第一节 概述
第二节 总体方案设计的基本内容
第三节 总体方案设计实例
发展独立思考和独立判断的一般能力，应
当始终放在首位，而不应当把获得专业知识放
在首位。如果一个人掌握了他的学科的基础理
论，并且学会了独立地思考和工作，他必定会
找到他自己的道路，而且比起那种主要以获得
细节识为其培训内容的人来，他一定会更好地
适应进步和变化。
---爱因斯坦 （美国）
第一节 设计包装机的基本要求
设计包装机时,要使机械具有先进的技术性,良好的
使用性和机械加工工艺性,就必须注意满足以下几项基
本要求。
一、具有一定的使用范围
包装机的应用范围,是指一台包装机所能完成的包装
形式、适用包装物料的种类和规格、包装材料的品种
和规格等。
通常,当包装机的应用范围小时,它的结构较简单,生
产率较高,而且易实现生产的自动化。若扩大包装机的
应用范围,虽然可以实现一机多用,但往往造成机械结
构的复杂、提高成本。因此要根据使用工厂的实际需
要、物料性质、包装材料性质以及包装产品的批量来
确定包装机的使用范围。
二、生产率高
包装机的生产率,是指一台机器在单位时间内所包装物
料的数量或件数。
生产率又分为理论生产率和实际生产率,上述的定义是
指的理论生产率；但是,在实际生产中,有时要做生产的
准备、要停机装添物料和包装材料、调试和维修机器、
检验产品质量等,所以在实际生产中,一般用实际生产率
来表示包装机的生产率,它是指一台包装机在一段时间内
(一日、一班 )的包装物料的数量。
设计中,在满足使用要求的前提下,要尽量提高生产率,
措施是提高包装机的运动精度、自动化程度和可靠性,分
散包装工序,增加包装执行机构数量,以及缩短辅助时间
等。
三、具有一定的精度
生产中,要求包装机的生产率高、可靠性高、包装成品质量
好、噪音小等,因此包装机本身应具备一定的精度。精度分为
静力精度、运动精度和动力精度。
静力精度,是指包装机空运转时部件的运动精度和相互间的
位置精度；它是由机械零件的加工精度和装配精度决定的,
运动精度,是指包装机的工作部件运动均匀性和协调性。它
是由传动系统中零部件的设计、加工、装配和调整精度决定的。
动力精度,是指包装机在包装工作的过程中,包装机部件在工
作力,温升振动的作用下的运动精度和相互位置精度。它是由
包装机的零部件的刚度、按触刚度、抗振性和热变形等因素决
定的。
包装机的精度愈高,对机械的制造精度、零件材料的要求愈
高,使机械制造成本高。因此,包装机的精度必须根据各种要求,
进行全面综合分析后再确定。
四、提高机械的自动化程度
包装机械分为半自动包装机和全自动包装机,若包装机在完
成完整的包装循环的过程中,包装物料或包装材料的传送要人工
来完成,则称为半自动包装机；若上述工作全部由机器来 完成,
则称为全自动包装机。
包装机的自动化程度愈高,它的生产率愈高,工人的劳动强度
愈低。但是,机器的构造和控制系统则愈复杂,从而提高了机器
的成本、增加了机器维修的难度。所以,必须根据使用要求和上
述各种因素来确定包装机的自动化程度。
五、提高“三化”程度
,三化”是指包装机的品种系列化,零、部件的通用化和标准
化。
提高机器的“三化”程度,可以减少零件和部件的品种,缩短机
器的设计和制造周期,增加生产批量,便于组织生产、降低机器
制造成本,有利于提高机器的质量；便于维修和保养。
包装机的结构复杂、品种繁多,所以提高机器的“三化”程度是
非常迫切的,但是,包装机的发展正处在新兴阶段,“三化”工作刚
刚开始,这就要求在设计包装机时,必须对其“三化”给予极大
的重视。
六、便于制造、操作、维修
包装机的零件结构复杂,在设计中,要注意零件的结构工艺性,
若工艺性差,会造成加工性差、延长制造周期,增加制造成本。
同时,设计者必须为机器的操作者着想,使操作者便于更换包
装材料、添加物料，便于观察机器的工作情况、以及便于调整、
维修和保养机器。
另外,要有安全保护装置,防止发生人身安全事故、机器损坏
和包装质量事故等。
七、控制机器的噪声
包装机正向高速化、多功能发展,控制机器的噪声是设计和
制造时的一个重要问题。噪声能损伤人的听觉器官和生理机能,
必须采取一定的措施降低噪声。如提高零部件的制造精度、配
合精度,减少机器的激振力,安装隔振和吸振装置等,使包装机的
噪声不超过 80dB(A)。
八、提高包装机的工作质量
包装机的工作质量是以物料被包装后的成品质量来衡量的,一
般用被包装成品的正品率表示。正品率是表示在一段时间内,被
包装物料的总数与其中包装质量合格的数量之比；废品是指包
装物料或材料损伤、物料外露、空包及计量不准确等。包装机
的工作质量高,能直接提高包装机的生产效率、降低产品成本,所
以设计机器时应给予极大的重视。
九、外形美观
包装机的外形要美观、色调要和谐、人机关系要合理,这样能
够提高机器在销售中的竞争力,又有利于操作工人的生产活动。
因此,设计时应使包装机的外形美观、尺寸比例协调、颜色美观
大方。使操作者喜欢机器、有较高的工作情绪和安全感,以利于
提高生产效率。
第二节 包装机的设计步骤
一、总体方案设计
设计包装机的第一步,是进行总体方案的设计,即在充分调查
研究的基础上,进行可行性分析论证,确定包装机的使用范围、
包装工艺方法、初选各部件的结构和总体布局等。这是整台机
器技术设计的依据。因此，在拟定总体方案时。必须全面地考
虑,使确定的方案既先进又经济效益高。具体包括以下内容,
1.调查研究
(1)调查使用单位要求
主要调查、了解被包装的种类、性质、尺寸、形状、包装
方法和形式及对包装的要求、包装材料的种类、规格、特性及
供应情况，了解操作工人对现有同类型包装机的意见、对新设
计包装机的要求,了解工人的操作技术水平，并且要了解新设
计包装机的工作环境,包装环境的温度、湿度等。
(2)调查机器制造单位的情况
主要了解制造单位的设备和工人的技术水平,了解各种原材
料的供应情况；以及制造包装机的经验。
(3)查阅有关技术资料
主要查阅现有同类型包装机的图样、技术资料以及有关使用情
况的资料；还要查阅国内外有关的各种科技文献,了解国内外同
类机型机械的现状及发展趋势。
2.进行可行性分析论证
可行性分析，即在充分调查研究的基础上、提出该项目是否可
行的论证报告。如果该项目是可行时,还必须提出方案的具体实
施方案计划和措施,并请有关专家论证,然后报请主管部门审批。
3.初步设计
一般包括的内容有确定包装机的使用范围和生产率,进行包装
工艺分析、确定出包装方法和形式并画出工艺流程图,初选包装
机的类型、各组成部分的结构并画出草图,确定包装机的外形尺
寸并画出总体尺寸联系图；拟定整台机的传动系统图、拟定包装
机的工作循环图,在上述工作进行的同时进行总体布局、定出主
要的技术参数、绘出包装机的总体图。
以上各阶段既有相对的独立性,又是互相密切联系的,在设计
中可以交叉进行,减少不必要的返工,以便使设计工作周密地、有
次序地进行,确保设计质量和进度。
二、技术设计
1.设计计算
根据包装机总体方案,对包装机组成部分进行运动设计计
算、结构设计、动力计算、同时,对有的零件要进行强度和
刚度校核,并且要绘制出各部件的装配图,专用零件图和通用
件的补充加工图。
