機械創(chuàng)新設計封箱機設計說明書

1、目 錄 1.選題背景說明1 2.包裝機發(fā)展現(xiàn)狀1 2.1包裝機械的發(fā)展現(xiàn)狀1 2.2國內(nèi)包裝機的發(fā)展現(xiàn)狀2 3.方案論證和機構(gòu)選型4 3.1封箱機設計功能分析4 3.2由功能分析進行創(chuàng)新設計5 3.3組合構(gòu)件選擇6 4.機構(gòu)尺度計算74.1機構(gòu)尺度計算74.2封箱擺桿尺度計算84.3系統(tǒng)運動簡圖9 5.控制部分的功能說明9總 結(jié)10參考文獻11第 I 頁 共 11 頁1.選題背景說明選題：不同材質(zhì)、形狀和尺寸商品的包裝機械裝置 關(guān)于不同材質(zhì)、形狀和尺寸商品的包裝機械裝置的設計。主要針對開設“網(wǎng)店”等創(chuàng)業(yè)人員在創(chuàng)業(yè)初期存在的人手少、工作量大的問題，設計可以用于包裝多種材質(zhì)、尺寸和形狀商品的個性化

2、機械裝置。設計中應遵循環(huán)保、快捷和節(jié)約的設計理念。根據(jù)淘寶，京東等電商的商品包裝快遞形式及包裝用材主要有如下幾種：包裝形式：紙盒包裝和快遞袋包裝包裝用材：防震泡沫，膠帶等由于紙盒包裝過程，需有如下過程：開箱產(chǎn)品放入封箱，通常電商批量買入紙盒，快遞袋，防震泡沫，膠帶等包裝材料，發(fā)貨時由人工完成商品包裝。盡管包裝過程簡單，但也費時費力，紙盒開箱需用膠帶封底，裝入商品后封箱，最后的封箱操作一個人做起來很麻煩，由此一臺封箱機就顯得很有必要，可減輕人力負擔，縮短裝箱時間，方便電商發(fā)貨，市面上也有多種裝箱機，封箱機，但成本高，適用于大批量生產(chǎn)，相對于電商小批量包裝，顯得大材小用，且價格昂貴，不適于電商低成

3、本，高效率的模式，由此我們將設計一款新型紙盒包裝的封箱機，為店主提供便利。2.包裝機的發(fā)展現(xiàn)狀2.1包裝機械的發(fā)展現(xiàn)狀國外包裝機械工業(yè)技術(shù)的發(fā)展主體經(jīng)歷了以下幾個階段:簡單機械化、初級機械化、自動包裝生產(chǎn)線、計算機控制的高度自動化生產(chǎn)線。國外包裝機械產(chǎn)量穩(wěn)定增長,產(chǎn)品門類齊全,品種繁多。并且生產(chǎn)自成體系,向?qū)I(yè)化發(fā)展。如美國ANCELUS公司的封罐機、德國SEHZ公司的啤酒灌裝機、瑞典TETRAPAK公司的無菌包裝機等4。目前,國外包裝和食品機械水平高的國家主要有美國、德國、日本、意大利和英國。而德國包裝機械業(yè)多年來始終處于穩(wěn)定增長狀態(tài)，出口比例占80%左右，是世界上最大的包裝機械出口國。德國

4、包裝機械出口貿(mào)易有兩大特點：一是絕對數(shù)額大；二是相對比例高。德國的包裝機械制造商致力于研究高科技、高素質(zhì)生產(chǎn)及可靠的服務。優(yōu)勝之處在于能夠提供各類生產(chǎn)問題的解決方案和完善的生產(chǎn)線，并與專業(yè)公司保持合作的關(guān)系。最近幾年,這些國家包裝和食品機械設備發(fā)展呈現(xiàn)出新的趨勢。工藝流程自動化程度越來越高目前自動化技術(shù)在包裝生產(chǎn)線中己占50%以上,大量使用了電腦設計和機電一體化控制,目的是提高生產(chǎn)率,提高設備的柔性和靈活性,增加機械手以完成復雜的包裝動作(模擬手工包裝)。每個機械手均由單獨的電腦控制,攝像機監(jiān)控包裝動作并將信息反饋到電腦以調(diào)整動作幅度,保證包裝的高質(zhì)量。21世紀以來，包裝機械市場競爭出現(xiàn)了重大

