小型紅薯粉打捆機的設(shè)計論文

小型紅薯粉打捆機的設(shè)計(湖南農(nóng)業(yè)大學東方科技學院,長沙 410128)摘 要: 由于我國綠色環(huán)保食品行業(yè)的迅速發(fā)展,食品機械越來越受到人們的關(guān)注,捆扎包裝機械對食品銷售、儲藏、運輸顯得尤為重要。本文在相關(guān)捆扎機械理論的基礎(chǔ)上，運用一般常用機械的傳動控制系統(tǒng)，對紅薯粉絲進行單帶式捆扎，其機械原理設(shè)計分為四個部分：送帶、收帶機構(gòu)的設(shè)計；紅薯粉絲間歇步進輸送機構(gòu)的設(shè)計；壓帶、熱合、剪切凸輪機構(gòu)的設(shè)計；捆扎帶引導槽機構(gòu)的設(shè)計。應用現(xiàn)代ADA 、 進行運動分 得 凸輪 ， 現(xiàn)對紅薯粉絲的捆扎 。關(guān)鍵詞：捆扎；間歇；凸輪；引導槽； Design of A Small Sweet Potato Powder Binding Machine(Orient Science & Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract: Due to the rapid development of Chinas green food industry, food machinery draws more and more peoples attention, package tying machine attaches much importance on food sale, storage, and transport. This article is on the basis of package tying, makes use of common mechanical drive control system, straps sweet potato starch noodles with one band, the principle of its mechanical design is divided into four parts: the design of the system of carousel and machine reel, sweet potato starch noodles intermission step conveyor, the cam mechanism for pressure, thermal sealing, shearing and bind guiding trough. It applied by modern modeling and simulation ADAMS, VB sports analysis cam parameters, therefore realized the package of sweet potato starch noodles.Key Words: Tying； Intermission； Cam； Bind guiding trough； Modeling and Simulation1 前言在 的 ，包裝 業(yè)迅速 。人 進行包裝 動的 ，到人 currency1“，包裝 上fi為行業(yè)的fl間 長。尤其 為現(xiàn)代包裝行業(yè)，在 業(yè) ， 本” 、 、機械、currency1 、 發(fā)現(xiàn)代科技應用于 發(fā)品包裝，20 0代 的?，F(xiàn)代包裝 業(yè)的 ， 個 1 。 ， 現(xiàn)代品 速發(fā)展，大 現(xiàn)于 的一切品， 要fl的包裝 2 。 現(xiàn)代包裝 業(yè) 本”品 的 速相應發(fā)展，我國的現(xiàn)代包裝 業(yè)，進 20 0代 ， 的 、 ，于80代“ 迅速發(fā)展。由于 步 、基礎(chǔ) ， 技人 理人 乏， 大大落于 先進水平。