2.编写技术文件
(1)设计计算说明书
它包括总体方案设计、零部件的运动计算、结构设计、
动力设计、有关零件的强度和刚度校核等内容,同时,要对整
机进行经济效益分析。
(2)使用说明书
它包括包装机的技术性能、各部件构造说明,包装机的安
装、调试、润滑方式,常见故障的排除方法,易损零件列表和
图样、电气设备表,以及包装机的运输方法和验收标准,有时
要编制各种通用件、标准件名细表。
第三节 包装机总体方案设计
总体方案设计是整机的关键性设计,它主要包括以下主要
内容,
一、确定包装机的使用范围
按使用范围分,包装机可分为专用包装机、通用包装机和
多用包装机。确定使用范围的原则是,
1.专用包装机
若被包装的物料生产批量大、品种规格不变,可选用专用
包装机,这样便于提高包装机的生产率和自动化程度。
2.多用包装机
若被包装的物料生产批量中等、品种规格要一定时期才更
换,可选用多用包装机,只要更换有关部件即可。
3.通用包装机
若被包装物料批量小,经常更换物料的品种、规格,可选用
通用包装机。这样可增加同类包装机的生产批量,减少包装机
使用单位的设备投资费用,同时也降低了包装成本。
一般应跟据包装机使用单位的要求,在保证机械作用可靠
性高、制造成本低的原则下,使包装机的应用范围广一些为宜。
二、包装工艺设计
包装工艺设计,即是分析、确定该机应采用的包装方法和形式、包
装程序、包装路线、工位数等。鉴于被包装物料种类、规格繁多,
包装材料的品种、规格和性能又各不相同,包装产品流通环境也
各不相同,所适用的包装工艺也各不相同。导致包装机的结构也
各不相同,所以包装工艺是整台机设计的依据,
1.确定包装方法和形式
(1)分析包装物料的性质
常用的物料按其状态可分为块状、粉状、颗粒状、流体状,应采用
的包装方法和形式也各不相同,如流体物料常采用常压灌装法、
等压灌装法、真空灌装法等。为了保证包装的质量,如装啤酒宜
采用等压灌装法、桔汁宜采用真空灌装法,另外,同一种物料,当规
格相同时,也可以采用不同的包装形式,如糖块可选用裹包方法中
的单端及双端扭结式、端折式、袋装式等。这时要在充分分析、
比较的基础上,选择能使包装机结构简单的包装方法和形式。
(2)包装材料的选择
当多种包装材料都
能满足物料的包装
要求和使用要求时,
选择包装材料的原
则是,a.能简化包装
机的结构 ;b.使包装
机具有较高的生产
率 ; c.包装质量好、
易于销售 ; d.包装材
料来源方便、充足、
成本低 ;e.便于消费
者携带和废物处理
等。
1-供送物料 2-供送包装材料 3-长接口折边及第一次热封 4-长接口边第二次热
封 5-两侧面折边 6-侧面第一次热封 7-包装件翻转 8一侧面第二次热封
2.确定包装程序、包装工艺路线、包装工位数、绘制包装工艺路
线图
(1)包装程序
包装程序是指对物料进行包装时,各个包装动作的顺序。用
来表示这种顺序的图称为包装程序图,如图 9.1所示为某种块状物
料裹包时的包装程序图。
有的包装方法和形式往往就决定了包装程序,如液体真空灌装
程序是升瓶一抽气一灌液一排除余液一降瓶。有的包装方法和形
式相同,可以用不同的包装程序来完成,如图 9.2所示是裹包方法中
的折叠式包装。图 (a)是物料在上下和左右移动中完成包装,图 (b)
所示是物料在平行移动和翻转过程中完成包装,图 (c)所示是物料
在一条直线上移动的过程中完成包装,从图中看出不同的包装程
序将使包装机的有关结构和总体布局不相同,应选择使包装机械
结构简单、便于总体布局的包装程序,程序是包装机总体布局的
依据,必须给予充分的重视。
(2)包装工艺路线
包装工艺路线是指包装物料和包装材料的供送路线、包
装过程中物料的运动路线、包装成品的输出路线。常见的工
艺路线有直线型、阶梯型、圆孤型和组合型。
直线型，是指被包装物料在包装过程中的运动路线是直
线,按其运动方向又可分为立式、卧式和倾斜式。图 9.2(C)是
折叠式裹包的卧式直线型工艺路线图。
阶梯型，是指被包装物料在包装过程中的运动路线既有水平
直线运动,又有垂直直线运动,图 9.3是常用的阶梯型工艺路线。
圆孤型，是指被包装物料在包装过程中沿圆弧轨迹运动,
又称为旋转型工艺路线。图 9.4所示是充填一封口机的圆孤
型工艺路线图。
图 9.2 裹包包装程序图
图 9.4 圆弧型工艺路线
1,2-供袋 3-张袋 4-充填 5-排气 6-横封口 7-输出
图 9.3 阶梯形工艺路线图
图 9.5是液体灌装机的圆弧型工艺路线图。灌装过程
是在主轴旋转,瓶子在分配盘的旋转过程中完成的。
组合型，是指被包装物料在包装过程中既作圆弧运动,
又作直线运动。如图 9.2(b)和图 9.6所示。
包装工艺路线直接影响
包装机的外形、操作条件、
执行机构数目和包装机的
生产率、成本等。为了搞
好包装机设计,必须分析
各种工艺路线的特点,找
到最佳的工艺路线。
(3)工位数
工位数是指多工位包装
机上,包装材料和被包装
物料接触并开始包装到输
出工位区间内所包含的包
装物品个数或件数。工位
数应根据包装程序、包装
工艺路线和包装机的生产
率等选定。
a,间歇运动式多工位包装机
物料在包装过程中,由一个包装工位转移到另一包装工位的运动形
式是间歇式的。
b.连续运动式多工位包装机
物料在包装过程中,由一个包装工位转移到另一个包装工位是
由主传送机构驱动作连续运动的。它又分为单头式和多头式。
单头式：是在一台包装机中,完成同一包装操作的执行执构只
有一个。
多头式：是在一台包装机中,完成同一包装操作的执行机构有
数个。
2.包装机选型的原则
(1)单工位和多工位包装机的选择原则
当物料的包装工艺方法比较简单,所需要的包装执行机构数量
较少,对包装机的生产率要求较低时，可选择单工位包装机。
当物料的包装工艺方法很复杂,包装程序多,需要多个包装执
行机构时,优先选择多工位包装机。这样可以将各包装工序分散
在几个工位上完成,有的包装工序可在物料的运动转移过程中完
成,有利于包装机的总体布局。
当要求包装机具有较高的生产率时,应选用多工位包装机。
另外,也有特殊情况,有的包装工序多,但是包装工序操作必须
在一个位置上不动的情况下完成包装,所需的执行机构也多,此
时应选择单工位包装机。如捆扎机有 12个捆扎工序,它是单工
位包装机。
(2)间歇式和连续式多工位包装机选择的原则
当包装工艺方法比较复杂,需要数个包装执行机构时,不论生
产率要求高低,都应选用间歇运动型包装机,这样可简化包装机
的结构。
当包装工艺方法比较简单,所需要的包装执行机构比较少,生
产率要求高时,应选用连续运动型包装机。其中,如果包装工序
不是很多,要求生产率较高,采用连续运动型时不会使执行机构
变得很复杂时,应选择单头式连续运动型包装机。如果包装工序
数少,相应的包装执行
机构数目也少,同时要求生产率比较高时,应选用多头连续运动
型包装机。如果包装工序中,某一个工序要求时间长时,则可选
这个工序为多头型执行机构,其余工序选用单头型执行机构。
四、机构选型
机构选型是根据已确定机械的使用范围、机械类型和工
艺设计中所确定的各项基本内容,选择包装机中各组成部件的
结构型式和驱动机构型式。
