澳门新葡澳京官网多类型水果包装机的结构设计-套袋封膜结构设计docx

　　澳门新葡澳京官网多类型水果包装机的结构设计-套袋封膜结构设计docxPAGE PAGE 28 摘 要 近年来由于中国的经济不断发展，人民的生活质量水平也日益提高。此基础上，水果自动化和多类型包装的行业也迎来了前所未有的发展机会。绝大多数人民对于水果的需求从数量逐渐转变为质量。以往传统的水果包装机无论是包装的美观程度，还是成产效率，都很难满足如今社会变化的需求。市场对水果工业包装如今有了更高的需求。 本次课题旨在设计一个能将水果分类定位后，实现水果外表层被薄膜完全包裹，最终达到空气与水果彻底隔离的装置。论文通过对比不同的包装案例，分别对水果单独定位，薄膜持续送出，薄膜包裹水果和电热刀分割等几个机构进行仔细的设计与分析，并对整体机构进行了三维建模与装配，对重要受力构件做了有限元分析。 关键词：多类型；定位；薄膜包裹；有限元分析； Abstract In recent years, due to the continuous development of Chinas economy, the peoples quality of life has also increased. On this basis, the industry of fruit automation and multi-type packaging have also faced their unprecedented development opportunities. The vast majority of peoples demand for fruits gradually changed from quantity to quality. Whether the packaging style or the production efficiency of the traditional fruit packaging machine, is very difficult to meet the changing needs of todays society. The market has a higher demand for fruit industrial packaging today. The purpose of this project is to design a device that can classify and position the fruit so that the outer surface of the fruit is completely wrapped by the film, and finally achieve a complete isolation of the air and the fruit. By comparing different packaging cases, the paper carefully designed and analyzed several sections such as positioning the fruit separately, continuously sending out the film, wrapping the fruit with the film, and dividing the electric knife. Then modeling and assembling three-dimension to the whole mechanism and doing the finite element analysis to the important force component. Keywords: multi-type; Positioning; Film wrap；finite element analysis； 目 录 TOC \o 1-3 \h \u 1 前言 1 1.1本设计的目的、意义 1 1.2本设计在国内外的发展概况 2 1.2.1国内外市场发展概况 2 1.2.2发展趋势 2 1.3主要研究内容 3 2封膜套袋机构总体方案 4 2.1套袋封膜方案的确定 4 2.2.