目前，在我國的包裝 業(yè) ，包裝機械一個 環(huán)節(jié)。已用的包裝機械，無論在 上、品種上 少。包裝機械的currency1滿足了包裝 業(yè)的日益增長的 求。包裝 業(yè)的發(fā)展， 推動包裝機械的更快的發(fā)展。進 WTO，我國的包裝 業(yè)面臨 更嚴峻的挑戰(zhàn)，大力研制包裝機械fi了1目前迫切的任務?，F(xiàn)代各行各業(yè)發(fā)展 迅速，國家支持的西部大 發(fā)取得了一些進展， 要包裝美觀、 用，又要快速、 。捆扎機械在飛速發(fā)展，捆扎范圍增大，動在斷提 ，由人 打捆向機械動邁進 逐漸替代人 勞動力。捆扎機械在國民currency1 的用途：1、保護功。它包裝 捆緊，扎牢 壓縮，增加外包裝強，減少散包裝 造fi的損失。2、方便。它提 裝卸效率，節(jié)省運輸fl間、空間fi本。3、便于銷售、美觀、顧客易攜帶。2 關(guān)于紅薯粉打捆機的研制開發(fā)的可行性報告2.1 紅薯粉打捆機的目的和意義近 個來, currency1 流通日益社會、現(xiàn)代,品的包裝正嶄的面貌 ,受到人們普遍重視?，F(xiàn)代包裝的基本含”：對批 的品,選用某種 保護性、裝飾性的包裝材料或包裝容器, 借助 的技手段 施包裝 業(yè),達到規(guī)定的 質(zhì) ,fl設(shè)法 善外部結(jié)構(gòu),降低包裝fi本,從而在流通直消費的 個 容易儲存搬運,防止品破損 質(zhì), 環(huán) ,便于 應用 收 料, 引力, 銷 ,斷 進 大 currency1 1 。 2.2 國內(nèi)外的紅薯粉打捆機的研究現(xiàn)狀無論在國 或國外,包裝 已 到各行各業(yè),面 大,對人民currency1 、國 易國防 設(shè)帶來 的 ,在現(xiàn)代currency1 現(xiàn)了 的 : 包裝 售的品 得越來越少了,而 包裝上的失 會 的品得到fi功的銷售 18 。 而 ,在來, 現(xiàn)代的包裝 品的currency1銷售 先進的 業(yè) 科學技的合發(fā)展, 現(xiàn) 水平的現(xiàn)代包裝。 ,一些科學技發(fā)達的國家,在食品、currency1、“ 、 、 、fifl器 業(yè)部 ,已 fi了由原料理、 間加 品包裝大基本環(huán)節(jié) fi的包裝 動的currency1 , 的包裝材料加 、包裝容器fi 包裝fi品儲存系統(tǒng)系 來fi 效率的流水 業(yè)。大 ” fi, 現(xiàn)包裝的機械動,尤其 現(xiàn) 性(或 性)的動包裝, 現(xiàn)了現(xiàn)代currency1的發(fā)展方向,fl得大的 效益5。3 捆扎帶材料的選擇人們 用捆扎帶 來捆扎，裝 。 代，各種合fi材料捆扎帶相 現(xiàn)。捆扎帶的材料分為：捆扎帶、 料捆扎帶、 捆扎帶、 捆扎帶、加強捆扎帶、人造絲捆扎帶。上常用捆扎帶 ： 料 、發(fā) 、 收縮 、 帶。表 1 捆扎帶材料性能對比表Table 1 Banding belt material performance contrast table捆扎材料 斷 強0.50.02 力的 范圍 力 長 率熱性 性 理的 易2或130.5mm 大 低目前，國外常用的捆扎材料 、 、 PETP PA 四種。國，常用的 帶 帶 種，由于 fi本低，來 ，捆扎美觀牢， 逐漸fi為國 一種要的捆扎材料。fi1 四種直 捆扎帶包裝性的捆扎材料的 性。在 捆扎帶 ， 料捆扎帶的應用、 。在 料帶由于 帶 fi本低、機械通用性 、帶 色 、 收水分消費 便于斷 ，對于 重的 ，目前國 外 用 帶進行捆扎。，本設(shè)計選 帶 為捆扎機的捆扎帶， PP帶。4 小型紅薯粉打捆機的機械原理方案設(shè)計4.1 機械總體方案設(shè)計為了便于運輸、包裝、銷售，紅薯粉打捆機的 對定 ，定長的紅薯粉進行捆扎，其要包括1圖 示部分。