蓄電池熱封機氣動系統設計【11張CAD圖紙+畢業論文+任務書+開題報告+答辯稿】

蓄電池熱封機氣動系統設計【11張CAD圖紙+畢業論文+任務書+開題報告+答辯稿】,11張CAD圖紙+畢業論文+任務書+開題報告+答辯稿,蓄電池,熱封機,氣動,系統,設計,11,CAD,圖紙,畢業論文,任務書,開題,報告,答辯 設計題目： 蓄電池熱封機氣動系統設計 專業年級： 2011級機械制造及其自動化 學 號： 姓 名： 專 業： 機械設計制造及其自動化 指導教師： （簽名） 摘 要 汽車工業成為我國國民經濟的四大支柱產業之一，車用蓄電池隨汽車產業的增長而發展。 熱封機是一種包裝機械，目前在我國非常落后，本設計為設計一臺全自動塑料盒熱封機，用于蓄電池的包裝。通過分析熱封機的工藝過程與組成、使用條件、功能及設計參數的分析，將機器的總功能分為功能元，提出各功能元的最優方案；根據最優方案進行結構設計、具體零部件的材料選擇、強度計算，最終確定零部件結構尺寸；再根據總體方案進行系統的總驅動、總控制設計。經過一番對氣動系統和控制系統的研究，了解其工作原理及控制方法，就可以認識到熱封機的工作過程。 蓄電池外殼熱熱封機的基本結構設計是由一個機架組架、上料傳動機構、上下料機構、精密模架雙頭封口機構、氣缸-連桿増力機構和氣動系統、液壓缸-連桿増力機構和液壓系統、電器控制系統及軟件。其所實現的快速封口主要由上下料機構決定，其主要由三個氣缸-連桿機構統和三個具有雙圓弧的推動薄片所形成的動力系統，盛放上下料機構的側立板以及其上的定位裝置和精密模架雙頭封口機構。 此熱封機通過氣缸來實現盒子的運動，加熱，冷卻及夾緊。通過此熱封機，可以實現人力的解放，并更好的保證了產品的安全，提高包裝質量，提升生產效率，進而獲得更大的利潤。 關鍵詞：熱封機；功能；氣動系統； 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容 1 1.2 國內外的發展概況 2 1.2.1 包裝機械的概述 2 1.2.2 封口機的概述 2 2 課題解析及其任務設計 5 2.1 課題背景及意義 5 2.2 塑料盒設計內容及技術參數?、要求 5 2.2.1 設計用途 5 2.2.2 設計技術參數 5 2.2.3 塑料盒技術要求 6 2.3 進行該設計的知識準備 6 3 總體方案的制定與設計 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計、分析、評價及選定 9 3.3.1 熱熔式封接 9 3.3.2 封口裝置的移動 9 3.3.3 封口參數的制定 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 11 3.3.7 塑料盒的驅動 12 3.3.8 塑料盒輸送的控制 12 4 加熱裝置的設計 13 4.1 氣缸的設計及計算 13 4.1.1 確定氣缸行程 13 4.1.2 確定氣缸結構類型 13 4.2 加熱模板的設計 14 4.2.1 技術關鍵 14 4.2.2 結構設計 14 4.3 加熱裝置的其他結構的設計 15 4.3.1 加熱裝置位置調整設計 15 5 冷卻裝置的設計 17 5.1 冷卻模板的設計 17 5.1.1 冷卻模板設計的技術關鍵 17 5.1.2 冷卻模板的結構設計 17 5.2 冷卻裝置的結構設計 18 6盒輸送裝置的設計 19 6.1 盒輸送裝置設計原理 19 6.2 盒輸送氣缸設計、計算 19 6.2.1 氣缸類型及結構的選擇 19 6.2.2 氣缸參數計算 19 6.3 推板導向裝置 20 6.3.1 直線導軌副類型的選擇 20 6.3.2 滾動直線導軌的參數選擇計算 20 6.3.3 選型 22 7 蓄電池熱封機總體設計 24 7.1 氣壓傳動系統的設計 24 7.2 控制系統的設計 25 7.2.1 控制流程圖 25 7.2.2 I／O點分配 25 7.2.3 程序梯度圖 27 7.3 機架設計 27 7.4 總裝圖 29 8 結論 30 參考文獻 31 致 謝 32 I 1 緒論 1.1 本課題的研究內容和目的 1.1.1 本課題的研究目的 現階段我國蓄電池熱封機設備較落后，基本為手工和半自動封口，其中存在較多的安全隱患，而且人工的勞動強度大，生產能力小，質量較低。本設計蓄電池熱封機用于蓄電池外殼的盒蓋與盒身的熱壓密封。既可以提高生產率，減輕工人的勞動強度，還可以消除安全隱患提高了該行業設備的自動化與先進性，質量得以提高。 1.1.2 本課題研究的主要內容 1）蓄電池熱封機的基本結構設計是由一個機架組架、上料傳動機構、上下料機構、精密模架雙頭封口機構、氣缸-連桿増力機構和氣動系統、液壓缸-連桿増力機構和液壓系統、電器控制系統及軟件。