5、變化。競爭利益的獲取方式，不再是過去傳統(tǒng)意義上的產(chǎn)品品種、數(shù)量等物化的有形資本，取而代之的是高新技術(shù)、技術(shù)標準、技術(shù)創(chuàng)新等無形資本的作用。這種作用，在包裝機械技術(shù)競爭中越來越顯著。尤其在科技發(fā)展中，歐盟、美國、日本等發(fā)達國家的技術(shù)裝備水平居世界前列，創(chuàng)造了許多成功經(jīng)驗值得我們借鑒。歐美日等發(fā)達國家，能夠在國際市場上具有較強的競爭力，主要原因之一就是打造了一批國際知名企業(yè)和產(chǎn)品品牌。他們的做法，優(yōu)先對包裝機械進行專業(yè)化生產(chǎn)，通過設計和創(chuàng)新注入別人難以模仿的技術(shù)含量，然后通過市場認可提升影響力，最后形成國際知名企業(yè)和產(chǎn)品品牌，跨國界發(fā)展十分迅速。例如瑞典利樂包裝國際有限公司（TetraPak），是

6、世界牛奶、果汁、飲料和許多其他產(chǎn)品包裝系統(tǒng)著名的大型供貨商，其無菌包裝設備聞名全球。在發(fā)達國家，大都建立了以技術(shù)壁壘為特征的標準體系，其中美國和日本以技術(shù)法規(guī)、技術(shù)標準和認證制度為主要內(nèi)容，而歐盟則以歐盟指令、歐洲統(tǒng)一標準和歐盟“CE”標志等為主要內(nèi)容。當今世界包裝機械市場競爭的關(guān)鍵，主要取決于將產(chǎn)品技術(shù)轉(zhuǎn)化為標準及其技術(shù)法規(guī)，從而取得技術(shù)壁壘和經(jīng)濟效益的能力。尤其在國際貿(mào)易中，關(guān)稅壁壘的作用越來越受到限制，非關(guān)稅技術(shù)壁壘的作用不斷上升。近年來，美、日、歐等發(fā)達國家，以保障人類健康、安全、衛(wèi)生等為由采取大量技術(shù)性措施，在制定技術(shù)標準等方面設置了大量的技術(shù)壁壘內(nèi)容。這些技術(shù)壁壘內(nèi)容，不僅成為各國

7、搶占技術(shù)競爭制高點的有力手段，而且已發(fā)展成為技術(shù)競爭的主要形式。國與國之間包裝機械的技術(shù)競爭，實際上是技術(shù)創(chuàng)新能力在該領(lǐng)域的較量。當今包裝機械的技術(shù)創(chuàng)新能力，已成為世界性提升技術(shù)競爭的決定性因素。一個國家或一個企業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新上有多大的作為，就能夠在包裝機械的市場競爭中贏得多大的主動。通過技術(shù)創(chuàng)新，可由簡單技術(shù)向復雜技術(shù)轉(zhuǎn)變，由單項技術(shù)向集成技術(shù)轉(zhuǎn)變，由傳統(tǒng)技術(shù)向高新技術(shù)轉(zhuǎn)變，最終以實現(xiàn)包裝機械的技術(shù)跨越。目前發(fā)達國家在開展包裝機械的技術(shù)創(chuàng)新活動中，大都在人、財、物等方面給予很大的投入，同時給以大量的傾斜政策，提高創(chuàng)新能力，實現(xiàn)技術(shù)跨越。 2.2國內(nèi)包裝機的發(fā)展現(xiàn)狀 包裝機行業(yè)在我國的發(fā)展分為兩

8、個階段，剛起步是我國包裝機設備主要是引進外國的設備，近年來，包裝機生產(chǎn)技術(shù)在我國逐漸成熟，國家研發(fā)和生產(chǎn)的包裝機設備逐漸占領(lǐng)國內(nèi)的包裝機市場，并有出口國外，填補了我國包裝機設備生產(chǎn)的空白，現(xiàn)階段基本滿足了國內(nèi)市場的需要，并發(fā)展成一定的規(guī)模，在包裝機設備的生產(chǎn)上業(yè)漸漸的多種多樣化。 隨著科技革命的不斷推進和科學技術(shù)的不斷進步,我國的包裝機械得到了極大的發(fā)展。20世紀90年代以來,包裝機械工業(yè)迅速增長，發(fā)展速度高于整個包裝工業(yè)平均增長速度%,比傳統(tǒng)的機械工業(yè)的平均增長速度高4. 7個百分點。包裝機械工業(yè)已經(jīng)成為我國國民經(jīng)濟中不可缺少的新興行業(yè)。實踐證明,在變化如此迅速的市場環(huán)境中。專用包裝機己不再