包装机主要由被包装物料整理和计量供送机构、包装材
料的整理和供送机构、包装执行机构、主传送机构、包装成
品输出机构、控制、操纵机构、传动系统和支承件组成。每
个组成机构有多种结构型式,驱动各个机构运动的机构型式也
是多种多样的,所以要在全面综合考虑的基础上加以选择。
选择各组成机构的具体结构时,要从使用性能和环境、设计和
制造能力、生产成本等因素加以考虑,选择使结构简单、紧凑,
便于加工、便于操作、便于总体布局的结构型式。
选择驱动机构时,必须严格分析每一包装动作的运动规律、
调节范围,如明确工作行程和回程运动的速度和加速度的规律、
停歇位置、明确各个执行机构在整个包装循环周期内相互配
合关系。要分析各驱动机构的运动速度和运动精度,如当对机
构的运动速度和精度要求高时,就不宜采用液压和气压传动；
当对机构的运动速度和精度没有较高的要求，而使用工厂又
有压缩空气源时,则可选用气压传动。当包装机的速度要在一
定范围内调整时,可选用有级或无级调速。另外,为了便于包装
机总体布局,可选用组合机构来实现包装执行机构的复杂动作。
选择机构时,要选出多种方案,并且画出机构简图,经过充分
的对比后再确定。
五、包装机的总体布局
1.总体布局含义
总体布局即是在初选机器各机构的基础上,根据使包装机结
构简单、紧凑、合理的原则,按一定相互位置关系,在整机中安
排各组部件的位置。
总体布局时,一般以主传动系统为基准,本着从粗到细、从
简单到复杂的原则,周密分析各种因素的影响,经过多次反复布
置才能完成。
2.对总体布局的基本要求
(l)要保证各个机构相互位置和相对运动的正确性。
(2)布置操纵件和调试件时,应使操作者便于观察包装过程,
便于操纵机器、便于调试和维修机器。
(3)应保证包装机具有足够的强度和刚度,具有一定的抗振
性、耐热变形性。
(4)使单机的布局便于组成生产自动线。
(5)注意整机造型美观。在机器造型设计时,必须懂得造型要
素的形状、色彩、比例、平衡、调和等美学法则。
3.总体布局的步骤
(1)布置主传送机构
根据包装工艺路线图确定主传送机构的布局和运动形式,再以
它的中心线为基础布置整台包装机。
(2)布置执行机构
即是安排被包装物料计量与供送机构、包装材料整理与供送
机构、包装执行机构和成品输出机构。
根据包装工艺路线图,以主传送系统为基础,将各个执行件安
排在相应的位置上。再安排各个执行机构的运动驱动件的位置。
布置包装材料的供送机构,包装材料一般是同包装物料同时传
人主传送机构,有时也提前进入。柔性包装材料从上向下送入方便,
但也可以水平供送。半刚性和刚性材料以水平送进较多。卷筒材
料支架的高度要安排适当,重量大时可以安在机器的侧面,重量小
时可放在机器的上部。布置时不仅要考虑操作方便,而且还要考虑
整机造型美观。
布置被包装物料的计量与供送机构,一般要放在主传送机构的前
面,可在横向、纵向、上面和下面供送,被包装物料的计量与供送
机构往往设计为一体,料斗的高度要适当。布置包装执行机构,首
先按包装工艺路线图,沿主传送机构的方向,将各个包装执行件布
置在主传送机构的一侧、两侧或上方。然后再安排各包装执行机
构运动的驱动机构。
布置包装成品输出机构,一般应放在主传送机构的后部或上方。
应注意使操作者便于观察包装质量、便于整理与收集成品。
布置各执行机构的驱动机构时,为了提高传动精度,缩短传动链,
尽量减少构件的数量和运动副,尽量将原动件靠近执行构件,并尽
量集中在一根或少数几根轴上。
(3)布置传动系统
布置传动系统时,必须保证各执行机构和驱动机构按规定的运动规
律运动,并保证各构件间的运动相互精确配合。一般都拟定数种方案,
经充分分析比较后,选择其中结构简单、紧凑、传动链短、传动精度
高、传动效率高、且易于布置空间位置的方案。如包装机一般不选
用摩擦传动,尽量将传动件布置在支承件内部或侧面,以利于减少包
装机的体积和占地面积。
根据已选定的传动方案,拟定出传动系统图。即是根据国家机械制
图标准规定的符号,把轴、轴承、皮带轮、链轮、齿轮、离合器、联
轴器、电动机、变速器等各传动件的相互联系和位置表达出来。它
是设计包装机具体结构的基础。如图 9.8所示。
(4)布置操作件和控制系统
设计包装机工作台和布置操作件的位置时,要考虑人体各部位的尺
寸,如图 9.9所示。首选确定操作者的位置、一般操作者站在包装机
的前面,操作者的工作位置应是包装工序最集中和最容易发生故障的
位置。工作位置确定后,再参照图 9.9的尺寸范围,将各操纵件布置在
相应的位置。
一般操纵件的运动方向应与被操纵件运动方向保持一致。
调速手轮要轻便、灵活、顺时针转动为增速并设指示牌。
确定包装机工作台面的高度时,要考虑包装操作者工作状
态,当站着工作时，工作台面高度应在 1000～ 1200mm的
范围内为宜；当经常坐着工作时,台面的高度应在 700～
900mm的范围内为宜。
包装机上的指示仪表、信号灯、报警器、安全阀等装置,
都应布置在便于操作者观察、维护和安全可靠的位置。
图 9.9 操纵件布置范围
(5)选择机器支承件的形式
选择机器的支承件形式时,要考虑整台机的外形结构,既美观又便
于操作者工作,同时便于装配和维修。
卧式包装机一般采用“一”形支承；立式包装机采用,︱,形支
承,如图 9.10 (a)(b)所示。也有的包装机采用,⊥,支承,如图 9.10(c)
所示,图 (d)是框架式支承。
图 9.10 包装机支承形式
(6)绘制总体布局图
在总体布局图上,应将包装机各部件的相对位置和联系尺寸、机器
的主要外廓表示清楚。图 9.11是总体布局简图。
图 9.11 总体布局筒图
1-料斗 2—包装材料供送机构 3—成形器 4-纵封器 5—操纵开关 6—控制系统
7—横封机构 8一成品输出部件 9一调整手轮 10—支承
六、绘制包装机的工作循环图
包装机包装物料时,由于包装工序多,使包装机的执行机构数
量多、动作复杂,为了很好的完成包装工作,各执行件既要按一
定规律运动,又要求各动作互相协调、配合、这些要求是通过
拟定工作循环图来完成的。
1.工作循环图是表示包装机在一个工作循环周期内,它的各
个执行构件的运动规律和工作顺序 (或称运动配合 )的图表。
工作循环图的表示方法有两种,
圆环型：它是以包装机的主分配轴转一周为一个工作循环
周期,将各个执行执构的运动时间转换成为与主分配轴转角的
关系,再用圆形表达出来。
直线型：它是以一条水平线段为一个工作循环周期,
再按包装程序将各个执行机构在此循环周期内的工作状
况分别用线段表示出来。当机构在某段时间内做连续匀
速转动、振动或静止时,是用水平线段表示；当机构在某
段时间内是运动的时候,是用斜直线表示的。在机械传动
的包装机中,由于主分配轴往往做连续回转运动,主分配轴
传一周为一个工作循环周期,所以应将各执行机构运动与
主分配轴转角的关系表达清楚,如图 9.12所示。
必须注意,工作循环图只能表示在一个工作循环周期内,
各执行机构的运动和停留的顺序及时间,并不能表示各执
行机构的运动速度和变化规律。
2.绘制包装机工作循环图的步骤
(1)拟定各执行机构的运动规律
根据包装工艺所要求的工艺时间、包装材料、包装时间、包装
