355ml罐装可乐包装系统设计教学文案.doc

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大学生对手工艺制作兴趣的调研
“碧芝”的成功归于他的唯一，这独一无二的物品就吸引了各种女性的眼光。
（3）个性体现
2、传统文化对大学生饰品消费的影响
（五）DIY手工艺品的“价格弹性化”
调研提纲：
为此，装潢美观，亮丽，富有个性化的店面环境，能引起消费者的注意，从而刺激顾客的消费欲望。这些问题在今后经营中我们将慎重考虑的。
在大学生对DIY手工艺品价位调查中，发现有46% 的女生认为在十元以下的价位是可以接受；48% 的认为在10-15元；6% 的则认为50-100元能接受。如图1-2所示
与此同时，上海市工商行政管理局也对大学生创业采取了政策倾斜：凡高校毕业生从事个体经营的，自批准经营日起，１年内免交登记注册费、个体户管理费、集贸市场管理费、经济合同鉴证费、经济合同示范文本工本费等，但此项优惠不适用于建筑、娱乐和广告等行业。
手工艺制品是我国一种传统文化的象征，它品种多样，方式新颖，制作简单，深受广大学生朋友的喜欢。当今大学生的消费行为表现在追求新颖，追求时尚。追求个性，表现自我的消费趋向：购买行为有较强的感情色彩，比起男生热衷于的网络游戏，极限运动，手工艺制品更得女生的喜欢。

包装系统课程设计计算说明书

设计题目： 355ml罐装可乐包装系统设计
学 院： 轻工学院
专 业： 包装工程
班 级：
学生姓名：

2013年 11 月 22 日
包装系统设计课程设计任务书
设计题目：
一、课程设计技术要求
1. 生产纲领为5000t/年；
2. 设计一个单体容积为 355 ml的灌装可乐包装工艺路线
3. 设计一条年产量为5000t的包装生产线，要求生产设备布局合理、设备之间配合合拍，生产顺畅，可靠性高。
二、课程设计基本要求
1．图纸设计要求：
（1）包装工艺流程图1张
（2）包装结构图1份
（3）生产线布局图1份（平面布局图、立面布局图）
2．设计计算说明书要求：
设计说明书是设计的主要依据，内容必须详尽准确，必须使用工程术语，文字通顺简练，字迹公正，总字数不少于5000字。设计说明书具体内容包括：
（1）市场调研报告、被包装产品的物性分析及流通环境分析，并提出防护要求
（2）包装系统总体方案确定（包装材料选择、包装容器结构确定、备选包装方案设计计算、确定包装系统）
（3）包装系统方案设计（包装工艺路线、生产线设计、包装设备选型及内包装、中包装、外包装包装结构设计）
三、课程设计时间安排
序号
内容
总学时/（天）
任务量
1
资料查询
课程设计开始前完成
分析报告1份
2
包装总体方案设计、提出备选包装方案并进行计算评价
1
分析说明1份、计算说明1份
3
包装方案设计
1
结构平面图1份、立体效果展示图1份
4
包装工艺设计
1
工艺流程图1份
5
生产线设备选型、包装生产线设计
1
生产线布局图1份、（立体效果图1份）
6
设计计算说明书
0.5
整理设计说明书
7
答辩
0.5

