唐 山 学 院

毕业设计（论文）开题报告

 

设计（论文）题目：                                                              

 

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第二篇：机械专业 本科毕业设计 全自动图书捆扎机设计 开题报告

毕业设计(论文)开题报告

题    目：     全自动图书捆扎机设计    

            （总体设计、捆扎机构设计） 

学生姓名：王叉叉   学 号：   070501115   

专    业：      机械电子工程学院        

指导教师：        吴老师（讲师）         

     20##年 3月 29日

1  文献综述

1.1  课题的目的及意义

随着包装业的迅速发展和科学技术的提高,人们对包装产品的品质和规模的要求也越来越高,使得包装工业的设备日趋自动化。

无论在国内或国外,包装工作已涉及到各行各业,面广量大,对人民生活、国际贸易和国防建设都带来深刻的影响,甚至在现代生活中出现了过去难以想象的新情况:未经包装出售的商品变得越来越少了,而且包装上的失败往往会使很好的产品得不到成功的销售。因而不妨这样说,在将来,如果没有现代化的包装就没有商品的生产和销售;可是如果没有先进的工业与科学技术的综合发展,也不可能出现高水平的现代化包装。

迄今,一些科学技术发达的国家,在食品、医药、轻工、化工、纺织、电子、仪表和兵器等工业部门,已经程度不同地形成了由原料处理、中间加工和产品包装三大基本环节所组成的包装连续化和自动化的生产过程,有的还将包装材料加工、包装容器成型及包装成品储存系统都联系起来组成高效率的流水作业线。

大量事实表明,实现包装的机械化和自动化,尤其是实现具有高度灵活性(或称柔性)的自动包装线,不仅体现了现代生产的发展方向,同时也可以获得巨大的经济效益。^[10]

1.2  打包机的发展概况

在世界范围内,包装工业的发展历史比较短些,科学技术发达的欧美各国大体上是在本世纪初叶起步的,及至五十年代步伐才大为加快。由于社会上各方面的积极推动和有力配合,终于逐步地建立起包装材料、包装印刷、包装机械等生产部门和与之相适应的科研、设计、情报、教育、学术、管理等组织机构,进而形成了独立完整的包装工业体系,且在整个国民经济中占居着重要地位。

根据近几年的统计资料得知,这些国家包装工业的总产值大约占国民经济总产值的2%左右;其中包装机械所占比重虽然不算很大,但发展迅猛,平均每年几乎以10%左右的速率增长。现在投产使用的包装机已超过千余种(约半数属于食品包装机械),同时包装联合机及自动线的配套设备已与单机等量齐观了。根据世界新技术革命的发展趋势,预料包装材料以及与此紧密相关的包装工艺和包装机械将会取得一系列新的突破,并且带动更多的产业部门进入包装行列。这种形势反过来又会影响科研、教育事业,要求未来有大批包装专家。因此,一般认为,一个国家包装工业的总水平基本能反映该国工业与科学技术现代化的进程。然而由于各国的历史条件、社会制度、经济基础及科技水平有所差异,以致各自的发展状况也出现一定的不平衡。

美国的包装工业发展较早,门类齐全,基础扎实,水平很高。仅就包装机械制造业而论,实力相当雄厚,其品种与总产值均居世界首位。由于国内已实现了工业现代化,自选市场蓬勃兴起,客观上要求包装机械沿着自动化方向发展,并将电子计算机及其他有关新技术广泛应用于生产过程。美国有许多工业企业和军事部门附设包装研究机构,充分利用实验分析手段积极从事新产品、新技术的开发与应用。至于美国包装机械制造协会主要负责组织全国包装业务与技术的交流服务工作。美国已有不少大学设置了包装工程的科系或课程,把包装教育当作公认的、正规的学术领域来建立。