执行件等允许的运动速度和加速度,拟定各执行件的工作时间、回
程时间和停留时间,也可同时确定速度变化规律。
(2)拟定各执行机构的包装动作配合关系,对于机械传动的包装
机,要将各执行机构运动规律转化为与包装机的主分配轴的转角关
系。
(3)绘制包装机工作循环图
绘制包装机工作循环图时,要以主要执行机构 (往往是主分配轴 )
为基础,按包装程序将各执行机构的运动规律表示出来。
(4)将各控制元件的讯号发出时间和工作状态在循环图上表达出
来。
(5)检查和修改工作循环图。
检查工作循环图正确性的标准,
a.必须保证各执行构件工作时,不发生时间上和空间上的
干涉,它们的工作要密切配合,保证包装顺利完成。
b.避免由于某个执行机构的工作速度影响整台包装机的生
产率的提高,因此,应尽量使各执行机构的运动速度和加速度
同时达到许用值。
c.要尽可能增加各执行构件运动的同步化。执行机构工作
时间重叠越多,工作循环周期愈短,包装机的生产率就愈高。
在技术设计完成后,要根据设计的实际情况补充和修改原
拟定的工作循环图,得到包装机实际的工作循环图。因为在
技术设计中,往往由于包装机总体布局、各部件结构和材料
等原因,使有的工作机构所实现的运动规律和原拟定的方案
不完全相同,所以必须依据执行机构的实际运动修改原拟定
的工作循环草图,并绘制出实际的工作循环图。如图 9.12所
示
图 9.12是扭结式糖果裹包机的工作循环图。图
中实线部分是原绘制的工作循环草图,虚线部分是
在完成整台机的技术设计后修改和补充的部分。在
原方案中,出糖工位的糖钳是在 l20～ 150° 期间完
成张开动作的。在完成技术设计后,发现所选用的
开闭钳机构使糖钳在 235～ 270° 期间内张开,使打
糖杆在糖钳没有张开时强行将糖输出。由此,必须
修改原先的总体方案,修改的方法很多,本修改方案
选用办法是将打糖杆与推糖杆用同一曲柄机构驱动,
使打糖杆的出糖动作延迟,等到输出工位的糖钳张
开后再进行打糖。如图 9.12中点划线所示部分。
图 9.12 扭结式糖果裹包机工作循环图
3.包装机工作循环图的用途
工作循环图在包装机的设计、装配和调试工作
中都起着极其重要的作用。
(1)保证包装机具有较高的包装质量
通过绘制包装机的工作循环图,确定了各执行机
构的运动配合,从而保证了包装机包装的质量。
(2)为提高包装机的生产率提供了可靠的依据
从工作循环图上所表示的各机构的运动规律,可
以分析各机构运动同步化的情况,找出实现同步化
的措施；还可以从图中找出工作时间最长的机构,
在可能的条件下,将这个机构所完成的包装工序分
散,缩短工作时间,这样可提高包装机的生产率。
(3)为设计机构提供了依据。
(4)是装配和调试包装机的依据
4.绘制旋转型灌装机工作循环图
图 9.13所示是一种以量杯作为计量器的旋转式真空
灌装机简图。
图 9.13 旋转式真空灌装机简图
1-底座 2-传齿轮 3-主轴承座 4-下凸轮 5-主分配转盘 6-瓶于升降机构 7-面扳 8-玻璃瓶 9-量杯 10-灌装头
11-上托扳 12-真空管 13-抽料管 14-拉臂 15-上凸轮 16-真空表 17-控制箱 18-汽液分离器 19-进料阀门
20-液位控制箱 21-外套箱 22-料箱 23-真空分配器 24-真空管 25-进料管
1.旋转型灌装机工作过程
旋转式灌装机平均分布着 16个灌装头、瓶子升降机构和量杯。空
瓶是由输送履带和星形拨轮送到旋转盘的升瓶机构 6上,经过旋转一
定的角度,空瓶被下凸轮顶人灌装头内,瓶内被抽成真空时量杯已提
升到液面以上,量杯内的料液被抽人瓶内。空瓶是按顺时针方向旋转,
空瓶一进人升降机构上转盘已转 22°,这时量杯已低于液面进入进料
阶段,量杯 9通过上凸轮开始从料液中逐渐提升。当转至 35° 时,空瓶
自下凸轮 4的斜坡开始上升。当转至 68° 时,量杯已升至液面之上,此
时空瓶继续上升,当转至 80° 时,空瓶被顶人灌装头,瞬时内,空瓶被抽
成真空、量杯内的液料即被吸人瓶内,经转至 229～ 244° 范围内灌
装完毕,在 244～ 289° 范围内为稳定阶段,主要为了防止真空漏失,或
者真空减弱时,管子漏料 (指的是料管内的点滴附壁料液 )而留的安全
余地,如果灌装一完毕瓶口马上离开,灌装头的料管内的附壁点滴液
料会漏下来。转至 289° 时料瓶开始由下凸轮斜坡下降,当转到
298° 时量杯也由上凸轮斜坡开始下降,转至 325° 时料瓶进人退瓶
水平方位,转至 328° 时量杯已下降到料箱液面之下开始进料阶段,当
转至 337° 时已灌装完毕的瓶子由星形拨轮拨离旋转盘进人输送带。
3.拟定执行机构的运动规律和动作配合
(1)进瓶和升瓶机构
空瓶由拨轮到主分配盘上,此时主分配盘已转动 22° 。
当分配盘转至 35° 时,空瓶在升瓶机构带动下开始上升,当主分配
盘转至 80° 时,瓶口已同灌装咀紧密接触,瓶子不再上升。
(2)计量杯
当主分配转盘转至 22° 时，已装满液料的量杯从料箱的液面下开
始上升，当转盘转至 68° 时,量杯已升至液面之上；当转盘转至
298° 时,杯开始下降,直到转盘转至 328° 时,量杯已完全进入料箱液
面之下,开始为下一个工作循环作进液工作。
(3)灌装机构
当主分配转盘至 80° 时,瓶口与灌装咀紧密按触,瓶内空气瞬间抽
出,打开灌装阀,量杯内液料流人瓶内,当转盘转至 224° 时灌装完毕,
在 244～ 289° 期间为稳定阶段,目的是防止瓶内的附壁液料和真空
管内液料漏失。
(4)降瓶机构和出瓶机构
当主分配盘转至 289° 时,液瓶由降瓶机构带动开始下降,转盘
转至 325° 时液瓶进入水平退位的拨瓶轮,当转盘转至 337° 时,
液瓶由拨瓶轮送人输出系统。
(5)主传送系统
主分配盘是主传送机构,转盘转动一周为一个包装工作循环
周期,它以生产率所要求的转速作连续回转运动。
4.用方框图形式表示主要执行机构的运动规律和配合关系
如图 9.14所示。
图 9.14 旋转型液体灌装机动作配合方框图
5.绘制工作循环图
在方框图 9.14的基础上绘制旋转型灌装机的工作循环图,
如图 9.15所示。
七、拟定主要技术参数
1.根据已拟定的包装机的生产率,确定包装物料和包装材
料的供送速度。
2.根据包装工艺和使用范围,拟定有关的工艺参数。如制
袋 -充填 -封口机中的热封温度、时间和压力；清洗机和杀菌
机所需温度。等压灌装机中的压力。
3.确定包装机的功率
电动机的功率是设计传动件的结构和尺寸的依据,常用的
选择方法有,
图 9.15 旋转型真空灌装机工作循环图
(1)类比法
调查现有同类型包装机的功率,在大量统计资料的基础上,确定包
装机所需的功率。
(2)计算法
包装机的动力机输出功率可用等值功率法计算,
式中,m—执行构件数目；
i—包装机某执行机构,一般是工作负载最大的机构；
i=1,2,3…m;
Ni—第 i个机构所需的功率；
—动力机与第 i个机构间的传动总效率；
K—负载特性影响系数,取 K=1～ 1.2。
K值可根据包装机执行机构负载情况选取,当载荷稳定时,取 K=1;
若负载变化大时,K=1.2。
?
? ?
?
m
i di
iN
kN 1
1
?
di??
