蓄電池?zé)岱鈾C(jī)氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)【11張CAD圖紙+畢業(yè)論文+任務(wù)書+開題報(bào)告+答辯稿】,11張CAD圖紙+畢業(yè)論文+任務(wù)書+開題報(bào)告+答辯稿,蓄電池,熱封機(jī),氣動(dòng),系統(tǒng),設(shè)計(jì),11,CAD,圖紙,畢業(yè)論文,任務(wù)書,開題,報(bào)告,答辯 設(shè)計(jì)題目： 蓄電池?zé)岱鈾C(jī)氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè)年級： 2011級機(jī)械制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號： 姓 名： 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： （簽名） 摘 要 汽車工業(yè)成為我國國民經(jīng)濟(jì)的四大支柱產(chǎn)業(yè)之一，車用蓄電池隨汽車產(chǎn)業(yè)的增長而發(fā)展。 熱封機(jī)是一種包裝機(jī)械，目前在我國非常落后，本設(shè)計(jì)為設(shè)計(jì)一臺全自動(dòng)塑料盒熱封機(jī)，用于蓄電池的包裝。通過分析熱封機(jī)的工藝過程與組成、使用條件、功能及設(shè)計(jì)參數(shù)的分析，將機(jī)器的總功能分為功能元，提出各功能元的最優(yōu)方案；根據(jù)最優(yōu)方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、具體零部件的材料選擇、強(qiáng)度計(jì)算，最終確定零部件結(jié)構(gòu)尺寸；再根據(jù)總體方案進(jìn)行系統(tǒng)的總驅(qū)動(dòng)、總控制設(shè)計(jì)。經(jīng)過一番對氣動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的研究，了解其工作原理及控制方法，就可以認(rèn)識到熱封機(jī)的工作過程。 蓄電池外殼熱熱封機(jī)的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是由一個(gè)機(jī)架組架、上料傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、上下料機(jī)構(gòu)、精密模架雙頭封口機(jī)構(gòu)、氣缸-連桿増力機(jī)構(gòu)和氣動(dòng)系統(tǒng)、液壓缸-連桿増力機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)、電器控制系統(tǒng)及軟件。其所實(shí)現(xiàn)的快速封口主要由上下料機(jī)構(gòu)決定，其主要由三個(gè)氣缸-連桿機(jī)構(gòu)統(tǒng)和三個(gè)具有雙圓弧的推動(dòng)薄片所形成的動(dòng)力系統(tǒng)，盛放上下料機(jī)構(gòu)的側(cè)立板以及其上的定位裝置和精密模架雙頭封口機(jī)構(gòu)。 此熱封機(jī)通過氣缸來實(shí)現(xiàn)盒子的運(yùn)動(dòng)，加熱，冷卻及夾緊。通過此熱封機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)人力的解放，并更好的保證了產(chǎn)品的安全，提高包裝質(zhì)量，提升生產(chǎn)效率，進(jìn)而獲得更大的利潤。 關(guān)鍵詞：熱封機(jī)；功能；氣動(dòng)系統(tǒng)； Abstract Auto industry become one of the four pillar industries of the national economy, the car battery increases with the increase of the auto industry development. Heat sealing machine is a kind of packaging machinery, at present in our country is very backward, and the design for the design of a automatic box plastic heat sealing machine, used for the packing of the battery. By analyzing the technological process and the factors of the heat sealing machine, the analysis of the conditions of use, function and design parameters to machine the general function is divided into function of yuan, yuan each function is the optimal solution; According to the structure design, the optimal scheme for specific parts of material selection, strength calculation, final parts structure size; According to the overall plan for total drive, total control of the system design. After a study of pneumatic system and control system, its working principle and control method, can realize the working process of the heat sealing machine. Battery shell hot sealing machine the basic structure of the design is composed of a frame set, loading transmission mechanism, fluctuation mechanism, precision die set double sealing mechanism - connecting rod, cylinder raised force and pneumatic systems, hydraulic cylinder connecting rod rights force mechanism and hydraulic system, electrical control system and software. The implementation of rapid sealing is mainly decided by the up-down material institutions, mainly by the three cylinder - linkage series and has a dynamic system which is formed by the double circular arc push chips, cheng fang institution of up and down on the side plate and its positioning device and precision die set double sealing mechanism. The heat sealing machine by cylinder box movement, heating, cooling and clamping. Through the heat sealing machine, can realize the human liberation, and better ensure the safety of product, improve the quality of packaging, improve production efficiency, and gain more profit. Key words: Sealing machine；function； pneumatic system； 目錄 摘 要 I Abstract II 1 緒論 1 1.1 本課題的研究內(nèi)容和目的 1 1.1.1 本課題的研究目的 1 1.1.2 本課題研究的主要內(nèi)容 1 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 2 1.2.1 包裝機(jī)械的概述 2 1.2.2 封口機(jī)的概述 2 2 課題解析及其任務(wù)設(shè)計(jì) 5 2.1 課題背景及意義 5 2.2 塑料盒設(shè)計(jì)內(nèi)容及技術(shù)參數(shù)?