结式包装,设计合理、结构新颖、经济实用,受到广东、福建、浙江、上海、山东、四川、河南等地及东南亚地区各使用厂家的一致好评。随着时代的不断发展和科技的不断进步，中国制造的糖果包装机械必将走向世界[5]。虽然我国的糖果包装机械发展较快，但由于历史原因和我国的一些特殊国情，我国食品包装机械起步较晚，技术水平从整体上看要比先进国家的枝术水平整体落后好几年。糖果包装机在产品的开发、性能、质量、可靠性等方面有着明显不足。从质量上看：我国糖果包装机械的生产技术和生产手段较落后，大部分还是采用陈旧的通用设备加工，产品的规格、型号不全，质量还有待于进一步提高。糖果类包装机械品种少，配套数量少，缺少高精度和大型化产品，远不能满足市场需求。自行研发的糖果包装机性能较低，稳定性和可靠性差、外观造型不美观、表面处理粗糙，许多元器件质量差，寿命短、可靠性低，影响了整体的质量。从产品开发看：我国糖果包装机械主要还是仿制、测绘，稍加国产化改进，谈不上正真意义的开发研究。目前，国内厂家对糖果包装机的研发投入较少，产品开发缺少创新，难上水平，新产品开发不但数量少，而且开发周期长。在企业管理上，往往重生产加工，轻研究开发，创新不够，不能紧跟市场需求及时更新产品。我国糖果包装机械行业缺乏知识产权意识，这也是其他行业的通病，往往刚设计出来的产品很快就被仿制出来了，短时间内有上千家企业同时投放市场，到最后甚至根本找不到谁是该设备产品的开发者。许多企业忙于现有产品扩大市场，忙于仿制和抄袭他人的产品，根本不去考虑产品如何升级换代，如何实现技术创新。从糖果包装机自动化程度看：国外使用的糖果包装机械自动化程度高，单产比我国大。这不是我国的中北大学2009届毕业设计说明书第3页共43页制造水平达不到，而是需求上的问题。其原因：一是我国劳动力多、成本低；二是我国制造企业总体规模不大，而产能大的机型一次性投入大，会给企业带来很大的负担[6、7]。目前我国糖果类食品包装机械出口额还不足总产值的5%，进口额却与总产值大抵相当，与发达国家相去甚远。1.3扭结式糖果包装机的发展趋势未来扭结式糖果包装机的发展趋势将配合产业自动化、智能化趋势，技术发展将朝着四个方向发展：一是机械功能多元化。工商业产品已趋向精致化及多元化，在大环境变化形势下，多元化、弹性化且具有多种切换功能的糖果包装机种方能适应市场需求。二是结构设计标准化、模组化。充分利用原有机型模组化设计，可在短时间内转换新机型。三是控制智能化。目前食品包装机械生产厂家普遍使用PLC动力负载控制器，虽然PLC弹性很大，但仍未具有电脑（含软件）所拥有的强大功能。四是结构高精度化。结构设计及结构运动控制等事关包装机械性能的优劣，可通过马达、编码器及数字控制（NC）、动力负载控制（PLC）等高精密控制器来完成，并适度地做产品延伸，朝高科技产业的包装设备方向研发。糖果包装机械越来越注重开发快速、成本较低的包装设备，未来的发展趋势是设备更小型、更灵活机动、多用途、高效率。此趋势还包括节约时间、降低成本，因此包装机所追求的是组合化、简洁化、可移动的包装设备[8]。要快速缩短国内糖果制造业与发达国家的差距，只有走技术革新之路。而今后国内糖果包装的发展趋势必然会朝包装机的高速自动化、一机多能化及包装设计的特色化方向发展。首先，使用机械的目的在于提高生产率，在包装产品时要求效率非常高，强调的是速度和质量，而更换包装结构却是次要的。在糖果类进行包装时，一般需要高速、自动化的包装机，以追求规模经济的包装成本优化。在这类包装机上，采用了当今最新的技术，如伺服电机、光电追踪、高速摄影等，以达到包装机效能。与糖果包装机连接的传送带的自动转向、整理、急停、加速也被广泛应用。其次，对于非标准化或季节性的产品，包装机应该是灵活的，特点是轻便和小巧。灵活则是为适应不断变化的市场需求而开发的，糖果就有扭结式、枕式、三角式、异形等，这些产品的包装要求能在一套包装设备上完成，而只需在局部控制或操作上稍加变中北大学2009届毕业设计说明书第4页共43页换便可完成不同结构形式的包装。该类型糖果包装机不追求速度，而是寻求个性化的包装和灵活适应性。总体来说，今后我国的糖果包装设备将会向着多功能、高性能、自动化和智能化的方向发展。加入WTO以后，我国的食品包装机械行业既面临机遇，也将受到挑战。我们将在基本同等的世界市场环境里同国外企业竞争。