高速无菌砖包机柔性交接排包机构的研究与实现

摘要

无菌砖包机的高速化是乳制品行业装备自动化发展的一个主要方向，高速在带来高生产效率的同时，也带来一系列新的问题：振动、过热、碰撞等。论文主要针对高速无菌砖包机排包时经常性存在的废包、变形等问题进行一系列研究，提出了柔性交接排包系统的机构解决新方案，顺着这一思路，分别对其中关键的运动机构进行了创新设计，并做了较深入的理论分析，研究内容主要包括：1.从功能上对高速无菌砖包机的主要机械系统进行了阐述。提出柔性交接排包是高速化所需着力克服的一个瓶颈，制定相关的设计准则，结合实际情况设计新排包工艺流程，设计了新型的同步软接触式排包、同步接包及砖包立直等三个连贯动作的执行机构。2.为使砖包平滑排出，设计了同步软接触式排包机构。对现行排包机构建立碰撞模型分析，决定采用连续无突变的运动曲线；对两种符合要求的排包曲线进行数学上的解析分析，验证其运动性能；采用新的圆柱凸轮机构设计来实现期望的运动曲线，并延长排包动作的时间。3.为解决砖包翻落问题，设计了同步接包凸轮机构。基于解析法对其最关键的平面滚子摆动槽凸轮进行了运动规律、轮廓曲线的设计；以凸轮基圆最小为目标函数，运用遗传算法对凸轮基本尺寸进行优化求解；完成了同步接包凸轮三维模型的建立、虚拟装配及其运动学模型的建立，并进行运动学和动力学仿真。4.为实现砖包的连续立直动作，设计了基于侧弯链传动的高速低冲击立直机构。基于圆柱螺旋线和空间三次参数样条的轨迹符合砖包平滑立直所需的运动学特性；对侧弯链的扭转性能进行数学建模，寻得理论最小扭转长度；对链板的结构进行分析，阐明两翼的限位作用并获得其准确的间隙量。综上，本文运用现代设计理论、方法和手段完成了柔性交接排包系统的机构设计与研制。机构具备在高速条件下排包平缓、交接时砖包受冲击小、机构运动性能好的特点，妥善地解决高速砖包机在排包阶段存在的瓶颈问题，进一步提高了无菌砖包机的生产效率，降低工人劳动强度，对实现高速无菌砖包机的国产化生产具有较重要的意义

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 研究的目标和意义

1.2 无菌砖包机的介绍

1.2.1 高速无菌砖包生产系统

1.2.2 无菌砖包机的分类

1.2.3 国内外无菌砖包机发展与现状

1.3 论文的研究内容

1.3.1 高速无菌砖包机排包过程中的新问题

1.3.2 论文的主要工作

1.3.3 论文的结构安排

第二章 无菌砖包机综述

2.1 无菌包装材料介绍

2.2 无菌砖包机机械系统构成

2.2.1 无菌仓系统

2.2.2 纸路系统

2.2.3 竖封系统

2.2.4 横封系统

2.2.5 终端成形系统

2.2.6 排包系统

2.3 排包设计目标与工艺流程

2.3.1 排包设计目标

2.3.2 排包交接工艺流程

2.4 封口质量提高

2.4.1 散热设计

2.4.2 电磁兼容设计

2.5 本章小节

第三章 同步软接触式排包机构研究与设计

3.1 高速下排包碰撞分析

3.1.1 现有排包机构研究

3.1.2 碰撞模型建立

3.2 期望排包运动规律

3.3 无冲击同步软接触式排包机构研究

3.4 排包机构的设计方法

3.4.1 成型砖包运动状态控制

3.4.2 圆柱凸轮计算机辅助设计

3.5 本章小结

第四章 同步接包凸轮机构的研究与设计

4.1 防翻转要求的同步交接机构研究

4.1.1 设计原理与要求

4.1.2 设计结构简介

4.2 平面滚子摆动槽凸轮的设计

4.2.1 从动件运动规律

4.2.2 凸轮基本尺寸和轮廓

4.3 基于遗传算法的凸轮尺寸优化

4.3.1 遗传算法概述

4.3.2 设计目标函数

4.3.3 设计约束函数

4.3.4 遗传算法的实现

4.4 基于UG NX 的凸轮机构虚拟样机建模方式

4.4.1 凸轮廓线的计算机辅助解析设计

4.4.2 凸轮三维模型的建立

4.4.3 凸轮机构的虚拟装配

4.5 同步接包凸轮机构的动力学仿真

4.5.1 基于UG NX 的运动学模型搭建

4.5.2 基于ADAMS 的凸轮的动力学仿真校验

4.6 三维数控加工技术

4.7 本章小结

第五章 基于侧弯链传动的高速砖包立直机构研究

5.1 机构原理

5.2 空间导轨轨迹设计

5.2.1 圆柱螺旋线的等径旋转特性

5.2.2 空间三次参数样条修正

5.2.3 基于圆柱螺旋线的修正导轨曲线

5.3 侧弯链建模分析

5.4 链板结构分析

5.5 本章小结

第六章 总结及展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的项目经历与成果