合 计
5

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设计计算内容
计算结果
一、 市场调研
1.1产品特性分析
可乐市场是很早就兴起来的消费品市场之一，而可口可乐很快就遍布世界各地，品种也不断增加。根据预测，该市场需求曲线呈上升趋势。可乐属于碳酸饮料，碳酸饮料是在一定条件下充入二氧化碳气的制品，是软饮料（非酒精饮料）的一种。它的主要成分为糖、色素、甜味剂、酸味剂、香料及碳酸水等，一般不含维生素，也不含矿物质。按照我国软饮料的分类标准，碳酸饮料（汽水）分为：果汁型碳酸饮料、果味型碳酸饮料、可乐型碳酸饮料和其他型碳酸饮料。可乐型碳酸饮料特指含有焦糖色、可乐香精或类似可乐果和水果香型的辛香、果香混合剂的碳酸饮料。香气协调柔和，味感纯正、爽口，有清凉、刹口感，由于味道独特，含有咖啡因的产品同时具有提神作用，人们对这类产品往往有自己的偏爱。
1.2可乐包装的市场分析
现代包装设计中要强调人性化，以人为本。在可乐的包装造型的设计上也不断改进和完善。做可乐饮料包装的材料也也在不断的改进，市场上有玻璃瓶、塑料瓶、易拉罐等等。玻璃瓶和易拉罐用完后可以回收利用，构成了一个完整的包装废弃物良性循环，不仅减少了制作的费用，而且也减少了污染，便于处理，能减少对环境的污染。由于可乐是含气的饮料，所以对于包装容器的抗压能力要求高，玻璃瓶和易拉罐为佳。
1.3流通环境分析
随着经济的不断发展，可乐的流通环境越来越城市化，很多地方的交通都很便利，可乐的运输方式主要以公路为主，但还是避免不了有冲击和碰撞的可能性。
1.4防护要求
可乐在以下情况会发生变色：色素在水、CO2、少量空气和日光作用下氧化，应隔氧保存；在受热、氧化酶作用下分解，最好在低温下保存；或者储存时间长也会分解最好在低温下保存，而且要保证保质期。
（1）耐压，能承受一定压力，由于可乐含有大量的CO2，罐内的压力要高于大气压。
（2）易密封且密封性能好，由于可乐是大批量生产，且其对密封要求较高，因此对可乐包装的要求要易密封且密封性能好。
（3）耐酸，由于可乐含有大量CO2，可乐偏酸性，因此可乐罐能耐一定的酸度且不能含有与可乐发生反应的碱性物质，以免影响可乐的品质。
（4）遮光性强，可乐罐一般应具有较强的遮光性，避免光对可乐质量的影响，一般选择铝制金属罐。
（5）在搬运过程中要有一定的缓冲措施，以免使可乐罐发生剧烈碰撞。

设计计算内容
计算结果
二、 包装系统总体方案确定
2.1确定包装材料
为满足可乐包装的防护要求，易拉罐和玻璃瓶最佳。近年来，玻璃瓶和易拉罐被广泛应用于包装饮料。易拉罐和玻璃瓶相比，易拉罐的材料是马口铁或铝合金板，质轻，罐壁薄,力学强度高，密封性好，内壁光滑、平坦，便于内涂涂料。成型工艺简单且速度快，可实现高速机械自动化生产。易拉罐一般采用铝制易开盖，开启方便。而制造玻璃容器要严格按照配合料，经过1500℃左右温度下，进行物理和化学反应，通过硅酸盐形成—玻璃形成—澄清—均化—冷却五个阶段，最后才成为合乎成型要求的玻璃液。这是一个相当复杂的过程，就经济性而言，玻璃瓶相较于易拉罐差，玻璃比易拉罐重。
本设计中采用易拉罐的容积为355ml，其平均厚度为0.15mm，高为122mm，直径为66mm。制造易拉罐的材料有两种：铝材和马口铁。可乐的易拉罐一般为铝合金板所制成的二片罐，表面性能优异。铝材料表面光泽效果好，光亮度高，不易生锈，具有良好的装潢效果及较高的热辐射反射能力，罐身和罐底做成一体，力学强度高，密封性好，内壁光滑平坦，比喻内涂涂料，热传导率高。良好的热传导能力是金属的主要的性能之一，铝的热传导率仅次于金、锡、铜，非常适合可乐的杀菌和冷藏。铝的相对密度仅为马口铁的1/3，运输和贮存的费用会大大减少。 成型加工性好。铝具有很好的延展性，因此，非常适合于各种冷热加工，冲拔压延成薄壁容器或薄片，并且具有二次加工性能和易开口性能。阻隔性好。铝对气体、水蒸气、气味物质、光线等具有优异阻隔性能，能很好地延长食品的保质期。再循环性能好。铝的包装废弃物可以有效地回收再循环，再加工能耗低，仅仅为原来的5%，并且可以同质使用。易拉罐通常是两片罐，两片罐是以金属薄板为材料经冲压、拉伸加工成型的罐型包装制品,其罐身与罐底为一体,没有罐身接缝,只有一道罐身与罐盖的卷封线的包装容器。其罐身制造有浅拉深、深拉深、变薄拉深三种方法,罐盖为易开盖。因为铝材具有优良的延展性，所以易拉罐的制造工艺一般为变薄拉伸法。
2.2确定内包装容器结构
罐壁厚度的大小以及分布的均匀性是影响强度的重要因素。罐在消毒杀菌过程中，需经受温度的激烈变化，当张应力超过一定强度时，即发生破裂。 耐热急变性能与罐壁厚度有关，罐壁越厚，越易破裂。可乐罐在生产过程中，除了稳定罐重和最薄处厚度外，还需注意厚薄分布均匀。理想的厚薄是罐身截面上厚度比不大于1倍，内应力不超过3级。
355ml的可乐罐尺寸为:罐高122ml,直径66ml
可乐罐具体结构和尺寸参数见可乐瓶装配图、罐身零件图以及罐盖零件图。