9、適用,需要柔性包裝,而機器人則可以滿足你在這方面的需要。對機器人來說,改變包裝的形狀和尺寸或者改變每個單元產(chǎn)品的數(shù)量是不成問題的.因為這是機器人原理設計時所必須完成的任務。機器人技術(shù)正有效地應用到包裝工業(yè)中,用來代替人類做一些簡單、重復或危險的工作。理論上,機器人可以不停地工作,高效率和不會受傷。圖2-1 DY-500自動折蓋封箱機目前，我國包裝機械制造業(yè)的行業(yè)集中度不高，行業(yè)競爭較為激烈。根據(jù)食品和包裝機械工業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計，中國目前有包裝機械廠商3600多家（其中規(guī)模以上企業(yè)300多家），但產(chǎn)值及銷售額超過億元的現(xiàn)在只有約20家。在技術(shù)方面，雖然近年來我國的包裝機械制造技術(shù)有了一定的發(fā)展，但是

10、與國外相比還有較大的差距，比先進國家的生產(chǎn)技術(shù)落后20年左右。2011年2月，中國食品和包裝機械工業(yè)協(xié)會發(fā)布了中國食品和包裝機械“十二五”發(fā)展規(guī)劃。根據(jù)規(guī)劃，到2015年，我國食品和包裝機械工業(yè)總產(chǎn)值將發(fā)展到4000億元。2010年中國包裝機械制造產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)品銷售收入177.05億元，同比增長29.54%；資產(chǎn)總額為189.74億元，同比增長15.53%；工業(yè)總產(chǎn)值為176.39億元，同比增長26.35%；實現(xiàn)產(chǎn)品銷售利潤24.61億元，同比增長24.65%；實現(xiàn)利潤總額11.85億元，同比增長3.95%；年末從業(yè)人員39358人，同比增長3.98%。圖2-2 PLBM-A型全自動紙餐盒機 目

11、前國內(nèi)較大的包裝機機械公司有湖北京山輕工機械股份有限公司、陜西北人印刷機械有限責任公司等。 綜上可知,我國的包裝機械行業(yè)在近些年得到了極大的發(fā)展。由于我國現(xiàn)代包裝基礎工業(yè)薄弱,對現(xiàn)代包裝高新科技、包裝機械及包裝原輔材料的研制開發(fā)能力遠遠不夠,我國包裝行業(yè)自主研發(fā)能力建設的內(nèi)在動力不足,目前技術(shù)水平的提高主要還是依靠引進的技術(shù)設備來實現(xiàn)。但我國包裝機械發(fā)展?jié)摿薮箅S著經(jīng)濟的發(fā)展，我國包裝行業(yè)不斷發(fā)展，已經(jīng)成為世界上第二大包裝大國。包裝行業(yè)已經(jīng)成功地改變了自己的附屬地位成為真正的商品。未來幾年內(nèi)，包裝設備在發(fā)展中國家的市場銷量將超過日本、美國等發(fā)達國家。3.方案論證和機構(gòu)選型 3.1 封箱機設計功

12、能分析：主功能：送，折和封送為輸送紙箱，如下圖3-1圖3-1 輸送帶 折為將紙箱上四面折合，如下圖3-2圖3-2 紙箱四面折合 封為用膠帶封箱，如下圖3-2圖3-3 膠帶封箱 3.2由功能分析進行創(chuàng)新設計3.2.1對于輸送紙箱，選用輸送帶（或鏈條），輸送帶（或鏈條）上設置有擋塊，擋住紙箱后面，推動紙箱向前運動。3.2.2紙箱折合，分為前后左右四面折合，如圖2-2,中折合先后：1-2-31處折合由前擋條在紙箱用運動中將其折合。如下圖2-4：圖3-4 紙箱折合12處折合通過擺桿將其折合，如下圖3-4：圖3-4 紙箱折合23處折合通過兩圓滑彎板在紙箱運動中將其折合，如下圖3-5：圖3-5 紙箱折合3

13、3.2.2膠帶封箱，如下圖3-6所示，通過帶有彈簧的擺桿帶動膠帶一端，在紙箱向前運動過程中膠帶粘附在紙箱上，擺桿上裝有滑輪，對膠帶進行壓合，保證膠帶粘附緊密。圖3-6 膠帶封箱示意圖 3.3 組合構(gòu)件選擇輸送紙箱選用輸送帶（或鏈條），紙箱折合1,3為固定構(gòu)件，膠帶封箱只需擺桿機構(gòu)即可，對于紙箱折合2處擺桿機構(gòu)的設計有多種方案：方案一：曲柄搖桿機構(gòu)，如下圖3-7所示，曲柄輪1通過連桿2帶動搖桿3旋轉(zhuǎn)，使紙箱頁折合。優(yōu)點:機構(gòu)簡單，易于控制，機加工方便。缺點：占用空間稍大。圖3-7 曲柄搖桿機構(gòu)方案二：凸輪滑塊機構(gòu)，如下圖3-8所示，凸輪1驅(qū)動滾子從動件2向左運動，從動件2連接滑塊3，滑塊3在搖桿