方案的完整工序和机构分类 6 3传动系统的设计 8 3.1机构的传动原理 8 3.2传动部件的选用 8 3.2.1链轮的选用 8 3.2.2传送带的选用 10 3.2.3轴承的选用 11 3.2.4电机的选用 12 3.3直齿圆锥齿轮的设计 12 4整体机构的数字化设计 15 4.1数字化与传统机械制造设计的比较 15 4.2 SOLIDWORKS设计软件的介绍 15 4.3 套袋封膜装置的三维建模 16 4.3.1套袋封膜机构的简介 16 4.3.2塑料膜输送的三维建模 17 4.3.4热封滚圈的三维建模 18 4.3.4热切割刀的三维建模 19 5零件的有限元分析 22 5.1有限元软件的介绍 22 5.2有限元应力分析 22 5.2.1底座支架的分析 22 5.2.2主动轴的分析 23 5.2.3曲柄分析 25 1 前言 随着中国人民生活水平和质量的提高，人们对水果的需求量越来越大，对水果的质量、卫生安全以及外观要求也越来越高。而水果作为人们日常生活中除了主食之外需要最广泛的食品，其质量、安全以及外形包装也相当受消费者重视，水果品质十分受到地域性和季节性的影响，对于优质水果的类型（产地，品牌）很大程度影响消费者的购买，随着物流服务的日益发展，越来越多的高品质水果跨区域分销，甚至跨国际分销。对于包装精美、品质安全的水果在未来会成为国民消费的主体。水果高端精致包装是如今天水果包装机械领域另一个新的发展方向和研究重点。 1.1本设计的目的、意义 互联网经济的发展，人们的消费习惯和水平与以往比较有质的飞跃，受水果地域性的影响。卖家在水果原产地发向全国各地，运输需要较长时间，所以在水果行业保鲜技术与防破损技术就显得十分重要；其次由于网购水果的特性，购买量会与线下相比会更多，消耗完食品的时间更长；更因为水果难以长时间的储存，综上所述，在水果包装的过程中，保鲜技术显得十分重要。 据统计，我国水果种植面积总共1281.67万公顷，无论是面积还是产量均位于世界第一，与此同时，水果损耗率也是世界最高，高达30%澳门新葡澳京官网。而发达国家水果损耗率约在7%左右，如果能够控制水果耗损率在10% REF _Ref31545 \w \h [1]。就相当于水果损耗减少约1500万吨，可减少果园种植面积85.7万hm2，可获得约650亿元的直接经济效益 REF _Ref31519 \w \h [2]。这一现象其中最重要的因数就是水果没有合理的包装而导致水分流失，引起水果腐烂。所以说，合理的水果包装无论对于水果保存的寿命，美观，还是水果商品的附加价值，对于水果的销售都有重要作用。 本次课题中自动套袋封膜装置可以极大的降低水果采摘过后包装，运输和储存的折损率，通过水果独立的表面套膜，阻隔水果在空气的有氧呼吸，水分的自然流失，增加储存寿命的，减少水果在运输过程中的折损率。其中塑料膜选用PET材质，因其主链含有苯环而具刚性，因含有醚键而具有较好的柔韧性，对氧气和水蒸气阻隔性较好 REF _Ref31483 \w \h [3]。同时包装机器的研发是为了实现产品包装的自动化和机械化的根本。机械生产自动化能很大程度提升生产的效率，相比一般传统手工包装的生产效率能提高至几十倍，同时能将工人从繁琐重复的劳动生产中解放，将人工生产资源投转至别的地方；有利于产品包装的卫生和生产质量，避免工人与水果直接接触引起水果的损坏和保证水果的卫生，提高销售竞争力。 1.2本设计在国内外的发展概况 1.2.1国内外市场发展概况 我国机器包装工业起步的很晚，在很长的时间内都没有独立的行业，从20世纪70年代以前，我过的工业生产机械技术相当落后，绝大多数的食品企业都是采用小批量作坊手工包装盒散装就地销售，20年代起步，在国内水果包装市场的主要劳动形式已从落后的手工包装变成机器化包装，生产效率有了质的飞跃，直到如今，国内也出现了许多不错的专门研发工业化生产机器的公司。