其所實現的快速封口主要由上下料機構決定，其主要由三個氣缸-連桿機構統和三個具有雙圓弧的推動薄片所形成的動力系統，盛放上下料機構的側立板以及其上的定位裝置和精密模架雙頭封口機構。其運行過程為蓄電池在上料傳動機構上運行到指定位置，氣動-連桿機構啟動，推動雙圓弧薄片將兩個電池推到上下料機構上，在固定的定位系統上定位，液壓缸-連桿機構啟動，通過機架組傳動系統使精密模架封口機構快速向下運動，是電池快速封口，在向上運動，回到原來的位置，第二個氣缸-連桿機構啟動，將兩個電池推到橫向定位系統上，第三個氣缸-連桿機構運行，將兩個電池推到上料傳動機構上運到包裝線上。由電器系統和軟件控制的上述氣動系統，使其連續不斷的進行生產。其中第二和第三氣缸-連桿機構可以同時啟動，這樣可以節省時間提高效率。架組件包括方形機架及其地腳，在方形機架上安裝有下支板、中支板和上支板；在下支板和中支板之間對稱安裝有兩個支撐筒，支撐筒內分別安裝有拉桿，且拉桿過中支板與上支板連接；在兩個支撐筒中間，下支板上安裝液壓缸-連桿機構及液壓系統。在中中支板和上支板之間安裝精密模架雙頭封口機構；在中支板上面安裝著上料傳動機構和上料傳動機構的側立板，側立板的中間部位安裝有上下料機構；中支板下面安裝有氣動系統；電器控制系統安裝在所述的方形機架的右端。 2）蓄電池熱封機結構的優化：緊密的排放各種機構節省空間，將機構的各個零件打磨，在不影響精度的情況下節省材料、美觀、安裝方便。改良電器控制統及軟件，使其不斷的進行加工并且不互相干涉。 3）蓄電池外殼熱封口機結構的二維圖是由機構的主視圖、俯視圖、液壓缸-連桿機構的局部視圖，電器控制系統電路圖、氣動系統和液壓系統的控制系統回路圖。 1.2 國內外的發展概況 1.2.1 包裝機械的概述 包裝機械是指能完成全部或部分產品和商品包裝過程的機械。包裝過程包括充填、裹包、封口等主要工序，以及與其相關的前后工序，如清洗、堆碼和拆卸等。此外，包裝還包括計量或在包裝件上蓋印等工序。使用機械包裝產品可提高生產率，減輕勞動強度，適應大規模生產的需要，并滿足清潔衛生的要求。經過20 多年的發展，我國包裝機械已成為機械工業中十大行業之一，無論是產量還是產值，均取得了令人矚目的成就。 據《中國包裝機械伺服系統行業市場調研與發展前景分析報告》顯示，2011年1-12月，包裝專用設備制造業銷售收入總額達到232.141億元，同比增長27.39%，高于工業平均水平。2011年行業銷售增長速度較快。 2012年1-9月，包裝專用設備制造業銷售收入總額達到179.445億元，同比增長15.17%，高于工業平均水平。2012年1-12月，全國包裝專用設備累計產量為86926臺，比上年同期增長了14.47%。 中國已經成為世界最大的商品生產和出口大國，與此同時，全球的目光也聚焦在發展最快、規模最大、最具潛力的中國包裝市場。盡管國內包裝機械市場前景廣闊，但諸如單機自動化、穩定性和可靠性差、外觀造型不美觀、壽命短等問題也使國內包裝機械產品飽受詬病。 1.2.2 封口機的概述 封口機是將充填有包裝物的容器進行封口的機械，在產品裝入包裝容器后，為了使產品得以密封保存，保持產品質量，避免產品流失，需要對包裝容器進行封口，這種操作是在封口機上完成的。封口機是指在包裝容器盛裝產品后，對容器進行封口的機械。 制作包裝容器的材料很多，如紙類、塑料、玻璃、陶瓷、金屬、復合材料等，而包裝容器的形態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。包括熱壓式、冷壓式、熔焊式、插合式、折疊式等封口機。 ②有封口材料封口機。包括旋合式、滾紋式、卷邊式、壓合式等封口機。 ③有輔助封口材料封口機。包括膠帶式、粘結式、釘合式、結扎式、縫合式等封口機。 一般按包裝材料的力學性能，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、充填構成聯合機，很少獨立使用，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，再施以機械壓力封口。 ②塑料薄膜袋及復合薄膜袋封口裝置。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合袋，一般采用在封口處直接加熱并施以機械壓力，使其熔合封口。 (2)剛性容器封口機 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，常用的封口機有以下幾種： ①旋蓋封口機。這種封蓋事先加工出內螺紋，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。該機是靠旋轉封蓋，而將其壓緊于容器口部。 ②滾紋封口機。