设计计算内容
计算结果
2.3外包装材料和箱型的选择
瓦楞纸板因无污染、再生、具有良好的缓冲性能等优点，在运输包装中得到广泛应用，本设计也采用此材料设计运输包装。按照GBT6544——1999标准规定，UV形瓦楞纸板分为A、C、B和E型四种。罐装可乐本身就具有一定的堆码性能，所以它对纸箱承受平面抗压性能的要求较高，但为了防止运输过程中的冲击导致易拉罐变性，B型瓦楞纸可满足要求，适合做易拉罐的外包装，所以可乐的包装采用B型瓦楞箱板纸。参考国家标准GB/T6543—1986《瓦楞纸箱》规定了运输包装用瓦楞纸箱的基本类型，选用0201箱。
2.4外包装尺寸计算
2.4.1确定可乐罐排列方式
已知=66mm,=66mm,=122mm,包装中包装48罐可乐。罐装可乐最佳排列方式为直立放置。综合考虑值班的用量、抗压强度、堆码状态、美学因素等条件，0201箱型比例以L:B:H=1.5：1：1为最佳。
通过计算，确定排列方式为6l×4b×2h
6×66:4×66:2×122=1.5:1:0.92
2.4.2计算纸箱内尺寸
查表5-7 取=5，=5，=4，d=1
代入公式得 =+5=401（mm）
=+5=269（mm）
=+4=248（mm）
2.4.3计算纸箱制造尺寸
已知：=401mm，=269mm，=248mm，求L、B、H、J、F
查表5-9得=3，=3，=3，=1，=6，J=40, =1
=+=401+3=404（mm）
=+=401+3=404（mm）
=+=269+3=272（mm）
=+=269+1=270（mm）

设计计算内容
计算结果
=+4=272+4=276(mm)
= H+4=254+4=258(mm)
2.4.5 绘制纸箱平面展开图

2.5 堆码强度校核
从包装物的性能和各方面的考虑，决定用0201箱型为运输包装。其优点有如下：1、0201箱型的机械操作简单，可实现机械化的装箱；2、结构性能好，能抵抗较大的抗压强度；3、纸箱的生产容易，节约成本。综合考虑纸板用量、抗压强度、堆码状态、美学因素等条件，0201型箱的理想尺寸比例为1.5:1:1。销售包装外尺寸：长度l=66mm，宽度b=l=66mm，高度h=122mm。
设长度方向上放置N1个，宽度方向上放置N2个，高度方向上堆码N3个，针对.运输，.高度方向上只堆放二层，即N3=2。列表2-1具体分析。.
表2-1 堆码尺寸表
放置个数
N1×l
N2×b
N3×h
1
66
66
122
2
132
132
244
3
198
198
366
4
264
264
488
5
330
330
610
6
396
396
732
综合考虑纸板用量，抗压强度，堆码状态，美学因素等条件，瓦楞纸箱的箱体比例以L:B:H=1.5:1:1为最佳。分析表中数据，发现6l×4b×1h比较符按合。6×4×1=24=2打，统计相对简便。
4.2.1 瓦楞纸箱抗压强度计算
凯里卡特瓦楞纸箱抗压强度计算公式，是以原纸环压强度值，结合瓦楞纸箱的外周长和瓦楞种类综合计算出瓦楞纸箱的抗压强度。其计算公式如下

