机械手式高速无菌砖包机横封系统运动特性研究及实现

论文摘要

我国的液态饮品工业是近十多年发展起来的新兴行业。目前,液态食品和饮料市场的迅猛发展,极大的带动了国内饮料包装产业的发展。然而国外跨国公司对高速无菌砖包机核心技术的垄断,导致液态饮品包装成本居高不下,严重阻碍了国内饮料包装产业的健康发展。因此,研发具有自主知识产权的高速无菌砖包技术显得迫在眉睫。横封系统是高速无菌砖包机的核心部件之一,其优劣直接影响无菌砖包的产品质量与生产效率。目前国内该部分技术仍属空白,因此横封系统的设计与研究对于研发具有自主知识产权的高速无菌砖包设备,打破国外技术垄断、促进国内饮品包装行业的发展具有极为重大的意义。本文结合实际要求,采用理论研究和软件仿真方法,对机械手式横封系统的工艺要求、运动特性、机械系统设计进行了较为详尽的研究分析,横封机构的设计满足了高速无菌砖包机复杂工艺及其高速性的需求。所做重点工作如下:1.研究高速无菌砖包的成型特点,分析得到横封系统的功能要求,为横封机构运动设计提供方向和依据;针对各个功能,提出机械实现方案及原理。2.根据横封工艺要求,推导夹爪最小张开角度、行程总长度等运动约束条件。为实现复杂的工艺要求,设计机械手式横封夹爪两驱动导杆的运动规律,并利用MATLAB对该运动规律进行5次B-spline拟合优化,成功消除了其加速度突变。3.为精确实现横封夹爪两驱动导杆的运动,采用局部建立约束的方法建立其连杆机构的运动学模型,并应用附加驱动约束的方法进行运动学分析。利用MATLAB强大的数值计算功能,根据最小二乘思想,编制开发连杆机构运动学模型的计算程序,反求出该机构输入端的运动规律。4.推导两个凸轮基本参数的相关条件,实现两凸轮的协调安装和工作。根据不同的安装方式分别建立两驱动凸轮廓线解析表达式,并利用MATLAB设计凸轮廓线自动计算函数,根据设计需要给出相应的输入和输出参数,并显示凸轮廓线。利用UG的二次开发功能,编制凸轮廓线自动生成程序,将凸轮廓线数据转化为UG三维模型,并利用其运动仿真模块进行机构运动仿真。仿真结果显示,该凸轮-连杆机构实现了预期运动。全文围绕横封系统运动特性的设计要求,采用理论分析计算及软件仿真的研究方法,优化运动曲线,并完成具有复杂运动的基于凸轮驱动的机械手式横封机构的研究设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 无菌包装的发展及现状
• 1.2.1 国内外无菌包装技术的发展及现状
• 1.2.2 高速无菌砖包生产系统
• 1.3 高速无菌包装机的关键技术
• 1.4 论文的主要内容和结构
• 1.4.1 论文的主要内容
• 1.4.2 论文的结构
• 第二章 无菌砖式包装机综述
• 2.1 无菌包装材料介绍
• 2.2 无菌砖式包装机机械系统构成
• 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
• 2.3 本章小节
• 第三章 机械手式横封系统方案设计
• 3.1 凸轮驱动横封机构方案设计
• 3.2 横封夹爪对加压机构
• 3.3 折角翼成形及校正机械系统
• 3.3.1 驱动装置
• 3.3.2 传动机构
• 3.3.3 终端校正机构
• 3.3.4 系统装配
• 3.4 容量托预成形机构
• 3.5 横封切割机构
• 3.6 本章小节
• 第四章 横封夹爪运动分析与设计
• 4.1 横封机构工作原理
• 4.2 设计参数确定
• 4.3 夹爪运动模型建立
• 4.3.1 夹爪总行程约束
• 4.3.2 最小张开角度约束
• 4.3.3 夹爪运动规律初步设计
• 4.4 夹爪运动规律优化设计
• 4.4.1 B-spline 理论基础
• 4.4.2 导杆运动规律的B-spline 拟合
• 4.5 本章小节
• 第五章 横封系统连杆机构运动学分析
• 5.1 平面机械系统刚体系运动学模型定义
• 5.2 横封系统连杆机构运动学分析
• 5.3 连杆机构运动的MATLAB 辅助计算
• 5.3.1 输出端运动极值点约束
• 5.3.2 初始位置常数确定
• 5.3.3 MATLAB 运动规律求解
• 5.4 本章小节
• 第六章 驱动凸轮设计及机构运动仿真
• 6.1 确定凸轮机构类型
• 6.2 凸轮机构型式的选择
• 6.3 基本参数和廓线设计
• 6.3.1 基本参数的相容条件
• 6.3.2 凸轮廓线的MATLAB 辅助设计
• 6.4 基于凸轮驱动的连杆机构运动仿真
• 6.5 本章小节
• 第七章 全文总结
• 7.1 主要结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文