快递物品快速包装设备设计毕业论文.doc
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1、 机械工程学院毕业设计(论文) 题 目:快递物品快速包装设备设计 专 业:机械设计制造及其自动化 班 级: 121 姓 名: 吴 健 学 号: 1666120127 指导教师: 乔印虎 日 期: 2015.12.15 目录1、绪论31.1引言31.2国内外研究现状及分析31.3本文研究目标与意义42、书本打包机总体设计42.1书本捆扎规格42.2打包工艺方案设计52.3、工作工艺图示53、书本打包机机械结构设计631送书机构63.2推书机构73.2.1、计算气缸提供的推力93.2.2、活塞杆直径计算93.3折上下边及折侧边机构103.3.1、丝杠的初级估算113.3.2、丝杠的验算:113.4
2、取纸送纸机构设计123.4.1送纸机构原理133.4.2纸张测厚检测原理143.5折四角机构设计163.5.1、直齿锥齿轮的估算163.5.2、直齿锥齿轮的当量齿轮和重合度:183.5.3直齿锥齿轮的强度校核:194、书本打包机控制系统设计234.1、书本打包机工作流程:234.2书本打包机各部分控制设计:234.3、书本打包机信号输入输出分配表:23快递物品快速包装设备设计摘要:随着经济的发展,电商的快速崛起,商业印刷行业也得到了飞速的提高,这对书本打包的快速性和精确性提出了更高的要求。书本打包机的横向送书机构、纵向推书机构、折上下边及侧边机构、折四角机构、送纸机构进行设计是此次设计的重点,
3、它们的正确与否决定了设计的成功和失败。本书本打包机设计中应用了多种传感器,由传感器进行检测,传输给PLC,由PLC对书本打包机的各保证动作进行控制,减轻了工人工作负担,实现了机器的智能化控制更保障包装的高精度和高质量。用机器代替人工完成书本的包装工作,即节省时间和劳动力又保证了长时间工作的高包装质量。关键词:送书机构;推书机构;折上下边及侧边机构;PLC控制1、绪论1.1引言近年来随着科技水平的提高,教育的普及,这也推动商业印刷和包装工业的快速发展的市场,这对图书输送物流提出了更高的要求。电商的迅速崛起促使商业印刷不停前进,但是传统的打包工艺无法满足现代社会的需要,它的高成本,打包缓慢,精度低
4、,效率低等缺陷严重制约了商业印刷的发展。为了解决这种问题,在包装行业使用自动化书本打包机势在必行。1.2国内外研究现状及分析经济发展的越来越快,人们的需求也在日益提高,包装的速度、工艺及包装质量都遭受着严重的挑战。但是随着计算机技术和自动化技术的不断发展,我们找到了书本打包机新的发展路线,书本打包机将向着自动化、精密化、智能化进行改进。本次设计将对书本打包机的纵向送书机构、送纸机构、折上下边及侧边机构、折四角等机构进行设计计算,并对书本打包机的流程及控制系统进行设计,已达到自动化包装的目的。目前在我国书本打包多数还是采用人工打包,这与国外先进的全自动化包装机械存在着很大的差距,这主要表现在:(
5、1)包装纸裹包书摞没有专业的摞书装置进行摞书,裹包折叠书包的外观形态形状大小各异没有统一的格式,造成了在捆扎书摞时皮带受力不均匀,可能会造成裹包的散捆。(2)手工多于机器:在书本的运输,打包等方面自动化水平低,无法满足众多客户的需要跟不上现代图书物流业的发展。(3)书本打包的低效率、高成本、低外观,包装方法和工艺不尽完善,仍需后续加工处理,这些都对商品造成了严重的负担。我国的书本打包技术较国外十分的落后,已经无法适应现代化图书物流业的需求了,书本打包机要向一下几个方面进行改进:(1) 机械功能多元化:因为人们的需求各有不同,为了满足大多数人的需求,书本打包机必须能对多种规格的书本进行打包。(2