设计计算内容
计算结果
p是瓦楞纸箱的抗压强度；px是瓦楞纸板的综合环压强度；Z是瓦楞纸箱外周长；aXZ是楞型常数；J是瓦楞纸箱常数；其中，瓦楞纸板的综合环压强度px的计算公式为：
式中，Rn是面纸环压强度测试值；Rmn是瓦楞芯纸环压强度测试值；L是测试试样长度；C是瓦楞收缩率。
瓦楞纸
纸箱的外周长计算公式为：

B0是瓦楞纸箱外宽；L0是瓦楞纸箱的外长；Z是瓦楞纸箱的外周长；
为了能够满足瓦楞纸箱堆码的需要和对商品的保护性。本设计中将用面纸横向环压强度为450N/0.152cm,瓦楞芯纸横向环压强度为300N/0.152cm。查表可得参数aXZ=8.36，J=0.59，C=1.532

通过计算周长

将px等参数代入

因此瓦楞纸箱的抗压强度为3051N。

式中，ps是瓦楞纸箱堆码中承受的最大负荷；kp是瓦楞纸箱抗压强度安全系数；G是瓦楞纸箱所装物品的质量；H是瓦楞纸箱堆码高度，设计堆码层数为8层，考虑到间隙和托盘等因素这里堆码高度H取300cm；H0是瓦楞纸箱的高度。
由于产品销往国内，物流贮存期平均在小于30天，kp=1.60，G=24kg，H0=35cm。代入计算得

通过以上可知，,故瓦楞纸箱满足载荷要求。
2.6包装工艺路线
设计原则：合理选择包装材料和包装容器，满足工序的集中与分散，选择工艺路线的形式，平衡工序的节拍
满足工序的集中与分散：工序集中，可减少中间输送、储存、

设计计算内容
计算结果
转向等环节，使机构得以简化，缩减生产线的占地面积。工序过分集中，会对包装工艺增加更多的限制，降低生产线的通用性，增加机构的复杂程度。采用集中工序时，应保证调整、维修方
便，运行可靠，有一定通用性。工序分散，可提高生产率，平衡工序的生产节拍，减小机构的复杂程度，提高工作可靠性，便于设备调整和维修等。例如：回转式自动灌装机头数愈多，生产率愈高。
空罐→检验→清洗→干燥→杀菌
↓
可乐→杀菌→灌装
↓
罐盖→杀菌→压盖→喷码→检验→整理计数→装箱→封箱→打印→检验→入库
2.6.1工艺要求
1、灌装方法：可乐灌装的方法分加压灌装法、抽真空充CO2灌装法、二次抽真空灌装、充CO2等压灌装法、热灌装法、无菌灌装法等。最常用的是一次或二次抽真空、充CO2等压灌装法，预抽真空充CO2的灌装方法可以减少溶解氧的含量，对产品的质量影响较小。此次设计选用充CO2等压灌装法。 等压装罐法原理：等压法灌装，利用贮液箱上部气室的压缩CO2气体，给可乐罐充气，使二者的压力接近相等， 然后可乐靠自重流入可乐罐中。
等压灌装法特点：1、可减少CO2损失，保持含气饮料的风味和质量；2、防止灌装中过量起泡，保证包装机计量准确。
2、可乐包装工艺过程分析
检验：空罐要用人工或光学仪器逐个检验，不合格的剔除。
清洗：洗去罐内外的残留物，采用80摄氏度热水冲洗。
干燥;淋干
杀菌：对空罐进行杀菌达到无菌。
罐装：采用二氧化碳等压罐装，灌装时做到严格无菌，尽量减少酒业损失，避免酒液与空，气接触而氧化，吸氧量不能超过0.03mg/L，装酒温度在-1到3摄氏度，每罐装量355ml5ml
杀菌：对可乐进行巴氏杀菌，杀菌温度65-70，时间15-20min。
喷码：在产品表面喷印字符、图标、规格、条码、及防伪标志
检验：检验罐装完成的可乐罐，不合格的剔除。
装箱：装罐机进行装箱，48听/箱。
检验：检验成品是否合格。
3、 生产设备流程拟定
按照产品的包装工艺过程，利用分流、合流、储存、传送装置把包装机以及辅助设备连接起来，而形成的有独立控制装置的包装生产系统。在包装生产线上，被包装物上线后，以一定的生