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。這種蓋子在啟封時將沿裙部周邊的壓痕斷開，而無法復原，故又稱“防盜蓋”。該機多用于高檔酒類，飲料的封口包裝。 ③滾邊封口機。它是先將筒形金屬蓋套在瓶口，用滾輪滾壓其底邊，使其內翻變形，緊扣住瓶口凸緣而將其封口。該機多用于廣口罐頭瓶等的封口包裝。 ④壓蓋封口機。它是專門用于啤酒、汽水等飲料的皇冠蓋封口機。將皇冠蓋置于瓶口，該機的壓蓋模下壓，皇冠蓋的波紋周邊被擠壓內縮，卡在瓶口頸部的凸緣上，造成瓶蓋與瓶口間的機械勾連，從而將瓶子封口。 ⑤壓塞封口機。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。該機封口時，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現封口包裝。壓塞封口既可用作單獨封口，也可與瓶蓋一起用作組合封口。 ⑥卷邊封口機。該機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、壓緊來實現密封包裝。 一般封口機由機架、減速調速傳動機構，封口印字機構，輸送裝置及電器電子控制系統等部件組成。 接通電源，各機構開始工作，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調整到所需溫度，壓印輪轉動，根據需要冷卻系統開始冷卻，輸送帶送轉、并由調速裝置調整到所需的速度。 當裝有物品的包裝放置在輸送帶上，袋的封口部分被自動送入運轉中的兩根封口帶之間，并帶入加熱區，加熱塊的熱量通過封口帶傳輸到袋的封口部分，使薄膜受熱熔軟，再通過冷卻區，使薄膜表面溫度適當下降，然后經過滾花輪（或印字輪）滾壓，使封口部分上下塑料薄膜粘合并壓制出網狀花紋（或印制標志），再由導向橡膠帶與輸送帶將封好的包裝袋送出機外，完成封口作業[4]。 2 課題解析及其任務設計 2.1 課題背景及意義 目前我國蓄電池塑料盒封口設備比較落后，基本為手工和半自動封口，不但存在許多安全隱患，而且工人的勞動強度大，生產能力非常小，包裝質量很難保證。本設計為一臺蓄電池熱封氣動設計，用于蓄電池塑料盒的盒蓋與盒身的焊接封口。該封口機既可以提高勞動生產率，減輕工人的勞動強度，同時還可以消除安全隱患，提高了塑料盒封口設備的自動化和先進性，而且產品的封口質量更容易保證。 通過設計這臺機器，可以掌握相關的知識及技能，了解蓄電池外殼熱封口機的整體的設計方法、設計理念，對提高綜合分析問題和解決問題的能力及社會競爭力有積極的作用。 2.2 塑料盒設計內容及技術參數?、要求 2.2.1 設計用途 用于蓄電池塑料盒的盒蓋與盒身的焊接封口 2.2.2 設計技術參數 (1) 蓄電池型號：BT-HSE-38-12； (2) 生產批量： 30盒/小時； (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 塑料盒技術要求 (1)塑料盒的輸送為全自動方式。 (2)塑料盒封接時的溫度、時間、壓力可調。 (3)塑料包裝盒封接質量應滿足氣密性檢驗要求：向盒內充正壓，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)封接工位應有防爆裝置。 2.3 進行該設計的知識準備 (1)掌握基本的機械設計基礎知識。 (2)掌握塑料盒的封接方法等方面的知識。 (3)掌握機器設計過程和現代設計的一般方法。 (4)熟練使用AutoCAD進行機械設計。 3 總體方案的制定與設計 總體方案設計的步驟如圖3.1所示 圖3.1 3.1 塑料盒的總功能分析 塑料盒封口機要完成塑料盒盒身與盒蓋的封口，并且封口的過程要自動完成，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，滿足氣密性檢驗要求。 (2)塑料盒的自動輸送。裝有彈藥引信的塑料盒從進入封口機直到封口完成輸出，全部自動完成，不需要人工操作。 (3)過程的控制。能根據生產需要控制生產節拍，塑料盒輸送的運行與停止，封口參數的調節控制，封口裝置的運行與停止。 3.2 功能分解 可以將總功能分解為分功能，分功能繼續分解，直至功能元。功能分解可利用樹狀結構來表示，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、評價和優選，確定出合理方案，將各功能元方案進行組合，整臺機器的原理方案就設計出來了[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 塑料盒自動輸送功能的分解 塑料盒自動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分解到塑料盒的封口與輸送功能中，不需要單獨進行分解。 