包装袋移动开袋装置设计及仿真优化

作     者：高敏捷 

作者单位：湖北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：魏兵;邓援超

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0822[工学-轻工技术与工程] 

主      题：移动开袋装置 组合机构 结构设计 仿真优化 多体动力学 

摘      要：移动开袋装置是包装袋套袋机的重要构成部件,且分为直线传动装置以及开袋部装,其中开袋部装又分为上开袋部装和下开袋部装两部分。由于移动开袋装置的结构以及运动特性会影响开袋的稳定性,从而影响套袋质量及套袋效率,因此移动开袋装置的方案设计对提高套袋机的性能有着重要作用。本文以编织袋套袋机中的移动开袋装置作为研究对象,从方案设计和仿真两方面对套袋机进行了以下几个方面的研究:第一,对国内外套袋设备的行业现状进行了分析,并结合现有的套袋设备存在的套袋质量和稳定性不好、套袋效率不高等问题,研究了一种全新的套袋机开袋装置,并设计了一种全新的移动开袋方式。结合实际工况对套袋机中的移动开袋装置进行了方案设计,并通过对比方案优缺点,最终确定了移动开袋装置的方案。根据实际工况需求初步确定了方案的相关参数,并在Solid Works中建立了移动开袋装置的三维模型,为后文的理论分析及仿真奠定了基础。第二,对上开袋部装中的多杆机构进行了杆长优化。为方便分析,将多杆机构拆分为铰链四杆以及偏置曲柄滑块机构,并对其吸袋与开袋这两种状态进行尺寸综合。以占用空间小和质量轻等要求建立了约束条件、目标函数以及多杆机构的优化模型,并利用MATLAB对目标函数进行优化,优化后各杆长度之和减小了25.4%,多杆机构质量减少了9.3%。最后利用Adams对优化的部分采用仿真分析,验证了机构是合理的。第三,根据移动开袋装置的实际工况,选取符合该工况下从动件的运动规律,建立符合该从动件运动规律的运动方程表达式。根据包络原理建立从动件运动规律下的包络线参数方程,从而得到该运动规律下实际轮廓曲线的横、纵坐标,并根据横纵坐标生成了该运动规律下的实际凸轮轮廓曲线。将曲线导入Adams中仿真,得出其位移、速度、加速度与时间的图像。对比后选择产生加速度最小的曲线作为该凸轮的轮廓曲线。第四,分析了直线传动装置的运动特性。利用ANSYS Workbench分别对上开袋部装和下开袋部装中的直线传动装置进行模态分析,分别得到其前六阶振型,发现固有频率远大于同步带横向振动的激振频率,故不会共振。在排除共振的基础上,以上开袋部装为例,研究了转速和预紧力等因素对直线传动稳定性以及传动精度的影响。利用多体动力学软件Recurdyn,对不同初始预紧力以及主动轮转速的同步带的横向振动进行了仿真分析,得到了同步带的横向振幅随初始预紧力的增大而减小,随主动轮转速的增大而增大的运动规律。通过上述研究分析,为编织袋套袋机的移动开袋装置的结构设计与优化提供了参考。