设计计算内容
计算结果
产节拍，按照设定的包装工艺顺序，顺序经过各个包装工位，完成预定的包装作业后再下线。
生产线设计是整个设计非常重要的环节，生产线设计正确、合理与否，对生产线的生产效率、运行可靠性、设备复杂程度、成本、造价、生产节拍等起决定性的作用，决定整条生产线项目的成功与否。
具体设备流程图：
冲罐机→灌装机→检验台→喷印机→整理计数机→装箱机→封箱机→打印机→检验台
2.6.2班产量计算
可乐的生产纲领为5000t/年，每355ml/罐，设计生产要求如下：
旺季为4-9月份，两班生产，生产天数132天，每班8小时；
淡季为10-次年3月份，单班生产，生产天数132天，每班8小时。
计算：可乐的密度1.04,和水的密度相似，可约为1.0，年产可乐罐数为罐，不均匀系数k=0.7。
班产量：=53843罐/班=6730罐/小时=112罐/分
2.6.3设备选型
(一)设备选型必须根据生产规模、班产量、工艺流程特点和工厂条件综合考虑，一般按下列原则和要求进行。
1、满足工艺要求，保证产品的质量和产量。大中型食品工厂应选择技术先进、机械化程度较高、可连续化、自动化操作的设备；小型厂则选用较简单的设备，注意设备利用率和成本核算。
2、先进性。关键设备的质量性能、使用寿命、能量消耗、自动化水平应尽可能接近或达到国际先进水平或国内领先水平。
3、适用性。选用的设备应与建设规模、产品方案，以及工厂的员工素质和管理水平相适应；与可能得到的原材料、辅材料和燃料相适应；与环境保护要求相适应。
4、可靠性。选用的设备应经过生产、运行的检验，并有良好的可靠性记录。
5、安全性。选用的设备在正常使用中确保安全运行，考察所采用的设备是否会对操作人员造成人身伤害，有无保护措施，是否会破坏自然环境和生态平衡，能否预防等。
6、经济合理性。分析采用的设备是否经济合理，是否有利于节约项目投资和降低生产成本。
7、所选设备应符合食品卫生要求，拆装清洗方便，与食品接触部分用不易腐蚀的不锈钢或对食品无污染的材料制成。

设计计算内容
计算结果
8、在温度、压力、真空、浓度、时间、速度、流量、液位、计数和程序等方面有合理的控制系统，并尽量采用自动控制方式。
本设计中选用全自动易拉罐可乐灌装生产线。
产品介绍： 该生产线适用于可乐和饮料行业中的含汽易拉罐饮料的灌装和封口，它是在消化吸收国内外先进可乐易拉罐灌装、封口机的基础上独立开发的含汽易拉罐灌装、封罐机组。灌装和封罐为整体设计，灌装系统动力由封罐系统提供，以保证二者的绝对同步和协调。.运用等压灌灌装原理，灌装速度快，而且灌装后液面稳定物料损失少，封口质量好、整机运转平稳、造型美观大方、操作维修方便、生产速度变频调速等特点。整线包括空罐卸垛机、输罐系统、冲罐机、巴氏杀菌机、验罐机、喷字码机、纸箱包装机等。
（二）机器型号及主要参数
1. 小字喷码机
打印速度：162.5M/分钟
打印方向：双向打印
外形尺寸：345*285*541（mm）

