塑料連續(xù)封口機(jī)設(shè)計(jì)分析與改進(jìn)

李獻(xiàn)

摘 要：由于社會(huì)的不斷發(fā)展，在生產(chǎn)領(lǐng)域中各種塑料封口機(jī)起著越來(lái)越重要的作用。現(xiàn)如今迫切需要解決的問(wèn)題就是改善目前的國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品，使鋁制扭斷蓋滾壓封口機(jī)的封口質(zhì)量提高，使成本降低，使蓋尺寸與瓶尺寸變化的適應(yīng)能力的提高。該文首先對(duì)塑料連續(xù)封口機(jī)系統(tǒng)的基本構(gòu)成進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了基于自動(dòng)技術(shù)下的塑料連續(xù)封口機(jī)，而且在進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)期間也改進(jìn)了塑料連續(xù)封口機(jī)。

關(guān)鍵詞：塑料連續(xù)封口機(jī) 設(shè)計(jì) 改進(jìn)

中圖分類號(hào)：TQ460.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）07（c）-0101-02

傳統(tǒng)的塑料包裝制品設(shè)備生產(chǎn)線的沒(méi)有很高的科技含量。技術(shù)在某種程度上受到了一定的阻礙，與世界先進(jìn)水平之間的距離還差很遠(yuǎn)，很難達(dá)到塑料包裝產(chǎn)量的要求，并且產(chǎn)品的生產(chǎn)不能滿足所有客戶的需求，使我國(guó)的塑料包裝的進(jìn)一步發(fā)展受到了阻礙，所以，如果需要不斷的擴(kuò)大塑料包裝的規(guī)模，就急需依靠新技術(shù)。

1 塑料包裝封口機(jī)概述

包裝封口機(jī)是一種包裝產(chǎn)品，內(nèi)含塑料包裝，然后密封開(kāi)口的設(shè)備，并且不可以使包裝產(chǎn)品的質(zhì)量和外觀受到影響，具備保護(hù)、密封、防潮以及防塵等功能?，F(xiàn)如今我國(guó)的塑料包裝封口機(jī)生產(chǎn)行業(yè)的相關(guān)龍頭企業(yè)非常少，存在很多的問(wèn)題，比如缺乏產(chǎn)品結(jié)構(gòu)缺，質(zhì)量表現(xiàn)不佳，美觀不足等，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)形成的主要方式為進(jìn)口的現(xiàn)象。不過(guò)由于我國(guó)的傳感技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，并且塑料包裝封口機(jī)生產(chǎn)企業(yè)一直在學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)，不斷有新設(shè)備開(kāi)發(fā)出來(lái)，國(guó)內(nèi)塑料包裝生產(chǎn)技術(shù)也呈現(xiàn)出開(kāi)始向機(jī)電一體化發(fā)展的趨勢(shì)。在此基礎(chǔ)上，該文研究和開(kāi)發(fā)了全自動(dòng)封口機(jī)設(shè)備和控制系統(tǒng)從而用于單層和復(fù)合塑料薄膜包裝產(chǎn)品的包裝。

2 塑料包裝封口機(jī)系統(tǒng)組成

塑料包裝自動(dòng)封口機(jī)設(shè)備具體由下面十個(gè)構(gòu)成：首先是傳動(dòng)帶，通過(guò)電機(jī)伺服系統(tǒng)進(jìn)行控制；其次是密封門(mén)，實(shí)現(xiàn)塑料薄膜的橫向密封，通過(guò)移動(dòng)電機(jī)進(jìn)行控制；然后是邊封，實(shí)現(xiàn)塑料薄膜的側(cè)向密封完成，利用電機(jī)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)齒輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制；接著是送膜架，對(duì)折塑料薄膜；余料輥，收集廢棄塑料原料，通過(guò)變頻器進(jìn)行控制；還有送膜輥，實(shí)現(xiàn)膜供應(yīng)，通過(guò)變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行控制；還包括外置式輸送帶，依然通過(guò)變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行控制；電眼，在輸送帶上方、側(cè)方都安一個(gè)，主要是進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控；操作臺(tái)，由人機(jī)界面（HMI）構(gòu)成，工作人員進(jìn)行輸入輸出和顯示操作；最后一個(gè)是控制柜，構(gòu)成部分有繼電器、變頻器、相關(guān)組件和控制器等電氣設(shè)備。