、要求 5 2.2.1 設(shè)計(jì)用途 5 2.2.2 設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù) 5 2.2.3 塑料盒技術(shù)要求 6 2.3 進(jìn)行該設(shè)計(jì)的知識準(zhǔn)備 6 3 總體方案的制定與設(shè)計(jì) 7 3.1 塑料盒的總功能分析 7 3.2 功能分解 8 3.2.1 塑料盒封口功能的分解 8 3.2.2 塑料盒自動(dòng)輸送功能的分解 8 3.2.3 過程控制 9 3.3 各功能元的原理方案設(shè)計(jì)、分析、評價(jià)及選定 9 3.3.1 熱熔式封接 9 3.3.2 封口裝置的移動(dòng) 9 3.3.3 封口參數(shù)的制定 10 3.3.4 塑料盒的定位 10 3.3.5 塑料的夾緊 11 3.3.6 塑料盒的移動(dòng) 11 3.3.7 塑料盒的驅(qū)動(dòng) 12 3.3.8 塑料盒輸送的控制 12 4 加熱裝置的設(shè)計(jì) 13 4.1 氣缸的設(shè)計(jì)及計(jì)算 13 4.1.1 確定氣缸行程 13 4.1.2 確定氣缸結(jié)構(gòu)類型 13 4.2 加熱模板的設(shè)計(jì) 14 4.2.1 技術(shù)關(guān)鍵 14 4.2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14 4.3 加熱裝置的其他結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 15 4.3.1 加熱裝置位置調(diào)整設(shè)計(jì) 15 5 冷卻裝置的設(shè)計(jì) 17 5.1 冷卻模板的設(shè)計(jì) 17 5.1.1 冷卻模板設(shè)計(jì)的技術(shù)關(guān)鍵 17 5.1.2 冷卻模板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17 5.2 冷卻裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18 6盒輸送裝置的設(shè)計(jì) 19 6.1 盒輸送裝置設(shè)計(jì)原理 19 6.2 盒輸送氣缸設(shè)計(jì)、計(jì)算 19 6.2.1 氣缸類型及結(jié)構(gòu)的選擇 19 6.2.2 氣缸參數(shù)計(jì)算 19 6.3 推板導(dǎo)向裝置 20 6.3.1 直線導(dǎo)軌副類型的選擇 20 6.3.2 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的參數(shù)選擇計(jì)算 20 6.3.3 選型 22 7 蓄電池?zé)岱鈾C(jī)總體設(shè)計(jì) 24 7.1 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 24 7.2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 25 7.2.1 控制流程圖 25 7.2.2 I／O點(diǎn)分配 25 7.2.3 程序梯度圖 27 7.3 機(jī)架設(shè)計(jì) 27 7.4 總裝圖 29 8 結(jié)論 30 參考文獻(xiàn) 31 致 謝 32 I 1 緒論 1.1 本課題的研究內(nèi)容和目的 1.1.1 本課題的研究目的 現(xiàn)階段我國蓄電池?zé)岱鈾C(jī)設(shè)備較落后，基本為手工和半自動(dòng)封口，其中存在較多的安全隱患，而且人工的勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)能力小，質(zhì)量較低。本設(shè)計(jì)蓄電池?zé)岱鈾C(jī)用于蓄電池外殼的盒蓋與盒身的熱壓密封。既可以提高生產(chǎn)率，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，還可以消除安全隱患提高了該行業(yè)設(shè)備的自動(dòng)化與先進(jìn)性，質(zhì)量得以提高。 1.1.2 本課題研究的主要內(nèi)容 1）蓄電池?zé)岱鈾C(jī)的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是由一個(gè)機(jī)架組架、上料傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、上下料機(jī)構(gòu)、精密模架雙頭封口機(jī)構(gòu)、氣缸-連桿増力機(jī)構(gòu)和氣動(dòng)系統(tǒng)、液壓缸-連桿増力機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)、電器控制系統(tǒng)及軟件。其所實(shí)現(xiàn)的快速封口主要由上下料機(jī)構(gòu)決定，其主要由三個(gè)氣缸-連桿機(jī)構(gòu)統(tǒng)和三個(gè)具有雙圓弧的推動(dòng)薄片所形成的動(dòng)力系統(tǒng)，盛放上下料機(jī)構(gòu)的側(cè)立板以及其上的定位裝置和精密模架雙頭封口機(jī)構(gòu)。其運(yùn)行過程為蓄電池在上料傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上運(yùn)行到指定位置，氣動(dòng)-連桿機(jī)構(gòu)啟動(dòng)，推動(dòng)雙圓弧薄片將兩個(gè)電池推到上下料機(jī)構(gòu)上，在固定的定位系統(tǒng)上定位，液壓缸-連桿機(jī)構(gòu)啟動(dòng)，通過機(jī)架組傳動(dòng)系統(tǒng)使精密模架封口機(jī)構(gòu)快速向下運(yùn)動(dòng)，是電池快速封口，在向上運(yùn)動(dòng)，回到原來的位置，第二個(gè)氣缸-連桿機(jī)構(gòu)啟動(dòng)，將兩個(gè)電池推到橫向定位系統(tǒng)上，第三個(gè)氣缸-連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)行，將兩個(gè)電池推到上料傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上運(yùn)到包裝線上。由電器系統(tǒng)和軟件控制的上述氣動(dòng)系統(tǒng)，使其連續(xù)不斷的進(jìn)行生產(chǎn)。其中第二和第三氣缸-連桿機(jī)構(gòu)可以同時(shí)啟動(dòng)，這樣可以節(jié)省時(shí)間提高效率。架組件包括方形機(jī)架及其地腳，在方形機(jī)架上安裝有下支板、中支板和上支板；在下支板和中支板之間對稱安裝有兩個(gè)支撐筒，支撐筒內(nèi)分別安裝有拉桿，且拉桿過中支板與上支板連接；在兩個(gè)支撐筒中間，下支板上安裝液壓缸-連桿機(jī)構(gòu)及液壓系統(tǒng)。