双端扭结式糖果包装机工作循环图设计

双端扭结式糖果包装机 工作循环图设计

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设计原始基本参数

1. 包装对象

长方体形糖果。糖果形状规格：长方形，长?宽?高=30?12?10（mm）。

2. 包装材料

连续糖果包装专用纸。

3. 包裹方式

单层双端扭结包裹式。

4. 生产能力要求

Qt =120件/分钟。

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一、原始资料分析：

1、加工产品：

随着社会经济的发展和人们生活质量的提高，营养、卫生、安全、食用方便和多层次消费已成为现代人对食品的消费要求。食品离不开包装，包装的好坏直接影响食品的质量、档次、和市场销售。为了应对市场的需求，糖果生产企业在包装规格上也要迎合消费者的需求，现在要设计的糖果包装机的加工对象是呈长方形的糖果，糖果的形状规格为：长方形，长×宽×高=30×12×10mm。

2、包装材料：

连续糖果包装专用纸张———食品包装应该符合包装容器设计的一般要求。包装对保护商品的关系极大，因此要根据商品性能来选择不同材料作为包装容器。包装具有美化与宣传商品、促进商品销售和方便消费者的功能。因此对于自动机械包装也提出了相应的技术要求。

3、包裹方式：

单层双端扭结包裹式———包裹的方式以及包裹的质量也直接影响到消费者的购买情况。包装应具有一定的韧性和强度，以保证食品的储存安全，因此对糖果的包装要求：科学、安全、卫生、经济、实用、美观，包装纸张无明显损伤，撕裂，褶皱。

4、生产能力：

设计理论生产能力为：Qt=120块/分钟。按照每班8小时工作制，则相应的生产任务为57600块/班。

二、糖果包装工艺的确定：

1、糖果包装机的工作原理：

按照生产过程的连续性，自动机械可以分为间歇作用性和连续性作用两大类型。 自动机械执行机构的动作，分为工艺操作和辅助操作两种。工艺操作包括：加工、装配或计量等动作；辅助操作包括加工对象的传送、安装和自动检验，以及自动机械执行机构的空程等动作。这些动作的时间，有的可以完全重合或者重合一部分，有的则不能重合。

选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。其裹包方式有单端和双端扭结。扭结式裹包机按其传动方式分为间歇式和连续式两种。现在要设计的糖果包装机是间歇作用性双端扭结式裹包机。

间歇双端扭结式糖果包装机主要由料斗、理糖部件、送纸部件、折纸部件、工序盘、扭结部件、打糖部件以及传动操作系统等组成。可完成单层或双层包装材料的双端扭结裹包。

2、确定糖果包装的工艺方案：

包装机工作时主传送机构带动工序盘作间歇转动。随着工序盘2的转动，分别完成对糖果的四边裹包及双端扭结。在第1工位，工序盘2停歇时，送糖杆7、接糖杆5将糖果9和包装纸6一起送入工序盘上的一对糖钳手内，并被夹持形成U形状。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。当工序盘转动到第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

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夹紧糖果两端的包装纸，并且完成扭结。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。

另外，所包装的糖果的质地也不尽相同，有的比较硬，有的比较软，因此在机械包装过程中应当考虑机械动作有可能造成的机械加工损伤，设计的时候应适应糖果质地特点，尽量减少损伤，保证产品加工质量。

糖果包装机的工艺分析：

根据工艺方案，拟订包装工艺流程包装工艺流程图如图1所示

图1 包装工艺流程图

图2 包装扭结工艺路线图

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三、工作循环时间及各执行机构的运动循环图： (一)糖果包装机运动循环时间为：

工作循环公式：Qt＝1/Tp＝Z

式中：Qt——理论生产率；

Tp——工作循环时间； Z ——原理时间循环次数。

由：Qt＝1/Tp＝120块/min 得Tp＝0.5s

即糖果包装机正常工作时，每包装一块工作运动循环时间为3秒。 (二)设计绘制各执行机构的运动循环图 1、划分和确定各执行机构循环组成区段：

（1）、送纸机构运动循环可分成以下两个区段：Tk1－向下送纸运动；Ts1－停歇。

因此，应有 TP1= Tk1＋Ts1 ； 相应分配轴转角 Φp1=Φk1＋Φs1

（2）、切纸机构运动循环可分成以下三个区段：Tk2－由初始位置向切纸位置运动；Td2－返回初始位置；To2－在初始位置停歇。

因此，应有 TP2= Tk2＋Td2＋To2 ； 相应分配轴转角 Φp2=Φk2＋Φd2＋Φo2

（3）、送糖机构运动循环可分成以下四个区段：Tk3－由初始位置向糖夹方向推进；Ts3－在糖夹工位停歇；Td3－返回初始位置；To3－在初始位置停歇。 因此，应有 TP3= Tk3＋Ts3＋Td3＋To3； 相应分配轴转角 Φp3=Φk3＋Φs3＋Φd3＋Φo3 （4）、下折纸机构可分成以下两个区段：

