机电装备第九章课件

第九章

裹包机械●

§9-1典型裹包机械●§9-2卷筒材料供送装置●§9-3典型机构第九章●习题第九章裹包机械第九章裹包机械

裹包包装是一种广为应用的软性包装方式。其特点是采用挠性包装材料，如纸、塑料薄膜和薄片、有压痕的盒和箱的纸板等，通过折叠、扭结、缠绕、粘合、热封、热成型和热收缩等裹包操作，使包装材料全部或局部包覆被包装物品。完成裹包操作的机器，称为裹包机械。按裹包方式的不同，裹包机可分为：半裹包式裹包机（图9.1（a））全裹包式裹包机缠绕式裹包机（图9.1（f））拉伸裹包机（图9.1（g））裹包机

贴体包装机（图9.1（h））收缩包装机（图9.1（i））折叠式裹包机（图9.1（b））扭结式裹包机（图9.1（c））接缝式裹包机（图9.1（d））覆盖式裹包机（图9.1（e））§9.1典型裹包机械§9.1典型裹包机械一、折叠式裹包机

以卷烟小包玻璃纸裹包机为例（图9.2），它的主要技术参数如下：生产率——80～140pcs/min。包装物品——卷烟小包，长70.5～82mm、宽56.8～60mm、高22～23.5mm。包装材料——卷筒防潮玻璃纸，宽105～116mm；卷筒撕拉带，宽2.5mm；粘合剂，采用聚醋酸乙烯脂乳胶粘合撕拉带和玻璃纸。裹包形式——双端复折式，折叠处热封，温度为150～250°C。电动机——型号JO3—801，0.75kw。图9.3是该机传动简图二、接缝式裹包机接缝式裹包机又称为卧式枕形包装机。该机能连续操作、自动化水平高、通用性强、工作平稳可靠、噪声低、生产率高，并可在较大的尺寸范围内对各种块状、片状、环状，甚至异形体进行单品种包装和多品种组合包装。现以ZB—801Ａ型接缝式裹包机为例，其主要技术参数为：生产能力２５～１５０pcs/min；包装尺寸长８０～３２０mm、宽７０～１２０mm、高１０～４８mm；包装材料为各种能热封的薄膜，其最大宽度可达３８０mm；电动机功率：主电机０.７５kw，控制电机三台，每台２５ｗ；电热功率２.９ｋｗ。§9.2卷筒材料供送装置§9.2卷筒材料供送装置现代裹包机采用卷筒包装材料日趋增多，因为与预先裁好的平张材料相比，卷筒材料更适宜包装机的连续化、高速化和自动化。卷筒材料的供送方式，有连续供送和间歇供送两种。而按照切断位置的要求，又有定长切断和定位切断之分。定长切断只要切断长度的误差不要太大即可，它适用于没有印刷图案的（如玻璃纸、铝箔等）或虽有图案但不要定位的（如一般的糖果包装商标纸）卷筒材料。定位切断在卷筒材料上事先印刷精美图案，要求在供送切断过程中始终保持图案完整，并使图案与物品保持准确的相对位置。这就要求只能在指定的位置切断，即定位切断。一、连续供送定位切断1．随动补偿式开机前(图9-5)，要启动交流伺服电机M1，让卷带上的商标图案与链带上的物品相互对位。然后启动主电机大致调好料袋的封切位置。在此基础上调整光电传感器GM使之对准卷带的某一色标。最后启动交流伺服电机M3，将信号凸轮1T、2T转至基准位置，如图9.6中标注Ｚ的工作状态，这样就为正式开机做好必要的准备。连续供送定位切断这里根据图9.5、9.6和9.7进一步说明随机补偿的三个基本环节：（１）检测放大环节

工作中，光电传感器对快速连续运动着的卷带色标进行检测，每检测一次都能输出被放大了的瞬时电信号，以吸动继电器１K及其常开触点。（２）给定比较环节

通过信号凸轮1T、2T及其所控制的微动开关１ｘ、２ｘ输出与上述检测信号相呼应的给定信号，经比较可确定被调对象的偏差方向。如图9.6(b)，当光电传感器捕捉到某一色标而发出检测信号时，由于1ｘ、2ｘ均断开，这意味着卷带色标与封切滚刀的相对运动关系大体符合要求，因此定位误差为零或小于某一允许值而无需进行调节。但由于干涉因素的影响，往往会导致卷带色标与滚刀的相对运动关系不够协调。如当发出检测信号时倘若给定信号出现了1ｘ闭合而2ｘ断开的情况，如图9.6（a）则表示卷带上某一色标运行到封切位置是超前于滚刀，也称滞后切断。设此偏差方向为正，则控制系统对被调对象给予负的补偿，使卷带及时减速。反之，如图9.6（c）称超前切断，此偏差则为负偏差，控制系统对被调对象给予正的补偿，使卷带及时增速。（3）调节执行环节