日本的包装工业大体上是从第二次世界大战结束以后才开始发展起来的。因善于引进、模仿、创新、经营,仅用十余年时间就奠定了初步基础。如今,日本已建立起独立的包装工业体系,其包装工业总产值约为美国的一半而跃居世界的第二位。日本拥有一批规模不大的包装机械制造厂,侧重于开发中小型、半自动的包装机及配套设备,其技术水平好多已进入国际的先进行列。由政府资助的日本包装技术协会主要搞技术情报交流。另外设有日本包装机械工业协会,它乃是本行业的全部业务活动中心。

联邦德国的包装机械工业非常发达,现拥有几家堪称世界最大规模的包装机械制造厂,其包装机械工业总产值仅次于美国,但每年的出口总额却比其他国家遥遥领先。还值得强调的是,它同意大利、英国、法国、瑞典、瑞士等国一样,能够结合本国的具体条件实行按机种的专业化生产,以利于充分发挥各自的优势研制高效能的新型包装机来加强竞争实力。例如,联邦德国的药品、酒类、日化用品包装机,意大利的糖果、茶叶、胶囊包装机,英国的卷烟、饼干包装机,法国的乳制品包装机,瑞士的巧克力包装机,瑞典的火柴、饮料包装机及纸箱、纸浆模塑制品成套设备等等,都有久享盛誉的先进产品供应国内外市场。

除此之外,荷兰、丹麦、苏联、民主德国、罗马尼亚和加拿大等国,在发展自己的包装工业方面,也都获得了长足的进步,开始引起国际包装界的关注。

中国有着悠久的包装历史。我国古代劳动人民对包装的发展曾做出许多杰出的贡献。特别是防腐包装、防震包装和礼品包装更带有民族的传统特色,一直延续至今。可是中国的现代包装工业起步比较迟缓,解放前只有几个大城市的少数啤酒厂、汽水厂、罐头厂、卷烟厂才配备一些包装机械。到了五十年代未期,开始引进仿造,形成小规模的生产能力。

进入七十年代,主要由于对外贸易的促进,带动了整个包装行业向自成体系的方向发展。近十多年内,中央曾采取一系列有力措施,有计划地改造从前遗留下来的陈旧设备,同时采取引进与研制相结合的办法,逐步提高我国包装机械的生产水平。

总的来说我国包装机械产品与发达国家相比，其差距主要表现在：控制技术和产品可靠性方面较差，且技术更新的速度太慢，新技术、新材料、新工艺推广的范围太。整体水平比发达国家要落后20年，现在我国包装机械产品中仅有5％左右能够达到发达国家90年代初期的水平，还有20 ％的产品仅能和国外80年代的产品相比，其余60％左右仅能达到国外70年代的水平。

目前国内包装机械制造商致力于研究高科技、高素质生产及可靠的服务。现今国内比较有实力的包装机械制造商有江苏群杰包装机械、广州澳特包装机械、河南星火包装机械等等，其优胜之处在于能够提供各类生产问题的解决方案和完善的生产线，并能与相关专业公司保持长期合作的关系。

随着市场的变化，国内包装机械也在不断成长中，国内包装机械厂商向开发快速、成本较低的包装设备方向发展，且已经具备包装机械设备生产的公司对未来产品更新或增加包装机械生产线的比例将上升，特别是食品、饮料及制药业的需求最为殷切。

1.3  新型打包机的发展趋势

在国际科技迅猛发展的大环境下，打包机将会在环保性、标准化、通用化以及信息化方向发展。下面简要说明打包机的环保性发展。

由图1可以看到20##年到20##年的四年间，自动打包机市场总存量已达到15000台。由于目前使用的捆扎带材料是聚丙烯塑料，是不可降解性的，其高分子有机化合物碎粒将严重影响纸浆的回收和利用，它在残币回笼销毁过程中，从而造成环境的二次污染及资源浪费。所以，环保性应该是打包机的发展趋势之一。                                  图1  自动捆扎机的市场年容量图