Tk4－向糖夹方向运动并折纸；Td4－返回初始位置；To4－在初始位置停歇。

因此，应有 TP4= Tk4＋Td4＋To4 相应分配轴转角 Φp4=Φk4＋Φd4＋Φo4

（5）、转位机构可分成以下两个区段： Tk5－转盘转位； Ts5－转位后停歇。 因此，应有 TP5= Tk5＋Ts5 相应分配轴转角 Φp5=Φk5＋Φs5 （6）、纽结机械手轴向进退机构可分成以下六个区段：

Tk6－向糖夹工位推进； Ts6－在糖夹工位停歇； T＇k6－向糖夹工位推进；Td6－返回初始位置； To6－在初始位置停歇。

因此，应有 TP6= Tk6＋Ts6＋T＇k6＋Td6＋To6 相应分配轴转角 Φp6=Φk6＋Φs6＋Φ＇k6＋Φd6＋Φo6 （7）、扭结机械手开合机构可分成以下四个区段： Tk7－由开启向闭合运动； Ts7－闭合后停歇；

Td7－由闭合回复到开启； To7－在开启状态停歇。

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因此，应有 TP7= Tk7＋Ts7＋Td7＋T07 相应分配轴转角 Φp7=Φk7＋Φs7＋Φd7＋Φo7 （8）、打糖机构可分成以下三个区段：

Tk8－由初始位置向打糖位置运动； Td8－回复到初始位置； To8－在初始位置停歇。

因此，应有 TP8= Tk8＋Td8＋To8 相应分配轴转角 Φp8=Φk8＋Φd8＋Φo8 2、确定各执行机构运动循环内各区段的时间及分配轴转角： （1）、送糖机构运动循环各区段的时间及分配轴转角：

根据工艺要求，送糖机构工作位置停歇时间Ts3作为主要工艺时间，取Ts3＝1/8s，则相应的分配轴转角为： Φs3=360°×（Ts3/Tp3）=360°×1/4=90°

初步确定：Tk3=1/12s，Td3=1/12s，则To3=5/24s

相应分配轴转角为：Φk3=360°×（Tk3/Tp3）=360°×1/6=60°

Φd3=360°×（Td3/Tp3）=360°×1/6=60° Φo3=360°×（To3/Tp3）=360°×5/12=150°

（2）、送纸机构运动循环各区段的时间及分配轴转角：

根据工艺要求，取Tk1=1/12s，则Ts1=5/12s

相应分配轴转角为：Φk1=360°×（Tk1/Tp1）=360°×1/6=60°

Φs1=360°×（Ts1/Tp1）=360°×5/6=300°

（3）、切纸机构运动循环各区段的时间及分配轴转角：

根据工艺要求，取Tk2=1/12s，Td2=1/12s，则To2=1/3s 相应分配轴转角为：Φk2=360°×（Tk2/Tp2）=360°×1/6=60°

Φd2=360°×（Td2/Tp2）=360°×1/6=60° Φo2=360°×（To2/Tp2）=360°×2/3=240°

（4）、下折纸机构运动循环各区段的时间及分配轴转角：

根据工艺要求，取Tk4=1/5s，Td4=1/5s，则To4=1/10s

相应分配轴转角为：Φk4=360°×（Tk4/Tp4）=360°×2/5=144°

Φd4=360°×（Td4/Tp4）=360°×2/5=144° Φo4=360°×（To4/Tp4）=360°×1/5=72°

（5）、转位机构运动循环各区段的时间及分配轴转角：

根据工艺要求，取Tk5=0.15s，则Ts5=0.35s

相应分配轴转角为：Φk5=360°×（Tk5/Tp5）=360°×0.3=108°

Φs5=360°×（Ts5/Tp5）=360°×0.7=252°

（6）、扭结机械手轴向进退机构运动=循环各区段的时间及分配轴转角：

根据工艺要求，取Tk6=1/12s，Ts6＝1/12s，Tk6＇=5/24s，Td6=1/24s，则To6=1/12s相应分配轴转角为：Φk6=360°×（Tk6/Tp6）=360°×1/6=60°

