药瓶自动装盒机的设计与开发

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3.0 陈辉 2024-11-20 6 4 3.32MB 89 页 15积分
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摘 要
自动装盒机械的结构与产品的包装方式、生产工艺有着直接的关系，它的设
计研究涉及机械、材料、电子、控制及其它学科的知识理论。它的构成复杂，产
品品种、形式和规格多种多样。计算机辅助设计应用于包装机械行业，方便产品
开发人员设计、修改对应图纸，同时可根据相关图纸进行数据共享。而有限元分
析软件应用于产品结构设计，与辅助设计软件相结合，实现产品设计与工程分析
的相结合，结构优化逐步得到应用。
本文着重阐述了药品包装领域的药瓶自动装盒机的设计流程，通过实际设计
来验证设计流程的可行性。从项目总体方案设计、方案选择、具体部件系统设计
到整个虚拟样机的建立，研制开发的药瓶自动装盒机结构合理、功能齐全、生产
效率高、稳定性好、成本低、易于维护检修，基本达到了合作方的要求。
本文的研究过程及成果主要包括：自动装盒机的设计流程；装盒机生产工艺
流程的研究；细化设备关键部件系统的结构设计，着重对供料系统和纸盒开闭执
行机构的结构作深入的研究，并提出一种全新的说明书供送方案；在无实体模型
进行实验模态分析的前提下，对八工位转盘结构模型进行有限元模态分析，证明
了此结构是较为合理的；结合装盒生产工艺特点和设备自身特点，分析了设备生
产时控制系统应具有的基本功能，提出几种实施方案进行对比，最终确定了以 PLC
为主控器的控制方案，完成了控制系统的总体设计、电气原理设计和程序设计；
最后，论文客观地总结了课题所取得的成果以及存在的问题，提出了课题后续的
研究方向和内容。
关键词：自动装盒机 设计流程 工艺流程 虚拟样机 模态分析
控制
ABSTRACT
The structure of automatic cartoning machine has a direct relationship with product
packaging and production process, which involves machinery, materials, electronics,
control theory and knowledge of other disciplines. And it is a complex design with
various form and size. It is convenient for designers of product-developments to design
or modify the corresponding drawings, as well as share the data of relevant drawings’
by use of computer-aided design in packaging machinery industry. And finite element
analysis software used in the product structure design integrated with CAD software
achieves combination of product design and engineering analysis, and then the
structural optimization is gradually applied during designing.
In this paper, design process of automatic bottle cartoning machine is introduced,
the feasibility of which is verified by the actual design. From the overall project design,
program selection, the specific parts of the system design to the establishment of the
virtual prototype, the automatic bottle cartoning machine developed with reasonable
structure, complete function, high efficiency, good stability, low cost and easy
maintenance or overhaul, basically reaches the requirements of partners’.
The process and results of this study include: design process of automatic
cartoning machine, research on process of cartoning machine production, the structural
design of refining equipment on key components of the system: focus on deep study
about the structure of the feed system and the opening and closing box implementing
agencies and propose a new specification for sending programs, modal analysis of
eight-position rotary finite element model proves that this structure is more reasonable
in the premise with absence of physical model experimental modal analysis. Analyze the
basic functions of the equipment system in production and propose several
implementation options for comparing according to characteristics of production
process and equipments in automatic bottle cartoning machine, then set the cotrolling
program including completed controlling system design, electrical design and
programming principles based on PLC-based controller. Finally, the thesis objectively
summarizes results achieved as well as problems presented, then put forward research
topics for the next procedure.
Key Words: Automatic cartoning machine, Design flow, Technological
process, Virtual prototyping, Modal analysis, Control
目 录
I
目 录
摘要
ABSTRACT
第一章 绪 论 .......................................................................................................1
§1.1 自动装盒机概述 ...........................................................................................1
§1.2 研究背景及课题来源 ...................................................................................2
§1.2.1 研究背景 ................................................................................................ 2
§1.2.2 课题的来源 ............................................................................................ 3
§1.3 国内外发展现状及发展趋势 .......................................................................3
§1.4 本论文研究内容 ...........................................................................................6
§1.4.1 本论文研究方向 .................................................................................... 6
§1.4.2 论文的组织结构 .................................................................................... 7
第二章 自动装盒机总体方案设计 .......................................................................8
§2.1 自动装盒机设计的步骤 ...............................................................................8
§2.1.1 计划阶段 ................................................................................................ 9
§2.1.2 方案设计阶段 ........................................................................................ 9
§2.1.3 技术设计阶段 ........................................................................................ 9
§2.1.4 技术文件编制阶段 .............................................................................. 10
§2.2 确定功能与应用范围 .................................................................................10
§2.2.1 自动装盒机的构成 .............................................................................. 10
§2.2.2 药瓶自动装盒机的功能与应用范围 .................................................. 11
§2.3 工艺分析 .....................................................................................................12
§2.3.1 工艺分析概述 ...................................................................................... 12
§2.3.2 自动装盒机工艺流程方案 .................................................................. 15
§2.4 自动装盒机总体布局 .................................................................................18
§2.4.1 布置执行机构 ...................................................................................... 18
§2.4.2 布置传动系统 ...................................................................................... 18
§2.4.3 布置操作件 .......................................................................................... 19