在中中支板和上支板之間安裝精密模架雙頭封口機(jī)構(gòu)；在中支板上面安裝著上料傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和上料傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的側(cè)立板，側(cè)立板的中間部位安裝有上下料機(jī)構(gòu)；中支板下面安裝有氣動(dòng)系統(tǒng)；電器控制系統(tǒng)安裝在所述的方形機(jī)架的右端。 2）蓄電池?zé)岱鈾C(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化：緊密的排放各種機(jī)構(gòu)節(jié)省空間，將機(jī)構(gòu)的各個(gè)零件打磨，在不影響精度的情況下節(jié)省材料、美觀、安裝方便。改良電器控制統(tǒng)及軟件，使其不斷的進(jìn)行加工并且不互相干涉。 3）蓄電池外殼熱封口機(jī)結(jié)構(gòu)的二維圖是由機(jī)構(gòu)的主視圖、俯視圖、液壓缸-連桿機(jī)構(gòu)的局部視圖，電器控制系統(tǒng)電路圖、氣動(dòng)系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)的控制系統(tǒng)回路圖。 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 1.2.1 包裝機(jī)械的概述 包裝機(jī)械是指能完成全部或部分產(chǎn)品和商品包裝過程的機(jī)械。包裝過程包括充填、裹包、封口等主要工序，以及與其相關(guān)的前后工序，如清洗、堆碼和拆卸等。此外，包裝還包括計(jì)量或在包裝件上蓋印等工序。使用機(jī)械包裝產(chǎn)品可提高生產(chǎn)率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的需要，并滿足清潔衛(wèi)生的要求。經(jīng)過20 多年的發(fā)展，我國包裝機(jī)械已成為機(jī)械工業(yè)中十大行業(yè)之一，無論是產(chǎn)量還是產(chǎn)值，均取得了令人矚目的成就。 據(jù)《中國包裝機(jī)械伺服系統(tǒng)行業(yè)市場調(diào)研與發(fā)展前景分析報(bào)告》顯示，2011年1-12月，包裝專用設(shè)備制造業(yè)銷售收入總額達(dá)到232.141億元，同比增長27.39%，高于工業(yè)平均水平。2011年行業(yè)銷售增長速度較快。 2012年1-9月，包裝專用設(shè)備制造業(yè)銷售收入總額達(dá)到179.445億元，同比增長15.17%，高于工業(yè)平均水平。2012年1-12月，全國包裝專用設(shè)備累計(jì)產(chǎn)量為86926臺，比上年同期增長了14.47%。 中國已經(jīng)成為世界最大的商品生產(chǎn)和出口大國，與此同時(shí)，全球的目光也聚焦在發(fā)展最快、規(guī)模最大、最具潛力的中國包裝市場。盡管國內(nèi)包裝機(jī)械市場前景廣闊，但諸如單機(jī)自動(dòng)化、穩(wěn)定性和可靠性差、外觀造型不美觀、壽命短等問題也使國內(nèi)包裝機(jī)械產(chǎn)品飽受詬病。 1.2.2 封口機(jī)的概述 封口機(jī)是將充填有包裝物的容器進(jìn)行封口的機(jī)械，在產(chǎn)品裝入包裝容器后，為了使產(chǎn)品得以密封保存，保持產(chǎn)品質(zhì)量，避免產(chǎn)品流失，需要對包裝容器進(jìn)行封口，這種操作是在封口機(jī)上完成的。封口機(jī)是指在包裝容器盛裝產(chǎn)品后，對容器進(jìn)行封口的機(jī)械。 制作包裝容器的材料很多，如紙類、塑料、玻璃、陶瓷、金屬、復(fù)合材料等，而包裝容器的形態(tài)及物理性能也各不相同，因此，所采用的封口形式及封口裝置也不一樣。 ①無封口材料封口機(jī)。包括熱壓式、冷壓式、熔焊式、插合式、折疊式等封口機(jī)。 ②有封口材料封口機(jī)。包括旋合式、滾紋式、卷邊式、壓合式等封口機(jī)。 ③有輔助封口材料封口機(jī)。包括膠帶式、粘結(jié)式、釘合式、結(jié)扎式、縫合式等封口機(jī)。 一般按包裝材料的力學(xué)性能，它可分以下兩類： (1)柔性容器封口裝置 柔性容器是用柔性材料，如紙張、塑料薄膜、復(fù)合薄膜等制作的袋類容器。這類容器的封口多與制袋、充填構(gòu)成聯(lián)合機(jī)，很少獨(dú)立使用，由于材料不同，其封口裝置也不一樣。 ①紙袋封口裝置。對于紙類材料，一般采用在封口處涂刷粘合劑，再施以機(jī)械壓力封口。 ②塑料薄膜袋及復(fù)合薄膜袋封口裝置。很多塑料具有良好的熱封性，用這類塑料制作的塑料袋或復(fù)合袋，一般采用在封口處直接加熱并施以機(jī)械壓力，使其熔合封口。 (2)剛性容器封口機(jī) 剛性容器是指容器成型后其形狀不易改變的容器，其封口多用不同形式的蓋子，常用的封口機(jī)有以下幾種： ①旋蓋封口機(jī)。這種封蓋事先加工出內(nèi)螺紋，螺紋有單頭或多頭之分。如藥瓶多用單頭螺紋，罐頭瓶多用多頭螺紋。該機(jī)是靠旋轉(zhuǎn)封蓋，而將其壓緊于容器口部。 ②滾紋封口機(jī)。這種封蓋多用鋁制，事先未有螺紋，是用滾輪滾壓鋁蓋，使之出現(xiàn)與瓶口螺紋形狀完全相同的螺紋，而將容器密封。這種蓋子在啟封時(shí)將沿裙部周邊的壓痕斷開，而無法復(fù)原，故又稱“防盜蓋”。該機(jī)多用于高檔酒類，飲料的封口包裝。 ③滾邊封口機(jī)。它是先將筒形金屬蓋套在瓶口，用滾輪滾壓其底邊，使其內(nèi)翻變形，緊扣住瓶口凸緣而將其封口。該機(jī)多用于廣口罐頭瓶等的封口包裝。 ④壓蓋封口機(jī)。它是專門用于啤酒、汽水等飲料的皇冠蓋封口機(jī)。將皇冠蓋置于瓶口，該機(jī)的壓蓋模下壓，皇冠蓋的波紋周邊被擠壓內(nèi)縮，卡在瓶口頸部的凸緣上，造成瓶蓋與瓶口間的機(jī)械勾連，從而將瓶子封口。 ⑤壓塞封口機(jī)。這種封口材料是用橡膠、塑料、軟木等具有一定彈性的材料做成的瓶塞，利用其本身的彈性變形來密封瓶口。該機(jī)封口時(shí)，將瓶塞置于瓶口上方，通過對瓶塞的垂直方向的壓力將其壓入瓶口來實(shí)現(xiàn)封口包裝。壓塞封口既可用作單獨(dú)封口，也可與瓶蓋一起用作組合封口。 ⑥卷邊封口機(jī)。該機(jī)主要用作金屬食品罐的封口。它用滾輪將罐蓋與罐身凸緣的周邊，通過互相卷曲、鉤合、壓緊來實(shí)現(xiàn)密封包裝。 一般封口機(jī)由機(jī)架、減速調(diào)速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，封口印字機(jī)構(gòu)，輸送裝置及電器電子控制系統(tǒng)等部件組成。 接通電源，各機(jī)構(gòu)開始工作，電熱元件通電后加熱，使上下加熱塊急劇升溫，并通過溫度控制系統(tǒng)調(diào)整到所需溫度，壓印輪轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)需要冷卻系統(tǒng)開始冷卻，輸送帶送轉(zhuǎn)、并由調(diào)速裝置調(diào)整到所需的速度。 當(dāng)裝有物品的包裝放置在輸送帶上，袋的封口部分被自動(dòng)送入運(yùn)轉(zhuǎn)中的兩根封口帶之間，并帶入加熱區(qū)，加熱塊的熱量通過封口帶傳輸?shù)酱姆饪诓糠?，使薄膜受熱熔軟，再通過冷卻區(qū)，使薄膜表面溫度適當(dāng)下降，然后經(jīng)過滾花輪（或印字輪）滾壓，使封口部分上下塑料薄膜粘合并壓制出網(wǎng)狀花紋（或印制標(biāo)志），再由導(dǎo)向橡膠帶與輸送帶將封好的包裝袋送出機(jī)外，完成封口作業(yè)[4]。 2 課題解析及其任務(wù)設(shè)計(jì) 2.1 課題背景及意義 目前我國蓄電池塑料盒封口設(shè)備比較落后，基本為手工和半自動(dòng)封口，不但存在許多安全隱患，而且工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)能力非常小，包裝質(zhì)量很難保證。本設(shè)計(jì)為一臺蓄電池?zé)岱鈿鈩?dòng)設(shè)計(jì)，用于蓄電池塑料盒的盒蓋與盒身的焊接封口。