Φs6=360°×（Td6/Tp6）=360°×1/6=60°

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Φk6＇=360°×（Tk6＇/Tp6）=360°×5/12=150° Φd6=360°×（Td6/Tp6）=360°×1/12=30° Φo6=360°×（To6/Tp6）=360°×1/6=60°

（7）、扭结机械手开合机构运动循环各区段的时间及分配轴转角：

根据工艺要求，取Tk7=1/8s，Ts7=7/24s，Td7=1/12s，则To7=0 相应分配轴转角为：Φk7=360°×（Tk7/Tp7）=360°×1/4=90°

Φs7=360°×（Ts7/Tp7）=360°×7/12=210° Φd7=360°×（Td7/Tp7）=360°×1/6=60°

（8）、打糖机构运动循环各区段的时间及分配轴转角：

根据工艺要求，取Tk8=1/18s，Td8=1/18s，则To7=7/18s 相应分配轴转角为：Φk8=360°×（Tk8/Tp8）=360°×1/9=40°

Φd8=360°×（Td8/Tp8）=360°×1/9=40° Φo8=360°×（To8/Tp8）=360°×7/9=280°

3、绘制各执行机构的运动循环图：

用以上计算的结果，分别绘制各执行机构的运动循环图，见图9所示： 四、各执行机构的设计： 1、料斗：

选择带式输送给料机构。如图3所示 2、理糖机构：

在输送带上安装理糖毛刷。

3、送纸机构：

随着包装技术的发展，包装生产中日益广泛地应用卷盘式包装材料。卷盘式包装材料卷有纸张、玻璃纸、塑料薄膜及其复合材料。卷盘式包装材料用于内层包装中，一般不进行装潢印刷；但作为外层包装时，则大多印制有商标图案以及说明图文。用卷盘包装材料进行包装的领域日益广泛，包装工作日益向工序集中、高度机械化、自动化发展，以缩短辅助工作时间，减少包装的总社会劳动量，提高包装劳动生产率，降低包装成本，提高包装质量。同时，连续印刷技术和电子控制技术的应用，为卷盘包装材料直接应用于包装机械创造了条件。

图4是一种简单结构的卷盘包装材料供给装置系统原理图,其中包括卷盘包装材

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料支撑装置1、导辊组2、牵引输送装置3、引导装置4、裁切装置5、 固定刀辊6等。包装材料字卷盘拉出，经导辊组2引导牵引输送装置3，牵引输送装置3一方面牵拉着包装材料带使其自包装材料卷上松开，同时将松展的包装材料带经导板4，再送到裁切装置5，按照要求将包装材料带裁剪成单页式材料段，送到包装位上。

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图4 简单结构的卷盘包装材料供给装置原理图

1.包装材料支撑（包装材料卷) 2..导辊组(导辊) 3.牵引输送装置（输送对辊) 4.引导装置(导扳) 5.裁切装置(刀辊) 6.固定刀辊

4、折纸机构：

在糖果被夹的时候，因糖块被推进糖夹，包装纸张即被糖夹折叠，转盘转位，在转盘旋转过程中，包装纸张按照逆时针方向折叠。 5、扭结机构：

糖果经包装纸四面裹包后，两端需扭结封闭。扭结机构由左右对称两部分组成，它主要由扭结手、槽凸轮、摆杆、拨轮、齿轮及传动轴等组成。

为满足包装纸扭结封闭的要求，扭结机构在扭结过程中应完成扭结手的转动、轴向移动和扭结手的张开或闭合等三种运动。

图5扭结机构系统图

图6为扭结机构结构简图。输入轴14的运动经齿轮传动后，分别传递给轴11和扭结手齿轮4。齿轮4带动扭结手1实现扭结转动；轴11带动槽凸轮10转动，经

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过摆杆8和齿轮4带动套轴2及扭结手轴3作轴向移动，以补偿包装纸在扭结时的缩短；同时，摆杆12和滑块17带动扭结手轴3也作轴向移动，扭结手轴3的前端由齿条、形齿轮与扭结手1连接，当扭结手轴3与套轴2产生轴向相对移动时，即可实现扭结手的张开或闭合。扭结手张开或闭合的角度大小与进退距离的协调，由槽凸轮10的曲线保证。

通常左右扭结手之间的距离及对称度需进行调节。如图所示，转动手轮可使滑座左右移动，从而改变摆杆12的下支点位置，由于摆杆12中间与凸轮接触的支点不变，因此，扭结手部分产生相应位移，达到调整的目的。

