黄宇进
广州澄鹏实业有限公司
摘要：结合包装机械的发展走向，设计阶段希望获得未来产品的静态和动态性能。根据要求，优化结构，防止样品机出现多次试制的情况，尽量减少试验次数。模块化的重点是结构的静态和动态设计。本文分析了模块化包装机械的设计仿真和优化。
关键词：设计仿真；优化；模块化包装
0 引言
随着科学技术的发展，包装行业已成为国民经济的重要支柱之一。包装机械作为包装工业的重要组成部分，在包装产品的开发和改进中起着至关重要的作用。其设计是否合理，不仅关系到制造过程中金属材料的数量，而且直接影响到包装生产过程的能耗和生产效率。模块化设计是指开发具有多种功能的不同产品，不是对每个产品进行单独设计，而是设计多个模块，按照不同的方式共同解决产品在制造周期中的规格、成本矛盾。
为了提高包装机械的性能，进一步提高包装机械的生产效率，本文将模块化设计原则应用于包装机械的结构设计，然后对包装机械模块进行了静态和动态分析、设计和优化，以提高其静态和动态性能。
1 模块化设计的内容和特点
模块化设计是分析产品功能的前提，企业应首先根据自身条件和需求，选择模块。因此，需要根据模型特征对模块进行分类，为客户的选择提供依据，使客户的选择更加方便。此外，该模块的设计倾向于半智能设计，从而降低了包装机械的更新速度，使客户可以通过模块的组合来确定产品的功能，从而适应市场的快速变化，使包装机械得到有效发展。模块化包装机械的模块主要有横向式、纵向式、跨系列式、全系列式。横向式是指不改变产品主要参数的模块化设计，并利用该模块改变产品形状的模块化设计；垂直式是指在统一的类型下，定向改变不同标准的产品的模块化设计；跨系列式是指模块的局部性能在一定程度上产生了新产品的模块化设计；全系列类型呈现综合性，包括水平式和垂直式，是更全面的模块化设计方式。
2模块化下的典型包装机运动机理分析与优化
2.1 模块化下的典型包装机运动机理分析
本文以纸箱模块为例，包装机是通过各模块的相互配合来完成工作的，纸箱成型模块在包装机的工作中主要负责拉伸纸箱的底部，这样折叠机构就可以按照一定的顺序对纸箱进行密封。纸箱成型模块主要包括螺旋齿轮传动机构、支撑提升机构、导向机构和固定纸箱机构等辅助结构。
根据机械系统模型，建立了系统的拉格朗日方程。给出了各刚体的拉格朗日方程和相应的约束方程。
式中 i=1，…，n，j=1,…,m;
qj为描述系统的广义坐标；φi为系统的约束方程；Fj为广义坐标方向上的广义力；λj为拉式乘子。
Adams拥有多个模型数据接口来嵌入CAD软件模型，Parasolid是*X_T扩展的格式之一,该格式的应用实现了数据模型的交换,使用Parasolid格式，简化的纸箱模块模型存储在以英文字母命名的Adams工作目录中。当名称中有汉字或特殊字符时，植入的Adams就不正确,为了确保可植入的Adams模型能够协调坐标轴的运动和添加约束，需要将斜齿轮中的2条轴线加入到Pro/E中，并使用相应的平行来匹配相应的坐标轴。影响螺旋齿轮传动机构的动力性能的因素，包括制造误差、接触变形和轴受力变形。为了便于研究，如果齿轮传动刚体模型显示如下：（1）机构刚性，温度和机构变形不影响；（2）当机构间装配误差为零时，可以忽略零件的制造误差。
在模拟齿轮传动仿真输入虚拟样机模型时，分析的对象是构件质量、转动惯量。在转变几何模型数据时，但数据文件中有体积信息，组件将Adams嵌入零件后，自动计算零部件的转动惯性和质量。或者，使用手工定义零件的材料类型，Adams可结合不同零件的几何尺寸自动计算转动惯性和零件质量。模型数据嵌入到Adams模型后，由于实际原因，所有已构造部件的物理性能参数和装配约束条件都缺失，考虑到实际情况，要手动输入部件属性和约束关系到Adams中，如图1所示。
.png)
图2 上升件质心位移曲线
通过对(a)和(b)两个分量的运动分析，得出结论：上升件质心的位移和质心的力也因距离的不同而不同，即向上运动的平滑度与螺距的选择有关。
2.2模块化包装机的性能优化分析和思考
通过对上述包装机的动力学和仿真分析，影响包装机性能的主要有两个因素，齿轮的转动速度和上升部件的螺距。针对这两个因素，提出了改进包装机的建议。考虑到时间和行程，选择适当的齿轮参数和起升部件的螺距，以达到包装机平稳运行的目的。
模块化设计是对包装机械进行优化设计的一种方法，此外还采用了包装机械优化设计和虚拟设计的方法。虚拟设计是随着计算机技术的发展而发展起来的，如CAD和Solidworks等。在计算机上实现三维绘图，生成相应的技术指标和性能参数，该方法不仅可用于检测设计缺陷，而且可以简化整个设计过程。最重要的是，这种设计很容易修改，可以根据客户的需要进行调整，直到客户满意为止。
虚拟设计是在计算机的基础上发展起来的，在很大程度上依赖于计算机，但这种依赖有利于包装机械设计行业的发展，它不仅可以提高设计速度，而且可以模拟设计结果，在特定环境下测试其工作条件。虚拟设计是传统包装机械设计的现代技术。这是时代发展的趋势，也为包装机械设计行业提供了新的方向。
除虚拟设计外，包装机械设计方案的优化也是基于市场需求。需求决定市场，市场的需求方向是设计的优化方向。在当前形势下，包装机械行业的市场需求主要是包装机械设计对环境的影响较小，设备购买成本最低。目前发展的是一个可持续的经济，要求机械设备产生的污染物较少，产生的噪音也小，对包装机械内的科学技术提出了更高的要求。
3结语
时代的发展对包装机械提出了更高的要求，需要从自身设计的灵活性进行调整，以满足市场需求，满足发展的需要。改革是力量，要实现包装机械的发展，必须深化模块化设计的应用。在目前的情况下，中国包装机械工业与德国、美国和英国相比，在模块化设计应用上存在一定的距离。然而，这也为我们提供了更多的发展思路和方向，可以借鉴他人的成功经验，最终实现模块化设计在包装机械设计中的完美应用。
参考文献：
[l]贺兵,刘扬.模块化设计在包装机械设计中的应用[J].包装工程,2008(10):140-142.
[2]孟令立.模块化包装机械的设计仿真与优化研究[D].天津大学,2012.
[3]米良,殷国富,王志宏,等.包装机械可重构模块化设计方法与研究展望[J].食品科技,2009(7):78-81