(3）实测法,
实测同类型包装机或试制样机上动力机的输入功率,再根
据实测结果算出传动效率和转速,计算出输出功率,并将计算
的输出功率加以适当的修正,确定为包装机的功率。
第二节 总体方案设计的基本内容
第三节 总体方案设计实例
发展独立思考和独立判断的一般能力，应
当始终放在首位，而不应当把获得专业知识放
在首位。如果一个人掌握了他的学科的基础理
论，并且学会了独立地思考和工作，他必定会
找到他自己的道路，而且比起那种主要以获得
细节识为其培训内容的人来，他一定会更好地
适应进步和变化。
---爱因斯坦 （美国）
第一节 设计包装机的基本要求
设计包装机时,要使机械具有先进的技术性,良好的
使用性和机械加工工艺性,就必须注意满足以下几项基
本要求。
一、具有一定的使用范围
包装机的应用范围,是指一台包装机所能完成的包装
形式、适用包装物料的种类和规格、包装材料的品种
和规格等。
通常,当包装机的应用范围小时,它的结构较简单,生
产率较高,而且易实现生产的自动化。若扩大包装机的
应用范围,虽然可以实现一机多用,但往往造成机械结
构的复杂、提高成本。因此要根据使用工厂的实际需
要、物料性质、包装材料性质以及包装产品的批量来
确定包装机的使用范围。
二、生产率高
包装机的生产率,是指一台机器在单位时间内所包装物
料的数量或件数。
生产率又分为理论生产率和实际生产率,上述的定义是
指的理论生产率；但是,在实际生产中,有时要做生产的
准备、要停机装添物料和包装材料、调试和维修机器、
检验产品质量等,所以在实际生产中,一般用实际生产率
来表示包装机的生产率,它是指一台包装机在一段时间内
(一日、一班 )的包装物料的数量。
设计中,在满足使用要求的前提下,要尽量提高生产率,
措施是提高包装机的运动精度、自动化程度和可靠性,分
散包装工序,增加包装执行机构数量,以及缩短辅助时间
等。
三、具有一定的精度
生产中,要求包装机的生产率高、可靠性高、包装成品质量
好、噪音小等,因此包装机本身应具备一定的精度。精度分为
静力精度、运动精度和动力精度。
静力精度,是指包装机空运转时部件的运动精度和相互间的
位置精度；它是由机械零件的加工精度和装配精度决定的,
运动精度,是指包装机的工作部件运动均匀性和协调性。它
是由传动系统中零部件的设计、加工、装配和调整精度决定的。
动力精度,是指包装机在包装工作的过程中,包装机部件在工
作力,温升振动的作用下的运动精度和相互位置精度。它是由
包装机的零部件的刚度、按触刚度、抗振性和热变形等因素决
定的。
包装机的精度愈高,对机械的制造精度、零件材料的要求愈
高,使机械制造成本高。因此,包装机的精度必须根据各种要求,
进行全面综合分析后再确定。
四、提高机械的自动化程度
包装机械分为半自动包装机和全自动包装机,若包装机在完
成完整的包装循环的过程中,包装物料或包装材料的传送要人工
来完成,则称为半自动包装机；若上述工作全部由机器来 完成,
则称为全自动包装机。
包装机的自动化程度愈高,它的生产率愈高,工人的劳动强度
愈低。但是,机器的构造和控制系统则愈复杂,从而提高了机器
的成本、增加了机器维修的难度。所以,必须根据使用要求和上
述各种因素来确定包装机的自动化程度。
五、提高“三化”程度
,三化”是指包装机的品种系列化,零、部件的通用化和标准
化。
提高机器的“三化”程度,可以减少零件和部件的品种,缩短机
器的设计和制造周期,增加生产批量,便于组织生产、降低机器
制造成本,有利于提高机器的质量；便于维修和保养。
包装机的结构复杂、品种繁多,所以提高机器的“三化”程度是
非常迫切的,但是,包装机的发展正处在新兴阶段,“三化”工作刚
刚开始,这就要求在设计包装机时,必须对其“三化”给予极大
的重视。
六、便于制造、操作、维修
包装机的零件结构复杂,在设计中,要注意零件的结构工艺性,
若工艺性差,会造成加工性差、延长制造周期,增加制造成本。
同时,设计者必须为机器的操作者着想,使操作者便于更换包
装材料、添加物料，便于观察机器的工作情况、以及便于调整、
维修和保养机器。
另外,要有安全保护装置,防止发生人身安全事故、机器损坏
和包装质量事故等。
七、控制机器的噪声
包装机正向高速化、多功能发展,控制机器的噪声是设计和
制造时的一个重要问题。噪声能损伤人的听觉器官和生理机能,
必须采取一定的措施降低噪声。如提高零部件的制造精度、配
合精度,减少机器的激振力,安装隔振和吸振装置等,使包装机的
噪声不超过 80dB(A)。
八、提高包装机的工作质量
包装机的工作质量是以物料被包装后的成品质量来衡量的,一
般用被包装成品的正品率表示。正品率是表示在一段时间内,被
包装物料的总数与其中包装质量合格的数量之比；废品是指包
装物料或材料损伤、物料外露、空包及计量不准确等。包装机
的工作质量高,能直接提高包装机的生产效率、降低产品成本,所
以设计机器时应给予极大的重视。
九、外形美观
包装机的外形要美观、色调要和谐、人机关系要合理,这样能
够提高机器在销售中的竞争力,又有利于操作工人的生产活动。
因此,设计时应使包装机的外形美观、尺寸比例协调、颜色美观
大方。使操作者喜欢机器、有较高的工作情绪和安全感,以利于
提高生产效率。
第二节 包装机的设计步骤
一、总体方案设计
设计包装机的第一步,是进行总体方案的设计,即在充分调查
研究的基础上,进行可行性分析论证,确定包装机的使用范围、
包装工艺方法、初选各部件的结构和总体布局等。这是整台机
器技术设计的依据。因此，在拟定总体方案时。必须全面地考
虑,使确定的方案既先进又经济效益高。具体包括以下内容,
1.调查研究
(1)调查使用单位要求
主要调查、了解被包装的种类、性质、尺寸、形状、包装
方法和形式及对包装的要求、包装材料的种类、规格、特性及
供应情况，了解操作工人对现有同类型包装机的意见、对新设
计包装机的要求,了解工人的操作技术水平，并且要了解新设
计包装机的工作环境,包装环境的温度、湿度等。
(2)调查机器制造单位的情况
主要了解制造单位的设备和工人的技术水平,了解各种原材
料的供应情况；以及制造包装机的经验。
(3)查阅有关技术资料
主要查阅现有同类型包装机的图样、技术资料以及有关使用情
况的资料；还要查阅国内外有关的各种科技文献,了解国内外同
类机型机械的现状及发展趋势。
2.进行可行性分析论证
可行性分析，即在充分调查研究的基础上、提出该项目是否可
行的论证报告。如果该项目是可行时,还必须提出方案的具体实
施方案计划和措施,并请有关专家论证,然后报请主管部门审批。
3.初步设计
一般包括的内容有确定包装机的使用范围和生产率,进行包装
工艺分析、确定出包装方法和形式并画出工艺流程图,初选包装
机的类型、各组成部分的结构并画出草图,确定包装机的外形尺
寸并画出总体尺寸联系图；拟定整台机的传动系统图、拟定包装
机的工作循环图,在上述工作进行的同时进行总体布局、定出主
要的技术参数、绘出包装机的总体图。
以上各阶段既有相对的独立性,又是互相密切联系的,在设计
中可以交叉进行,减少不必要的返工,以便使设计工作周密地、有
次序地进行,确保设计质量和进度。
二、技术设计
1.设计计算
根据包装机总体方案,对包装机组成部分进行运动设计计
算、结构设计、动力计算、同时,对有的零件要进行强度和
刚度校核,并且要绘制出各部件的装配图,专用零件图和通用