3.3 各功能元的原理方案設計、分析、評價及選定 原理、方案設計與構思的著重點在于：第一，同一種功能，可用不同的技術過程來實現；第二，選用不同的運動規律，對應不同的功能；第三，同一種功能，可選用不同的工作原理、不同的機構來滿足。 評價就是對各方案進行比較和評定，最后選定最佳方案。評價的目標一般包括三個方面的內容：第一，技術評價，即評價原理、方案在技術上的可行性和先進性，包括性能指標、可靠性、使用維護性等。第二，經濟評價，即評價方案的經濟效益，包括制造成本、使用成本及設備運行時的輔助設施費用等。使用成本包括運行電費、維修費、人員工資等費用，這些費用可參考行業標準進行計算或估算。第三，社會評價目標，即評價方案實施后對社會帶來的效益和影響，包括是否符合國家科技發展規劃和政策，是否有益于改善環境(節能、環保、安全等)，是否有利于資源開發和新能源的利用等。 方案的決策不能只從方案本身的某一性能指標出發，還應考慮以整個方案的總體目標為核心的有關方面的總體平衡。 我們可以將封口機的功能元分為：封口形式、封口裝置的移動、封口參數的控制、塑料盒的定位、塑料盒的夾緊；運動的驅動、傳動的制動、傳動的速度調節；原理方案的設計，就是設計出這些分功能的具體原理、方案，最后進行組合。 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行恒溫自控。熱板熱封常制成板形，以適應封口的包裝容器的形狀，封接時加熱元件與所熱封包裝容器保持相對靜止不動，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 要對塑料盒進行封接，采用熱熔封接方式進行封接，封口加熱裝置就要移動至盒身與盒蓋的接縫處；封接結束后，封口裝置需離開塑料盒，以便塑料盒向后輸送。因此，封口裝置的移動應為直線式。由于裝有彈藥引信的塑料盒不能側放或倒放，因而封口裝置最簡單的運動方式為上下直線移動。能夠實現直線運動的機構很多，如四桿機構、齒輪齒條、氣動系統的氣缸等。 由于四桿機構、齒輪齒條等機械機構實現直線運動的動力須由電機實現，或從其他的運動原件傳送過來，因此，運動鏈相對較長，成本較高，而且當需要單獨改變封接參數時，控制比較麻煩。 采用氣壓傳動的氣缸實現直線運動相對就比較簡單。對于彈藥引信的包裝來說，氣壓傳動使用安全，無爆炸和電擊危險，有過載保護能力。另外，通過調節氣源壓力，就可以調節封口裝置加熱板封口時壓力的大小，封口時間的大小隨時通過控制氣缸電磁閥的開啟就可以實現。氣缸實現封口裝置的上下運動，不但結構簡單而且調整方便，工作環境適應性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射、振動等惡劣工作環境中，比其他傳動裝置具有優越性，而且成本低，過載能自動保護。因此，封口裝置的移動由氣缸來完成。 3.3.3 封口參數的制定 熱熔式塑料封口的質量由溫度、時間、壓力三因素決定。當溫度一定時，封接時間隨壓力的增大而降低；當封接壓力一定時，封接時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、時間、壓力三個參數來保證封口質量。 (1)壓力的調整。通過對彈簧的合理設計，調整彈簧的壓縮量，就可以實現封口裝置所需的壓力，但這種方式調整起來不方便，而且增加了結構的復雜程度。封口裝置的移動采用氣缸來實現，氣缸輸出力的大小由氣源壓力、氣缸缸徑決定。當氣缸選定時，只要調整氣源壓力就可以調整整個封口壓力。 (2)溫度的調整與控制。對聚乙烯的封口來說，封接溫度達到110一160℃時，塑料就可以變粘、熔融。由于封接溫度本身就為一范圍，需要進行調整，選擇合適的溫度，另外，當其他參數改變時，封接溫度也需調整改變，因此必須進行封接溫度的調整。但一旦溫度調整合適，在其他參數無改變的情況下，溫度要保持恒定值才能達到所需的封口質量。其次，在生產的過程中要對溫度進行控制，保證其在所定溫度的℃范圍內變化。這就需要在加熱封口裝置上安裝溫度傳感器(熱電偶)。當熱電偶測量的溫度達不到要求時，控制裝置對溫度進行控制。 3.3.4 塑料盒的定位 由于本封口機為全自動，因此，塑料盒輸送是要達到規定的位置，也就是在封口裝置下方停止。機械傳動有誤差，需消除傳動誤差，對塑料盒進行定位，使熱封裝置能準確對準塑料盒封口處。 方案一，如圖3.4所示，在封口位置處加一擋塊(動定位板)，在塑料盒到達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行重新定位，由于該板對塑料盒的三個方向進行了定位，因此定位準確。 塑料盒定位裝置選擇方案二。定位板的運動為直線運動。 