6、) 机械设计标准化:必须充分利用模块化设计方法使其能在短时间内更换新机型,提高产品的市场反应速度,满足市场的需求。(3) 控制智能化:书本打包机的包装动作以及检测都将由计算机进行控制,提高了包装的精度,并降低了工人的压力。(4) 提高包装的精确性:在设计机械时要保证严格的配合性,保证机械的正常运行,书本打包机的每一个工作都由传感器检测,并由PLC控制,保证了机械运动的高度精确性。1.3本文研究目标与意义在整个书本配送过程中,无疑打包是最费时也是最直接呈现商品的一个环节。然而传统的手工包装方式,既费时又费力,效率低,质量差,高成本而又低回报,这种打包方式严重违反了市场的规律难以满足要求。所以对书
7、本打包机的自动化,智能化改造势在必行,本次设计将对书本打包机的纵向送书机构、送纸机构、折上下边及侧边机构、折四角等机构进行设计计算,并对书本打包机的流程及控制系统进行设计,已达到自动化包装的目的,能极大的提高打包效率,降低操作者劳动强度。2、书本打包机总体设计2.1书本捆扎规格四种书本规格分别为:表1书本规格书本规格长度(cm)宽度(cm)小32开18.513小16开2618.5大32开2114.8大16开29.621从表中可发现小32开正好是小16开的一半,大32开是大16开的一半。故可考虑采用控制复本数的方式规范为二种包装规格:小包书摞:长37cm,宽26cm;大包书摞:长42cm,宽29
8、.6cm;复合牛皮包装纸规格为:长118cm,宽78cm。2.2打包工艺方案设计书本打包机的工艺流程为:首先将待打包的书摞由横向送书装置的左侧送至纵向推书的位置,同时送纸机构工作将包装纸送至指定位置,然后由气缸将书摞向前推送再此过程中书本与包装纸相遇,书摞和包装纸一起向前运动书摞被裹包成了“匸”字型,接着书摞和包装纸输送到折上下边及侧边工位,由折上下边及侧边机构完成书摞前口、两侧边的上、下伸出端包装纸的折叠,最后书摞输送到折四角工位,由折四角机构完成对四角伸出端包装纸的折叠。其工艺顺序简略为:推书送纸推书保三面折上下边及两侧边折前后角。2.3、工作工艺图示 a 推书送纸 b 推书包三面 c折上
9、下边及侧边 d 折四角图1书本打包机工艺3、书本打包机机械结构设计31送书机构 1-皮带;2-电动机;3-三脚架;4-滚轮;5-减速箱图2送书机构图2所示为送书机构,该机构的主要任务是将皮带左端的书本通过皮带运输到右端。该机构主要由皮带、电动机、减速箱、滚轮、三角架构成。书本利用皮带从左端运输到右端推书位置,由送书电机提供动力,通过皮带传输。查阅机械设计手册知皮带选普通平带,需满足轴间距大。:皮带轮机构皮带与重物的总重量;滑动面的摩擦系数;滚轮的直径;滚轮的重量;皮带与滚轮的效;皮带的速度;电机电源:单相110V60;工作时间:1天8小时运转。:决定减速箱的减速比:减速箱的输出速度: 电机(4
10、极)在60HZ时的额定转速为1450155r/min,故应选择减速比。减速箱的减速比i为: 因为输送带启动时所需转矩为最大,故先计算启动时的必要转矩。滑动面的摩擦力为F: 负载转矩: 因为此负载转矩是减速箱输出轴转矩,还需要转化成电机输出轴的转矩: (减速箱的传导效率) 按使用电源电压波动(220V10%),设定安全率为2倍。 查阅标准电机型号/性能表,可得选用电机:90YS40GV22,减速箱90GK60H。确定负载惯性惯量: 皮带:工作物的惯性惯量 滚轮的惯性惯量 减速箱输出轴的全负载惯性惯量 因为,故选择是合适的。且所选用的电机额定转矩为260,较实际负载转矩大,可以提供更大的转速。3.
