引言

伴随食品行业的飞速发展,对食品牛奶类的液态饮用品的打包质量和美观要求也变得越来越高。高质量和高效率的包装机械，它不但可以提高行业的自动化水平程度,而且大大提高了生产的效率,很大程度有效的节约了成本。包装设备的技术提升将会向着以下4个方面努力:①结构设计标准化、模组化;②结构运动高精度化;③控制智能化;④机械功能多元化[4-10]。根据目前中国的机械行业统计估计,从2011年到2015年期间,整个食品行业与包装机械业生产总值有希望打破6 000亿元,且每一年的年均增长速度大概保持在16%的基础上。当前,整个食品包装机械市场竞每天竞争都非常激烈,将来会朝着产品自动化的发展走势,有助于包装机械整体水平提升,特别是对于一些中小型发展企业,开发出多种功能、效率高、消耗少的食品包装机械,有很重要的意义。

1 总体方案设计

1.1立式袋装牛奶包装机的功能

该全自动袋装牛奶包装机，不仅满足于袋装牛奶的包装，且对于酱油、醋、饮料等液体的自动包装也非常实用。简要的工作过程如下：

先将用打包的包装纸弄成筒状并将一边的口封住变成根一个口袋一样，接下来将一足量的牛奶等液体输入袋子中，最后把另外一边的口子也封住且将其切断，并由传送机构进行输出。

1.2设计数据与要求

（一）生产数据:

（1）包装纸宽度 240或320mm

（2）包装速度 1500-2000袋/时 

（3）灌装容量 100-500ml/袋 

（二）选择设计尺寸

（1）包装纸宽度 240

（2）包装速度 1800袋/时

（3）灌装容量 300ml/袋

（三）设计要求

（1）全自动液体打包机其主要结构由下面6大部份构成：

1）包装纸输送机构：把圈在筒上的一层打包纸通过计算好的张紧装置以平张薄膜的方式传送到纸袋成型机构。

2）纸袋成型机构：把传送到的平张薄膜利用三角形板和圆弧形槽完成圆筒状，对竖封和灌料很有帮助。

3）热定型式封口机构：使用特别处理过滚轮的旋转，对已经成圆筒形状的包装纸使用枕式竖封，并在竖封进行同时可以使用产生的摩擦牵引来包装纸，使之向下工作，使包装纸的持续成型得到了保障；横封组成部件是一种回转形的机构，对以竖封的筒状包装纸周期性的密封。所以，结合成型机构，就实现了：卷状→平张→筒状→竖封→横封。

4）送料计量机构：全自动液体包装机上使用容积泵型计量调节机构，在曲柄连杆调节的基础上加入了回流调节阀的调节。采用两级调节的设计使得调节方便，精度提高，不需停机即可实施，整机效率提高很多，易于实现计量的自动化控制。通过灌装管将液体输送至包装机的成型带内，再进行下一步的封装。

5）切断机构：在热定型式封口装置的连续转动的时候，割断装置经过凸轮旋转推动推杆，使切刀有规律的触碰，因此可以在工作中切断横封的封区。

6）输送机构：使用带式传送机连续传送已包装好的生产物品。

（2）选择电机

依据装置正常工作的条件需求，初步确定采用三相异步电动机，该被确定使用的电动机特点有：有较高的工作效率、节约能耗、在电动机运行时的转矩相对较高、而且噪声很低、振动也很小，工作起来非常的安全牢靠。所以选用的电动机为Y 系列全封闭自扇冷式的三相鼠笼式异步电动机。

1.3方案的简介与选择比较

方案（一）：

表1-1 包装机设计方案（一）

组 成	装置的名称	打包纸传输装置	纸袋成型装置	热定型式密封装置	割断装置	传输装置
	机构的组成形式	由1个被固定在机身框架上的运动杆卷筒薄膜牢固的套在上面令三根运动杆作张紧作用的机构	象鼻成型器	1对纵封辊，1对横封辊	凸轮机构，切刀	带式输送机
功能描述过程	把圈在筒上的一层打包纸通过计算好的绷紧装置以平张薄膜的方式传送到象鼻成型器，象鼻成型器把传送到的平张薄膜利用三角形板和圆弧形槽完成圆筒状，对竖封和灌料很有帮助。纵封辊旋转，对圆筒形状的打包纸进行枕式竖封，并在竖封进行同时可以使用产生的摩擦牵引来包装纸，使之向下工作，使包装纸的持续成型得到了保障；旋转的横封辊，对已竖封的筒状打包纸有规律性的密封，在热定型式密封装置的连续转动的时候，凸轮旋转顶住推杆上安装的切刀，使两块切刀有规律性的触碰，因此可以切断横封的封区，完成产品的生产并使用带式传送机连续传送出去
优点	包装机的整体结构很多地方采用齿轮传动、链轮传动，传力点较好，其运动精度很高，生产效率高，靠操作性强，可靠又安全，加工操作简单，互换性好而且加工成本低