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 當加熱裝置對塑料盒盒身與盒蓋向下進行加熱、加壓時，會引起塑料盒身的變形，影響將來塑料盒的下一步裝箱。因此，在封接時要保證塑料盒不變形，應對其進行夾緊。由于在定位時塑料盒的三面已經夾緊，因而只要在塑料盒的第四面處加一固定板，通過動定位板向前移動，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 塑料盒的移動即輸送，一般有兩種運動方式：連續式、間歇式。 連續式輸送比較簡單，通過輸送鏈就能完成。但本機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間才能完成，只有加熱裝置、冷卻裝置與連續運動著的塑料盒一起運動，才能完成其功能。這樣機構就非常復雜，成本也相應增高。因此,本機的塑料盒輸送不選擇此種連續輸送方式。 間歇輸送方式適于本機。完成間歇輸送的運動方式很多，可通過間歇機構來完成，也可通過液壓、氣壓傳動來完成。 方案一，間歇機構實現塑料盒的間歇輸送。目前實現間歇運動的機構很多，主要有蝸桿凸輪機構、槽輪機構、棘輪機構、不完全齒輪機構、齒輪連桿機構等。 方案二，采用液壓傳動的液壓缸進行推送，通過電磁閥控制動、停時間。 方案三，采用氣壓傳動，通過電磁閥調節氣缸活塞桿的伸、縮，控制所需的動、停時間。 在這三種方案中，方案一的機械間歇機構特點各不相同，共同的特點為各機構只能按照一種動、停時間比運動，而本機實現封接的執行機構需要’隨時根據溫度、壓力進行時間的調整，也就是間歇機構的動、停時間隨時需要調整，要與封接執行機構所需時間協調，使用這些間歇機構調整控制起來比較困難，因此，不能選用間歇運動機構。 方案二的動、停時間調整起來比較方便，但使用液壓傳動所需的成本比較高，本機所輸送塑料盒的重量相對比較小，即負載較小，不需要太大的動力，不宜選用方案二。 方案三采用氣壓傳動，傳動相對簡單，成本低，控制方便。另外，對于彈藥引信的包裝，氣壓傳動相對安全性也比較高。因此，選用氣壓傳動輸送塑料包裝盒[2]。 3.3.7 塑料盒的驅動 由于本機塑料盒的輸送采用的方案為氣缸傳動，動力為壓縮空氣，因而可直接選用空氣壓縮機為動力源。一般工廠都有氣源，只要選用氣動三聯件(汽水分離器、調壓閥、油霧噴霧器)就可接人氣源。 3.3.8 塑料盒輸送的控制 (1)傳動制動。任何傳動都有慣性，應使它到達預。定位置即停止并制動。盒輸送選擇氣壓傳動，在制動方面主要可采取兩個措施：一是在選擇氣缸時，選擇帶緩沖的氣缸；二是在預定位置安裝定位塊(撞塊)，氣缸的慣性力是有限的，而且可壓縮，到達撞塊后，就會自動停止。 (2)傳動速度調節。傳動速度的大小直接影響封口機的生產能力。速度太小，降低了生產能力；但傳動速度不能太大，這樣會增加慣性，在制動后會引起機器的震動。因此，速度的調節非常重要。在氣壓傳動中，使用單向節流閥就可以控制氣缸的運動速度。 4 加熱裝置的設計 4.1 氣缸的設計及計算 加熱裝置的上下直線運動由氣缸來完成。氣缸的選擇，就是要確定氣缸活塞的直徑及行程。 已知參數：封接壓力為500～1000 N；氣源壓力為0.4～0.8 MPa；氣缸封接時的停留時間為15～40 s。 由于封接壓力可調，因此，該裝置通過調整氣源壓力來調節封接壓力。氣缸活塞直徑應根據最小氣源壓力值來計算。根據公式： 式中：F＝500 N； P＝0.4 MPa； ——安全系數，一般取0.6～0.7，本設計取0.6； S——氣缸活塞面積。 故 氣缸內徑D： 由于氣缸直徑一般為標準值20、25、32、40、50、63、80等，因此選擇氣缸的內徑為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、停機后的操作及調試方便，取氣缸行程為75 mm。 4.1.2 確定氣缸結構類型 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，有帶導桿氣缸、不帶導桿氣缸等。根據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，上下運動位置須準確，需加導向裝置，選用帶導桿氣缸就可解決此問題。圖4.1為一氣動原件生產公司的導桿氣缸的外形尺寸圖，據此可知氣缸的安裝尺寸。 活塞桿的連接方式，根據具體結構選用外螺紋螺母的連接方式。 根據具體結構，我選用了雙頭螺柱M1028。 圖4.1導桿氣缸外形尺寸 4.2 加熱模板的設計 4.2.1 技術關鍵 加熱模板在結構設計中要解決的問題，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，塑料粘結在模板表面，影響封接表面質量，甚至影響封接的密封性。 