件的补充加工图。
2.编写技术文件
(1)设计计算说明书
它包括总体方案设计、零部件的运动计算、结构设计、
动力设计、有关零件的强度和刚度校核等内容,同时,要对整
机进行经济效益分析。
(2)使用说明书
它包括包装机的技术性能、各部件构造说明,包装机的安
装、调试、润滑方式,常见故障的排除方法,易损零件列表和
图样、电气设备表,以及包装机的运输方法和验收标准,有时
要编制各种通用件、标准件名细表。
第三节 包装机总体方案设计
总体方案设计是整机的关键性设计,它主要包括以下主要
内容,
一、确定包装机的使用范围
按使用范围分,包装机可分为专用包装机、通用包装机和
多用包装机。确定使用范围的原则是,
1.专用包装机
若被包装的物料生产批量大、品种规格不变,可选用专用
包装机,这样便于提高包装机的生产率和自动化程度。
2.多用包装机
若被包装的物料生产批量中等、品种规格要一定时期才更
换,可选用多用包装机,只要更换有关部件即可。
3.通用包装机
若被包装物料批量小,经常更换物料的品种、规格,可选用
通用包装机。这样可增加同类包装机的生产批量,减少包装机
使用单位的设备投资费用,同时也降低了包装成本。
一般应跟据包装机使用单位的要求,在保证机械作用可靠
性高、制造成本低的原则下,使包装机的应用范围广一些为宜。
二、包装工艺设计
包装工艺设计,即是分析、确定该机应采用的包装方法和形式、包
装程序、包装路线、工位数等。鉴于被包装物料种类、规格繁多,
包装材料的品种、规格和性能又各不相同,包装产品流通环境也
各不相同,所适用的包装工艺也各不相同。导致包装机的结构也
各不相同,所以包装工艺是整台机设计的依据,
1.确定包装方法和形式
(1)分析包装物料的性质
常用的物料按其状态可分为块状、粉状、颗粒状、流体状,应采用
的包装方法和形式也各不相同,如流体物料常采用常压灌装法、
等压灌装法、真空灌装法等。为了保证包装的质量,如装啤酒宜
采用等压灌装法、桔汁宜采用真空灌装法,另外,同一种物料,当规
格相同时,也可以采用不同的包装形式,如糖块可选用裹包方法中
的单端及双端扭结式、端折式、袋装式等。这时要在充分分析、
比较的基础上,选择能使包装机结构简单的包装方法和形式。
(2)包装材料的选择
当多种包装材料都
能满足物料的包装
要求和使用要求时,
选择包装材料的原
则是,a.能简化包装
机的结构 ;b.使包装
机具有较高的生产
率 ; c.包装质量好、
易于销售 ; d.包装材
料来源方便、充足、
成本低 ;e.便于消费
者携带和废物处理
等。
1-供送物料 2-供送包装材料 3-长接口折边及第一次热封 4-长接口边第二次热
封 5-两侧面折边 6-侧面第一次热封 7-包装件翻转 8一侧面第二次热封
2.确定包装程序、包装工艺路线、包装工位数、绘制包装工艺路
线图
(1)包装程序
包装程序是指对物料进行包装时,各个包装动作的顺序。用
来表示这种顺序的图称为包装程序图,如图 9.1所示为某种块状物
料裹包时的包装程序图。
有的包装方法和形式往往就决定了包装程序,如液体真空灌装
程序是升瓶一抽气一灌液一排除余液一降瓶。有的包装方法和形
式相同,可以用不同的包装程序来完成,如图 9.2所示是裹包方法中
的折叠式包装。图 (a)是物料在上下和左右移动中完成包装,图 (b)
所示是物料在平行移动和翻转过程中完成包装,图 (c)所示是物料
在一条直线上移动的过程中完成包装,从图中看出不同的包装程
序将使包装机的有关结构和总体布局不相同,应选择使包装机械
结构简单、便于总体布局的包装程序,程序是包装机总体布局的
依据,必须给予充分的重视。
(2)包装工艺路线
包装工艺路线是指包装物料和包装材料的供送路线、包
装过程中物料的运动路线、包装成品的输出路线。常见的工
艺路线有直线型、阶梯型、圆孤型和组合型。
直线型，是指被包装物料在包装过程中的运动路线是直
线,按其运动方向又可分为立式、卧式和倾斜式。图 9.2(C)是
折叠式裹包的卧式直线型工艺路线图。
阶梯型，是指被包装物料在包装过程中的运动路线既有水平
直线运动,又有垂直直线运动,图 9.3是常用的阶梯型工艺路线。
圆孤型，是指被包装物料在包装过程中沿圆弧轨迹运动,
又称为旋转型工艺路线。图 9.4所示是充填一封口机的圆孤
型工艺路线图。
图 9.2 裹包包装程序图
图 9.4 圆弧型工艺路线
1,2-供袋 3-张袋 4-充填 5-排气 6-横封口 7-输出
图 9.3 阶梯形工艺路线图
图 9.5是液体灌装机的圆弧型工艺路线图。灌装过程
是在主轴旋转,瓶子在分配盘的旋转过程中完成的。
组合型，是指被包装物料在包装过程中既作圆弧运动,
又作直线运动。如图 9.2(b)和图 9.6所示。
包装工艺路线直接影响
包装机的外形、操作条件、
执行机构数目和包装机的
生产率、成本等。为了搞
好包装机设计,必须分析
各种工艺路线的特点,找
到最佳的工艺路线。
(3)工位数
工位数是指多工位包装
机上,包装材料和被包装
物料接触并开始包装到输
出工位区间内所包含的包
装物品个数或件数。工位
数应根据包装程序、包装
工艺路线和包装机的生产
率等选定。
a,间歇运动式多工位包装机
物料在包装过程中,由一个包装工位转移到另一包装工位的运动形
式是间歇式的。
b.连续运动式多工位包装机
物料在包装过程中,由一个包装工位转移到另一个包装工位是
由主传送机构驱动作连续运动的。它又分为单头式和多头式。
单头式：是在一台包装机中,完成同一包装操作的执行执构只
有一个。
多头式：是在一台包装机中,完成同一包装操作的执行机构有
数个。
2.包装机选型的原则
(1)单工位和多工位包装机的选择原则
当物料的包装工艺方法比较简单,所需要的包装执行机构数量
较少,对包装机的生产率要求较低时，可选择单工位包装机。
当物料的包装工艺方法很复杂,包装程序多,需要多个包装执
行机构时,优先选择多工位包装机。这样可以将各包装工序分散
在几个工位上完成,有的包装工序可在物料的运动转移过程中完
成,有利于包装机的总体布局。
当要求包装机具有较高的生产率时,应选用多工位包装机。
另外,也有特殊情况,有的包装工序多,但是包装工序操作必须
在一个位置上不动的情况下完成包装,所需的执行机构也多,此
时应选择单工位包装机。如捆扎机有 12个捆扎工序,它是单工
位包装机。
(2)间歇式和连续式多工位包装机选择的原则
当包装工艺方法比较复杂,需要数个包装执行机构时,不论生
产率要求高低,都应选用间歇运动型包装机,这样可简化包装机
的结构。
当包装工艺方法比较简单,所需要的包装执行机构比较少,生
产率要求高时,应选用连续运动型包装机。其中,如果包装工序
不是很多,要求生产率较高,采用连续运动型时不会使执行机构
变得很复杂时,应选择单头式连续运动型包装机。如果包装工序
数少,相应的包装执行
机构数目也少,同时要求生产率比较高时,应选用多头连续运动
型包装机。如果包装工序中,某一个工序要求时间长时,则可选
这个工序为多头型执行机构,其余工序选用单头型执行机构。
四、机构选型
机构选型是根据已确定机械的使用范围、机械类型和工
艺设计中所确定的各项基本内容,选择包装机中各组成部件的
结构型式和驱动机构型式。
包装机主要由被包装物料整理和计量供送机构、包装材
料的整理和供送机构、包装执行机构、主传送机构、包装成