該封口機(jī)既可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)還可以消除安全隱患，提高了塑料盒封口設(shè)備的自動(dòng)化和先進(jìn)性，而且產(chǎn)品的封口質(zhì)量更容易保證。 通過設(shè)計(jì)這臺機(jī)器，可以掌握相關(guān)的知識及技能，了解蓄電池外殼熱封口機(jī)的整體的設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)理念，對提高綜合分析問題和解決問題的能力及社會(huì)競爭力有積極的作用。 2.2 塑料盒設(shè)計(jì)內(nèi)容及技術(shù)參數(shù)?、要求 2.2.1 設(shè)計(jì)用途 用于蓄電池塑料盒的盒蓋與盒身的焊接封口 2.2.2 設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù) (1) 蓄電池型號：BT-HSE-38-12； (2) 生產(chǎn)批量： 30盒/小時(shí)； (3) 塑件圖：如圖1所示為蓄電池盒外形圖， (4) 蓄電池總重量：12.7kg； (5) 封口壓力：500～1000N。 圖1蓄電池盒外形圖 2.2.3 塑料盒技術(shù)要求 (1)塑料盒的輸送為全自動(dòng)方式。 (2)塑料盒封接時(shí)的溫度、時(shí)間、壓力可調(diào)。 (3)塑料包裝盒封接質(zhì)量應(yīng)滿足氣密性檢驗(yàn)要求：向盒內(nèi)充正壓，壓差為30397.5Pa，包裝盒不漏氣為合格。 (4)塑料盒封口深度不大于4 mm。 (5)封接工位應(yīng)有防爆裝置。 2.3 進(jìn)行該設(shè)計(jì)的知識準(zhǔn)備 (1)掌握基本的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識。 (2)掌握塑料盒的封接方法等方面的知識。 (3)掌握機(jī)器設(shè)計(jì)過程和現(xiàn)代設(shè)計(jì)的一般方法。 (4)熟練使用AutoCAD進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)。 3 總體方案的制定與設(shè)計(jì) 總體方案設(shè)計(jì)的步驟如圖3.1所示 圖3.1 3.1 塑料盒的總功能分析 塑料盒封口機(jī)要完成塑料盒盒身與盒蓋的封口，并且封口的過程要自動(dòng)完成，因此，必須具有以下幾種功能： (1)塑料盒的封口。完成塑料盒盒身與盒蓋的封口，滿足氣密性檢驗(yàn)要求。 (2)塑料盒的自動(dòng)輸送。裝有彈藥引信的塑料盒從進(jìn)入封口機(jī)直到封口完成輸出，全部自動(dòng)完成，不需要人工操作。 (3)過程的控制。能根據(jù)生產(chǎn)需要控制生產(chǎn)節(jié)拍，塑料盒輸送的運(yùn)行與停止，封口參數(shù)的調(diào)節(jié)控制，封口裝置的運(yùn)行與停止。 3.2 功能分解 可以將總功能分解為分功能，分功能繼續(xù)分解，直至功能元。功能分解可利用樹狀結(jié)構(gòu)來表示，這樣就很容易確定各功能元的原理、方案。再通過對各功能元的原理、方案的分析、比較、評價(jià)和優(yōu)選，確定出合理方案，將各功能元方案進(jìn)行組合，整臺機(jī)器的原理方案就設(shè)計(jì)出來了[7]。 3.2.1 塑料盒封口功能的分解 塑料盒封口功能可以利用功能樹分解為如圖3.2所示的最小功能元。 圖3.2 3.2.2 塑料盒自動(dòng)輸送功能的分解 塑料盒自動(dòng)輸送功能可以利用功能樹分解為如圖3.3所示的最小功能元。 圖3.3 3.2.3 過程控制 過程控制功能的各功能元已經(jīng)分解到塑料盒的封口與輸送功能中，不需要單獨(dú)進(jìn)行分解。 3.3 各功能元的原理方案設(shè)計(jì)、分析、評價(jià)及選定 原理、方案設(shè)計(jì)與構(gòu)思的著重點(diǎn)在于：第一，同一種功能，可用不同的技術(shù)過程來實(shí)現(xiàn)；第二，選用不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，對應(yīng)不同的功能；第三，同一種功能，可選用不同的工作原理、不同的機(jī)構(gòu)來滿足。 評價(jià)就是對各方案進(jìn)行比較和評定，最后選定最佳方案。評價(jià)的目標(biāo)一般包括三個(gè)方面的內(nèi)容：第一，技術(shù)評價(jià)，即評價(jià)原理、方案在技術(shù)上的可行性和先進(jìn)性，包括性能指標(biāo)、可靠性、使用維護(hù)性等。第二，經(jīng)濟(jì)評價(jià)，即評價(jià)方案的經(jīng)濟(jì)效益，包括制造成本、使用成本及設(shè)備運(yùn)行時(shí)的輔助設(shè)施費(fèi)用等。使用成本包括運(yùn)行電費(fèi)、維修費(fèi)、人員工資等費(fèi)用，這些費(fèi)用可參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算或估算。第三，社會(huì)評價(jià)目標(biāo)，即評價(jià)方案實(shí)施后對社會(huì)帶來的效益和影響，包括是否符合國家科技發(fā)展規(guī)劃和政策，是否有益于改善環(huán)境(節(jié)能、環(huán)保、安全等)，是否有利于資源開發(fā)和新能源的利用等。 方案的決策不能只從方案本身的某一性能指標(biāo)出發(fā)，還應(yīng)考慮以整個(gè)方案的總體目標(biāo)為核心的有關(guān)方面的總體平衡。 我們可以將封口機(jī)的功能元分為：封口形式、封口裝置的移動(dòng)、封口參數(shù)的控制、塑料盒的定位、塑料盒的夾緊；運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)的制動(dòng)、傳動(dòng)的速度調(diào)節(jié)；原理方案的設(shè)計(jì)，就是設(shè)計(jì)出這些分功能的具體原理、方案，最后進(jìn)行組合。 3.3.1 熱熔式封接 熱熔式封接：常用電熱絲、電熱管、—真空熱管對板形：棒形、帶形和異形等元件進(jìn)行恒溫加熱，然后將熱元件靠近塑料封口部位，使塑料包裝材料加熱熔融，再加壓封接。這是一種最為簡單的熱封方法，一般為交流供電，可按所封接的塑料材料所需熱封溫度實(shí)行恒溫自控。熱板熱封常制成板形，以適應(yīng)封口的包裝容器的形狀，封接時(shí)加熱元件與所熱封包裝容器保持相對靜止不動(dòng)，以滿足將封接部位塑料熔融的需要；但須保證封接元件不與所封接的塑料材料粘接。 3.3.2 封口裝置的移動(dòng) 要對塑料盒進(jìn)行封接，采用熱熔封接方式進(jìn)行封接，封口加熱裝置就要移動(dòng)至盒身與盒蓋的接縫處；封接結(jié)束后，封口裝置需離開塑料盒，以便塑料盒向后輸送。因此，封口裝置的移動(dòng)應(yīng)為直線式。由于裝有彈藥引信的塑料盒不能側(cè)放或倒放，因而封口裝置最簡單的運(yùn)動(dòng)方式為上下直線移動(dòng)。能夠?qū)崿F(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)很多，如四桿機(jī)構(gòu)、齒輪齒條、氣動(dòng)系統(tǒng)的氣缸等。 由于四桿機(jī)構(gòu)、齒輪齒條等機(jī)械機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力須由電機(jī)實(shí)現(xiàn)，或從其他的運(yùn)動(dòng)原件傳送過來，因此，運(yùn)動(dòng)鏈相對較長，成本較高，而且當(dāng)需要單獨(dú)改變封接參數(shù)時(shí)，控制比較麻煩。 采用氣壓傳動(dòng)的氣缸實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)相對就比較簡單。對于彈藥引信的包裝來說，氣壓傳動(dòng)使用安全，無爆炸和電擊危險(xiǎn)，有過載保護(hù)能力。另外，通過調(diào)節(jié)氣源壓力，就可以調(diào)節(jié)封口裝置加熱板封口時(shí)壓力的大小，封口時(shí)間的大小隨時(shí)通過控制氣缸電磁閥的開啟就可以實(shí)現(xiàn)。