通过控制回路输出与偏差方向相呼应的控制信号，使伺服电机M1动作，并通过差动器C1及执行部件对被调卷带所积累的误差加以自动补偿。连续供送定位切断综上所述，随即补偿式自动定位切断方法实质上是根据闭环控制系统“检测偏差，纠正偏差”的自调原理而工作的。如此反复作用，使被调卷带的切断位置维持在规定的误差范围内，从而达到较高的定位切断精度。因此，现代高速包装机已广泛使用这样的自动控制系统。2．前进或后退补偿式

图9.8为包装材料牵引装置的又一典型实例，主要用于卷筒材料需定位切断的场合。这里只介绍牵引装置。在这一装置中，离合器左右两对齿轮的速比不相等。若在初始状态，卷带色标位于光电传感器右边，则离合器与右边齿轮啮合，这样每切断一张商标纸时，牵引辊４的输纸长度均略大于包装材料上的色标间距，此牵引余量主要用来补偿卷带的拉伸与打滑，当色标进入光电传感器并有足够大的信号时，控制回路（未画出）导通，电磁８通电，使离合器与左边齿轮啮合，促使牵引辊４的输纸速度降低，这样卷带色标逐渐右离光电传感器直至初始状态，而后进入下一个循环。二、间歇供送定位切断卷筒材料间歇供送定位切断，它的供送时间可依据需要灵活拟定，从而给供送物品和完成相关的裹包操作提供了较多的工作时间。此外，它能方便地实现无包装物品不供送包装材料。但是，间歇供送本身不利于提高包装速度。§9.3典型机构4.直接补偿式

图9.12为直接补偿式应用实例。牵引辊１每次牵引的可能达到的包装材料的长度大于色标间距的长度（要求这两者差值足以消除卷带在牵引时的拉伸、打滑及色标间距的印刷误差）。该机构的往复运动惯性较大，电磁铁动作频繁以致难以提高生产率，一般不超过40pcs/min。§9.3典型机构

一、卷带供送驱动机构

卷带的供送可分为连续式（不考虑供送误差补偿）和间歇式供送两种。对于连续式供送，其原理及机构都较简单，这里不再赘述。下面介绍无标卷带瞬停供送定长切割的卷带驱动机构——齿轮连杆组合机构。图9.13所示为无标卷带、瞬停供送、定长切割的随动控制系统，可用于大直径卷筒材料又无需定位切割的供送装置中。其基本组成部分包括：卷筒材料支架１、脉动式无级变速器3、切刀10、卷材牵引辊８和齿轮连杆组合机构９等。下面着重就给定工艺条件分析解决齿轮连杆组合机构的尺寸综合问题。卷带供送驱动机构1.运动分析图9.15为齿轮连杆组合机构简图。令曲柄AB=a、连杆BC=b、摇杆CD=c、固定杆AD=d，齿轮l、2、3的齿数分别为Z1、Z2、Z3，而节圆半径分别用r1、r2、r3表示。主动齿轮1与四连杆机构ABCD的曲柄AB固连。曲柄（其长度可调）以匀速ω1沿逆时针方向转动，α=ω1t。摇杆对机架的位置用β表示，从动齿轮3对机架的位置和角速度分别用φ和ω3表示。连杆与摇杆的夹角为γ。如图中所示。可建立ω3与ω1的关系式（9.1）由等腰△P23CP12得∠CP23P12=90°－γ/２。由∠DP23P13利用正弦定理得（9.2）由曲柄摇杆机构ABCD可得卷带供送驱动机构（9.3）（9.4）根据上式，可对几个特定时刻做出判断：α=0°、180°、360°、时，ω3=ω1；α=90°时，（9.5）