2灌装机
主要技术参数：
封口头数：4
灌装头24
产量：30-160罐/分
功率：5.5Kw
外形尺寸：3500×1950×1900mm
重量：4500kg
3.杀菌机（100—400罐/分）

设计计算内容
计算结果
4.冲罐机

XD-700技术参数：
生产能力：0～280罐/分
外形尺寸：4000×500×2300mm　
重　　量：200kg
5液位检测机

型 号：X1500
价 格：0元
检测速度1500 罐/分钟，

2.7检验要求
2.7.1检验要求
1、冲击能量的吸收性能
2、振动能量的吸收性能
3、耐压性能
4、机械搬运性能
检测运输包装的合格与否，除了以上性能要求，还要有以下几类进行判定包装容器是否破裂：包括玻璃瓶的破裂、塑瓶的变形；内容物是否溢出等。
2.7.2检测方法
（1） 重量测试
利用应变片重量传感器的原理检验包装件的重量。当重力作用于应变片上时，电阻相对变化率与重量成正比，把应变片接入电桥，电桥的输出就反映出重量的大小。按照食品包装工艺规范，实际充填量与理论充填量相差不得超过5%。
（2） 堆码压力试验
利用压力试验机测试。随机选取包装件样品，检测预定包装件在堆码时所承受的耐压强度，及对内装物的保护性能。将样品置于压力试验机两平行板之间，压板以一定的速度均匀施加压力，

设计计算内容
计算结果
直到试验样品发生变形、破裂或直到载荷或压板到达预定值为止。然后检查包装件是否损坏，并作出评价。
（3） 跌落试验
利用跌落试验机测试。随机选取包装件样品，根据实际流通情况，按一个高度进行跌落试验。试验时提升装置将样品提升到预定高度，摇臂迅速释放样品，使其跌落，
冲击坚硬平整的底面。
（4） 振动试验
利用振动试验台，对随机选取的包装件进行正弦定频振动试验和正弦扫频振动试验，模拟包装件在流通过程中可能受到的振动影响，以检测包装是否起到阻震作用，评定包装的保护能力。

设计计算内容
计算结果
三、系统评价
方案实施结果例表

逐对比较法例表（求权重）

评价尺度例表（评价主体确定评价尺度）

设计计算内容
计算结果
关联矩阵例表（逐对比较法）

结论：因为V1＞V2＞V3，所以 A1＞A2＞A3。

设计计算内容
计算结果
四、 设计心得
通过这次的可乐包装系统设计，我明白了课本中的很多问题，理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。同时我也利用了很多课本里面的知识，可以说是对我学到东西的一个检验。比如说包装的设计、尺寸的计算、纸箱强度的校核和设计的原理都在这次的设计中得到了很大的提高。
此次包装系统课程设计，我感慨颇多，从理论到实践，在整整一周的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
这次课程设计设计是一次思维的扩展。很多东西在这次的设计中可以说是第一次遇到，但是经过不懈的努力。终于弄出了此次的成果，或许在整个设计中还有点瑕疵，但我认为已经做很好。很多想法是经过了多次的修改，想问题也从原来的单调到现在多角度思考问题。思维也变的比以前活跃了。
这次课程设计同时也丰富了我的课外知识。为了使整个设计更加的完善，我查阅了许多的资料。比如说消费者心理学，包装的机械化操作，品牌价值的体现等等。在其过程中我收获到了课堂里无法得到的东西，那就是我能力的提升。我在这次设计过程中发现还有很多东西都不懂，这就需要我花大量的时间去弥补。如果在平时的时候知道自己缺少什么，然后补足它，当你要用的时候就能随心应手了。这要有一种不达目的势不罢休的精神，或许说我设计出来的东西没有别人的好，但是我努力了，我知足，我会不断努力缩小我和他人的差距。
总而言之，这门课程设计使我对包装工程专业有进一步的了解和认识，在自己以后的学习和工作中做了一个很好的铺垫。

设计计算内容
计算结果
参考文献
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