14、4上滑動，致使搖桿4擺動，完成紙箱折合動作。優(yōu)點：較靈活，控制方便。缺點：機構(gòu)較復雜，機加工復雜，成本較高。圖3-8 凸輪滑塊機構(gòu)方案三：電機直接驅(qū)動搖桿擺動，如下圖3-9所示：優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，缺點：不易控制，對電機要求較高，需加減速機構(gòu)，成本較高。圖3-9 電機驅(qū)動折合由以上三種方案均可完成紙箱折合動作，方案二雖靈活，但成本高，結(jié)構(gòu)復雜，方案三對電機要求較高，成本高，綜合考慮優(yōu)缺點，選用方案一，易于控制且機構(gòu)較簡單。4. 機構(gòu)尺度計算 4.1曲柄搖桿機構(gòu)尺度計算根據(jù)不同紙箱折合高度確定桿件5的長度，L5=150mm,設計L3=60mm,L2=73mm,L1=36.5mm,L4=87mm,由四

15、桿機構(gòu)長度關(guān)系，及曲柄搖桿機構(gòu)存在的條件，驗證：（1）桿長之和條件：L4+L1=87+36.5=123.5mm L3+L2=60+73=133mm L4+L1L3+L2(2)桿件1為最短桿，桿4為機架，符合最短桿的任一相鄰的構(gòu)建為機架得曲柄搖桿機構(gòu)的條件。圖4-1 曲柄搖桿機構(gòu)尺寸 桿件1由電機驅(qū)動，電機選用小型步進電機。4.2封箱擺桿尺度計算 擺桿根據(jù)紙箱尺寸和封箱位置確定，紙箱尺寸如下表擺桿尺寸如下圖4-2所示：圖4-2 擺桿尺寸4.3系統(tǒng)運動簡圖圖4-3 系統(tǒng)運動簡圖5. 控制部分的功能說明 系統(tǒng)控制部分主要有輸送帶和曲柄搖桿機構(gòu)兩部分通過控制電機運行狀態(tài)，進而控制皮帶和搖桿運動狀態(tài)。通

16、過Microsoft Visio 2003繪制流程圖控制系統(tǒng)流程圖，如下圖5-1所示。圖5-1 控制系統(tǒng)流程圖總 結(jié) 4月16日，在指導老師的帶領(lǐng)下，我們開始機械創(chuàng)新設計實踐課，我們的實踐課的主題是根據(jù)2015年全國機械創(chuàng)新大賽的主題而選定的，經(jīng)過我們?nèi)诵〗M討論，我組最終選定了包裝機機械裝置的設計。在老師的指導下，我們合理分工通過佰騰網(wǎng)、中國專利信息網(wǎng)網(wǎng)、國家知識產(chǎn)權(quán)局、美國專利局等查閱了大量的資料和文獻，又通過網(wǎng)絡查閱了國內(nèi)外包裝機的發(fā)展現(xiàn)狀，最終我們組確定了自己的設計思路。接下來的周末我們?nèi)齻€人在自習室開始了我們的方案討論，經(jīng)過我們的討論我們最終開始確定了方案。經(jīng)過10天的團結(jié)努力，我們最終完成了我們這次的創(chuàng)新設計。 這次實踐課是我們繼機械原理課程設計、機械設計課程設計后的又一個實踐環(huán)節(jié)，通過十天的團隊合作我們的創(chuàng)新設計成果終于出來了。這讓我們知道了創(chuàng)新的不容易，一個靈感的出現(xiàn)到具體的設計出來是需要許多的努力的！正是我們的團隊合作，不斷地討論溝通，最后才得出了我們的設計。對我們來說，每次實踐都是一次學習升華的機會，我們要好好把握。在學校了我們只能通過課本去了解知識，很多機械知識獲取只是通過做習題來掌握，機械學科是一門長期實踐的學科，很所結(jié)構(gòu)在紙上畫起來十分簡單，但應用很難。很多我們在書本上學到的知識都是理論知識，這就需要我們通過實踐課把他們進行應用，只有這樣才