除了上述发展趋势外，有些学者着重提出了打包机的节能和安全生产等方面的改进思路，这些改进的理念应当加入打包机的总体方案设计中，尽可能的使设计的成品具有这些功能特性。

1.4  自动打包机设计特点：

① 集成电路设计：新型电路设计，机械打包机采用插入式电路板控制整个打包动作和烫头温度，电路板更换相当方便,打包机服务便捷。  

② 瞬间加热，立即打包：创新高速热热熔系统设计，5秒种内可使打热片工作，使PET打包机进入最佳打包状态。  

③ 自动停机装置，省电实用：当捆包动作完成，60秒内不再操作时，打包机结构设计紧凑,马达会自动停止，进入待机状态。  

④ 新型刹车设计：自动打包机使用带盘之刹车采用特殊的弹簧设计，保证进带平稳无噪音,自动打包机价格合理。

2  本课题要设计的内容和采用的研究方法及途径：

2.1  任务要求及技术要求

本课题的任务要求是全自动打包机的整体设计、困扎机构设计。

本课题的主要技术要求

1）打包速度：≤2.5秒／道；

2）最小打包物：60mm；

3）最大紧缩力：60kgs；

4）打包pp（聚丙烯）带宽度：5mm-15mm；

5）供给电源：220V(50／60Hz)；

6）驱动马达：220V220W；

7）总功率：<850W。

2.2  总体方案设计

2.2.1  打包机原理

打包带自动打包机是将纸箱放人打包机已贮有打包带的贮带框内，按动电钮，打包带就会自动收紧，接头处粘合，切断打包带，完成打包工作。

打包机的工艺流程共五个部分:

送纸带—收紧纸带—烫头动作—压烫切带—烫板退出

送纸带:由一对输送轮将纸带送人贮带框内备打包用。

收紧纸带:当第一压脚将纸带头压紧后，由于张紧轮的转动，将纸带从贮带框内拉出，围在纸箱上，再将纸带收紧到适当的程度，调节压轮的压力可改变纸带的张力。

烫头动作:当纸带收紧后，在纸带接头处，烫头动作到相应位置。

压烫切带:烫头动作到相应位置后，第三压脚上升，将纸带压在压脚与烫板之间进行压烫粘合。紧接着第二压脚上升作同样压烫，同时由于第一压脚与第二压脚的刀口作用，将纸带切断。

烫板退出:在纸带粘合后，由于纸带在烫板下面必须将烫板退出，使纸带上来后烫板再复位。

图2  自动打包机示意图

1-箱体 2-张紧轮 3-输送轮 4-烫板 5-贮带框 6-压脚 7-烫头 8-压轮

9-打包带 10-凸轮 11-滑轮 12-涡轮箱 13-纸袋盘 14-重锤

2.2.2  打包机的技术参数设计

打包机的主要技术参数包括：①打包速度；②压紧力矩；③打包强度；④消耗功率；⑤外形尺寸。

打包速度体现了打包机的性价比，但不是越快越好；因为速度过快可能会造成打包失败率高，所以在打包速度及打包成功率之间要有个平衡点。目前的全自动打包机的标定速度各个序列均可存在，在保证打包成功率的前提下，打包速度应尽可能提高，打包机的性价比是一个重要参数。

压紧力矩也是打包紧度和打包变形的一个重要指标，压紧力矩并非越大越好，压力越大捆得越紧是一个误解，打包紧度并不是只靠压紧力决定的，还与抽带、脱带等技术措施以及打包带延伸率等因素有关。因此，在打包机构动作设计配合合理的基础上，在本次设计中还要在合适的压紧力矩间找到一个最佳的平衡点。

打包强度是打包带自身质量、打包机捆紧能力和接头烫合质量的综合放映，对于打包书籍在储存、运输过程中的散捆性有很大关系。目前市场上大部分打包机样本均未对标定打包强度指标作出要求。在本次设计中打包强度必须达到合适的实际应用要求，否则设计失败。

