高速包装机感应加热封合问题的研究

摘要

铝塑复合包材的快速实时封合技术是制约国内高速包装机发展的主要技术瓶颈之一，而目前尚缺少针对性研究。本文详细研究了高速包装机的感应加热封合所涉及的关键问题，根据高速包装机封合工艺的要求和应用特点，设计了相应的封合加热装置，对高速横封制定了相应的控制策略，建立了封合加热温度场的数值计算模型，并对配置的专用高频加热电源进行了设计。所作的主要研究如下：
　　1．根据高速包装机封合工艺和应用特点，选择了横向磁通方式的电磁感应加热，作为高速包装机中包材飞接、贴带、竖封和横封四处封合工艺所使用的加热方式，并对四处感应加热封合装置进行了设计。
　　2．针对横封封合加热的精确定位与控制问题，采用了基于条码识别的方法进行实时位置反馈，并基于角度编码对封合过程进行控制，定位的精度和实时性获得了大幅提高。在横封封合控制策略上，采用双侧导轨分别对应奇偶夹爪的设计，提高了横封效率，促进了产能提升。
　　3．针对横封封合的温度分布问题，对包装机封合感应加热问题建立了数学模型并在此基础上进行了有限元数值仿真计算。基于电电磁场和热传导理论，建立了铝塑复合包材进行横封封合感应加热的电磁场和温度场模型。在麦克斯韦方程组和热传导理论的基础上，建立了有限元仿真计算模型并通过数值仿真得到了横封感应加热封合中包材的涡流分布和焦耳热分布。
　　4．对于高速包装机用高频电源技术进行了研究和设计。进行了电源系统设计，并着重研究了整流滤波电路中谐波对于电压纹波系数的影响、电源功率调整原理和实现方式、逆变电路中电路模态分析和关键参数配置等。并对各模块的硬件电路进行了测试，测量得到的波形良好，满足设计要求。
　　所设计的高速包装机感应加热封合系统能在高速状态下完成包材的良好封合，达到了设计要求。同时，所进行的研究工作有助于封合感应加热装置的进一步改进和优化，对工程实际具有重要意义。

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第一章 绪论

1.1 课题背景与意义

1.2 课题的来源

1.3 国内外研究现状

1.4 本文主要内容

1.5 本章小结

第二章 包材快速加热封合技术研究与系统设计

2.1 高速包装机的系统构成

2.2 高速包装机加热封合的技术分析

2.3 高速包装机感应加热封合装置的设计

2.4 本章小结

第三章 高速横封加热的精确定位与控制

3.1 高速横封加热精确定位和控制问题的提出

3.2 基于条码反馈的横封封合定位的实现

3.3 基于角度编码的横封封合控制的实现

3.4 本章小结

第四章 横封感应加热封合的建模与仿真

4.1 横封感应加热封合问题的提出

4.2 横封感应加热封合数学模型的建立

4.3 横封封合温度场分布的数值仿真

4.4 本章小结

第五章 高频感应加热电源及其关键技术的研究与实现

5.1高频感应加热电源总体设计

5.2 整流滤波电路研究与设计

5.3 直流斩波电路研究与设计

5.4 全桥逆变电路研究与设计

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已录用论文和成果