氣缸實(shí)現(xiàn)封口裝置的上下運(yùn)動(dòng)，不但結(jié)構(gòu)簡單而且調(diào)整方便，工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射、振動(dòng)等惡劣工作環(huán)境中，比其他傳動(dòng)裝置具有優(yōu)越性，而且成本低，過載能自動(dòng)保護(hù)。因此，封口裝置的移動(dòng)由氣缸來完成。 3.3.3 封口參數(shù)的制定 熱熔式塑料封口的質(zhì)量由溫度、時(shí)間、壓力三因素決定。當(dāng)溫度一定時(shí)，封接時(shí)間隨壓力的增大而降低；當(dāng)封接壓力一定時(shí)，封接時(shí)間隨封接溫度的升高而降低。對于該塑料盒的封口來說，可以控制溫度、時(shí)間、壓力三個(gè)參數(shù)來保證封口質(zhì)量。 (1)壓力的調(diào)整。通過對彈簧的合理設(shè)計(jì)，調(diào)整彈簧的壓縮量，就可以實(shí)現(xiàn)封口裝置所需的壓力，但這種方式調(diào)整起來不方便，而且增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度。封口裝置的移動(dòng)采用氣缸來實(shí)現(xiàn)，氣缸輸出力的大小由氣源壓力、氣缸缸徑?jīng)Q定。當(dāng)氣缸選定時(shí)，只要調(diào)整氣源壓力就可以調(diào)整整個(gè)封口壓力。 (2)溫度的調(diào)整與控制。對聚乙烯的封口來說，封接溫度達(dá)到110一160℃時(shí)，塑料就可以變粘、熔融。由于封接溫度本身就為一范圍，需要進(jìn)行調(diào)整，選擇合適的溫度，另外，當(dāng)其他參數(shù)改變時(shí)，封接溫度也需調(diào)整改變，因此必須進(jìn)行封接溫度的調(diào)整。但一旦溫度調(diào)整合適，在其他參數(shù)無改變的情況下，溫度要保持恒定值才能達(dá)到所需的封口質(zhì)量。其次，在生產(chǎn)的過程中要對溫度進(jìn)行控制，保證其在所定溫度的℃范圍內(nèi)變化。這就需要在加熱封口裝置上安裝溫度傳感器(熱電偶)。當(dāng)熱電偶測量的溫度達(dá)不到要求時(shí)，控制裝置對溫度進(jìn)行控制。 3.3.4 塑料盒的定位 由于本封口機(jī)為全自動(dòng)，因此，塑料盒輸送是要達(dá)到規(guī)定的位置，也就是在封口裝置下方停止。機(jī)械傳動(dòng)有誤差，需消除傳動(dòng)誤差，對塑料盒進(jìn)行定位，使熱封裝置能準(zhǔn)確對準(zhǔn)塑料盒封口處。 方案一，如圖3.4所示，在封口位置處加一擋塊(動(dòng)定位板)，在塑料盒到達(dá)前向前伸出將塑料盒擋住，這就解決了傳送方向的前后誤差，但擋塊解決不了與傳送方向垂直的誤差。 方案二，如圖3.5所示，當(dāng)塑料盒輸送到指定位置后，為了消除塑料盒相對封口裝置的位置誤差，用一開有喇叭口的板對塑料盒進(jìn)行重新定位，由于該板對塑料盒的三個(gè)方向進(jìn)行了定位，因此定位準(zhǔn)確。 塑料盒定位裝置選擇方案二。定位板的運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)。 圖3.4 盒前后定位 圖3.5 盒三方向定位 3.3.5 塑料的夾緊 當(dāng)加熱裝置對塑料盒盒身與盒蓋向下進(jìn)行加熱、加壓時(shí)，會(huì)引起塑料盒身的變形，影響將來塑料盒的下一步裝箱。因此，在封接時(shí)要保證塑料盒不變形，應(yīng)對其進(jìn)行夾緊。由于在定位時(shí)塑料盒的三面已經(jīng)夾緊，因而只要在塑料盒的第四面處加一固定板，通過動(dòng)定位板向前移動(dòng)，就將塑料盒緊緊地定在封口裝置下方。 3.3.6 塑料盒的移動(dòng) 塑料盒的移動(dòng)即輸送，一般有兩種運(yùn)動(dòng)方式：連續(xù)式、間歇式。 連續(xù)式輸送比較簡單，通過輸送鏈就能完成。但本機(jī)塑料盒在輸送過程中要完成加熱封口及冷卻兩種功能，而且兩種功能都需要時(shí)間才能完成，只有加熱裝置、冷卻裝置與連續(xù)運(yùn)動(dòng)著的塑料盒一起運(yùn)動(dòng)，才能完成其功能。這樣機(jī)構(gòu)就非常復(fù)雜，成本也相應(yīng)增高。因此,本機(jī)的塑料盒輸送不選擇此種連續(xù)輸送方式。 間歇輸送方式適于本機(jī)。完成間歇輸送的運(yùn)動(dòng)方式很多，可通過間歇機(jī)構(gòu)來完成，也可通過液壓、氣壓傳動(dòng)來完成。 方案一，間歇機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)塑料盒的間歇輸送。目前實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)很多，主要有蝸桿凸輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)構(gòu)、齒輪連桿機(jī)構(gòu)等。 方案二，采用液壓傳動(dòng)的液壓缸進(jìn)行推送，通過電磁閥控制動(dòng)、停時(shí)間。 方案三，采用氣壓傳動(dòng)，通過電磁閥調(diào)節(jié)氣缸活塞桿的伸、縮，控制所需的動(dòng)、停時(shí)間。 在這三種方案中，方案一的機(jī)械間歇機(jī)構(gòu)特點(diǎn)各不相同，共同的特點(diǎn)為各機(jī)構(gòu)只能按照一種動(dòng)、停時(shí)間比運(yùn)動(dòng)，而本機(jī)實(shí)現(xiàn)封接的執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要’隨時(shí)根據(jù)溫度、壓力進(jìn)行時(shí)間的調(diào)整，也就是間歇機(jī)構(gòu)的動(dòng)、停時(shí)間隨時(shí)需要調(diào)整，要與封接執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需時(shí)間協(xié)調(diào)，使用這些間歇機(jī)構(gòu)調(diào)整控制起來比較困難，因此，不能選用間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。 方案二的動(dòng)、停時(shí)間調(diào)整起來比較方便，但使用液壓傳動(dòng)所需的成本比較高，本機(jī)所輸送塑料盒的重量相對比較小，即負(fù)載較小，不需要太大的動(dòng)力，不宜選用方案二。 方案三采用氣壓傳動(dòng)，傳動(dòng)相對簡單，成本低，控制方便。另外，對于彈藥引信的包裝，氣壓傳動(dòng)相對安全性也比較高。因此，選用氣壓傳動(dòng)輸送塑料包裝盒[2]。 3.3.7 塑料盒的驅(qū)動(dòng) 由于本機(jī)塑料盒的輸送采用的方案為氣缸傳動(dòng)，動(dòng)力為壓縮空氣，因而可直接選用空氣壓縮機(jī)為動(dòng)力源。一般工廠都有氣源，只要選用氣動(dòng)三聯(lián)件(汽水分離器、調(diào)壓閥、油霧噴霧器)就可接人氣源。 3.3.8 塑料盒輸送的控制 (1)傳動(dòng)制動(dòng)。任何傳動(dòng)都有慣性，應(yīng)使它到達(dá)預(yù)。定位置即停止并制動(dòng)。盒輸送選擇氣壓傳動(dòng)，在制動(dòng)方面主要可采取兩個(gè)措施：一是在選擇氣缸時(shí)，選擇帶緩沖的氣缸；二是在預(yù)定位置安裝定位塊(撞塊)，氣缸的慣性力是有限的，而且可壓縮，到達(dá)撞塊后，就會(huì)自動(dòng)停止。 (2)傳動(dòng)速度調(diào)節(jié)。傳動(dòng)速度的大小直接影響封口機(jī)的生產(chǎn)能力。速度太小，降低了生產(chǎn)能力；但傳動(dòng)速度不能太大，這樣會(huì)增加慣性，在制動(dòng)后會(huì)引起機(jī)器的震動(dòng)。因此，速度的調(diào)節(jié)非常重要。