4.2.2 結構設計 (1)結構設計時，考慮塑料盒的封接部位即封接面在盒蓋與盒身的側部縱方向，封按時加熱、加壓需要形成一個橫方向的力，使盒蓋與盒身的接縫加熱粘結，但要沿塑料盒四周向橫向加力實現起來比較困難，可將加熱模板設計成楔形，在模板向下加力時，就會有一個橫向的分力。 (2)加熱模板通過加熱器進行加熱。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，結構設計中需預留加熱板接線位置。 (3)由于在塑料盒的加熱熔融封接時，封接參數溫度需要測量及調節，在加熱模板上需安裝溫度傳感器，現選用熱電偶。為使所測溫度相對比較準確，安裝兩支熱電偶。 (4)加熱模板的加熱部位的設計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，加熱模板的結構尺寸如圖4.2所示[1]。 圖4.2加熱模板的結構尺寸 4.3 加熱裝置的其他結構的設計 4.3.1 加熱裝置位置調整設計 加熱裝置上的加熱模板要與塑料盒對中，調試過程中要進行調整。結構設計 時，要考慮到調整的問題，與塑料盒的左右對中可通過調整推盒裝置進行調整。 前后位置的調整，在封口裝置與機架的連接支座上設計長槽孔，隨時調整加熱裝 置的位置。 加熱裝置結構簡圖如圖4.3所示。 圖4.3加熱裝置結構簡圖 5 冷卻裝置的設計 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 到一定的封接強度及密封效果；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 冷卻模板的設計 5.1.1 冷卻模板設計的技術關鍵 冷卻模板在結構設計中要解決的問題，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。 冷卻介質的種類也很多，現選用循環水冷卻，它能將塑料盒封口部位的熱量通過 循環水迅速帶走，而且相對比較經濟。 5.1.2 冷卻模板的結構設計 在結構上，首先要實現冷卻水的循環，循環水通過的位置要盡量在塑料盒的加熱封口部位。為了達到封口部位的密封性，將冷卻模板的底部設計成齒紋，使盒身與盒蓋的接縫處最大限度地實現密封，而不會發生氣體泄漏現象。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 冷卻裝置的結構設計 在機械設計中，盡量采用通用化的設計，也就是在設計中盡量采用同一結構 和尺寸的零部件，以減少零件的種類。這樣可以減少機器的設計工作量，降低生 產成本，增大互換性，便于維修。 為了設計的通用化，冷卻裝置的驅動、與機體的連接等結構選用與加熱裝置 相同的形式。圖5.2所示為冷卻裝置的結構簡圖。 圖5.2冷卻裝置結構簡圖 6盒輸送裝置的設計 6.1 盒輸送裝置設計原理 由前面的方案設計知，盒輸送為間歇輸送，由氣缸來完成。封口機共有三個工位：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工位。需設計一個推板由氣缸驅動，將塑料盒分別輸送至各工位，但當氣缸回退時，如果推板不回縮，就會將后一個工位的塑料盒退回，未完成送盒。因此，需設計成當氣缸向前輸送盒時，推板伸出推盒；當輸送盒氣缸回退時，推板縮回。要實現推板的伸出與縮回，須由氣缸來驅動推板。輸盒的運動原理如圖6.1所示。 圖6.1輸盒運動原理圖 6.2 盒輸送氣缸設計、計算 6.2.1 氣缸類型及結構的選擇 由氣缸來完成塑料盒的推送。有三個工位，也就是說氣缸要實現一次推送三個塑料盒，而推板由氣缸實現伸出與縮回，選用其他形式的氣缸結構就相對比較復雜。因此，盒輸送氣缸就選用無桿氣缸。 6.2.2 氣缸參數計算 (1)氣缸活塞直徑的計算。由前面的設計知，氣缸活塞直徑需根據最小氣源壓力值來計算。計算公式如下： 式中：S為氣缸活塞面積；F為封接壓力；為安全系數，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塑料盒，塑料盒向前輸送時與底板產生滑動摩擦，氣缸的推力就需克服三個塑料盒輸送時產生的滑動摩擦力，而塑料盒與鋼板的最大滑動摩擦系數為0.5，已知塑料盒質量為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準值，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工位之間的距離。根據加熱封口裝置、冷卻裝置的大小以及停機后的操作及調試方便，取氣缸行程為420mm。 氣缸的安裝形式可選擇兩端進行安裝。 6.3 推板導向裝置 當無桿氣缸驅動推板前進或后退時，如果不加導向裝置，盒輸送就會產生偏差，必須對推板的安裝板進行導向。