条盒类食品装箱机的设计研究

摘要

食品生产业是与国民生活息息相关的产业，自动化机械设备已经在食品生产的各个方面得到普及，包装机作为食品加工生产所必不可少的装备在越来越多的食品生产中发挥作用，而装箱机是包装机的一个重要组成，在我国食品生产企业中得到了广泛的应用。虽然装箱机已经可以解决食品包装中代替人工装箱的问题，但是，其生产效率和自动化程度还有待提高。在国家提出“中国制造2025”的背景下，本着自动化与设备专用化的原则，本文针对条盒类包装食品的自动化装箱问题，从以下几个方面进行了条盒类食品装箱机的设计研究。 首先，本文针对条盒类包装食品的自动化装箱问题，设计了装箱机的工作流程，包括堆垛、纸箱展开、入箱推进、纸箱密封等步骤，并为每个工作步骤模块化设计了相应的机械机构分别实现条盒包装堆垛、纸箱展开、条盒包装垛入箱和纸箱密封的功能。其中，堆垛装置采用了转动式堆垛机构，取得了较高的生产效率；还设计了一种瓦楞纸箱展开装置，以适应不同尺寸瓦楞纸箱的展开操作。同时还对装箱机的入箱推进装置的部分重要结构的强度和模态进行了有限元分析，以验证其是否满足设计要求。 其次，为实现条盒类食品装箱机的自动化，设计了一套基于西门子S7-200 SMART系列PLC的自动化控制系统，以及一套基于工业以太网通信的设备监控系统。其中，自动化控制系统包括自动控制模式和手动检测模式，实现设备不同的控制需要。因工业以太网的易用性和广泛性，选择了工业以太网作为设备间的通信途径。 最后，针对瓦楞纸箱的循环使用问题，进行了一系列的研究。明确了影响瓦楞纸箱在循环使用中寿命的主要因素有温度和应力，较低的温度和应力值均可延长其定常蠕变阶段的时间，故选取在温度较低环境下使用和所受应力较小的纸箱循环使用。同时为实现瓦楞纸箱的循环使用，尝试建立三种旧纸箱的循环网络，以适应瓦楞纸箱包装不同产品的不同情况。并根据循环纸箱的特点，对扩口装置的结构进行了改进。 综上，本研究实现了对条盒类食品包装的自动化装箱、自动化监控系统的设计开发以及瓦楞纸箱的循环利用等任务，基本完成了装备自动化与设备专用化的设计目标。

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条盒类食品装箱机的设计研究

1绪论

1.1课题研究的背景、目的和意义

1.2国内外食品装箱机的研究和发展趋势

1.2.1装箱机的分类及其包装纸箱的介绍

1.2.2国外装箱机介绍

1.2.3国内装箱机介绍

1.2.4未来装箱机发展趋势

1.3条盒类食品装箱机存在的问题及课题研究内容

1.4本课题创新之处

1.5本章小结

2.1条盒类食品装箱机设备的技术要求分析

2.2主要功能组成及设备的工作流程

2.2.1装箱机的主要功能组成

2.2.2条盒类食品装箱机系统的工作流程总体设计

2.2.3装箱机设计要求

2.3纸箱展开装置的设计

2.3.1纸箱展开装置的技术分析

2.3.2纸箱展开的实现原理

2.4条盒包装垛堆垛装置的设计

2.4.1条盒包装垛堆垛装置的作用

2.4.2条盒包装堆垛的实现

2.5入箱推进装置的设计

2.5.1平缓往复推进动作的实现

2.5.2平缓推进条盒包装垛的实现

2.6扩口装置的设计

2.6.1扩口装置的作用

2.6.2扩口结构的实现

2.7纸箱封箱装置

2.7.1纸箱传送带

2.7.2固定折边机构——前小折边的折叠

2.7.3活动折边机构——后小折边的折叠

2.7.4大折边夹紧机构——大折边的初折

2.7.5后侧遮挡机构——大折边的压实

2.7.6胶带密封机构——纸箱的胶带密封

2.8本章小结

3入箱推进装置重要结构的有限元分析

3.1有限元分析模型的创建

3.2入箱推进装置主要部件的受力分析

3.2.1导向块的静力学分析

3.2.2导向块和导轴组件与滑动座导轴组件的模态分析

3.3本章小结

4.1 PLC控制技术简介

4.1.1 PLC的功能及组成

4.1.2 西门子S7-200 SMART系列PLC的硬件结构

4.2 条盒类食品装箱机PLC控制路线（流程）设计

4.3控制系统的硬件配置

4.3.1 位移接近开关的选择

4.3.2 角位移传感器的选择

4.3.3驱动电机的选择

4.3.4 CPU模块的选型

4.3.5 模拟量输入模块的选型

4.3.6 输入输出地址的分配

4.3.7 PLC的外部接线

4.4条盒类食品装箱机的自动化控制工作方式

4.4.1 自动控制模式

4.4.2 手动检测模式

4.5本章小结

5条盒类食品装箱机监控系统设计

5.1工业以太网通信简介

5.2监控系统组成及工作流程设计

5.2.1监控系统的组成

5.2.2监控系统的工作流程

5.3工业以太网通信系统的整体设计

5.3.1通信数据规划

5.3.2 通信参数配置

5.3.3服务器PLC模块网络读写程序设计

5.4监控系统的组态

5.4.1组态王简介

5.4.2组态王与S7-200 SMART的组态

5.5监控系统界面简介

5.5.1监控系统登陆界面

5.5.2设备监控选项卡

5.5.3设备维护选项卡

5.5.4设备互连选项卡

5.6本章小结

6瓦楞纸箱的循环利用与扩口装置的改进

6.1循环使用瓦楞纸箱的特点

6.2瓦楞纸箱蠕变机理及循环瓦楞纸箱的选用原则

6.3条盒包装食品旧纸箱的循环网络

6.4主动式扩口装置的设计

6.4.1被动式扩口装置的缺陷

6.4.2主动式扩口装置的原理设计

6.4.3主动式扩口装置的功能实现

6.5本章小结

总结和展望

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研成果