3 塑料連續(xù)封口機(jī)的設(shè)計(jì)改進(jìn)

3.1 建立連續(xù)封口機(jī)模塊庫(kù)

通過(guò)SolidWorks在計(jì)算機(jī)中輸入全部的模塊，由此進(jìn)行模塊庫(kù)的構(gòu)建，在進(jìn)行新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要運(yùn)用零件編碼圖冊(cè)檢索，防止多次設(shè)計(jì)已經(jīng)存在或差不多的零件的情況發(fā)生，從而使產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化水平、通用化和系列化進(jìn)一步的提升。

基于分析自動(dòng)塑杯灌裝封口機(jī)的功能上，劃分和設(shè)計(jì)了大量的功能模塊，模塊劃分的主要目的是通過(guò)模塊的選擇和組合實(shí)現(xiàn)不同的產(chǎn)品的構(gòu)成，從而使全自動(dòng)塑料杯灌裝封口機(jī)的設(shè)計(jì)和試制周期縮短，最終使市場(chǎng)的不同需求得以滿足。

3.2 連續(xù)封口機(jī)機(jī)體其改進(jìn)的措施

（1）左側(cè)機(jī)體模塊的改進(jìn)措施

左側(cè)機(jī)體模塊默認(rèn)的質(zhì)量特性：長(zhǎng)度=2 512 mm，寬度=850 mm，高度=780 mm，體積=91 175 334.55 mm3，質(zhì)量=590.06kg。

（2）結(jié)合不可移動(dòng)的約束，加載“不可移動(dòng)”的約束該模塊底部四個(gè)輪子。

（3）進(jìn)行壓力的加載，施加每平方米24 000 N向下壓力。在該模塊上部?jī)蓚€(gè)支撐板上表面上。

（4）網(wǎng)格劃分，通過(guò)“高”品質(zhì)單元來(lái)進(jìn)行網(wǎng)格的劃分，結(jié)合默認(rèn)的“單元大小”43.7 832 mm及“公差”2.18 916 mm，其中雅可比高斯點(diǎn)為4。在網(wǎng)格劃分之后的節(jié)點(diǎn)數(shù)有73694個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)，單元有37 401個(gè)。

3.3 右側(cè)機(jī)體模塊改進(jìn)措施

右側(cè)機(jī)體模塊默認(rèn)的質(zhì)量特性包括：長(zhǎng)度=2 792 mm，寬度=850 mm，高度=1 166 mm，體積=83 900 222.60 mm3，質(zhì)量=507.90 kg。

分析第3步可以發(fā)現(xiàn)，模塊的結(jié)構(gòu)是絕對(duì)安全的，然后使用的材料太多，使得支出的成本增加，因此需要繼續(xù)修改和整理，然后返回右側(cè)機(jī)體模塊，使模塊右上支撐機(jī)體實(shí)現(xiàn)從10 mm到8 mm和6 mm兩次改進(jìn)的厚度，并且右下機(jī)體的肋板長(zhǎng)度從67 mm減少到40 mm和20 mm兩次改進(jìn)，而寬度由45 mm減少到30 mm和20 mm兩次改進(jìn)。

在整改右側(cè)機(jī)體模塊完成后，有如下幾個(gè)方面的改進(jìn)。

（1）在結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)一次改進(jìn)后，仍然存在23的安全系數(shù)，還比非常高的，表示依然出現(xiàn)的浪費(fèi)材料的情況；為了使重量減輕，并且降低成本，就需要二次改進(jìn)。在結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)兩次改進(jìn)之后有一定的合適性。

（2）在經(jīng)過(guò)兩次改進(jìn)之后，強(qiáng)度有所下降，結(jié)構(gòu)改進(jìn)之后的最大應(yīng)力值增加了59%，也就是下降了59%的強(qiáng)度，然而相比起其材料的屈服強(qiáng)度有一定的安全性。

（3）結(jié)構(gòu)在經(jīng)過(guò)二次改進(jìn)之后實(shí)現(xiàn)了1.278的合成位移最大值，然而在允許的范圍內(nèi)。