圖1 小型紅薯粉打捆機結(jié)構(gòu)框圖3Fig1 Small sweet potato powder binding machine structure diagram4.1.1 打捆機壓帶、熱合、剪切機構(gòu)壓帶、熱合。剪切機構(gòu)紅薯粉打捆機機械設(shè) 比較重要的一個機構(gòu)，它要完fi對送 的紅薯粉絲進行壓緊捆扎、熱合捆扎 對捆扎帶的剪切 。4.1.2 送帶、收帶機構(gòu)送帶機構(gòu)把定長的捆扎帶送到預定的位置，便于壓帶、熱合、剪切的進行。收帶機構(gòu) 壓帶機構(gòu)壓緊捆扎帶，收帶輪 ，捆扎帶捆緊紅薯粉絲。4.1.3 傳送運輸帶部分部分 間歇的進行，把紅薯粉絲傳送到捆扎 臺， ，捆扎機構(gòu)對紅薯粉絲捆扎，從而完fi對粉絲的捆扎 。根據(jù)結(jié)構(gòu)框圖 機械 要求完fi的動 ，“定紅薯粉打捆機的設(shè)計方案結(jié)構(gòu)圖2 示：1.二級圓柱齒輪減速器 2.槽輪機構(gòu) 3.傳輸帶 4.錐齒輪 5.收帶摩擦輪 6.送帶摩擦輪7.壓帶凸輪 8.剪切凸輪 9.熱合片凸輪 10.熱合凸輪 11.鏈輪 12.軸器 13.機14.V帶輪圖2 小型紅薯粉打捆機傳動方案簡圖Fig2 Small sweet potato powder binding machine transmission scheme diagram44.2 間歇傳送運輸機構(gòu)方案紅薯粉要進行捆扎 切斷， 須要 傳送帶送 紅薯粉到打捆 臺面。 而，傳送運輸 送 而捆扎 要一定的fl間， 要求傳送帶夠進行間歇 ，來達到捆扎的目的。間歇運動機構(gòu)的式眾，根據(jù)其要 性分fi 大 ，步進運動間歇機構(gòu) 瞬fl停歇 性或停歇區(qū)的間歇運動機構(gòu)。根據(jù)常用的間歇機構(gòu) ：棘輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)、完全齒輪機構(gòu)、凸輪機構(gòu)，考慮到槽輪機構(gòu)一種應用 的轉(zhuǎn)位分機構(gòu)，在 位動機械 常用到，價格低廉，合低速 合的 ，故選用槽輪機構(gòu)進行運輸帶的步進間歇運動。4.3 送帶、收帶機構(gòu)方案分 送帶機構(gòu)的任務目的為紅薯粉絲進 捆扎 臺面，捆扎帶送 帶道，捆扎送到位，壓帶凸輪壓帶壓緊，進 收帶動 ，紅薯粉絲捆扎緊。而，要解決其 送帶、收帶 現(xiàn)的堵帶、送帶到位、帶頭 壓緊而收帶、捆扎帶用完一系問題，對于堵帶現(xiàn) 通 帶道的設(shè)計來減 一現(xiàn) 現(xiàn)的機率；捆扎帶傳送到位捆扎帶收緊問題則通 送帶輪定 的運動fl間來控制，通 凸輪機構(gòu)來 現(xiàn)。送帶、收帶機構(gòu)圖 示。51.卷帶 2.轉(zhuǎn)向輪 3.收帶輪 4.緊帶輪 5.從動輪圖3 送帶、收帶機構(gòu)簡圖Fig3 Send With Winding mechanism diagram上圖 捆扎帶 壓緊輪 送帶輪貼合把捆扎送 帶道，到達指定位置，待凸輪壓帶機構(gòu)壓緊捆扎帶，1壓緊輪松 退 ，2壓緊輪壓緊收帶輪進行收帶。4.4 壓帶、熱合、剪切機構(gòu)方案壓帶、熱合、剪切要由凸輪機構(gòu)來完fi，動 ，要求， 而傳動機構(gòu)會比較 雜。要的動 壓帶頭、熱合片的 加熱收 熱合片、剪切捆扎帶四個， 四個執(zhí)行動 均在一直上，考慮到空間安排，故四個凸輪 在一個軸上，通 凸輪的相位角來確定動 的先。在捆扎帶送到位對捆扎帶帶頭壓緊，捆扎帶收緊完fi捆扎帶熱合、壓緊、剪斷一系的動 ，對于凸輪的結(jié)構(gòu)給 方案，由機械傳動機構(gòu)的方案得知，凸輪軸上 四個動 ，第一步為壓帶凸輪壓緊到位的捆扎帶，便于收帶輪進行收帶動 ；第二步為 捆扎帶收緊送加熱片凸輪到位，加熱片 帶間對捆扎帶進行加熱；第步為 加熱完畢夠加熱片收 熱合壓頭壓緊凸輪到位對捆扎帶進行熱合；第四步熱合完畢，剪斷凸輪到們，剪斷捆扎帶，紅薯粉絲捆扎完畢，壓頭退 ，進行下一個循環(huán)步驟，圖4各凸輪布局方案。