消耗功率与压紧电机及烫头有直接关系，合理的压紧力、低功耗的烫合方式可以降低消耗功率。

外形尺寸一般要求越小越好，以尽量减小打包机所占位置的面积。在本次设计中尽可能的使用环保型打包带，这就要求打包机在与环保型打包带的匹配上，除了要进行送料机构及送料方式的适应性改进设计外，还应进行烫合装置及烫合方式的适应性改进。

2.3  换向机构设计

自动换向机构一般具有结构简单、可靠安全、平稳、冲击小、寿命长等特点，而自动换向机构性能的好坏，直接影响到往复系统的整体性能。传统的机械传动己很难适应现代工艺要求，逐步取而代之的是通过液压缸实现往复运动。目前，我国使用较多的往复液压缸换向机构按照原理和结构特点可分为:机动一液控、机动一电控、液控和电控四大类，下表简要的就这几种液压换向机构进行对比介绍。

表1  几种液压自动换向机构的比较^[5]

通过对比比较，考虑打包机的成本、反馈要求、结构简单、安全性等问题，本设计倾向于使用机控-电控自动换向方案。

2.4  机械传动设计

工作机一般都要靠原动机供给一定形式的能量（绝大多数是机械能）才能工作。但是，把原动机和工作机直接连接起来的情况是很少的，往往需要在二者之间加入传递动力或改变运动状态的传动装置。机械传动按传动的工作原理分为摩擦传动、啮合传动、液力传动和气力传动，其中最常见的是摩擦传动、啮合传动。^[6]

 

图3  机械传动分类图

普通带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉、缓冲吸振、过载保护等特点，加之本次设计不需要恒定的传动比，因此本设计传动部分选用普通带传动。

2.5  烫合部分设计

目前打包带的烫合方式有两种，一种是电热融合；一种是高速摩擦塑料熔化烫合。电热融合的缺点是在烫合时会产生烟雾和气味，存在气味污染问题。高速摩擦塑料熔化烫合减少了气味污染，但产生了摩擦时的高分贝噪音污染。因此，在打包带材料更新为环保材料，如何减少或消除噪音污染或气味污染，是在接下来的工作中认真思考的。

2.6  本课题所采用的研究方法及途径

本次设计主要是根据机械设计的一般方法——比较法，公式法，理论法以及标准法。即国内外已有得同类型机种得参数尺寸，结合我们要设计机型得具体要求，参照确定其参数尺寸。

本次设计主要是通过调查分析、方案拟定、技术设计、结构设计、修改完善五个环节完成设计。

通过调研，收集到了目前国内打包机的一些资料，并了解了这类设备的使用情况。

参 考 文 献

1  尹成湖.机械制造技术基础[M]. 北京 :高等教育出版社 , 2008

2  杨叔子，杨克冲等.机械工程控制基础[M]. 武汉 :华中科技大学出版社 , 2005

3  王先逵 .机械制造工艺学[M]. 北京 :机械工业出版社,  20##

4  毛平淮.互换性与测量基础[M].北京：机械工业出版社 ,2006

5  董璐，郭楚文，侯友夫.几种液压自动换向机构的分析与比较.《机床与液压》20##年2月第36卷第二期

6  濮良贵，纪名刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社, 2006

7  黄颖为.包装机械结构与设计[M].北京：化学工业出版社，2007

8  高德.包装机械设计[M].北京：化学工业出版社，2005

9  朱建萍，王鹏.包装机械设计方法研究.《包装工程》20##年第28卷第7期

10  张继红，王桥医.包装机械系统运动方案的创新设计.《包装工程》20##年

11  彭国勋.论我国包装机械的振兴之路.《包装与食品机械》20##年第22卷第2期

12  汪再文.世界包装机械发展趋势.《中国包装工业》20##年第10期

13  哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学. 北京：高等教育出版社, 2002