（4）在經(jīng)過(guò)二次改進(jìn)之后，材料節(jié)省了大約30 kg，使得重量減輕，因此降低了成本。

3.4 灌裝裝置改進(jìn)措施

右側(cè)機(jī)體模塊默認(rèn)的質(zhì)量特性包括：長(zhǎng)度=720 mm，寬度=500 mm，高度=794 mm，體積=1 1039 864.42 mm3，質(zhì)量=86.11 kg。

分析第3步可以發(fā)現(xiàn)，模塊的結(jié)構(gòu)是絕對(duì)安全的， 然而使用的材料太多，使得支出的成本增加，因此需要繼續(xù)修改和整理， 然后返回灌裝裝置模塊，使模塊灌裝桶的厚度實(shí)現(xiàn)從5 mm減少到3.5 mm和2 mm。

在整改完成灌裝裝置模塊的結(jié)構(gòu)之后，有如下幾個(gè)方面的改進(jìn)。

（1）在結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)一次改進(jìn)后，仍然存在20的安全系數(shù)，還比非常高的，表示依然出現(xiàn)的浪費(fèi)材料的情況；為了使重量減輕，并且降低成本，就需要二次改進(jìn)。在結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)兩次改進(jìn)之后的結(jié)果為2.4，說(shuō)明有一定的合適性。

（2）在經(jīng)過(guò)兩次改進(jìn)之后，強(qiáng)度有所下降，結(jié)構(gòu)改進(jìn)之后增加了最大應(yīng)力值，也就是降低了強(qiáng)度，然而相比起其材料的屈服強(qiáng)度有絕對(duì)的安全性。

（3）結(jié)構(gòu)在經(jīng)過(guò)改進(jìn)之后實(shí)現(xiàn)了0.331 mm的合成位移最大值，然而還是在允許的范圍內(nèi)。

（4）在經(jīng)過(guò)二次改進(jìn)之后，材料節(jié)省了大約50 kg，使得重量減輕，因此成本有所降低。

4 設(shè)計(jì)創(chuàng)新

（1）基于模塊化設(shè)計(jì)的理論方面，首先分析產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和功能，進(jìn)而劃分全自動(dòng)塑杯灌裝封口機(jī)的模塊，然后將這些模塊重新組合。

（2）使參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)結(jié)合模塊化設(shè)計(jì)，通過(guò)Solid Works的方程式驅(qū)動(dòng)參數(shù)化的設(shè)計(jì)方法，基于參數(shù)化來(lái)構(gòu)建全自動(dòng)塑杯灌裝封口機(jī)每個(gè)模塊和整機(jī)，由此使其設(shè)計(jì)效率進(jìn)一步提高。

（3）通過(guò)Solid Works中的COSMOS有限元分析插件，有限元分析全自動(dòng)塑杯灌裝封口機(jī)的灌裝裝置模塊和機(jī)體模塊，并且結(jié)合有限元分析的結(jié)果，制定相應(yīng)的改善措施，由此使其設(shè)計(jì)的相關(guān)費(fèi)用減少，以及使其開(kāi)發(fā)周期縮短。

5 結(jié)語(yǔ)

該文結(jié)合CAD/CAE 技術(shù)，對(duì)全自動(dòng)塑杯灌裝封口機(jī)的結(jié)構(gòu)分析計(jì)算技術(shù)、參數(shù)化及其模塊化設(shè)計(jì)進(jìn)行了相關(guān)的研究

具體的研究工作分為以下幾個(gè)方面。

（1）首先是基于模塊化設(shè)計(jì)的理論，利用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介和功能分析來(lái)劃分全自動(dòng)塑杯灌裝封口機(jī)的模塊。

（2）然后使參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)結(jié)合模塊化設(shè)計(jì)，通過(guò)Solid Works 方程式驅(qū)動(dòng)參數(shù)化的設(shè)計(jì)方法，基于參數(shù)化來(lái)構(gòu)建全自動(dòng)塑杯灌裝封口機(jī)每個(gè)模塊和整機(jī)，由此使其設(shè)計(jì)效率進(jìn)一步提高。

（3）通過(guò)Solid Works中的COSMOS有限元分析插件，有限元分析全自動(dòng)塑杯灌裝封口機(jī)的灌裝裝置模塊和機(jī)體模塊，由此使全自動(dòng)塑杯灌裝封口機(jī)設(shè)計(jì)的相關(guān)費(fèi)用減少，以及使其開(kāi)發(fā)周期縮短。

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