目前我国生产机械化食品包装的企业约有3300多家，包括合资企业120家，行业从业人士达到55万人，科研岗位多达130余个，产品品种达3000多种，无论是自动化加工的程度还是产品技术水平都有很大的提升 REF _Ref31450 \w \h [4]。现今市场的需求又有了变化。如今品质高、包装好的高价水果需求大，无论是自销还是送礼，特别是在节庆假日中更是占了十足的优势。对于高端水果包装市场，国内拥有巨大的利润空间，对于消费者来说，水果吃的不仅仅是口感，同样也含有一种仪式感。 我国食品包装行业已经有很大的脱变，但和世界上机械生产大国相比，还是存在着很大的差距，主要原因表现在自动化包装程度较差，控制水平较低，自身高新技术核心应用很少，对于核心零件材料加工和工艺技术进程较慢，国内大约只有前3%的产品能到达发达国家的水平，总体与国外顶尖厂家相比而言还差20年。 对于国外的食品加工工艺而言，早在20世纪60年代，德国METRO集团就拥有了第一台水果清洗加工制浆一体化机器，生产的果酱出口至整个欧洲市场。目前在水果生产工业化处于领先地位的美国，荷兰，德国等国家，主要生产商有荷兰TOMRA公司，德国COMBISORT和荷兰GREEFE，EKO-MATIC公司等 REF _Ref31421 \w \h [5]。 外国水果包装机的有以下几个特点； 价格昂贵，适用于极大批量的水果生产加工，而同样产能的一条水果包装流水线，价格，价格约占其三分之二。 生产效率高，由于外国工业化生产发展时间久远，产品迭代更新更多。 自动化和可靠性程度较高，国外水果加工机器多采用电脑控制和检测，机器拥有检测功能，基本能保证大批量生产的准确性，基本可保证加工的无人化。 1.2.2发展趋势 针对于国内对水果的庞大消费能力，水果包装市场还有很大的需求和利润空间，同时我们也需要对现有的产品进行优化迭代，使之更加实用现代化生产的需求。 产品包装的多样化；针对未来社会小型化家庭的演化，包装形式因更加迷你（包装以3~5kg为主体）。精品化 REF _Ref31342 \w \h [6]（新颖的包装能促进人们的消费，解决国内日常送礼需求）如图1.1。组合化（以多种不同类型水果之间进行组合）。 产品更加智能化；人机互动界面应更智能化，减少在生产过程中需要的人工操作；控制中心和系统故障的自我检测优化，提高产品成品率。 增强自我研发能力；提高企业创新意识和加大人才培养，注重产品的二次研发能力和产品优化。 （a）水晶梨个性化包装 （b） 苹果个性化包装 图1.1 现今市场不同水果的个性化包装 1.3主要研究内容 如何合理设计其包装机总体结构和各个功能机构的设计，确定最有效的封装形式并且验证各个功能部件的合理性。 分类装置如何能够将集群水果单独分开成个体，并且限定位置；保护膜精准输送，精准包裹，从而确保每个水果精准套膜；分割机构精确分割；热塑箱温度的控制，确保水果紧贴水果表面的同时不影响水果的保存。 各个机构之间传动速率的协调，确保各个机构间同步协调，使运动结果达成设计目标，以提高生产效率。 2封膜套袋机构总体方案 以下是设计的原始需求，后续部分都是围绕以下的需求为核心而进行设计。 本机器是针对直径在10~12cm的水果进行加工封膜。 水果包装采用的方法是食品包装膜完全包裹，最终热塑处理。 生产效率在90个/min，每天两个工作周期，每个周期八个小时，每日量产在80000个左右。 要求水果完全封膜，防止有水果表面与空气接触，外包装破损的问题。 机械机构尽可能简单，工作稳定，可靠，易操作；机器与水果接触部分易清洁，保证水果的食用安全。 2.1套袋封膜方案的确定 整体机构中最重要的部分是封膜套袋机构的设计，而其中如何将塑料膜持续送出并将流水线上的水果高精度包裹，是套袋封膜机构主要核心设计部分。本课题研究的内容是如何设计各个执行构件，并且将水果套袋封膜的各个机构之间相互进行组合，从而达成设计的功能。其中如何如何将水果包裹成密封状态有以下几种方案。 