第一章 绪 论
1.1 课题的来源
本论文就是根据浏阳某公司提出的彩珠筒烟花系列的外包装还处于传统工艺的现状，结合现有自动包装工艺和现代技术，研究并提出了包装工艺和设备技术方案，重点对彩珠筒烟花外包装设备的机构、关键工艺进行研究，研发设计一种彩珠筒外包装自动包装设备[1]。
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1.2 课题的研究背景及意义
烟花鞭炮是传统工艺产业，在国家庆典与民间婚礼仪式等场合，它起着非常重要的作用[2]。随着现代科学技术和经济的快速发展，烟花种类的增加和发展速度的提高，在黑夜中绽放出美丽的图案，凭借其独特的历史影响力和丰富多彩而亮丽的效果被广泛应用于世界[3-4]。 据统计，在 2011-2014 年内，全国在烟花鞭炮发生的较大事故在 42 起以上，死亡人数为 233 人，产生的事故主要原因为烟花鞭炮的非法生产和经营，而第四季度是烟花鞭炮生产经营的旺季，也是事故高发期[5-6]。然而在烟花鞭炮生产过程中发生事故存在很多原因，一是因为我国烟花鞭炮生产企业主要集中于乡镇，烟花鞭炮行业标准不完善，这就导致了私营经济类型发生烟花鞭炮事故最多、最严重[7]；二是烟花鞭炮生产企业属于中小企业，主要生产中低档的烟花，大多数工艺以传统工艺为主，导致人员密集，大部分人员缺少专业训练，缺乏基本的安全防范意识，其设备的陈旧和工艺的落后，因而增加了在生产过程中的危险性，造成了烟花鞭炮生产企业事故频发。 烟花鞭炮作为一种特殊产业，最主要的问题是保证安全生产 [8-10]。烟花鞭炮生产企业必须寻找的一条有效的途径降低危险性，智能化的生产模式成为首选，通过机械将工人与火药进行隔离，避免直接接触；随着科技的发展，烟花鞭炮机械行业[11]得到的迅速的推广与发展，为提高烟花鞭炮的生产效率和安全性起到了一定作用。但是，烟花鞭炮机械行业生产未实行标准化，自动化程度有待提高，烟花鞭炮自动化生产与安全生产的需求还存在很大差距，在烟花机械行业中只是针对产品生产环节中的单一工艺实现机械化生产，并未形成流水线作业形式，而产品外包装工艺还未得到机械化解决方法。图 1-1 所示为未包装的彩珠筒烟花，图 1-2 为手工包装现场。
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第二章 彩珠筒自动包装机总体方案的研究及结构设计
目前市场上已有卷筒机、切筒机、封底机、装药机、插引机等烟花机械均已实现自动化，但还未出现成熟彩珠筒外包装纸的裹包设备，在实际生产过程中采用传统包装操作。导致彩珠筒包装未能与其他工艺形成有效的连接，难以完成彩珠筒全自动流水线生产等问题。基于这些问题，本章提出了彩珠筒自动包装机性能要求和技术要求，在传统工艺的基础上，结合现有包装工艺与现代技术，采用模块化设计方法，设计出一款满足工作要求的彩珠筒自动包装机。
2.1 彩珠筒裹包工艺介绍
彩珠筒常见的规格有长度为 600--1200mm，外径为 12--30mm，包装彩纸宽为 40--130mm，长为 620--1220mm，其长度和外径根据产品的需要均可任意调节；我们根据长沙浏阳某公司一类产品的标准取彩珠筒长 600mm，外径 30mm，包装彩纸为已裁剪，其宽为 100mm，长为 650mm，并对此类彩珠筒进行包装。 1）传统包装工艺介绍 现有的手工包装流程如图 2-1（a）和（b）所示，根据产品的规格将采用不同的包装方式，在长度为 600-800mm 采用单截包装方式，长度为 800-1200mm 采用两截包装方式。这样的手工包装方式，导致工人劳动强度大，包装质量和效率不稳定，并且存在较大的安全隐患。为了减少工人的劳动强度，保证包装质量和效率的稳定性，提高工作环境的安全性。在结合现代包装工艺条件下，对传统包装工艺进行改良，自动包装方式是先将彩珠筒送至包装位置，然后将涂有粘合剂的包装纸输送至包装位置，最后裹包、卸料，如图 2-2 自动包装工艺流程图所示。
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2.2 性能要求和技术要求
全自动彩珠筒烟花外包装纸包装机以解决彩珠筒生产过程中劳动力短缺的现状、满足高效安全的生产为前提，做到技术先进，经济合理，运行可靠稳定。 1）具有良好的使用性能： （1）包装机所有的工作流程需符合彩珠筒包装的工艺要求；（2）使用维修方便、操作简单安全；（3）使用可靠性高，运动平稳、准确，并保证其包装质量； 2）合理的功能要求：（1）彩珠筒自动送料；（2）包装纸自动供给；（3）输纸过程中的刷胶； （4）自动包装；（5）包装完成后自动卸料。