圖4 凸輪布局圖Fig4 Cam layouts由于推桿凸輪觸為滾動摩擦，易磨損，傳遞較大的動力，故凸輪機構(gòu) 用的滾 推桿，其帶頭壓緊凸輪設(shè)計圖5 示。6凸輪轉(zhuǎn)動滾 推桿在豎直方向上升下降推桿壓塊剛性 從而壓塊發(fā)currency1一致的動 。捆扎帶送到位，帶頭位于壓帶塊的上方，凸輪轉(zhuǎn)到大離心距fl， 壓塊上升到 致其壓緊帶頭。壓塊 捆扎帶通道，捆扎帶 帶穿 壓塊，在推桿下方的彈簧推桿凸輪 fl緊密觸保證定位 確。. 圖5 壓帶凸輪機構(gòu) 圖6 剪切凸輪機構(gòu)Fig5 Pressure zone cam mechanism Fig6 Cut cam mechanism圖6為剪切凸輪機構(gòu)的設(shè)計方案， 機構(gòu)的任務 捆扎帶 熱合壓緊對捆扎帶進行剪切，便于捆扎完畢的粉絲的取 ，從而進行下一個 循環(huán)。其設(shè)計的部分壓帶頭的凸輪設(shè)計相似。由于要考慮到捆扎帶通 又要對捆扎帶進行剪斷，故在通道口上加了楔 置切斷刀片， 剪斷凸輪到位，剪斷塊 下移，由相對運動捆扎帶切斷。圖7 熱合片凸輪機構(gòu) 圖8 熱合壓緊凸輪機構(gòu)Fig7 Thermal sealing film cam mechanism Fig8 Thermal sealing pressure cam mechanism 熱合片的運動方向 凸輪一致， 熱合片凸輪機構(gòu)圖7 示，其要任務為： 收帶輪完fi收緊任務，通 凸輪的轉(zhuǎn)動帶動水平滑塊在另一個平面上移動，從而熱合片 到 捆扎帶間進行加熱，完fi對捆扎帶的加熱 ， 延fl的fl7間到達熱合fl，凸輪機構(gòu) 次轉(zhuǎn)動熱合片從捆扎帶 退 ，便于面的熱合壓緊動 ，避免熱合片壓在捆扎帶間。熱合壓緊機構(gòu)比較單，其凸輪機構(gòu)圖8 示。熱合壓緊凸輪熱合片完fi對捆扎帶的熱合達到粘合的溫，熱合片收 ，凸輪馬上到位，熱合壓頭壓緊捆扎帶，捆扎帶粘合而緊密的觸在一 熱合。 凸輪機構(gòu)設(shè)置捆扎帶的帶道， 為 機構(gòu)的動 在剪斷凸輪機構(gòu)的面，設(shè)置帶道， 收帶凸輪完fi收帶收緊 ，熱合片進 熱合片下面捆扎帶間會 阻隔，無法對下面的捆扎帶加熱，從而熱合無法達到理 的效，或無法完fi對捆扎帶的熱合理。4.5 導向槽的設(shè)計方案由于捆扎帶 要圍繞紅薯粉絲一周，到達指定位置， 進行壓緊、熱合、剪切動，為達到對捆扎帶動 的 確性，故 要設(shè)計專 的導向槽，得捆扎帶預定的軌道運動， 設(shè)計為 字導向槽機構(gòu)， 于送帶動 fl，捆扎帶會沿導向槽前進，到達指定位置，第一壓頭壓帶，收帶輪動 ，由于收緊力的 用，彈 擋板，從而達到送帶到位，收緊 確的目的。圖9為導向槽傳動原理圖。圖9 導向槽機構(gòu)Fig9 Guide channel institutions5 電機的選擇業(yè)上一般選用Y系相交流異步動機，而對紅薯粉打捆機來，載荷比較穩(wěn)定，故選Y籠相異步動機。查料得打捆機 要的功率0.8kW，故取打捆機功率為PW=0.8kW.傳動裝置的總效率為(1)機械設(shè)計課設(shè)計fi2-2確定各部分的效率為：83765242332281 =V帶的傳動效率為；滾動軸承每一對 效率為；圓柱齒輪傳動效率為；卷筒軸滑動軸承效率為 ；圓錐齒輪的傳動效率為 ；平摩擦輪傳動效率為；滾 鏈傳動效率為；齒式軸器的傳動效率為。則：由式 (2) 載荷平穩(wěn)，動機的 定功率大于 ，由機械設(shè)計課設(shè)計手 6fi12-1選 Y90L-4動機， 定功率為1.5kW。一般選用步轉(zhuǎn)速為1000r/min或1500r/min的動機 為原動機。