方案一： 图2.1 方案一原理图 此机构是五个部分组成，其中上升顶板会随着曲柄滑块机构将传送带的运输托盘向上推动，随着高度上升刀一定程度，薄膜会将水果的上表面完全覆盖；此时南北两边的切割刀向中间移动至相隔8cm后停止，此时的目标水果受到切割刀的支撑和薄膜的挤压会固定在一个位置，随后东西两边的切割刀往中间移动直至薄膜完全切割，水果此时会被薄膜完全包裹；托盘随着顶板下降至传送带，传送带继续移动到下一个工位，下一个周期开始。 此方案的优点：对于目标水果包裹准确性最为精确，具有结构精巧，使用方便的特点，而且对于生产线而言，套膜机构和分割机构在同一个垂直框架上，减少了对生产空间占地的需求。 缺点：加工效率低，薄膜耗损率高，加工成本高。 方案二： 图2.2 方案二原理图 该机构主要由五个部分组成，当薄膜送出装置启动后，主动轴转动时辅助轴也随着转动，在两根轴的摩擦力作用下，薄膜持续的匀速送出至上方的传送带，同时水果从左上方的传送条送入，受重力的作用塑料膜会呈凹形，此时水果和塑料膜以半包裹的形态；成型口（图2.3）此时随着传送带向右传送，在毛刷相同的速度作用下，前后水果之间的距离将会受到限定而不再变化；随着热封装置中滚圈做功，薄膜两测逐渐向中间拉拢，同时在受热作用下两侧的薄膜发生分子间的相互移动，随着空气降热后互相融合从而使塑料薄膜相互粘连，最后在分割刀的作用下从条形状分开成单个个体。 图2.3 热封装置 此方案的优点：单位时间内加工效率高，薄膜耗损率相对较低，经济效益高澳门新葡澳京官网。缺点：在高速运转的情况下，整体机构之间形成距离比较长，水果之间的位置很可能发生偏移从而影响加工效率；同时此机构对于传送精度方面要求很高。根据两种方案优缺点，适应性的综合考虑，最终决定使用第二种方案。 2.2.方案的完整工序和机构分类 根据设计的需求，暂且可将机构分为五个类型，分别是分类机构，送膜机构，套膜机构，分割机构和热塑机构。整体机构的设计是将五种核心功能装置分为阶段，整合形成流水线生产机构，机构运行流程如下， 图2.4 工序流程图 分类机构： 当开启电动机开关，在分选框内筛选过后的水果会交叠覆盖在倾斜的链条传送机构末端，当电机启动时，一级输送装置会带着套筒运转；同时在重套筒之间距离的限制情况下，能确保每个轴套间只能输送一个水果，多余的水果会在重力的情况下顺着侧板落入至分选框内随着链条机构将目标运送至顶端，水果会随着斜板落入二级传送带，每相隔一段距离会有一块限位板从而限制相隔水果之间，从而保证相邻水果距离的恒定。 图2.5 分类装置原理图 1,料斗 2,套筒 3,一级传送链 4,侧板 5,二级传送带 图2.6 套筒 送膜机构： 电机带动主动轴的旋转，压力骤根部的弹簧的弹力推确保两根轴之间产生足够的压力，保证塑料薄膜原料从两根轴中穿过时能够在摩擦力的作用下以恒定的速度送出。当薄膜消耗完毕，将电机暂停，可将支撑薄膜物料旋转的轴拿出，换上新的原料后将压力轴拉开，随即将薄膜撕开放入两根轴之间，打开动力源即可。 热塑机构： 由于分割后的塑料薄膜和水果之间仍存在着空气空隙，对于水果的储存运输会占用大量的空间。所以本机将采用电子调速器可无级调速输送带速度、采取双层隔热装置，保持室温并保证外表不会太热，避免对水果表面产生不可逆损伤；内部采用大功率风机，使收缩机升温快并保证水果与薄膜间收缩程度恰当；输送链则采用实心滚轴、外部包耐高温矽胶管，在不烫坏水果的前提下能承受水果的重量。? 整体机构平面图如图2.7。 图2.7 机构整体平面图 3传动系统的设计 概述：传动系统的作用是将动力机的动力传递给执行机构，从而满足执行机构对转速和转矩的要求。 3.1机构的传动原理 总体机构的传动模式有以下三种模式，首先是水果分类机构，此模式是由电随后是套膜机构，此模式也是又电机带动主动轴1旋转，此时轴2与轴一位齿轮啮合，从而从动轴2运动；啮合运动（图3.1.2）。送膜机构，分割机构和热塑机构的运动皆是以电机连接运动构件直接运转的形式进行。 