包装机械的概念设计3

获得设计方案原理的方法
传统方法
直观方法 推理方法
文献检索 自然物分析 已有技术系统分析 类推 实验
智暴法 635法 Delphi法
物理过程的分析 分类表的系统利用 设计目录的利用
要求清单
概念设计 的步骤
概念
问题抽象化，确定问题本质 构建功能结构 探索实现子功能的设计方案原理 组合方案原理以实现总体功能 选择合适的方案原理组合 确定侯选方案 侯选方案评价
7. 成型装置 8.横封切断装置 9.机架
2.4.6工艺路线
包装机械
小颗粒状物料包装工艺过程
本包装工艺关键技术就是要解决的 计量与落料问题。
包装机械
2.4.7 绘制工作循环图
根据工艺路线，拟定包装机运动规律 和动作配合，绘制初始工作循环图：
讨论
包装机械
在设计包装机械产品时，为什 么要考虑环境变量对系统的影响， 并分析影响包装机械产品的环境因 素有哪些？
P (P1, P2 ,..., Pn )
其中： Pi (Pi,1, Pi,2 ,..., Pi, j ) i (1,2,...,n) j (1,2,...,m)
（m=目标评价因素数）
＝
}
包装机械
建立性能参数权重集 建立模糊评价模型
Q (Q1, Q2 ,..., Qm )
max B max( b1, b2,..., bn ) max Q.P
绘制方法简单，能清楚表示一个 运动循环周期内各执行构件动作 的顺序和时间比例。但直观性差， 不能显示执行构件的运动规律， 在执行系统结构和执行构件运动 规律相对简单时采用。
能清楚表示一个运动循环周期内 各执行构件之间的动作时间比例 和先后顺序，还能直观显示各构 件在每一时间区段上的运动规律。 在集中时序控制的包装机中广泛 使用。
在广泛调查研究的基础上，对产品的包装工艺进行详细的 分析后目前市面上常见的满足本设计约束条件的是枕形袋 包装机型，本机型又有立式袋成型-充填-封口、卧式袋成 型-充填-封口和供袋式开袋－充填－封口三大类
表2.2 小袋包装机性能分析矩阵
包装机械
机型
包装 占地 结构 适用物 包材适 设备 操作 设备 包装
阶梯型折叠裹包工艺路线
包装工艺路线主要参数选择
包装机械
2.3.7
主要技 术参数
①结构参数 反映包装机的结构特征和包装物件的尺寸范围。
②运动参数 反映包装机的生产能力和执行机构的工作速度，
如主轴转速、物件供送速度、计量与充填速度等。
③动力参数
反映执行机构的工作载荷和包装机正常运转的 能量消耗
④工艺参数 反映完成包装工序所用的工艺方法及其特性
功能构造的建立过程
步骤1：确定总体功能，并用黑箱表示 步骤2：将总体功能分解成若干子功能 步骤3：确定子功能之间的逻辑（顺序）
关系 步骤4：确定特定子功能的输入/输出之
间逻辑关系 步骤5：确定能量、物质、信号的流向间
的物理关系
瓷片包装生产线功能分解
包装机械
堆跺 封箱
折箱
套箱推砖
套袋
开箱、成箱、推箱 工位分度装置
形式 绘制方法
图例
特点及应用
2.3.8
直线 式
将各执行构件的 各行程区段的起 止时间和先后顺 序按比例绘制在 直线坐标轴上
运动循 环图的 绘制
直角 坐标 式
横坐标轴表示一 个运动周期内执 行系统分配轴的 转角或时间，纵 坐标表示各执行 构件的转角或位 移
圆周 式
以任意点为圆心 作若干个同心圆， 每个圆代表一个 执行构件，在与 分配轴转角位置 相对应的各构件 圆上用径向线将 圆周分成相应运 动区段
速度 面积 形式
料
应性 成本 简便 维修 效果
间隔封切 较快 小 简洁 满足
好
较低 很易 很易 好
立式
连续封切 较快 小 简洁 满足
好
低 较易 较易 稍好
卧式
连续回转 式
快
连续直线 式
快
大 复杂 较差 大 复杂 差
稍好 稍好
高
较难 较难 稍好
高
难
难
好
供袋式
回转式 直线式
快
大 复杂 满足
差
较高
难
难
差
快
性能分析量化矩阵
建立按照“优、良、中、差”四个等级对不同机型的性能再聘请行业 五个专家对各参数分别打分，优为0.9、良为0.8、中为0.7、差为0.6 ，并平均后建立如表4量化后的性能分析矩阵。
包装机械
建立目标集
建立目标评价因素集
B (b1, b2 ,..., bn ) （n=评价目标数）
其中：B=（立式间隔封切，立 式连续封切，卧式连续回转， 卧式连续直线，供袋回转式， 供袋直线式）
速度 面积 形式
料
应性
立式 卧式
间隔封切 0.78 0.85 0.83 连续封切 0.78 0.90 0.90 连续回转 0.86 0.65 0.75 连续直线 0.90 0.68 0.72
0.87 0.89 0.66 0.66
0.89 0.89 0.83 0.82
设备 成本
0.89 0.86 0.72 0.78
评价矩阵为：
B Q.P
(9.962 9.935 8.566 8.628 8.741 9.042)
可以得出：立式间隔封切包装机满足度为9.962为最大值。表明能满足本设 计目的的包装机为枕形袋立式成型-充填-间隔封口切断包装机，以此机型 作为设计机型。