图6扭结机构结构简图

1扭结手 2套轴 3扭结手轴 4、13、16齿轮 5螺母 6拨轮 7弹簧 8、12

摆杆 9.15销 10槽凸轮 11凸轮轴 14输入轴 17滑块 18滑块轴 19滚子轴

6、打糖机构：

糖果完成包装，打糖机构将糖果从转盘糖夹上打出，糖果进入接料斗。

7、传动系统：

间歇双端扭结式糖果包装机传动系统由主传动系统和理糖供送传动系统两部分组成。在此介绍主传动系统。图6所示为间歇双端扭结糖果包装机主传动系统图。主

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电机经机械式无级变速器、轴I将运动传递给分配轴Ⅱ，分配轴Ⅱ将运动平行进行分配。其中，经齿轮、马氏盘将运动传递给轴Ⅲ，带动工序盘间歇转动。另一传动路线为经齿轮传动带动轴V、Ⅵ转动，从而带动扭结手完成扭结动作。轴V经链传动、齿轮传动带动供纸辊及切刀运动，实现包装纸的供送及切断。分配轴Ⅱ上的偏心轮(1)带动送糖杆送糖；偏心轮(2)带动钳手开合；偏心轮(3) 带动活动折纸板完成下折纸；偏心凸轮(4)带动接糖杆和打糖杆分别完成接糖和打糖动作。包装机正常工作之前，通过转动调试手轮对包装机进行调试。

本机采用机械式无级调速，生产能力连续可调，能适应不同的包装纸和糖果的变化。由于采用了马氏机构，因此,该机不宜高速。

图7主传动系统图

五、执行机构的同步化设计：

1、确定最短的工作循环时间Tpmin：

根据工艺要求，这八个执行机构可以同时动作而不发生干涉现象。当送纸机构、切纸机构、送糖机构、下折纸机构、转盘机构运动时，机械手进退机构、机械手开合机构可以同时运动。落纸机构落纸完成时（B1），切纸机构开始运动（A2）；切纸运动完成时（B2），送糖机构开始运动（A3）；当送糖机构完成送糖时（B3），糖夹转位机构开始运动（A4）；当转位完成时（B4），下折纸机构开始运动（A5）；在糖夹转位机构转

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位到机械手扭结处（D5），机械手开始前进运动（A6）；当前进运动完成时（B6），机械手张开（A7）；在糖夹转位机构转至打糖处（F5），打糖机构开始运动（A8）。

Tpmin＝Tk1+Tk2+Tk3+Tk4+(Tk5+Ts5)×4+Tk8+Td8

＝0.45 s 2、确定工作循环时间Tp ：

由于各种实际误差的存在，引起各个机构间位置可能有冲突，为避免冲突，则必须理糖和送糖机构超前于送糖前突机构，送糖前突机构必须超前于机械手轴向进退机构；机械手的轴向进退机构必须超前于机械手手指开合机构；转盘转位机构必须超前于打糖机构，以保证糖果包装工作的可靠性。

设上述同步点的错移量分别为△t1、△t2、△t3、△t4、△t5、。确定双端扭结式糖果包装机的工作循环Tp

若取: △t1＝△t2＝△t3＝△t5＝1/40 s ；△t4＝1/80 s 则其相应的分配轴转角为：

△φ1＝△φ2＝△φ3＝△φ4＝△φ5

＝△t1/Tp×360°＝1/40×360°＝18° △φ4＝△t4/Tp×360°＝1/80×360°＝9°

由工作循环图可知，双端扭结式糖果包装机的工作循应为： Tp＝Tpmin+△t1+△t2＝0.45+1/40+1/40＝0.5 s

与给定的生产纲领计算结果一致。

3、制定双端扭结式糖果包装机工作循环图：

进行同步化设计后，各执行机构的循环图实际上是以时间作为横坐标的，以分配轴转角为横坐标，其循环图如图*所示。

在下折纸机构运动顶点，分配轴转角324°，但其应有一个相应对于转盘转位的一个超前量△φ＝6°，324°+6°＝330°，在330°～360°范围内可以裁减掉。并把相应的部分回程放到0°～30°范围内，这样保持了各机构原来的各段行程的时间和工作位置的停留时间，减少了各机构的初始位置停留时间。工作循环时间由Tp 相应减少到Tp′，对应的转位转角△φ＝360°和△φ′＝330°

3300?0.5＝0.46 s Tp′＝?Tp＝0360?p'?p相应的理论生产率为：Qt′＝

6060＝＝130块/min Tp'0.46 13

图8 糖果包装机具有最短工作循环的同步图

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