通常V帶傳動常用傳動比范圍；二級圓柱齒輪傳動比范圍在；鏈傳動常用的傳動比則動機轉(zhuǎn)速選范圍為：合 一步轉(zhuǎn)速的范圍 1000 ,1 00 , 000 ,根據(jù)前 選用996.01 = 992 9734 945 896785859.096.089.094.096.097.099.099.096.0 32232=kWPP wd 365.15859.08.0 = edPd421 =i 4082 =i 63 imin960032010)4064822(n 321 riiinwd = 000 步轉(zhuǎn)速動機，則齒輪的傳動比較大，機構(gòu) 大，1000 、1 00 的動機，從其重 、價格 傳動比考慮，選 0 4動機，動機的要性 、 fi2表2 電動機主要性能參數(shù)、尺寸2 動機 定功率 機滿載轉(zhuǎn)速 軸 動轉(zhuǎn) 定轉(zhuǎn)大轉(zhuǎn) 定轉(zhuǎn)0 4 1. 1400 24 2. 2. 6 傳動裝置的總傳動比及分配各級傳動比6.1 傳動裝置的總傳動比由前面的計得輸送機卷筒的轉(zhuǎn)速，則總傳動比為( ) 6.2 分配各級傳動比根據(jù)fi1 8推傳動比范圍，選取圓錐齒輪傳動比，V帶的傳動的傳動比 ，鏈傳動的傳動比為；則二級圓柱直齒輪減速器的傳動比為：對于展 式二級圓柱直齒輪減速器，在 級齒輪材質(zhì) 齒系 近的 下，10min10n rw =140101400 = wm nni總1i =錐 3=v 3鏈( ) 556.1533140i = 鏈總減 iii v 級齒輪的傳動比下式分(4) ( )計分得，計傳動裝置的運動 動力 0軸currency1currency1動機軸 1軸currency1currency1 速軸 2軸currency1currency1 速軸 11減 ii 5.13.1減低 iii =714.4= i 3.3=低ikWPP d 365.10 =min14000 rnn m =mNnPT = 314.91400365.195509550000kwPP 3104.196.0365.1101 = min67.466101 rinn =mNnPT = 816.2667.4663104.195509550111kwPP 258.197.099.03104.13212 = minr99714.4 67.46612 =innmNnPT = 35.1219550222 軸currency1currency1低速軸 4軸currency1currency1傳動長軸 軸currency1currency1槽輪軸 軸currency1currency1凸輪軸 12minr303.39923 =低innmNnPT = 56.3849550333kwPP 196.199.0208.1834 = minr3034 = nnmNnPT = 45.3969550444kwPP 148.196.0196.1745 = minr1033045 =鏈innmNnPT = 42.10969550554kwPP 148.196.0196.1746 = minr1033036 =鏈innmNnPT = 42.10969550666 軸currency1currency1摩擦軸 計的運動 動力 于下fi 表3 軸的運動參數(shù)表Table3 Axis of motion parameters“ 0軸 1軸 2軸 軸 4軸 軸 軸 軸功率 1. 1. 104 1.2 8 1.208 1.1 1.148 1.148 1.0 轉(zhuǎn)速( 1)1400 4. 0 0 10 1 0轉(zhuǎn)( ). 14 2.81 121. 84. .4 10 .42 10 .42 4 . 傳動比 4. 14 . 效率fi0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 4 0. 7 設(shè)計計算7.1 V帶傳動的設(shè)計計算傳遞功率,動輪轉(zhuǎn)速 ,減速比，傳動比fl 于3%，每 8fl。