图3.1 分类机构传动 图3.2 套膜机构传动 3.2传动部件的选用 3.2.1链轮的选用 本设计的水果封膜机构生产能力可达180个/min，且每两个加工工位之间距离为0.2m，从而可推断水平带速v=36m/min；分类机构传动部分以链轮为传动部件，主要原因是其所要的传动精度很高，在运输过程当中尽可能不产生打滑的现象，保持较高的传动效率，能承受一定的载荷；其传动路线°夹角，其传动速度为=0.84m/s，工作拉力F=1200N，p=1.008kw。 选择链轮齿数和材料：取齿轮齿数Z1=Z2=20，d=150mm，n1=n2=336r/min，材料选择45号钢，淬火，回火处理。 由机械简明手册 REF _Ref31257 \w \h [7]表14-2-4，,单排链，计算 （3.1） 由以上，故采用链节结构类型为单排长节距滚子链，链条节距p取31.75mm。 表3.1 滚子链主要参数 ISO链号 节距 mm 滚子直径max min 内链节内宽min mm 20B 31.75 19.05 19.56 销轴直径max Mm 内链板高度max Mm 排距 mm 抗拉载荷 Min/KN 10.19 26.42 36.45 95 初选中心距；取 链长节数： (3.2） 取实际链条节数X为90 最大中心距（理论中心距） =115 （3.3） 计算链速： 0.86m/s （3.4） 由v=0.86和链号20B，可采用油壶或油刷人工定期润滑 有效圆周力为 链轮水平布置的压轴力系数K=1.15，压力轴力为N (节距p=31.75mm，滚子直径d1=19.05mm，齿轮齿数,内链板高度） 分度圆直径d： =202.9mm （3.5） 齿顶圆直径da： （3.6） 齿根圆直径df： =183.85mm 齿高ha： （3.7） 确定的最大轴凸缘直径： （3.8） 3.2.2传送带的选用 在整个生产线中，传送带的作用是将加工目标沿着一个工位传递至另一个工位；由于加工的水果类型和包装袋较轻，传送带上放有的挡板质量也较轻。所以所选平行传送带，材料为脱帆布，由数层挂胶帆布粘合而成，有开边式和包边式，其拥有抗拉强度大，耐湿性好和经济实惠的特点 REF _Ref31150 \w \h [8]。 二级，（与四级相同）传送带选取直径相同的两个带轮，取为200mm，120mm，中心距离由结构可定为1300mm，1250mm，实际距离可通过调整左端的螺钉结构进行微笑距离的调整，保证机构安装时的可靠。根据GB/T4489-2002取平带宽度为160mm，极限偏差mm，胶帆布层数为3，选用胶合接头的方法，两带轮由于尺寸相同，所以包角均满足需求。 V型带的主要作用是将电机和传动轴相互连接，为传动轴输送动力源。其中V带传动和单机圆柱齿轮减速器，传递时结构尺寸啮合传动大，具有传动平稳，吸振等特点，且能去过载保护作用 REF _Ref31117 \w \h [9]。 需要准确的传动比;已知P=1.008kw，大带轮转速n1=336r/min，传动比i=2，允许工作误差有机械设计手册14.1-12可知 （3.9） 由和大带轮转速，可选择V带带型为：B型 根据机械手册14-1-18，初选小带轮的基准直径 根据，可取 验算带速v： （3.10） 计算小带轮直径，由公式 根据表格参数，取得 根据结构确定中心距a=1560mm，计算相应带长 （3.11） 根据机械设计手册表14,1-8，取 验算小带轮上的包角： （3.12） 计算带的根数z： 由，查机械手册可取 REF _Ref31052 \w \h [10]：； 由机械手册表14.1-13，14.1-14和14.1-17可得 （3.13） 所以： （3.14） 取Z=4根。 确定单根V带的预紧力 查表14.1-14的B型带的单位长度质量q=0.17kg/m，根据公式 （3.15） 可得；应使带的实际初拉力 压轴力的最小值根据表14.1-11可知 ； （3.16） 可求得 3.2.3轴承的选用 根据机构的特点，轴承在机构中的作用是为了保证轴在工作周期中正常使用，确保在轴心线能在工作过程中保持稳定；轴承选择一般从载荷的大小，性质入手。根据机构轴的应用机构克制，由于工作环境中载荷相对稳定，也大的轴向跳动，使用深沟球轴承即可。