所有的相关企业应研究适合自身的发展对策，找准有潜力的发展方向，争取与世界同步，并到世界市场上一争高低。只有这样，我国的糖果包装机械才能在激烈的全球竞争中找到立足之地，并最终获得巨大的发展[9、10]。中北大学2009届毕业设计说明书第5页共43页2糖果扭结包装机总体方案设计2.1功能、参数及应用范围分析用途：包装已成型的蛋白糖和乳脂糖。生产能力：每分钟200—350块。糖块规格：圆柱形和长方体形两种糖块。圆柱形糖块规格为长26—30mm，直径Φ为12—16mm，长方体形糖块规格为长25—30mm，高12—18mm，厚10—14mm。包装材料：用卷筒式内外两层纸裹包。内衬纸为淀粉纸或防油脂纸，宽30—40mm，外商标纸为蜡纸或玻璃纸，宽85—90mm。裹包方式：双端扭结式裹包。电动机：理糖电动机0.37kW，主电动机0.75kW。外形尺寸：。2.2工艺分析2.2.1扭结包装机类型的确定扭结式糖果裹包机有间歇运动和连续运动两种类型。连续运动型一般用于一层纸包装，包装速度较间歇运动型要快。但它如果用两层纸包装糖果时要求内衬纸与外商标纸一样宽，这样会造成内衬纸的很大浪费。间歇运动型既可用于一层纸包装，也可用于两层纸包装，用两层纸时内衬纸和外商标纸可以不一样宽，这样可以节约成本。根据本次课题的设计要求选用间歇运动型包装机。又由于糖果生产批量大，扭结式裹包动作也较多，故选用多工位裹包机。2.2.2包装工艺流程、工艺路线和工位数的确定（1）包装程序和工艺流程图糖果被理糖机构、推搪机构送到工序盘的指定位置后，内衬纸和外商标纸同时围绕糖块进行裹包动作，将糖块裹包成呈筒状。然后糖块两端伸出包装纸被扭结机械手扭结，糖果被封闭完成裹包，最后糖果被打糖杆打出。整个包装过程结束，下个包装过程开始。中北大学2009届毕业设计说明书第6页共43页包装工艺流程图[11]如下图2.1所示：图2.1包装工艺流程图1—送糖；2—糖钳手张开、送纸；3—夹糖；4—切纸；5—纸、糖进入糖钳手；6—接、送糖杆离开；7—下折纸；8—上折纸；9—扭结；10—打糖（2）包装扭结工艺路线图如下图2.2所示：图2.2包装扭结工艺路线图1—扭结手；2—工序盘；3—打糖杆；4—活动折纸板；5—接糖杆；6—包装纸；7—送糖杆；8—输送带；10—固定折纸板中北大学2009届毕业设计说明书第7页共43页（3）工位数及描述从上图2.2的扭结工艺路线图分析，糖果需经过夹持、下折纸、上折纸、扭结、打糖这几个阶段，为了减少工位数可将扭结和成品输出分别安排在工位Ⅲ、Ⅳ完成，这样只需四个工位即可。但为改善槽轮机构的动力特性，并使总体布局合理，扭结和成品输出还是分别布置在工位Ⅳ、Ⅵ为佳，这样可简化传动，并且操作人员还可兼顾成品装盒工作。如图2.2所示，在第Ⅰ工位，送糖杆7、接糖杆5将糖果9和包装纸一起送入工序盘上的一对糖钳手内，并被夹持形成“U”形。然后，活动折纸板4将下部伸出的包装纸（U形的一边）向上折叠。当工序盘转到第Ⅱ工位时，固定折纸板10已将上部伸出的包装纸（U形的另一边）向下折叠成筒状。固定折纸板10沿圆周方向一直延续到第Ⅳ工位。在第Ⅳ工位，连续回转的两只扭结手夹紧糖果两端的包装纸，并完成扭结，在第Ⅵ工位，钳手张开，打糖杆3将已完成裹包的糖果成品打出，裹包过程全部结束。2.2.3对执行构件的运动要求如下图2.3所示，对各执行构件的运动要求，结合以下五个部分说明[12、13]。图2.3工艺流程图1—内衬纸；2—商标纸；3—送纸辊；4—切纸刀；5—糖块；6—推糖杆；7—送糖带；8—折纸板；9—接糖杆；10—工序盘；11—糖钳；12—打糖杆；13—固定折纸板中北大学2009届毕业设计说明书第8页共43页（1）包装材料供送为了将内衬纸1和商标纸2连续等速地供送到工位Ⅰ，并将其定长切断，需配置一对等速转动的送纸辊3和切纸刀4。每张纸长为56—65mm，当纸长改变时，须更换送纸部件。（2）糖块整理与供送为将糖块整理成列开供送到工位Ⅰ，需配置理糖与送糖机构，它们的运动形式与所选机构类型密切相关。（3）主传送为将糖块和包装纸由工位Ⅰ间歇地依次传送到工位Ⅵ，需配置工序盘10，在盘上设置六对糖钳11，以便夹紧糖块和包装纸作转位运动。每对糖钳在工位Ⅵ、Ⅰ停留期间都须作张开和闭合运动，以便糖块和包装纸在工位Ⅰ进入糖钳，成品从工位Ⅵ输出。工序盘采用有六个槽的糟轮机构驱动，这样就可将槽轮与工序盘布置在一根轴上以简化主传送系统和提高传动精度。（4）裹包执行机构1)推糖