13kwPP 079.194.096.0196.15747 = minr30113037 =錐鏈 iinnmNnPT = 56.3439550777kWP 365.1= min14000 rn = 3=i7.1.1 確定計算功率由 考文 fi8 查得 ，故()7.1.2 確定V帶的截型根據(jù) 查 考文7圖8-10確定選用Z。7.1.3 確定帶輪基準直徑(1)由 考文 fi8 8 8查得取帶輪的基 直 .(2)帶速 ,式( )為，故帶速合。( )計大帶輪的基 直，由式(8)根據(jù) 考文 fi8 8，圓 為。(4) 傳動比為 141.1=AkkWPkP Aca 5015.1365.11.1 =caP0nmmdd 711 =smndv d 2.5100060 140071100060 1 = pipismvsm 305 mmdid dd 21371312 =mmdd 2102 =96.271210 =i%33.1%1003 96.23 = i傳動比fl 為 ，故滿足要求。7.1.4 確定帶長及中心距(1)根據(jù) 考文 ,由式 ( )得 ，“定 心距為 (2)由計式 考文 式8 22 得：(10)由fi8 2選帶的基 長(4)計 心距，由式 考文 式8 2 得：(11)7.1.5 驗算包角由計式 考文 (8 2 )式得：15%3( ) ( ) NFZFp 867.4792sin2 1min0min= 7.1.8 計算壓軸 壓軸力的為 (1) 7.1.9 V帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計結(jié)構(gòu) 圖 。7.2 輪的設(shè)計計算傳遞的功率，齒輪轉(zhuǎn)速，傳動比，傳動比fl 于4”， 10，每 8fl。7.2.1 級、材料及 數(shù) 由于速 ，故選用 級 100 88 。由fi10 1選 錐齒輪材料為4 質(zhì) ， 為240 。選錐齒輪齒 24,圓錐角。7.2.2 設(shè)計由 考文 式10 2 (1 )(1)確定式 的各計 ，選。計齒輪傳遞的轉(zhuǎn)， 17( ) ( ) NFZFp 867.4792sin2 1min0min= kWP 196.1= min301 rn 1=io4521 = ( )3 2121 5.0192.2 uTKZdRRtHE3.1=tKmmNT = 451 1007.3830196.1105.95 (18)通常取齒系 為，由文 fi10-6查得材料的彈性 系 ，由文 fi10-21d齒面 查得錐齒輪的觸勞強 ：由式10-13計應力循環(huán)次 ：(1 )由圖10-19取觸勞系 。計觸勞用應力，取失效率為1%，安全系 S=1,由式10-12 得(20)(2)錐齒輪分圓直， ( )計圓周速V，1831=R 218.189 MPaZE =MPaHH 5502lim1lim = ( ) 7121 1032.410300811306060 = nLjnNN02.121 = HNHN KKMPaSKHNHH 561 1lim121 = td1( ) mmuTKZdRRtHE 645.1825.0192.23 2121 mmdd Rm 2.152)315.01(645.182)5.01(11 = (21)(4)計齒b ，(22)(2 )(24)7.2.3 設(shè)計由式10-23 得，(2 )確定式 的各計 ，由圖10-20c查得勞強 ，由圖10-18取勞系 ，取勞安全系 S=1.4，由式10-12得：載荷系 19smndv m 239.0100060 302.152100060 11 = pipimmdR o 15.12945sin2 645.182sin211 = mmRb R 05.4315.12931 = mmzdm 61.724645.18211 =( )3 222115.014FSaFaRRYYuzTKm+MPaFEFE 38021 = 96.021 = FNFN KKMPaSK