此类轴承摩擦系数小，极限转速高，可承受较大的轴向载荷。润滑方式选用脂润滑，不需要特殊的供油系统，成本较低，在低速中速的轴承中使用很普遍 REF _Ref30983 \w \h [11]。 根据要求机械手册，在这里选用6208深沟球轴承 3.2.4电机的选用 以分类装置机构的特点为例，工作时荷载相对稳定，连续单个方向长时间运转空载启动，用于大批量小负载生产。原始数据工作拉力F=1200N，带速v=0.84m/s，滚筒直径D=0.15m；电动机类型：Y系列三相异步电机。 电机功率的选择： 传动装置总功率： （3.17） 电机所需的工作功率： （3.18） （3）确定电动机转速： 计算滚筒工作转速： （3.19） 按照推荐的传动比合理范围，取V带传送比I’1=2~4，一级减速器传动比范围I’a=3~6。顾电动机转速可选范围为 根据以上所选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，以机械手册为参考，选定： 电动机的型号为Y112M-7；其主要性能为：额定功率2.2kw，满载转速940r/min，额定转矩2。 3.3直齿圆锥齿轮的设计 根据实际的条件，采用闭式软齿面传动，齿数比u=2.5，两轴间的夹角为90度。小齿轮材料选用40Cr，调制处理，齿面硬度取：大齿轮材料选用45钢，调质处理，齿面硬度取 硬度差为40HBS，符合软齿面传动设计要求。 （3.20） 取接触强度的最小安全系数 （3.21） 圈定小齿轮的分度圆直径 由于电动机载荷平稳，可查手册得 载荷系数 根据齿面接触强度公式，计算小锥齿轮的分度圆直径为 （3.22） 取 确定锥齿端的模数，取m=3.5mm 锥距： （3.23） 齿宽均为 分度圆锥角： （2.24） 两锥齿轮的齿顶圆直径分别为： （2.25） 验算两锥齿轮的轮齿齿根弯曲疲劳强度： （2.26） 由于弯曲疲劳强度的最小系数，两锥齿轮材料的裕兴弯曲应力与弯曲疲劳极限应力相等。由于齿根受到较大的弯曲应力，循环载荷可能产生疲劳裂缝 REF _Ref30843 \w \h [12]。 根据两锥齿轮的当量系数，两锥齿轮的齿形系数，应力矫正系数分别为 （2.27） 由公式： （2.28） 可算出 因此两锥齿轮的齿根弯曲疲劳强度足够。 4整体机构的数字化设计 4.1数字化与传统机械制造设计的比较 传统的设备研发过程，包括机构更改和机构工艺修正都是在产品生产后通过各种实验检测后才可以进行，图4.1。而数字化设计是根据传统机械研发改良，最主要的差别在于前者能以数字化的形式在计算机进行产品的设计，检测，装配到最后的加工等等，图4.2。能在研发的过程当中进行机构和工艺更改。采用数字化设计可以节省很大的研发成本和周期 REF _Ref30758 \w \h [13]。 图4.1 传统设备研发流程 图4.2 数字化设备研发流程 4.2 SOLIDWORKS设计软件的介绍 SOLIDWORKS软件是世界上第一个基于WINDOWS开发的三维CAD系统，由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。 其公司是一家专门从事三维机械设计软件的高科技公司，软件采用参数驱动的设计模式，可以通过修改相关的参数来完善设计方案，支持设计方案的动态修改；也可以通过任意宣汉或剖切对运动的零部件进行动态干涉检查和间隙检测，SOLIDWORKS把产品的造型设计和功能设计有机的结合在一起，是一种高集成化的工业设计工具 REF _Ref30644 \w \h [14]。 该论文的三维建模用的是SOLIDWORKS2015版本，该版本比以前版本软件有了进一步的提高，其更好地满足设计工具需要，该软件包含的功能有草图设计，零件设计，装配设计，曲面设计，工程图设计，齿轮与凸轮设计，高级渲染，动画与机构仿真和有限元分析等模块。这版本的软件功能强大，组件繁多，对于电脑配置的要求也不会过于挑剔。 