在氣壓傳動(dòng)中，使用單向節(jié)流閥就可以控制氣缸的運(yùn)動(dòng)速度。 4 加熱裝置的設(shè)計(jì) 4.1 氣缸的設(shè)計(jì)及計(jì)算 加熱裝置的上下直線運(yùn)動(dòng)由氣缸來完成。氣缸的選擇，就是要確定氣缸活塞的直徑及行程。 已知參數(shù)：封接壓力為500～1000 N；氣源壓力為0.4～0.8 MPa；氣缸封接時(shí)的停留時(shí)間為15～40 s。 由于封接壓力可調(diào)，因此，該裝置通過調(diào)整氣源壓力來調(diào)節(jié)封接壓力。氣缸活塞直徑應(yīng)根據(jù)最小氣源壓力值來計(jì)算。根據(jù)公式： 式中：F＝500 N； P＝0.4 MPa； ——安全系數(shù)，一般取0.6～0.7，本設(shè)計(jì)取0.6； S——?dú)飧谆钊娣e。 故 氣缸內(nèi)徑D： 由于氣缸直徑一般為標(biāo)準(zhǔn)值20、25、32、40、50、63、80等，因此選擇氣缸的內(nèi)徑為63mm。 4.1.1 確定氣缸行程 氣缸行程取決于加熱封頭與塑料盒上表面之間的距離，為了觀察直觀、停機(jī)后的操作及調(diào)試方便，取氣缸行程為75 mm。 4.1.2 確定氣缸結(jié)構(gòu)類型 氣缸的種類很多，有單作用氣缸、雙作用氣缸，有帶緩沖氣缸、不帶緩沖氣缸，有帶導(dǎo)桿氣缸、不帶導(dǎo)桿氣缸等。根據(jù)加熱裝置的使用條件，我們選用帶緩沖裝置的雙作用氣缸。加熱裝置的加熱模板必須與塑料盒的封口相吻合，上下運(yùn)動(dòng)位置須準(zhǔn)確，需加導(dǎo)向裝置，選用帶導(dǎo)桿氣缸就可解決此問題。圖4.1為一氣動(dòng)原件生產(chǎn)公司的導(dǎo)桿氣缸的外形尺寸圖，據(jù)此可知?dú)飧椎陌惭b尺寸。 活塞桿的連接方式，根據(jù)具體結(jié)構(gòu)選用外螺紋螺母的連接方式。 根據(jù)具體結(jié)構(gòu)，我選用了雙頭螺柱M1028。 圖4.1導(dǎo)桿氣缸外形尺寸 4.2 加熱模板的設(shè)計(jì) 4.2.1 技術(shù)關(guān)鍵 加熱模板在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要解決的問題，第一就是要將熱量最大限度地傳送給待封接部位；第二要避免加熱模板將塑料加熱后，塑料粘結(jié)在模板表面，影響封接表面質(zhì)量，甚至影響封接的密封性。 4.2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮塑料盒的封接部位即封接面在盒蓋與盒身的側(cè)部縱方向，封按時(shí)加熱、加壓需要形成一個(gè)橫方向的力，使盒蓋與盒身的接縫加熱粘結(jié)，但要沿塑料盒四周向橫向加力實(shí)現(xiàn)起來比較困難，可將加熱模板設(shè)計(jì)成楔形，在模板向下加力時(shí)，就會(huì)有一個(gè)橫向的分力。 (2)加熱模板通過加熱器進(jìn)行加熱。由于加熱模板的面積較大，因而選擇板式加熱器，將加熱板安裝于加熱模板中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需預(yù)留加熱板接線位置。 (3)由于在塑料盒的加熱熔融封接時(shí)，封接參數(shù)溫度需要測量及調(diào)節(jié)，在加熱模板上需安裝溫度傳感器，現(xiàn)選用熱電偶。為使所測溫度相對比較準(zhǔn)確，安裝兩支熱電偶。 (4)加熱模板的加熱部位的設(shè)計(jì)要與塑料盒的封接位置尺寸相吻合，參照塑料盒的外形尺寸圖，加熱模板的結(jié)構(gòu)尺寸如圖4.2所示[1]。 圖4.2加熱模板的結(jié)構(gòu)尺寸 4.3 加熱裝置的其他結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 4.3.1 加熱裝置位置調(diào)整設(shè)計(jì) 加熱裝置上的加熱模板要與塑料盒對中，調(diào)試過程中要進(jìn)行調(diào)整。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 時(shí)，要考慮到調(diào)整的問題，與塑料盒的左右對中可通過調(diào)整推盒裝置進(jìn)行調(diào)整。 前后位置的調(diào)整，在封口裝置與機(jī)架的連接支座上設(shè)計(jì)長槽孔，隨時(shí)調(diào)整加熱裝 置的位置。 加熱裝置結(jié)構(gòu)簡圖如圖4.3所示。 圖4.3加熱裝置結(jié)構(gòu)簡圖 5 冷卻裝置的設(shè)計(jì) 冷卻裝置的作用，一是將加熱融熔的盒身與盒蓋封口迅速冷卻、固化，以達(dá) 到一定的封接強(qiáng)度及密封效果；二是將封口處的溫度迅速冷卻，以免溫度傳遞至 盒中的彈藥引信，造成安全隱患。 5.1 冷卻模板的設(shè)計(jì) 5.1.1 冷卻模板設(shè)計(jì)的技術(shù)關(guān)鍵 冷卻模板在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要解決的問題，第一就是要將封接部位的熱量最大限 度地傳送出去，迅速將封接部位冷卻、固化；第二要提高封接部位的密封性。 冷卻介質(zhì)的種類也很多，現(xiàn)選用循環(huán)水冷卻，它能將塑料盒封口部位的熱量通過 循環(huán)水迅速帶走，而且相對比較經(jīng)濟(jì)。 5.1.2 冷卻模板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在結(jié)構(gòu)上，首先要實(shí)現(xiàn)冷卻水的循環(huán)，循環(huán)水通過的位置要盡量在塑料盒的加熱封口部位。為了達(dá)到封口部位的密封性，將冷卻模板的底部設(shè)計(jì)成齒紋，使盒身與盒蓋的接縫處最大限度地實(shí)現(xiàn)密封，而不會(huì)發(fā)生氣體泄漏現(xiàn)象。圖5.1所示為冷卻模板的零件圖。 圖5.1冷卻模板零件圖 5.2 冷卻裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在機(jī)械設(shè)計(jì)中，盡量采用通用化的設(shè)計(jì)，也就是在設(shè)計(jì)中盡量采用同一結(jié)構(gòu) 和尺寸的零部件，以減少零件的種類。這樣可以減少機(jī)器的設(shè)計(jì)工作量，降低生 產(chǎn)成本，增大互換性，便于維修。 為了設(shè)計(jì)的通用化，冷卻裝置的驅(qū)動(dòng)、與機(jī)體的連接等結(jié)構(gòu)選用與加熱裝置 相同的形式。圖5.2所示為冷卻裝置的結(jié)構(gòu)簡圖。 圖5.2冷卻裝置結(jié)構(gòu)簡圖 6盒輸送裝置的設(shè)計(jì) 6.1 盒輸送裝置設(shè)計(jì)原理 由前面的方案設(shè)計(jì)知，盒輸送為間歇輸送，由氣缸來完成。封口機(jī)共有三個(gè)工位：送盒位置、加熱封口位置、冷卻位置，輸送裝置將塑料盒依次送到這三個(gè)工位。需設(shè)計(jì)一個(gè)推板由氣缸驅(qū)動(dòng)，將塑料盒分別輸送至各工位，但當(dāng)氣缸回退時(shí)，如果推板不回縮，就會(huì)將后一個(gè)工位的塑料盒退回，未完成送盒。因此，需設(shè)計(jì)成當(dāng)氣缸向前輸送盒時(shí)，推板伸出推盒；當(dāng)輸送盒氣缸回退時(shí)，推板縮回。要實(shí)現(xiàn)推板的伸出與縮回，須由氣缸來驅(qū)動(dòng)推板。輸盒的運(yùn)動(dòng)原理如圖6.1所示。 圖6.1輸盒運(yùn)動(dòng)原理圖 6.2 盒輸送氣缸設(shè)計(jì)、計(jì)算 6.2.1 氣缸類型及結(jié)構(gòu)的選擇 由氣缸來完成塑料盒的推送。有三個(gè)工位，也就是說氣缸要實(shí)現(xiàn)一次推送三個(gè)塑料盒，而推板由氣缸實(shí)現(xiàn)伸出與縮回，選用其他形式的氣缸結(jié)構(gòu)就相對比較復(fù)雜。因此，盒輸送氣缸就選用無桿氣缸。 6.2.2 氣缸參數(shù)計(jì)算 (1)氣缸活塞直徑的計(jì)算。