導向裝置可選用直線導軌副。 6.3.1 直線導軌副類型的選擇 推送裝置一次共推送三個塑料盒，為了減少塑料盒推送過程中的阻力，選用滾動直線導軌副。 6.3.2 滾動直線導軌的參數選擇計算 (1)壽命估算。 ①直線導軌的壽命L。由于反復的張力作用，導軌軌道表面的一些部位會產生脫落的片狀碎屑，稱作脫皮。所謂額定壽命，即讓一組同樣的直線運動導軌，逐個在相同的條件下運動，其中90％的總運行距離不發生脫皮現象，此距離即為導軌的額定壽命。 ②額定動載荷C。C指的是同一組直線導軌達到50 km的額定壽命時，在同一方向和相同強度下的恒定負荷。 (2)壽命計算。使用直線導軌系列時，不但要考慮特定的負載，而且必須考慮到不可預測的振動和沖擊。同時，硬度和溫度也是影響壽命的主要因素。壽命計算公式如下所示： 式中：L——額定壽命(km)； ——負載(N)； C——額定動載荷(N)； ——溫度系數； ——硬度系數； ——負載系數； ——接觸系數。 ①溫度系數。直線導軌系列的溫度超過100℃時，滑塊和導軌的表面硬度會下降，在計算額定壽命時應考慮溫度系數，一般取1。 ②硬度系數。為了使直線導軌系列達到最佳承載能力，導軌的硬度范圍應為HRC 58～62。 ③接觸系數。當兩個或多個滑塊一起使用時，由于安裝誤差和慣性力的存在，很難獲得一致的負載分布?；緞迂撦d和基本靜負載應乘以接觸系數。本設計中，滑塊的數目是兩個，要乘以0．81。 ④負載系數。通常，往復運行的機械在高速運行時會產生振動，而且這種振動很難精確計算，可以參照機械設計手冊確定負載系數。此機械運動為低速運動，幾乎沒有沖擊或振動，可選范圍為1～1.5，此處選為1.5。 綜上所述，假設所用時間為30年，即64 000小時，則導軌行程距離 即L＝4000時有： 即 由某公司產品手冊查得：SBG25(C＝2140kgf)符合要求[5]。 6.3.3 選型 選擇SBG25型直線導軌，其具體結構尺寸、參數如圖6.2及表6.1所示 圖6.2 表6.1 圖6.3 無桿氣缸8驅動連接板7在滾動直線導軌副5上左右往復運動，從而帶動了連接板7上的小氣缸完成往復運動，同時，連接板7上的小氣缸活塞桿的上下運動，實現了盒推桿6的伸出與縮回，實現了盒的推送。 7 蓄電池熱封機總體設計 7.1 氣壓傳動系統的設計 本機選用氣壓傳動系統，整機中的盒輸送裝置、盒定位夾緊機構、加熱裝置、冷卻裝置分別由9個氣缸驅動。系統的氣動原理圖如圖7.1所示。 圖7.1系統氣動原理圖 氣缸C1完成塑料盒送入，氣缸C2驅動加熱裝置的上下運動，氣缸C3驅動冷卻裝置上下運動，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驅動塑料盒向前輸送以及推板的返回，三個氣缸C7驅動推板的伸出與縮回。 由于加熱裝置的上下位置需要根據塑料盒的高度及焊接深度隨時調整，因此，在氣缸C2氣動系統的設計中加入了氣控先導閥，使氣缸C2在任意位置可以停止，保證加熱裝置的位置；同時向下驅動時帶有減壓閥，調節加熱裝置向下的力的大小。氣控換向閥保證在停機時加熱裝置處于上升的位置，不會對塑料盒造成過熱。 電磁換向閥V1～V7可根據需要由控制部分發出信號電控換向，控制各個氣缸活塞桿的伸出或縮回，保證各裝置的動作順序，即各機構動作的協調、匹配依靠控制系統來完成。 當有緊急情況時，只要按下兩個急停開關，就能立即關閉氣源，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 控制系統的設計 7.2.1 控制流程圖 因為包裝需加熱處理，所以須考慮每個裝置在工作前所有工件都將處于安全位置，以防止塑料盒在運輸過程中發生擠壓、碰撞、傾斜等危險動作。當塑料盒從送盒滾筒到達輸盒工位時，光電開關得到信號，但此時還不能產生其他動作，必須確保加熱裝置、冷卻裝置已經抬起；加熱裝置、冷卻裝置下的定位夾緊氣缸C4、C5已經松開并已退回原位；輸盒氣缸滑塊已經處于最左端的位置。一切就緒后，三個推板氣缸開始升起，之后，輸盒氣缸滑塊開始將塑料盒向右推進直到最右端，則工件從上料工位到達熱封工位，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。在夾緊氣缸動作的同時，三個撥爪氣缸開始下降回到原位，之后往返氣缸滑塊向左移動返回原位。下一個循環開始后，下一個塑料盒從輸盒工位到達加熱工位，而加熱工位的塑料盒被輸送到冷卻工位，如此不斷循環。冷卻強化時間在理論上不需要像加熱封接這樣長的時間，但為了統一每一工步的時間，我們將冷卻強化時間與加熱封接的時間設定成一致。具體的控制流程圖見圖7.2。 圖7.2系統控制流程圖 7.2.2 I／O點分配 選用西門子公司的CPU224PLC作為主控元件，所有的執行元件都采用氣動元件，以電磁閥來控制氣缸的動作。