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3 L6 S7 w3 _7 o" _ B5 U 1 引 言
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我國包裝機械行業起步于20世紀70年代,在80年代末和90年代中得到迅速發展。已成為機械工業中的10大行業之一,無論是產量,還是品種上,都取得了令人矚目的成就,為我國包裝工業的快速發展提供了有力的保障。目前,我國已成為世界包裝機械工業生產和消費大國之一。
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包裝機械作為一種產品,它的含義不僅僅是產品本身的物質意義,而是包括形式產品、隱形產品及延伸產品3層含義。形式產品是指包裝機本身的具體形態和基本功能;隱形產品是指包裝機給用戶提供的實際效用;延伸產品是指包裝機的質量保證、使用指導和售后服務等。所以包裝機的設計應該包括:市場調研、原理圖設計、結構設計、施工圖設計、使用說明書編寫及售后服務預案等。
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2 我國包裝機械設計的現狀 . k& u( {) e& u+ P: o; J
; O: g$ ~/ l, w9 T 包裝機械設計的類別主要有:測繪仿制設計、開發性設計、改進性設計、系列化設計。如啤酒灌裝生產線生產能力為1.6~4萬瓶/h,其中灌裝機的灌裝閥工位數從48個、60個、90個到120個就屬于系列化設計。 * M) c* Q. g% b
c2 [( N- u" j8 q T, c 由普通啤酒灌裝生產線到純生啤酒灌裝生產線的設計就屬于改進、開發性設計。對于中低速運行的包裝機,目前我們基本上可以進行自主設計。而高速運行的包裝機,特別是一些先進機型,大多是測繪、仿制國外的同類機型,進行國產化設計和系列化設計。其主要的原因是:(1)大多數設計人員還沒有真正掌握先進的設計方法,如高速包裝機械的動力學設計理論和方法等,對高速工況下機構的動態精度分析等問題還不能模擬解決;(2)產、學、研結合不夠緊密,理論上的科研成果不能及時地在實際設計中運用,設計人員缺乏及時的技術培訓;(3)整個行業缺乏宏觀調控的力度,優勢資源不能得到合理的配置與調整。 1 A& G! q$ Q# Z/ ]! n. v) I( ~
' ~& { a( r. }& h" g8 } 在包裝機械設計領域,絕大多數設計人員仍沿用以前的設計方法:(1)根據設計任務書尋找同類機型作為樣機;(2)參考樣機制定各項技術性能指標及使用范圍;(3)設計工作原理圖、傳動系統圖;(4)設計關鍵零件,部件;(5)設計總裝圖方案和動作循環圖;(6)設計部件圖、總裝圖和零件圖;(7)對主要部件中的關鍵零件進行強度、剛度校核;(8)設計控制原理圖、施工圖等。 3 g$ j1 O7 I4 V
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而今,國內一些大學的設計軟件,可以對包裝機中常用機構進行有限元分析和優化設計,其開發的凸輪連桿機構CAD/CAM軟件已經能夠滿足企業進行凸輪連桿機構自主設計的能力,但在實際包裝機械的設計中應用還不普遍。 0 O6 {' l2 K3 E* u9 ?
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新型包裝機械往往是機、電、氣一體化的設備。充分利用信息產品的最新成果,采用氣動執行機構、伺服電機驅動等分離傳動技術,可使整機的傳動鏈大大縮短,結構大為簡化,工作精度和速度大大提高。其中的關鍵技術之一是采用了多電機拖動的同步控制技術。其實掌握這種技術并不很難,只是一些設計人員不了解包裝機械的這一發展趨勢。如果說以前我國包裝機械設計是仿制、學習階段,那么現在我們應該有創新設計的意識。 Z9 |5 H" B, w' u9 }6 _4 S
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3 德國包裝機械設計的新趨勢
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9 V8 \9 j1 y _ 德國與美國、日本、意大利均為世界包裝機械大國。在包裝機械設計、制造、技術性能等方面居于領先地位。德國包裝機械的設計是依據市場調研及市場分析結果進行的,其,目標是努力為客戶,尤其是為大型企業服務。為滿足客戶要求,德國包裝機械制造廠商和設計部門采取了諸多措施: , t2 O$ ^! O1 D2 C' t {5 i1 e4 g H
3 g) d0 y4 g, T" Z& |8 ? (1)工藝流程自動化程度越來越高,以提高生產率和設備的柔性及靈活性。采用機械手完成復雜的動作。操作時,在由電腦控制的攝像機錄取信息和監控下,機械手按電腦指令完成規定動作,確保包裝的質量。 2 M! g/ D3 C. s/ u4 ^* Z$ r/ b
1 ~1 l6 K/ R9 b- a" u (2)提高生產效率,降低生產成本,最大限度地滿足生產要求。德國包裝機械以飲料、啤酒灌裝機械和食品包裝機械見長,具有高速、成套、自動化程度高和可靠性好等特點。其飲料灌裝速度高達12萬瓶/h,小袋包裝機的包裝速度高達900袋/min。
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0 |4 T% \9 K% A3 r3 B (3)使產品機械和包裝機械一體化。許多產品要求生產之后直接進行包裝,以提高生產效率。如德國生產的巧克力生產及包裝設備,就是由一個系統控制完成的。兩者一體化,關鍵是要解決好在生產能力上相互匹配的問題。 ) d" Q) s6 p; l5 L" Q2 A) s
) Y2 K5 h' D+ a+ Q (4)適應產制品變化,具有良好的柔性和靈活性。由于市場的激烈競爭,產品更新換代的周期越來越短。如化妝品生產三年一變,甚至一個季度一變,生產量又都很大,因此要求包裝機械具有良好的柔性和靈活性,使包裝機械的壽命遠大于產品的壽命周期,這樣才能符合經濟性的要求。
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2 ~9 m# t8 u( N/ c1 T# L$ C (5)普遍使用計算機仿真設計技術。隨著新產品開發速度不斷加快,德國包裝機械設計普遍采用了計算機仿真設計技術,大大縮短了包裝機械的開發設計周期。 $ W( u4 J* c$ T4 w6 |3 ?6 U
' o- _3 e1 d' W" I y, d 包裝機械設計不僅要重視其能力和效率,還要注重其經濟性。所謂經濟性不完全是機械設備本身的成本,更重要的是運轉成本,因為設備折舊費只占成本的6%~8%,其他的就是運轉成本。
$ `5 z7 }$ Z, g. F9 k) L4 包裝機械設計方法的改進思路 , Q) M" U6 r F# O4 ^
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