11、2推书机构图3所示为横向推书机构,该机构的任务是当书摞运输到推书位置时,传感器接受到信号,气缸开始工作,活塞杆推动推板向前推书。该机构主要由气缸和推板构成。 图3横向推书机构选择气缸型号:表2气缸标准型号缸径(mm)40506380100使用压力范围0.051.0MPa环境和流体温度无磁性开关:-10c+70c,带磁性开关:-10C+60C使用活塞速度50500mm/s缓冲气缓冲行程长度允差mm250,2511000,10011500给油不需要接管口径(Rc)1/43/81/2 表3行程/磁性开关型号缸径(mm)标注行程(mm)磁性开关型号磁性开关安装件拉杆安装除A54外仅A544025,50
12、,75,100,125,150,175,200,250,300,350,400,450,500Z73Z76Y59Y7BWY7BALA54BA4-040BT-045025,50,75,100,125,150,175,200,250,300,350,400,500,60063BA4-063BT-068025,50,75,100,125,150,175,200,250,300,350,400,450,500,600,700BA4-080BT-08100由工作条件:工作行程超过300mm;工作压力0.05MPa。查阅表2、3选择气缸型号为SMC(中国)有限公司生产的CDA2B-50-350-Y7BAL
13、。3.2.1、计算气缸提供的推力根据机械设计手册5得:当推力作功时:(m) (1)式中活塞杆上的推力N;p气缸工作压力Pa;D活塞直径m;载荷效率,主要主要保证气缸特性参数及总阻力。因为在这里气缸动态参数要求一般,且工作频率低,基本是匀速运动,可只考虑其总阻力,其载荷率可取0.7。 故=气缸工作时的总阻力:;故气缸工作时能提供比阻力更大的力。3.2.2、活塞杆直径计算查阅机械设计手册5得:活塞杆直径d可根据气缸拉力预先估定,活塞杆直径可按。取d/D=0.2,故。按强度条件计算 (2)式中气缸的推力N;活塞杆材料的许用应力;材料的抗拉强度pa;S安全系数,;因为气缸由内置磁环,故活塞杆应选用5A
14、03铝,查阅机械设计课程设计手册表2-20得抗拉强度175MPa。故。带入公式得故活塞杆直径取,满足强度要求。综上所诉,气缸选用CDA2BF-50-350-Y7BAL,工作压力0.05MPa,活塞杆直径10mm。3.3折上下边及折侧边机构 1-直流电机;2-刚性联轴器;3-滑动丝杠;4-右挡板;5-上挡板;6-左挡板 图4折上边及侧边机构图4所示折上边及侧边机构简图,该机构的任务是在书本经过送纸之后,对包装纸进行折上边及侧边。该机构主要由直流电机,刚性联轴器,滑动丝杠,左挡板,右挡板折,上挡板构成。折上下边及侧边运动由电机带动丝杠运动来实现,因为工作只要求满足上下运动,无较高的精度要求,为了加
15、工简单,选择易于自锁的滑动螺旋方式。因为丝杠运动中传递力和运动,不承受冲击和变载荷,且精度要求不高,故选用加工简单的矩形螺纹。根据机械设计大典4螺杆材料选45钢,螺母材料选耐磨铸铁。3.3.1、丝杠的初级估算螺母上的负载重量为10Kg;螺母移动速度为10cm/s;丝杠直径选用50mm;螺母高度为2cm;导程为10mm。螺纹工作高度p为螺距,查阅机械设计课程设计手册表3-1得:;所以螺旋圈数H为螺母高度;Z为螺旋圈数查阅中国机械设计大典4得:;3.3.2、丝杠的验算:1、校核工作强度: (3)公式中:F-轴向载荷(N);-许用压强(Mpa)查阅机械设计大典4表37.2-8得。 所以满足工作压强要
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