品输出机构、控制、操纵机构、传动系统和支承件组成。每
个组成机构有多种结构型式,驱动各个机构运动的机构型式也
是多种多样的,所以要在全面综合考虑的基础上加以选择。
选择各组成机构的具体结构时,要从使用性能和环境、设计和
制造能力、生产成本等因素加以考虑,选择使结构简单、紧凑,
便于加工、便于操作、便于总体布局的结构型式。
选择驱动机构时,必须严格分析每一包装动作的运动规律、
调节范围,如明确工作行程和回程运动的速度和加速度的规律、
停歇位置、明确各个执行机构在整个包装循环周期内相互配
合关系。要分析各驱动机构的运动速度和运动精度,如当对机
构的运动速度和精度要求高时,就不宜采用液压和气压传动；
当对机构的运动速度和精度没有较高的要求，而使用工厂又
有压缩空气源时,则可选用气压传动。当包装机的速度要在一
定范围内调整时,可选用有级或无级调速。另外,为了便于包装
机总体布局,可选用组合机构来实现包装执行机构的复杂动作。
选择机构时,要选出多种方案,并且画出机构简图,经过充分
的对比后再确定。
五、包装机的总体布局
1.总体布局含义
总体布局即是在初选机器各机构的基础上,根据使包装机结
构简单、紧凑、合理的原则,按一定相互位置关系,在整机中安
排各组部件的位置。
总体布局时,一般以主传动系统为基准,本着从粗到细、从
简单到复杂的原则,周密分析各种因素的影响,经过多次反复布
置才能完成。
2.对总体布局的基本要求
(l)要保证各个机构相互位置和相对运动的正确性。
(2)布置操纵件和调试件时,应使操作者便于观察包装过程,
便于操纵机器、便于调试和维修机器。
(3)应保证包装机具有足够的强度和刚度,具有一定的抗振
性、耐热变形性。
(4)使单机的布局便于组成生产自动线。
(5)注意整机造型美观。在机器造型设计时,必须懂得造型要
素的形状、色彩、比例、平衡、调和等美学法则。
3.总体布局的步骤
(1)布置主传送机构
根据包装工艺路线图确定主传送机构的布局和运动形式,再以
它的中心线为基础布置整台包装机。
(2)布置执行机构
即是安排被包装物料计量与供送机构、包装材料整理与供送
机构、包装执行机构和成品输出机构。
根据包装工艺路线图,以主传送系统为基础,将各个执行件安
排在相应的位置上。再安排各个执行机构的运动驱动件的位置。
布置包装材料的供送机构,包装材料一般是同包装物料同时传
人主传送机构,有时也提前进入。柔性包装材料从上向下送入方便,
但也可以水平供送。半刚性和刚性材料以水平送进较多。卷筒材
料支架的高度要安排适当,重量大时可以安在机器的侧面,重量小
时可放在机器的上部。布置时不仅要考虑操作方便,而且还要考虑
整机造型美观。
布置被包装物料的计量与供送机构,一般要放在主传送机构的前
面,可在横向、纵向、上面和下面供送,被包装物料的计量与供送
机构往往设计为一体,料斗的高度要适当。布置包装执行机构,首
先按包装工艺路线图,沿主传送机构的方向,将各个包装执行件布
置在主传送机构的一侧、两侧或上方。然后再安排各包装执行机
构运动的驱动机构。
布置包装成品输出机构,一般应放在主传送机构的后部或上方。
应注意使操作者便于观察包装质量、便于整理与收集成品。
布置各执行机构的驱动机构时,为了提高传动精度,缩短传动链,
尽量减少构件的数量和运动副,尽量将原动件靠近执行构件,并尽
量集中在一根或少数几根轴上。
(3)布置传动系统
布置传动系统时,必须保证各执行机构和驱动机构按规定的运动规
律运动,并保证各构件间的运动相互精确配合。一般都拟定数种方案,
经充分分析比较后,选择其中结构简单、紧凑、传动链短、传动精度
高、传动效率高、且易于布置空间位置的方案。如包装机一般不选
用摩擦传动,尽量将传动件布置在支承件内部或侧面,以利于减少包
装机的体积和占地面积。
根据已选定的传动方案,拟定出传动系统图。即是根据国家机械制
图标准规定的符号,把轴、轴承、皮带轮、链轮、齿轮、离合器、联
轴器、电动机、变速器等各传动件的相互联系和位置表达出来。它
是设计包装机具体结构的基础。如图 9.8所示。
(4)布置操作件和控制系统
设计包装机工作台和布置操作件的位置时,要考虑人体各部位的尺
寸,如图 9.9所示。首选确定操作者的位置、一般操作者站在包装机
的前面,操作者的工作位置应是包装工序最集中和最容易发生故障的
位置。工作位置确定后,再参照图 9.9的尺寸范围,将各操纵件布置在
相应的位置。
一般操纵件的运动方向应与被操纵件运动方向保持一致。
调速手轮要轻便、灵活、顺时针转动为增速并设指示牌。
确定包装机工作台面的高度时,要考虑包装操作者工作状
态,当站着工作时，工作台面高度应在 1000～ 1200mm的
范围内为宜；当经常坐着工作时,台面的高度应在 700～
900mm的范围内为宜。
包装机上的指示仪表、信号灯、报警器、安全阀等装置,
都应布置在便于操作者观察、维护和安全可靠的位置。
图 9.9 操纵件布置范围
(5)选择机器支承件的形式
选择机器的支承件形式时,要考虑整台机的外形结构,既美观又便
于操作者工作,同时便于装配和维修。
卧式包装机一般采用“一”形支承；立式包装机采用,︱,形支
承,如图 9.10 (a)(b)所示。也有的包装机采用,⊥,支承,如图 9.10(c)
所示,图 (d)是框架式支承。
图 9.10 包装机支承形式
(6)绘制总体布局图
在总体布局图上,应将包装机各部件的相对位置和联系尺寸、机器
的主要外廓表示清楚。图 9.11是总体布局简图。
图 9.11 总体布局筒图
1-料斗 2—包装材料供送机构 3—成形器 4-纵封器 5—操纵开关 6—控制系统
7—横封机构 8一成品输出部件 9一调整手轮 10—支承
六、绘制包装机的工作循环图
包装机包装物料时,由于包装工序多,使包装机的执行机构数
量多、动作复杂,为了很好的完成包装工作,各执行件既要按一
定规律运动,又要求各动作互相协调、配合、这些要求是通过
拟定工作循环图来完成的。
1.工作循环图是表示包装机在一个工作循环周期内,它的各
个执行构件的运动规律和工作顺序 (或称运动配合 )的图表。
工作循环图的表示方法有两种,
圆环型：它是以包装机的主分配轴转一周为一个工作循环
周期,将各个执行执构的运动时间转换成为与主分配轴转角的
关系,再用圆形表达出来。
直线型：它是以一条水平线段为一个工作循环周期,
再按包装程序将各个执行机构在此循环周期内的工作状
况分别用线段表示出来。当机构在某段时间内做连续匀
速转动、振动或静止时,是用水平线段表示；当机构在某
段时间内是运动的时候,是用斜直线表示的。在机械传动
的包装机中,由于主分配轴往往做连续回转运动,主分配轴
传一周为一个工作循环周期,所以应将各执行机构运动与
主分配轴转角的关系表达清楚,如图 9.12所示。
必须注意,工作循环图只能表示在一个工作循环周期内,
各执行机构的运动和停留的顺序及时间,并不能表示各执
行机构的运动速度和变化规律。
2.绘制包装机工作循环图的步骤
(1)拟定各执行机构的运动规律
根据包装工艺所要求的工艺时间、包装材料、包装时间、包装
执行件等允许的运动速度和加速度,拟定各执行件的工作时间、回
程时间和停留时间,也可同时确定速度变化规律。
(2)拟定各执行机构的包装动作配合关系,对于机械传动的包装
机,要将各执行机构运动规律转化为与包装机的主分配轴的转角关
系。
(3)绘制包装机工作循环图