4.3 套袋封膜装置的三维建模 4.3.1套袋封膜机构的简介 套袋封膜机构是属于水果包装机中将水果套袋封膜的部分，在整个水果包装装置中占着核心技术的部分。包装成品效果是否完美，包装膜与水果之间是否贴合，是影响加工成效的关键因素。封膜套袋机构一共有以下六种功能型机构澳门新葡澳京官网，如图4.3所示。 水果输入限位部分：是为水果加工提供原料输入，并使之位置保持固定数值。 塑料膜输送部分：包括塑料膜的存放，塑料膜的持续供给。 果膜重合部分：是将水果和塑料薄膜重合的并且呈现凹形结构，同时由限位板和运输毛刷将两者固定后向后续机构推进。 热封滚圈部分：将开放的塑料膜热塑封边密封。 热切割刀部分：将条形状的物料分割成独立个体。 热塑箱部分：块状包装体通过热塑箱将塑料薄膜与水果之间的空气排出，使之完全包裹在水果表面。 1.水果输入限位部分 2.塑料膜输送部分 3.果膜重合部分 4.热封滚圈部分 5.热切割刀部分 6.热塑箱部分 图4.3 封膜套袋整体机构 4.3.2塑料膜输送的三维建模 塑料膜输送装置包括了薄膜放置框架和轴压装置，如图4.4。弹簧限位板是位于轴压装置的内部结构，机构在生产使用后，由于告诉加工效率，塑料薄膜材料大约十分钟左右就要进行更替，如何设计一个适合快速拆取和拼装的装置对于塑料薄膜输送部分占着十分重要的部分。原始的方案是使用两根固定的轴相互接触，两者之间形成一定的压力，在主动轴带动压力轴的情况下两者的摩擦力即可以将塑料薄膜匀速的送出；由于客观现实的原因，这种方式对于换料而言并不方便。 图4.4 塑料膜输送装置 所以个人在之前的基础上进行改良，此机构同样是在主动轴带动压力轴转动的前提下，将压力轴的部分进行改良。原理是在压力轴的下部设计一个限位挡板，右侧有两根压力弹簧将限位挡板向主动轴处挤压如图4.5所示。在限位挡板下方两侧有弧形凸槽，从而限定限位挡板只能进行平行左右的推动，从而保持压力轴和主动轴的稳定如图4.6。 图4.5 弹簧与限位挡板 图4.6 弧形凸槽与限位档板 4.3.4热封滚圈的三维建模 热封滚圈装置是完成水果封膜最关键的部分，在到达此机构之前，水果从二级传送带中落入至限位条的位置，塑料薄膜随着限位条的边缘向压运毛刷内移动；此后随着塑料薄膜和目标物通过果膜重合机构，在限位组合挡板和压运毛刷的共同作用下会呈现凹形状，并且一同运送至热封滚圈机构处。 限位组合挡板主要分为前端支架和两端侧板，主要的作用是将塑料薄膜从水平塑型为凹型，如图4.7。 图4.7 果膜接触端 其中包含两个部分，滚圈机构和热封机构。其主要工作原理是两个作相向纯滚动的滚圈将塑料薄膜两端压在一段起到符合薄膜纸并且带动薄膜向后续机构进行输送，如图4.8。滚圈下部外层有一层硅胶套层，其主要的目的是为了提高滚圈与塑料薄膜的表面摩擦系数，提高薄膜的进给效率，而滚轴上方是锥齿轮啮合进行传动，滚轴如图4.9。 当两边的薄膜到达两块封合点热铁的接触面是，有机薄膜会发生分子之间的转移，从而相粘合形成一道密合的塑料层，完成水果与薄膜的纵向封合。 图4.8 热封滚圈底部 图4.9 滚圈整体轴 4.3.4热切割刀的三维建模 热切割刀整体机构类是属于传动核心机构，其切割周期的正确与否会直接影响结果的好坏。在机械原理上，热切割刀与轴是以曲柄滑块的形式进行运动如图4.10。从而刀片在轴的带动下，在垂直方向上进行周期的切割运动。 在切割刀下方则放置有热封垫，机械运转热封垫连接电源，下方的接触层会在通电的情况下迅速加热，在切割刀与热封垫下部的高温封圈接触的同时，塑料薄膜在高温作用下发生分子间的链解，从而分割成个体成品，如图4.11。 图4.10 分割刀 图4.11 热封垫 图4.12 深沟球轴承 5零件的有限元分析 随着计算机技术的高速发展，工业科技计算领域也诞生许多新的仿真演算软件，如限元分析是一种求解关于场问题的一系列偏微分方程的数值方法，凡是计算零部件的应力，应变和进行动态响应计算及稳定分析都可以用有限元法 REF _Ref30301 \w \h [15]。 