由前面的設(shè)計(jì)知，氣缸活塞直徑需根據(jù)最小氣源壓力值來計(jì)算。計(jì)算公式如下： 式中：S為氣缸活塞面積；F為封接壓力；為安全系數(shù)，取0.6；P為最小氣源壓力值，P＝0.4 MPa；D為氣缸活塞直徑。 由于氣缸一次要輸送三個(gè)塑料盒，塑料盒向前輸送時(shí)與底板產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦，氣缸的推力就需克服三個(gè)塑料盒輸送時(shí)產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦力，而塑料盒與鋼板的最大滑動(dòng)摩擦系數(shù)為0.5，已知塑料盒質(zhì)量為10千克，則 氣缸活塞面積 ； 氣缸活塞直徑 mm。 由于氣缸活塞直徑一般為標(biāo)準(zhǔn)值，因此取氣缸活塞直徑為32 mm。 (2)氣缸行程的確定。 對于盒輸送氣缸，氣缸行程取決于各個(gè)工位之間的距離。根據(jù)加熱封口裝置、冷卻裝置的大小以及停機(jī)后的操作及調(diào)試方便，取氣缸行程為420mm。 氣缸的安裝形式可選擇兩端進(jìn)行安裝。 6.3 推板導(dǎo)向裝置 當(dāng)無桿氣缸驅(qū)動(dòng)推板前進(jìn)或后退時(shí)，如果不加導(dǎo)向裝置，盒輸送就會(huì)產(chǎn)生偏差，必須對推板的安裝板進(jìn)行導(dǎo)向。導(dǎo)向裝置可選用直線導(dǎo)軌副。 6.3.1 直線導(dǎo)軌副類型的選擇 推送裝置一次共推送三個(gè)塑料盒，為了減少塑料盒推送過程中的阻力，選用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副。 6.3.2 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的參數(shù)選擇計(jì)算 (1)壽命估算。 ①直線導(dǎo)軌的壽命L。由于反復(fù)的張力作用，導(dǎo)軌軌道表面的一些部位會(huì)產(chǎn)生脫落的片狀碎屑，稱作脫皮。所謂額定壽命，即讓一組同樣的直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，逐個(gè)在相同的條件下運(yùn)動(dòng)，其中90％的總運(yùn)行距離不發(fā)生脫皮現(xiàn)象，此距離即為導(dǎo)軌的額定壽命。 ②額定動(dòng)載荷C。C指的是同一組直線導(dǎo)軌達(dá)到50 km的額定壽命時(shí)，在同一方向和相同強(qiáng)度下的恒定負(fù)荷。 (2)壽命計(jì)算。使用直線導(dǎo)軌系列時(shí)，不但要考慮特定的負(fù)載，而且必須考慮到不可預(yù)測的振動(dòng)和沖擊。同時(shí)，硬度和溫度也是影響壽命的主要因素。壽命計(jì)算公式如下所示： 式中：L——額定壽命(km)； ——負(fù)載(N)； C——額定動(dòng)載荷(N)； ——溫度系數(shù)； ——硬度系數(shù)； ——負(fù)載系數(shù)； ——接觸系數(shù)。 ①溫度系數(shù)。直線導(dǎo)軌系列的溫度超過100℃時(shí)，滑塊和導(dǎo)軌的表面硬度會(huì)下降，在計(jì)算額定壽命時(shí)應(yīng)考慮溫度系數(shù)，一般取1。 ②硬度系數(shù)。為了使直線導(dǎo)軌系列達(dá)到最佳承載能力，導(dǎo)軌的硬度范圍應(yīng)為HRC 58～62。 ③接觸系數(shù)。當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)滑塊一起使用時(shí)，由于安裝誤差和慣性力的存在，很難獲得一致的負(fù)載分布?；緞?dòng)負(fù)載和基本靜負(fù)載應(yīng)乘以接觸系數(shù)。本設(shè)計(jì)中，滑塊的數(shù)目是兩個(gè)，要乘以0．81。 ④負(fù)載系數(shù)。通常，往復(fù)運(yùn)行的機(jī)械在高速運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，而且這種振動(dòng)很難精確計(jì)算，可以參照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊確定負(fù)載系數(shù)。此機(jī)械運(yùn)動(dòng)為低速運(yùn)動(dòng)，幾乎沒有沖擊或振動(dòng)，可選范圍為1～1.5，此處選為1.5。 綜上所述，假設(shè)所用時(shí)間為30年，即64 000小時(shí)，則導(dǎo)軌行程距離 即L＝4000時(shí)有： 即 由某公司產(chǎn)品手冊查得：SBG25(C＝2140kgf)符合要求[5]。 6.3.3 選型 選擇SBG25型直線導(dǎo)軌，其具體結(jié)構(gòu)尺寸、參數(shù)如圖6.2及表6.1所示 圖6.2 表6.1 圖6.3 無桿氣缸8驅(qū)動(dòng)連接板7在滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副5上左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)了連接板7上的小氣缸完成往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，連接板7上的小氣缸活塞桿的上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了盒推桿6的伸出與縮回，實(shí)現(xiàn)了盒的推送。 7 蓄電池?zé)岱鈾C(jī)總體設(shè)計(jì) 7.1 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本機(jī)選用氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)，整機(jī)中的盒輸送裝置、盒定位夾緊機(jī)構(gòu)、加熱裝置、冷卻裝置分別由9個(gè)氣缸驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)的氣動(dòng)原理圖如圖7.1所示。 圖7.1系統(tǒng)氣動(dòng)原理圖 氣缸C1完成塑料盒送入，氣缸C2驅(qū)動(dòng)加熱裝置的上下運(yùn)動(dòng)，氣缸C3驅(qū)動(dòng)冷卻裝置上下運(yùn)動(dòng)，氣缸C4完成塑料盒在加熱裝置下的定位夾緊，氣缸C5完成塑料盒在冷卻裝置下的定位夾緊，無桿氣缸C6驅(qū)動(dòng)塑料盒向前輸送以及推板的返回，三個(gè)氣缸C7驅(qū)動(dòng)推板的伸出與縮回。 由于加熱裝置的上下位置需要根據(jù)塑料盒的高度及焊接深度隨時(shí)調(diào)整，因此，在氣缸C2氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中加入了氣控先導(dǎo)閥，使氣缸C2在任意位置可以停止，保證加熱裝置的位置；同時(shí)向下驅(qū)動(dòng)時(shí)帶有減壓閥，調(diào)節(jié)加熱裝置向下的力的大小。氣控?fù)Q向閥保證在停機(jī)時(shí)加熱裝置處于上升的位置，不會(huì)對塑料盒造成過熱。 電磁換向閥V1～V7可根據(jù)需要由控制部分發(fā)出信號電控?fù)Q向，控制各個(gè)氣缸活塞桿的伸出或縮回，保證各裝置的動(dòng)作順序，即各機(jī)構(gòu)動(dòng)作的協(xié)調(diào)、匹配依靠控制系統(tǒng)來完成。 當(dāng)有緊急情況時(shí)，只要按下兩個(gè)急停開關(guān)，就能立即關(guān)閉氣源，并使加熱裝置、冷卻裝置處于上部位置，離開所加熱或冷卻的塑料盒[10]。 7.2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 7.2.1 控制流程圖 因?yàn)榘b需加熱處理，所以須考慮每個(gè)裝置在工作前所有工件都將處于安全位置，以防止塑料盒在運(yùn)輸過程中發(fā)生擠壓、碰撞、傾斜等危險(xiǎn)動(dòng)作。