為了檢測每個氣缸是否到位，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，在輸盒工位安裝有光電開關，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光電開關。因為火工品屬于易爆物品，所以對加熱氣缸的動作及加熱時間要嚴格控制。如前所述，加熱氣缸在中間位置要停留一段時間，然后繼續下行進行加熱，·目的是讓操作人員再次確認工件的狀態是否良好，所以加熱氣缸使用兩個電磁閥，并在氣缸的中間位置多安裝一個磁性開關。具體I／O點分配見表7.1和表7.2。 表7.1 輸入點 功能 輸入點 功能 輸入點 功能 I0.0 啟動按鈕 I1.0 加熱氣缸中間磁性開關C2.2 I2.0 往復氣缸的左光電開關C6.2 I0.1 停止按鈕 I1.1 加熱氣缸下磁性開關C2.3 I2.1 往復氣缸的右光電開關C6.1 I0.2 壓力繼電器 I1.2 冷卻氣缸上磁性開關C3.1 I2.2 撥爪1下端磁性開關C7.12 I0.3 托板氣缸前磁性開關C1.1 I1.3 冷卻氣缸下磁性開關C3.2 I2.3 撥爪1上端磁性開關C7.11 I0.4 托板氣缸后磁性開關C1.2 I1.4 夾緊氣缸1后磁性開關C4.1 I2.4 撥爪2下端磁性開關C7.22 I0.5 加熱氣缸上磁性開關C2.1 I1.5 夾緊氣缸1前磁性開關C4.2 I2.5 撥爪2上端磁性開關C7.21 I0.6 接觸器輔助接點 I1.6 夾緊氣缸2后磁性開關C5.1 I2.6 撥爪3下端磁性開關C7.32 I0.7 上料位光電開關S1 I1.7 夾緊氣缸2前磁性開關C5.2 I2.7 撥爪3上端磁性開關C7.31 表7.2 輸入點 功能 輸入點 功能 輸入點 功能 O0.1 運行指示燈 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 報警指示燈 O0.6 加熱氣缸上行電磁閥KA2.2 O1.4 往復氣缸前推電磁閥KA6.1 O0.3 啟動繼電器 O1.0 冷卻氣缸電磁閥KA3 O1.5 往復氣缸退回電磁閥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 本控本控制系統的程序梯形圖見圖7.3。 圖7.3程序梯形圖 7.3 機架設計 使機器穩定在機架的作用就是將機器的全部重量傳至基礎上，承受機器工作時的作用力和基礎上。 對于機架的設計應滿足下列幾個條件，首先要有足夠的強度和剛度；第二，便于制造加工；第三，便于各執行機構或裝置的安裝等。也就是說，強度和剛度是評價機架質量的基本準則，但對于機架來說，受外界因素的影響很多。機架中的殘余應力、基礎下沉等，難于用數學分析方法準確計算機架中的應力和變形。設計時，通常先根據機器的工作狀況和要求，類比類型相近的機器的機架尺寸，擬定本機的結構形狀和尺寸，然后，對危險截面進行強度及剛度的校核與計算。圖7.4為機架尺寸結構圖 圖7.4為機架尺寸結構圖 7.4 總裝圖 圖7.4所示為蓄電池熱封機的結構簡圖。 圖7.4蓄電池熱封機結構圖 8 結論 畢業設計是本科學習階段一次非常難得的理論與實際相結合的機會，通過本次比較完整的蓄電池熱封機設計，讓我對機械這行業有了更深層次的了解。理論結合實際的問題得到了提高，查閱資料、設計規范、制圖能力也得到了鍛煉，為以后工作打下了基礎。 從這次設計中我還發現了自己有很多不足的地方，專業基礎知識不太牢固，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設計還是給了我很大的信心，我相信自己能再機械這條道路上走的更遠。 參考文獻 [1]濮良貴，紀名剛. 機械設計[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[M].北京：機械工業出版社，2005 [3]成大先. 機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2002. [4]孫桓，陳作模，葛文杰. 機械原理.北京：高等教育出版社，2006.5. [5]劉鴻文，材料力學. 北京：高等教育出版社，2004.1. 致 謝 本次的畢業論文是在導師的親切關懷與指導下完成的。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思方面，老師都給了我很大的幫助，特別是他廣博的學識以及嚴謹的治學精神是我終生受益。在此我表示深深的謝意。感謝所有在畢業設計中幫助過我的良師益友。最后向在百忙中抽出時間對文本進行評審并提出寶貴意見的各位導師表示衷心的感謝! - 31 -