2.4.5 总体布置
包装机械
图2－2 枕形袋立式成型-充填-间隔封口切断包装机结构简图 1、料仓 2.计量装置 3.拉膜装置 4.纵封装置 5.控制系统 6.供膜装置
2.3.9
构件选 型与综 合
运动规律 运动精度 承载能力与工作速度 总体布局 使用要求与工作条件
2.4 总体方案设计应用举例
包装机械
2.4.1 设计目的 2.4.2 约束条件
设计一台能自动 完成每分钟120包 0.5kg的食用碘盐 包装设备
2－1 包装外形
包装对象 颗粒状物料食用碘盐，其流动性
较好，但吸潮后易结块、腐蚀性强、自然休止 角40～450、密度1.0～1.4
操作 简便 0.87
0.89 0.70 0.62
设备 包装 维修 效果 0.88 0.89 0.83 0.83 0.72 0.76 0.63 0.87
供袋式
回转式 0.90 0.72 0.68 0.87 直线式 0.89 0.78 0.65 0.89
0.71 0.75
0.82 0.66 0.63 0.75 0.84 0.72 0.73 0.74
概念设计 的步骤
概念
问题抽象化，确定问题本质 构建功能结构 探索实现子功能的设计方案原理 组合方案原理以实现总体功能 选择合适的方案原理组合 确定侯选方案 侯选方案评价
包装机械
行为过程分析选择
2.3.6
分析 选择
概念
行为过程分 析也就是工艺过 程分析，工艺过 程分析是研究、 分析和确定所设 计包装机完成预 定包装工序的工 艺方法。
能够直观各执行构件之间以及和 主动件或分配轴转角之间的关系， 特别适合具有凸轮分配轴或转鼓 的包装机设计中。但当执行构件 数目太多时会导致同心圆太多而 直观性变差，就不能反映各个执 行构件的运动规律。
枕形袋立式成型-充填-间隔封口切断包装机执行装置循环图的绘制方法及特点
包装机械
2.3.9 机构的选型及其综合时应考虑的要求和条件
设计方案原理的组合
形态学矩阵法
方案原理
子功能
p1 p2 … pj
… pm
F1 F2 … Fi … Fn
组合2 组合1
要求清单
概念设计 的步骤
概念
问题抽象化，确定问题本质 构建功能结构 探索实现子功能的设计方案原理 组合方案原理以实现总体功能 选择合适的方案原理组合 确定侯选方案 侯选方案评价
要求清单
适应包材
聚丙烯/聚乙烯、聚脂/铝箔/聚乙 烯等
包装精度 ±1%
计量方式 量杯式 制袋方式 枕型三面封口 包装质量要求 外形美观、包装材料无明
显损伤、撕裂 对包装机的基本要求
机械结构简单，工作可靠、稳定，操作 方便、安全，维修容易，造价低
包装机械
2.4.3包装机型的选择
建立性能分析矩阵 建立评价目标权重矩阵 性能分析量化矩阵 目标评价
1.3
1.5
1.0
1.0
操作 简便
1.2
设备 维修
1.3
包装效 果
1.5
小袋包装机目标权重矩阵
根据上述考核参数，建立评价目标矩阵。依据其在包 装机中的作用进行加权，其权重值最大为1.5、最小为 1.0，经过五位专家打分，并取平均值的方法建立如表 2.3目标权重矩阵。
包装机械
目标
性能参数
机型
包装 占地 结构 适用物 包材适
主要内容
1）包装工艺路线选择 2）包装方式的选择 3）工位数的选择 4）单头与多头选择 5）绘制工作循环图 6）拟定主要技术参数
包装机械
包装工艺路线选择
2.3.7
工艺路 线选择
包装材料和被包装 物料的供送路线以 及它们在包装过程 中的传送路线、包 装成品的输出路线
卧式直线型折叠裹包工艺
常见约有：直线型 阶梯型、圆弧型和 组合型折叠裹包工艺图 组合型。
大 复杂 满足
差
较高 较难 较难 差
小袋包装机性能分析矩阵
针对设计任务书要求，从包装速度、占地面积、 结构形式、适用物料、包材适应性、功耗角度等 九个方面建立性能分析矩阵来分析何种机型能满 足本设计的设计目的
包装机械
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评价目标 权重
包装速 度
占地面 积
结构形 式
适用物 料
包材适应性
设备成 本
1.5
1.3
人工上砖 摞列对齐 放包角
放侧板
捆扎
要求清单
概念设计 的步骤
概念
问题抽象化，确定问题本质 构建功能结构 探索实现子功能的设计方案原理 组合方案原理以实现总体功能 选择合适的方案原理组合 确定侯选方案 侯选方案评价
设计方案原理的寻找
针对各种子功能，寻找对应的 设计方案原理，并予以组合。
设计方案原理必须明确实现功 能的物理效应和形态
包装机械
2.1 基本概念
2.2 包装机械设计过程
2.3 包装机械的概念设计
2.4 包装机械概念设计应用举例
第二章
2.5 讨论
包装机械的概念设计 (第三讲)
要求清单
概念设计 的步骤
概念
问题抽象化，确定问题本质 构建功能结构 探索实现子功能的设计方案原理 组合方案原理以实现总体功能 选择合适的方案原理组合 确定侯选方案 侯选方案评价