5.1有限元软件的介绍 本人所用的软件为SIMULATION，是SOLIDWORKS软件中的一个插件，相对于ANAYLS而言其操作相对简单快捷，普通的学习者就可以根据网上资料进行自学从而进行工程分析。该插件的基本操作模块不但能直接利用自身已建模完毕的零件或装配体进行检验和分析，而且有大量不同的分析模式，例如热，应力，应变，线底座支架的分析 SIMULATIONXPRESS是SOLIDWORKS中一款基于应力初步分析的工具，其中以装置底架支座为例，其主要作用是将两块电机板进行连接与固定，所受载荷主要是螺钉的挤压。在进行有限元分析之前，将之前建好的模型导入至软件，打开SIMULATION插件的功能。 应用材料的选定。不同材料之间的屈服极限是不相等的，根据自己设计零件的强度选定适合的材料。 夹具的选定。在单一零件进行应力分析的情况下，根据实际情况中零件受力的情况，选定夹具定义零件的约束面， 施加载荷。在应力分析中可选择力或压力载荷的不同类型，随后选定受载荷的面，添加计算过后的载荷数值，将其应用到不同的受力面。 生成网格。一般来说可以理解成将复杂的实体模型划分为多个简单的模块，并将不同的模块进行约束而构成整个结构。 运行算例。系统进行分析运算。 最后进行查看结果，完成应力的分析，主要会生成应力，位移和应变的分析报告。或者可以生成HTML报告或者eDrawings文件。该零件选用合金钢参数如图5.1，选用内圆柱表面为固定面，孔内表面螺纹接触面为载荷面。 图5.1 合金钢基本参数 图5.2中可以看到最大静应力为3.228e3Pa，由选定中材料的屈服力为6.204e8Pa可得知材料强度足够，由静态应变图可知刚度符合条件。 图5.2 底架支座变形结果比较 5.2.2主动轴的分析 在塑料薄膜的输送过程中，由电机带动轴转动，在从动轴底座弹簧的作用下，主动轴与传动轴相互接触运动，在摩擦力的做功下将塑料薄膜持续推出。将主要的参数输入至软件当中。 材料选用合金钢，具体参数在上表中已展示出，根据机构原理将固定面选定在轴的键槽面，最长轴端可视为受到额定转矩1720N，键槽右轴端为轴承支撑，给予轴恒定支撑力。如图5.3 图5.3 主动轴VON MISES 从上图可以看出主动轴的最大应力是小于所选材料中的最小屈服力，此轴能保证正常工作。由于固定端只有左边的键槽，在实际工作中轴心会向着受载荷方向偏移，且在键槽右端应力较大，最大载荷在4.878e8Pa小于材料的屈服，材料强度足够，由静态应变可知刚度足够。如果发生疲劳断裂则会从该截面开始。轴的整体有限元分析如图5.4。 图5.4 主动轴的变形结果比较 5.2.3曲柄分析 在分割机构中，其机械原理可以简化为曲柄滑块机构，在运动过程中曲柄带动分割刀进行周期运动，交界杆始终有方向恒定的压力。材料选用合金钢，主要载荷为曲柄中段的压力和连接段的扭矩，载荷加载方式如图5.5中的红色箭头。 图中可以看到在恒定载荷下，曲柄受力结果形状与原始形状会有偏差，增强材料的物理参数，尤其在与分割刀连接端在扭矩的作用下会产生较大的切应力，在机构正常运转时，曲柄与钢板连接处主要承受分割刀的重力以及分割刀与底板接触时传递的冲击力，通过对滑块与钢板链接部分施加约束条件，可将其强度满足冲击振动的和金属强度的要求，其中危险截面最大应力达到5.199e9Pa，数值上小于所选材料的屈服应力，图5.6。材料中刚度和强度满足加工需求，载荷不会对机构的正常使用造成影响。 图5.5 曲柄 VON MISES 图5.6 曲柄的变形结果比较 参考文献 吴秀芬.我区水果包装现状及问题启示.[J].农民致富之友.2018,(24):45-45 李婷婷.水果质量安全与标准化工作.[J].中国标准化.2003,09:5-6 祝爱萍,麦伟明,林锡康，几种食品包装用塑料膜阻透性能比较[J].广东省中山市质量计量监督检测所.2018,39:2-3 肖永清.水果包装的六大趋势.[J].广角镜.2017,10(1):46-47 孔凡真．世界包装机械市场需求概况．[J].中国包装.2010,3(2):5 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