當(dāng)塑料盒從送盒滾筒到達(dá)輸盒工位時(shí)，光電開關(guān)得到信號，但此時(shí)還不能產(chǎn)生其他動(dòng)作，必須確保加熱裝置、冷卻裝置已經(jīng)抬起；加熱裝置、冷卻裝置下的定位夾緊氣缸C4、C5已經(jīng)松開并已退回原位；輸盒氣缸滑塊已經(jīng)處于最左端的位置。一切就緒后，三個(gè)推板氣缸開始升起，之后，輸盒氣缸滑塊開始將塑料盒向右推進(jìn)直到最右端，則工件從上料工位到達(dá)熱封工位，夾緊氣缸1、夾緊氣缸2伸出將塑料盒定位加緊，加熱裝置開始下移熱封。幾秒之后，熱封頭迅速抬起。在夾緊氣缸動(dòng)作的同時(shí)，三個(gè)撥爪氣缸開始下降回到原位，之后往返氣缸滑塊向左移動(dòng)返回原位。下一個(gè)循環(huán)開始后，下一個(gè)塑料盒從輸盒工位到達(dá)加熱工位，而加熱工位的塑料盒被輸送到冷卻工位，如此不斷循環(huán)。冷卻強(qiáng)化時(shí)間在理論上不需要像加熱封接這樣長的時(shí)間，但為了統(tǒng)一每一工步的時(shí)間，我們將冷卻強(qiáng)化時(shí)間與加熱封接的時(shí)間設(shè)定成一致。具體的控制流程圖見圖7.2。 圖7.2系統(tǒng)控制流程圖 7.2.2 I／O點(diǎn)分配 選用西門子公司的CPU224PLC作為主控元件，所有的執(zhí)行元件都采用氣動(dòng)元件，以電磁閥來控制氣缸的動(dòng)作。為了檢測每個(gè)氣缸是否到位，我們這里選用英國諾冠公司的磁性氣缸，并在氣缸的兩端安裝有磁性開關(guān)，在輸盒工位安裝有光電開關(guān)，以檢測是否有塑料盒到位。在往返氣缸的回程兩端也裝有兩個(gè)光電開關(guān)。因?yàn)榛鸸て穼儆谝妆锲?，所以對加熱氣缸的?dòng)作及加熱時(shí)間要嚴(yán)格控制。如前所述，加熱氣缸在中間位置要停留一段時(shí)間，然后繼續(xù)下行進(jìn)行加熱，·目的是讓操作人員再次確認(rèn)工件的狀態(tài)是否良好，所以加熱氣缸使用兩個(gè)電磁閥，并在氣缸的中間位置多安裝一個(gè)磁性開關(guān)。具體I／O點(diǎn)分配見表7.1和表7.2。 表7.1 輸入點(diǎn) 功能 輸入點(diǎn) 功能 輸入點(diǎn) 功能 I0.0 啟動(dòng)按鈕 I1.0 加熱氣缸中間磁性開關(guān)C2.2 I2.0 往復(fù)氣缸的左光電開關(guān)C6.2 I0.1 停止按鈕 I1.1 加熱氣缸下磁性開關(guān)C2.3 I2.1 往復(fù)氣缸的右光電開關(guān)C6.1 I0.2 壓力繼電器 I1.2 冷卻氣缸上磁性開關(guān)C3.1 I2.2 撥爪1下端磁性開關(guān)C7.12 I0.3 托板氣缸前磁性開關(guān)C1.1 I1.3 冷卻氣缸下磁性開關(guān)C3.2 I2.3 撥爪1上端磁性開關(guān)C7.11 I0.4 托板氣缸后磁性開關(guān)C1.2 I1.4 夾緊氣缸1后磁性開關(guān)C4.1 I2.4 撥爪2下端磁性開關(guān)C7.22 I0.5 加熱氣缸上磁性開關(guān)C2.1 I1.5 夾緊氣缸1前磁性開關(guān)C4.2 I2.5 撥爪2上端磁性開關(guān)C7.21 I0.6 接觸器輔助接點(diǎn) I1.6 夾緊氣缸2后磁性開關(guān)C5.1 I2.6 撥爪3下端磁性開關(guān)C7.32 I0.7 上料位光電開關(guān)S1 I1.7 夾緊氣缸2前磁性開關(guān)C5.2 I2.7 撥爪3上端磁性開關(guān)C7.31 表7.2 輸入點(diǎn) 功能 輸入點(diǎn) 功能 輸入點(diǎn) 功能 O0.1 運(yùn)行指示燈 O0.5 加熱氣缸下行電磁閥KA2.1 O1.2 夾緊氣缸2電磁閥KA4.2 O0.2 報(bào)警指示燈 O0.6 加熱氣缸上行電磁閥KA2.2 O1.4 往復(fù)氣缸前推電磁閥KA6.1 O0.3 啟動(dòng)繼電器 O1.0 冷卻氣缸電磁閥KA3 O1.5 往復(fù)氣缸退回電磁閥KA6.2 O0.4 托板氣缸電磁閥KA5 O1.1 夾緊氣缸1電磁閥KA4.1 O1.6 撥爪氣缸電磁閥KA7 7.2.3 程序梯度圖 本控本控制系統(tǒng)的程序梯形圖見圖7.3。 圖7.3程序梯形圖 7.3 機(jī)架設(shè)計(jì) 使機(jī)器穩(wěn)定在機(jī)架的作用就是將機(jī)器的全部重量傳至基礎(chǔ)上，承受機(jī)器工作時(shí)的作用力和基礎(chǔ)上。 對于機(jī)架的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列幾個(gè)條件，首先要有足夠的強(qiáng)度和剛度；第二，便于制造加工；第三，便于各執(zhí)行機(jī)構(gòu)或裝置的安裝等。也就是說，強(qiáng)度和剛度是評價(jià)機(jī)架質(zhì)量的基本準(zhǔn)則，但對于機(jī)架來說，受外界因素的影響很多。機(jī)架中的殘余應(yīng)力、基礎(chǔ)下沉等，難于用數(shù)學(xué)分析方法準(zhǔn)確計(jì)算機(jī)架中的應(yīng)力和變形。設(shè)計(jì)時(shí)，通常先根據(jù)機(jī)器的工作狀況和要求，類比類型相近的機(jī)器的機(jī)架尺寸，擬定本機(jī)的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸，然后，對危險(xiǎn)截面進(jìn)行強(qiáng)度及剛度的校核與計(jì)算。圖7.4為機(jī)架尺寸結(jié)構(gòu)圖 圖7.4為機(jī)架尺寸結(jié)構(gòu)圖 7.4 總裝圖 圖7.4所示為蓄電池?zé)岱鈾C(jī)的結(jié)構(gòu)簡圖。 圖7.4蓄電池?zé)岱鈾C(jī)結(jié)構(gòu)圖 8 結(jié)論 畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過本次比較完整的蓄電池?zé)岱鈾C(jī)設(shè)計(jì)，讓我對機(jī)械這行業(yè)有了更深層次的了解。理論結(jié)合實(shí)際的問題得到了提高，查閱資料、設(shè)計(jì)規(guī)范、制圖能力也得到了鍛煉，為以后工作打下了基礎(chǔ)。 從這次設(shè)計(jì)中我還發(fā)現(xiàn)了自己有很多不足的地方，專業(yè)基礎(chǔ)知識不太牢固，一些常見的問題還需要查詢資料才能解決，三維繪圖還不是很熟練，技能有待提高。 這次能如期的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)還是給了我很大的信心，我相信自己能再機(jī)械這條道路上走的更遠(yuǎn)。 參考文獻(xiàn) [1]濮良貴，紀(jì)名剛. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2001. [2]許福玲，陳堯明. 液壓與氣壓傳動(dòng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005 [3]成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002. [4]孫桓，陳作模，葛文杰. 機(jī)械原理.北京：高等教育出版社，2006.5. [5]劉鴻文，材料力學(xué). 北京：高等教育出版社，2004.1. 致 謝 本次的畢業(yè)論文是在導(dǎo)師的親切關(guān)懷與指導(dǎo)下完成的。在我撰寫論文的過程中。吳老師傾注了大量的心血與汗水。無論是在選題方面還是在論文構(gòu)思方面，老師都給了我很大的幫助，特別是他廣博的學(xué)識以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神是我終生受益。在此我表示深深的謝意。感謝所有在畢業(yè)設(shè)計(jì)中幫助過我的良師益友。最后向在百忙中抽出時(shí)間對文本進(jìn)行評審并提出寶貴意見的各位導(dǎo)師表示衷心的感謝! - 31 -