绘制包装机工作循环图时,要以主要执行机构 (往往是主分配轴 )
为基础,按包装程序将各执行机构的运动规律表示出来。
(4)将各控制元件的讯号发出时间和工作状态在循环图上表达出
来。
(5)检查和修改工作循环图。
检查工作循环图正确性的标准,
a.必须保证各执行构件工作时,不发生时间上和空间上的
干涉,它们的工作要密切配合,保证包装顺利完成。
b.避免由于某个执行机构的工作速度影响整台包装机的生
产率的提高,因此,应尽量使各执行机构的运动速度和加速度
同时达到许用值。
c.要尽可能增加各执行构件运动的同步化。执行机构工作
时间重叠越多,工作循环周期愈短,包装机的生产率就愈高。
在技术设计完成后,要根据设计的实际情况补充和修改原
拟定的工作循环图,得到包装机实际的工作循环图。因为在
技术设计中,往往由于包装机总体布局、各部件结构和材料
等原因,使有的工作机构所实现的运动规律和原拟定的方案
不完全相同,所以必须依据执行机构的实际运动修改原拟定
的工作循环草图,并绘制出实际的工作循环图。如图 9.12所
示
图 9.12是扭结式糖果裹包机的工作循环图。图
中实线部分是原绘制的工作循环草图,虚线部分是
在完成整台机的技术设计后修改和补充的部分。在
原方案中,出糖工位的糖钳是在 l20～ 150° 期间完
成张开动作的。在完成技术设计后,发现所选用的
开闭钳机构使糖钳在 235～ 270° 期间内张开,使打
糖杆在糖钳没有张开时强行将糖输出。由此,必须
修改原先的总体方案,修改的方法很多,本修改方案
选用办法是将打糖杆与推糖杆用同一曲柄机构驱动,
使打糖杆的出糖动作延迟,等到输出工位的糖钳张
开后再进行打糖。如图 9.12中点划线所示部分。
图 9.12 扭结式糖果裹包机工作循环图
3.包装机工作循环图的用途
工作循环图在包装机的设计、装配和调试工作
中都起着极其重要的作用。
(1)保证包装机具有较高的包装质量
通过绘制包装机的工作循环图,确定了各执行机
构的运动配合,从而保证了包装机包装的质量。
(2)为提高包装机的生产率提供了可靠的依据
从工作循环图上所表示的各机构的运动规律,可
以分析各机构运动同步化的情况,找出实现同步化
的措施；还可以从图中找出工作时间最长的机构,
在可能的条件下,将这个机构所完成的包装工序分
散,缩短工作时间,这样可提高包装机的生产率。
(3)为设计机构提供了依据。
(4)是装配和调试包装机的依据
4.绘制旋转型灌装机工作循环图
图 9.13所示是一种以量杯作为计量器的旋转式真空
灌装机简图。
图 9.13 旋转式真空灌装机简图
1-底座 2-传齿轮 3-主轴承座 4-下凸轮 5-主分配转盘 6-瓶于升降机构 7-面扳 8-玻璃瓶 9-量杯 10-灌装头
11-上托扳 12-真空管 13-抽料管 14-拉臂 15-上凸轮 16-真空表 17-控制箱 18-汽液分离器 19-进料阀门
20-液位控制箱 21-外套箱 22-料箱 23-真空分配器 24-真空管 25-进料管
1.旋转型灌装机工作过程
旋转式灌装机平均分布着 16个灌装头、瓶子升降机构和量杯。空
瓶是由输送履带和星形拨轮送到旋转盘的升瓶机构 6上,经过旋转一
定的角度,空瓶被下凸轮顶人灌装头内,瓶内被抽成真空时量杯已提
升到液面以上,量杯内的料液被抽人瓶内。空瓶是按顺时针方向旋转,
空瓶一进人升降机构上转盘已转 22°,这时量杯已低于液面进入进料
阶段,量杯 9通过上凸轮开始从料液中逐渐提升。当转至 35° 时,空瓶
自下凸轮 4的斜坡开始上升。当转至 68° 时,量杯已升至液面之上,此
时空瓶继续上升,当转至 80° 时,空瓶被顶人灌装头,瞬时内,空瓶被抽
成真空、量杯内的液料即被吸人瓶内,经转至 229～ 244° 范围内灌
装完毕,在 244～ 289° 范围内为稳定阶段,主要为了防止真空漏失,或
者真空减弱时,管子漏料 (指的是料管内的点滴附壁料液 )而留的安全
余地,如果灌装一完毕瓶口马上离开,灌装头的料管内的附壁点滴液
料会漏下来。转至 289° 时料瓶开始由下凸轮斜坡下降,当转到
298° 时量杯也由上凸轮斜坡开始下降,转至 325° 时料瓶进人退瓶
水平方位,转至 328° 时量杯已下降到料箱液面之下开始进料阶段,当
转至 337° 时已灌装完毕的瓶子由星形拨轮拨离旋转盘进人输送带。
3.拟定执行机构的运动规律和动作配合
(1)进瓶和升瓶机构
空瓶由拨轮到主分配盘上,此时主分配盘已转动 22° 。
当分配盘转至 35° 时,空瓶在升瓶机构带动下开始上升,当主分配
盘转至 80° 时,瓶口已同灌装咀紧密接触,瓶子不再上升。
(2)计量杯
当主分配转盘转至 22° 时，已装满液料的量杯从料箱的液面下开
始上升，当转盘转至 68° 时,量杯已升至液面之上；当转盘转至
298° 时,杯开始下降,直到转盘转至 328° 时,量杯已完全进入料箱液
面之下,开始为下一个工作循环作进液工作。
(3)灌装机构
当主分配转盘至 80° 时,瓶口与灌装咀紧密按触,瓶内空气瞬间抽
出,打开灌装阀,量杯内液料流人瓶内,当转盘转至 224° 时灌装完毕,
在 244～ 289° 期间为稳定阶段,目的是防止瓶内的附壁液料和真空
管内液料漏失。
(4)降瓶机构和出瓶机构
当主分配盘转至 289° 时,液瓶由降瓶机构带动开始下降,转盘
转至 325° 时液瓶进入水平退位的拨瓶轮,当转盘转至 337° 时,
液瓶由拨瓶轮送人输出系统。
(5)主传送系统
主分配盘是主传送机构,转盘转动一周为一个包装工作循环
周期,它以生产率所要求的转速作连续回转运动。
4.用方框图形式表示主要执行机构的运动规律和配合关系
如图 9.14所示。
图 9.14 旋转型液体灌装机动作配合方框图
5.绘制工作循环图
在方框图 9.14的基础上绘制旋转型灌装机的工作循环图,
如图 9.15所示。
七、拟定主要技术参数
1.根据已拟定的包装机的生产率,确定包装物料和包装材
料的供送速度。
2.根据包装工艺和使用范围,拟定有关的工艺参数。如制
袋 -充填 -封口机中的热封温度、时间和压力；清洗机和杀菌
机所需温度。等压灌装机中的压力。
3.确定包装机的功率
电动机的功率是设计传动件的结构和尺寸的依据,常用的
选择方法有,
图 9.15 旋转型真空灌装机工作循环图
(1)类比法
调查现有同类型包装机的功率,在大量统计资料的基础上,确定包
装机所需的功率。
(2)计算法
包装机的动力机输出功率可用等值功率法计算,
式中,m—执行构件数目；
i—包装机某执行机构,一般是工作负载最大的机构；
i=1,2,3…m;
Ni—第 i个机构所需的功率；
—动力机与第 i个机构间的传动总效率；
K—负载特性影响系数,取 K=1～ 1.2。
K值可根据包装机执行机构负载情况选取,当载荷稳定时,取 K=1;
若负载变化大时,K=1.2。
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m
i di
iN
kN 1
1
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di??
(3）实测法,
实测同类型包装机或试制样机上动力机的输入功率,再根
据实测结果算出传动效率和转速,计算出输出功率,并将计算
的输出功率加以适当的修正,确定为包装机的功率。