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第三章 滑块摆杆机构的运动可靠性分析........ 22
3.1 机构运动可靠性分析理论....... 22
3.2 原始误差和运动副间隙对运动可靠性的影响.......... 24
3.3 机构磨损对运动可靠性的影响...... 28
3.4 计算分析....... 32
3.5 本章小结....... 33
第四章 自动包装设备关键工序的有限元建模与仿真分析........ 34
4.1 影响彩珠筒包装质量的因素分析......... 34
4.2 材料建模....... 35
4.3 网格划分....... 38
4.4 边界条件....... 39
4.5 仿真结果与分析......... 39
4.6 本章小结....... 45
第五章 彩珠筒自动包装机的应用与评估........ 47
5.1 彩珠筒自动包装机的试运行.......... 47
5.2 彩珠筒自动包装机的评估.... 48
5.2.1 评估方案.... 48
5.2.2 评估体系.... 48
5.3 评估过程....... 49
5.4 评估结果....... 50
5.5 本章小结....... 51
第五章 彩珠筒自动包装机的应用与评估
本章将对在该理论指导下设计生产的彩珠筒自动包装机进行实际生产应用与评估。主要从系统通用性、模块组合功能、运行稳定性、运行效率和裹包质量进行分析与评估。
5.1 彩珠筒自动包装机的试运行
通过相关设计与分析之后，在浏阳某烟花机械公司制造生产彩珠筒自动包装机，将其应用到彩珠筒外包装的裹包，彩珠筒的规格长度为 600--1200mm，外径为 12--30mm，包装彩纸宽 40--130mm，长 620--1220mm，如图 5-1（a）和（b）为多规格多种类彩珠筒自动包装机。 图 5-2 为现有卷筒包装机，其包装规格具有一定局限性，只能包装长度小于300mm 的卷筒，且外径大于 30mm。本项目产品可以根据彩珠筒规格种类的大小来调整模块中零件之间的位置，实现多规格产品包装；在安全性方面，现有的烟花包装机械包装过程显露在外面安全性较低。针对前面的研究内容，对彩珠筒自动包装机进行评估，将分析过程划分为三个阶段：送料和裹包机构选择、送料和裹包机构可靠性、整体机械包装效果。其评估方案如下： 1） 送料和裹包机构选择。通过了解包装机械和烟花机械产业情况，结合各自的特点和现代技术，选择前期机构。 2） 送料和裹包机构可靠性。在送料和裹包机构中按照功能和产品需求分析可靠性。 3） 整体机械包装效果。通过彩珠筒自动包装机制造与实际应用，再评估其实际生产的效果。
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总结
针对国内烟花机械运行不稳定，彩珠筒处于手工包装等问题。全文以彩珠筒自动包装机设计为主线，在总结国内外烟花机械研究成果的基础上，针对彩珠筒自动包装机的功能要求和性能指标，采用模块化的设计方法，提出了彩珠筒自动包装机的总体设计方案，围绕彩珠筒机构运动可靠性、包装工艺等方面的问题展开理论与仿真分析。最后经过现场的应用与评估，建立了对彩珠筒包装机性能各方面的评估方案和体系。所完成的主要工作和取得的结论如下：
（1）通过对烟花产地浏阳、醴陵等地实地考察和调研，在总结国内外烟花机械的现状的基础上，对传统手工工艺进行改良形成自动包装工艺，采用模块化的设计方法，设计了彩珠筒自动包装机的总体方案，能够实现自动送料、供纸、输纸、刷胶、裹包全部工艺流程，将彩珠筒自动包装机分为四大功能模块，并完成了对彩珠筒自动包装机的结构设计，为烟花机械在裹包工艺上的应用提供的参考。
（2）结合烟花机械存在的问题和烟花的特殊性，需要保证烟花包装机械具有更高的可靠性。本文对彩珠筒自动包装机的滑块摆杆机构进行运动可靠分析，通过对影响机构的可靠性因素的分析，结合现有机构运动可靠性理论、机构运动学、运动误差分析、有效长度模型理论和磨损理论，从考虑原始误差、运动副间隙误差和磨损对可靠性的影响，建立了机构运动可靠性模型，通过计算发现，随着机构的工作时间的延续，磨损对机构可靠性影响越来越大，在进行机构可靠性设计或维护时，在考虑原始误差的同时，必须考虑运动副磨损的影响。从另一方面也可以利用该模型估算在给定可靠度要求下机构的有效工作寿命，为提高烟花机械可靠性提供了理论依据。
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参考文献(略)