§2.4.4 选择支撑形式 ...................................................................................... 19
§2.4.5 绘制总体布局图 .................................................................................. 20
§2.5 自动装盒机主要参数的确定 .....................................................................20
§2.6 本章小结 .....................................................................................................21
药瓶自动装盒机的设计与开发
II
第三章 自动装盒机关键部件结构设计 .............................................................22
§3.1 传动系统结构设计 .....................................................................................22
§3.1.1 拟定传动方案 ...................................................................................... 22
§3.1.2 传动方案设计计算 .............................................................................. 23
§3.2 供送系统结构设计 .....................................................................................24
§3.2.1 说明书供送系统 .................................................................................. 24
§3.2.2 药瓶供送系统 ...................................................................................... 37
§3.2.3 机包盒供送系统 .................................................................................. 40
§3.3 执行与输出系统结构设计 .........................................................................48
§3.4 机体结构设计 .............................................................................................53
§3.4.1 机体的作用与要求 .............................................................................. 53
§3.4.2 机体的具体设计 .................................................................................. 54
§3.5 虚拟总装配 .................................................................................................54
§3.6 本章小结 .....................................................................................................55
第四章 八工位转盘结构的模态分析 .................................................................56
§4.1 有限元模态分析基础理论 .........................................................................56
§4.1.1 有限元法概述 ...................................................................................... 56
§4.1.2 阻尼矩阵及自振特性基本方程 .......................................................... 56
§4.1.3 模态分析的步骤 .................................................................................. 58
§4.2 模态分析目标 .............................................................................................58
§4.3 有限元模型的建立 .....................................................................................58
§4.4 模态分析前处理 .........................................................................................59
§4.5 模态分析结果及后处理 .............................................................................61
§4.6 本章小结 .....................................................................................................62
第五章 控制系统设计 .........................................................................................63
§5.1 控制系统总体设计 .....................................................................................63
§5.1.1 控制系统功能分析 .............................................................................. 63
§5.1.2 控制方案比较 ...................................................................................... 64
§5.1.3 控制系统硬件总体构成 ...................................................................... 65
§5.2 控制系统电气原理图 .................................................................................66
§5.3 程序流程图 .................................................................................................70
§5.4 本章小结 .....................................................................................................71
第六章 总结与展望 .............................................................................................73
目 录
III
§6.1 总结 .............................................................................................................73
§6.2 进一步的工作与展望 .................................................................................73
参考文献 .................................................................................................................75
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 .....................................79
一、论文 .............................................................................................................79
二、科研项目 .....................................................................................................79
致谢 .........................................................................................................................81
第一章 绪 论
1
第一章 绪 论
§1.1 自动装盒机概述
自动装盒机是包装机械工业的一大门类产品，是集机、电、光、气、磁等为
一体的机械电子设备，它给行业提供必要的技术设备，以完成所要求的产品包装
工艺过程[1]。
药瓶自动装盒机是将药瓶连同说明书自动装入折叠纸盒中，并完成关盒动作，
部分功能较全的自动装盒机还带有贴封口标签或进行热收缩裹包等附加功能。它
的进料入口有三个，分别为说明书入口、药瓶入口和机包盒入口。从机包盒进料
到最后包装成型的整个过程大致可以分成四个阶段：下盒、打开、装填、合盖。
药瓶自动装盒机的分类方式繁多，常见分类方式如下：
(1) 按被包装物进入纸盒的方式可分为卧式与立式，目前以卧式居多。其中以
被包装物水平方向推入纸盒的机型称为卧式，被包装物垂直方向进入纸盒的机型
称为立式。
(2) 按最终纸盒封合形式可分插舌式、胶粘式、混合式、加标贴、展开式和自
锁式等。
(3) 按被包装物的规格可分为单件、双件及多件。
(4) 按自动化程度可分为非自动、半自动和全自动。
(5) 按自动装盒机在包装生产作业线中的组合分类有单机、联动机、组合自动
生产线和机器自动系统等。
(6) 按装盒速度可分为 60~120 盒/分为中低速型； 150~180 盒/分为中高速型；
200~300 盒/分为高速型；大于 350 盒/分为超高速型。其中：60~80 盒/分装盒机以
凸轮机构或为主，其优点为结构紧凑、体积小、适应性强及方便实惠，缺点是调
整不易、速度低；80~120 盒/分装盒机以机械-凸轮机构为主，其优点为运行相对稳
定、调整方便、应用领域广，缺点是回转式纸盒成型展开机构不能适应速度的变
化；150~200 盒/分装盒机以机械连续工作型机构为主，其优点为高速，缺点是使
用针对性强、对包装材料要求苛刻；280~300 盒/分装盒机以机械、伺服等先进控
制技术为主[2~4]。
一般 60~120 盒/分装盒机属间歇型，而 150~200 盒/分药用装盒机属连续工作
型，现把二者进行比较，如下表 1-1 所示。
摘要：

摘要自动装盒机械的结构与产品的包装方式、生产工艺有着直接的关系，它的设计研究涉及机械、材料、电子、控制及其它学科的知识理论。它的构成复杂，产品品种、形式和规格多种多样。计算机辅助设计应用于包装机械行业，方便产品开发人员设计、修改对应图纸，同时可根据相关图纸进行数据共享。而有限元分析软件应用于产品结构设计，与辅助设计软件相结合，实现产品设计与工程分析的相结合，结构优化逐步得到应用。本文着重阐述了药品包装领域的药瓶自动装盒机的设计流程，通过实际设计来验证设计流程的可行性。从项目总体方案设计、方案选择、具体部件系统设计到整个虚拟样机的建立，研制开发的药瓶自动装盒机结构合理、功能齐全、生产效率高、稳定...

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