方案（二）：

表1-2 包装机设计方案（二）

构成	装置的名称	打包纸传输装置	纸袋成型装置	热定型式密封装置	割断装置	传输装置
	机构组成形式	由1个被固定在机身框架上的运动杆卷筒薄膜套在上面	象鼻成型器	L型封口器，横封器	切刀	带式输送机
功功能描述过程	在这个方案中利用间歇式运动方式，包装袋成型的方法是纸从上方向下传送，运动是由下面的辊轮带动的。纸经过象鼻式成型器将其完成圆筒形状后接着向下移动。密封口成L型，将纸筒的垂直方向开口密封和下面的开口封合，封好后可以进行装袋。装好后的纸袋接着向下移动，在下方的横封器使上开口封合，并由下方的切刀割断。
优点	包装机的整体结构很多地方采用齿轮传动、链轮传动，传力点较好，其运动精度很高，生产效率高，靠操作性强，可靠又安全，生产操作简单，但对机构加工精度要求较高。

机械运动方案评价比较

整体机械的运动方式有3种评价的方法，分别是经验法、数学法和试验法，本设计主要采用经验评价的方法，依据自己的经验对整个方案作大概的简单评价。

表1-3机械运动方案评价比较

		方案一		方案二
		传动机构	执行机构	传动机构	执行机构
系统功能	实现工艺动作的准确性	良好	良好	一般	良好
	特定功能	良好	良好	良好	良好
运动性能	转速、行程可调性	良好	一般	一般	一般
	运动精度	优	优	良好	良好
动力性能	承载能力	良好	良好	良好	良好
	增力特性	良好	良好	良好	良好
	传力特性	良好	良好	良好	良好
	震动噪声	小	小	一般	一般
工作性能	效率高低	较高	较高	较高	很好
	寿命长短	较长	较长	较长	较长
	可操作性	便捷	便捷	便捷	便捷
	安全性	好	好	好	好
	可靠性	好	好	好	好
	适用范围	广泛	广泛	有限制	广泛
经济性	加工难易	易	易	易	易
	能耗大小	小	小	小	小
	制造成本	低	低	低	低

通过分析比较，决定选择方案（一）。

方案（一）的传动比计算：

采用可调节速度的电机，其需要的转动速度是30转每分钟。用来带动纸袋轮的半径r为3倍的袋长与pi的比值。带动纸袋轮每转1/4周向密封一次，因此凸轮与带动纸袋轮的出动比为1：4。

2 执行机构设计

2.1包装纸输送机构

本设计的牛奶自动包装机没有产生动力的装置，下面是几个原因：

1) 打包纸是柔软的，假如没有传送好会使打包纸积在一起严重的话会被将其扯断

2) 输送包装纸不需要很大的动力。

3) 打包装置中的纵封将在封装包装袋的时候把打包纸向下拉扯，因此就能使传送装置中的打包纸按要求送纸，避免再出现堆积和被扯断的情况。

牵引机构主要是一些导辊组，经过导辊的作用，使打包材料带相对平整传送，而且起到随意转向，矫正偏离误差的作用。

导辊的组成很简易，大体由心轴、辊筒和轴承构成（如下图所示）。

1螺母 2弹簧挡圈 3轴承 4心轴 5辊筒

图2-1  导辊结构

心轴被安装在支座上进行固定，使辊筒在轴上能自由转动。辊筒通常采用合金钢管进行表面抛光加工而成的，也可以采用塑性较强的工程塑料管等加工出来。不管采用什么样材质的材料，辊筒的外层表面都要很光滑，这样才能使薄膜带传送更加平稳顺畅。

一台打包机通常有多支导辊，并且在安装时都要保证它们之间的平行度，同时也要按薄膜带的顺势方向确定安放的具体位置。导辊的支数与薄膜带传送的速度快慢相关，对引导速度比较高的包装机，薄膜带将高速传送，则要求导辊的支数多以提升薄膜带传送时的平稳性。反过来说，引导速度比较低的包装机，只要安装少数的导辊就可以符合条件。

输送机构如下图所示：

1转动杆1  2包装纸  3转动杆4  4转动杆3   5转动杆2

图2-2输送机构

以上装置总共有三根传动支撑杆，打包纸在传动杆1上，经过在传动杆2，传动杆3以及传动杆4上的绕节可使打包纸处于绷紧状态，所以能使打包纸平稳的传送下来，不会在出现产生传送堆积的情况。具体的绕节方式如上图。