将以上四式联立，便建立了ω3与ω1关系。实用中，为便于设计、制造和使用，取Z1=Z3=Z，r1=r3=r，b=c，代入以上各式便得到下式α=270°时，可见，当ad＜rc时，ω3min＞0，从动齿轮作单方向非匀速转动，转向同ω1；当ad=rc时，ω3min=0，从动齿轮的运动同上，但有一个瞬时转速为零；而ad＞rc时，ω3min＜0，从动齿轮有逆转现象，即有两个转向的非匀速转动，瞬时转速为零的点有两个。参见图9-16，17参阅图9.17，φ12为负值，在从动齿轮上表现为逆向转动。但实际运转中，因运动副如齿轮、铰销等存在间隙，再加上弹性变形等，从动齿轮的实际逆转角度比计算值要小得多。只要参数选择得当，使φ12值不致过大，从动齿轮便犹如停留一样。这就表明，该机构能实现短暂停留。令、，由式（10.6）、(10.7)、(10.8)得(9.9)(9.10)进一步分析从动齿轮的运动，参阅图9.17，理论上它在α=α01时开始逆转，在α=α02时结束逆转，逆转角为φ12；然后又继续正转，但只有反向再转过φ12后才回到开始逆转时的位置，令此时的α为α3。α3值可以用式（9.8）反算得到。大量计算结果表明即可取（9.11）据此便可求算齿轮连杆机构输出端的动停比（9.12）或（9.13）至此，对有关参数的选取概述如下：

（1）从动齿轮的动停比K为保证逆转角不致过大，一般取K≥4，即α12≤50°。（2）从动齿轮的逆转角φ12（计算值），K值增大，值减小。（3）齿轮的齿数通常取Z1=Z3（r1=r3）。这样，Z1/Z2值愈小，则α01、值都明显增大。但两者相差过大，将会给布局、结构紧凑和运动稳定性带来一些不利影响，因为这会使中间齿轮增大，通常取Z1/Z2之值为0.5～1。齿轮的模数和齿数则依据结构条件而定。（4）曲柄摇杆机构中各杆长度。a、d则应根据K值及四杆机构传动条件而定。二、封袋及切断装置二、封袋及切断装置1.封口方式充填机封口装置利用包装袋封口部位的塑料材料具有热塑性能，进行加热加压使袋形成气密性的封口，故常称为热封。常用的热封方法有热板式、脉冲式、高频式、超声波式等，往往对于不同包装材料、不同封缝部位和运动形式，采用不同的热封方法。

1)热板热封

常用电热丝、电热管、真空热管对板形、棒形、带形和辊形热封头恒温加热，然后引向封口部位，对塑料包装材料压合封接。这种热封方法的加热时间就是加压的时间，因而对那些受热易收缩变形分解的薄膜材料不太适用。图9-182）脉冲热封如图9.19所示，将镍铬电热丝直接作为加热元件与包装材料接触加压，并瞬时通以低电压大电流，随后在继续加压情况下冷却，然后释放。所得封口缝，因不过热又有冷却定形过程，故强度较高，外观质量也较好。加压状态下的冷却是本方法的特色之一，可对封缝起到定形固化的作用。冷却方式有自然冷却与强制冷却。强制冷却一般为吹压缩空气或封头内通循环冷却水。强制冷却的封缝强度大，效果好。封袋及切断装置热封除根据包装材料不同和料袋运动状态不同选择不同方法外，为保证封口质量，热封参数（温度、时间、压力）的采用也至关重要。

热封温度：热封温度过低，封口部位塑料薄膜不能全部熔融。即使压合，所得封缝强度也较低；热封温度太高，薄膜过热易产生变形，严重的将会烫穿。因而热封温度必须随各种薄膜的不同来调节。

热封时间：在一定压力下，热封时间与热封温度的对应关系为：温度升高，所需加热时间可相应缩短。加热时间变短，有利于薄膜少受热变形，也有利于提高生产率。

热封压力：热封的同时施以压力可以增加封接处的粘合强度，但压力过大将与愿望相反，会造成接缝处薄膜变薄，强度削弱。高温高压下封合时，加热加压时间可短些，以提高生产率。综上所述，充填机的封口质量受热封的温度、压力、时间三大要素所影响，而且三者之间又是相互制约的，人们可通过科学实验选择适当的热封参数，以保证封缝的质量。因而热封装置上必须具有测量、控制、调节、显示以上三要素的设施。2.纵封器纵封器是袋子成型一充填一封口机完成三边、四边封缝袋制作中必须具有的装置。为适应连续或间歇运动制袋成型的需要，两者在运动形式与结构上都有较大差异。纵封器1）辊形纵封器辊形纵封器如图9.22所示，由纵封辊、加热器、加热线圈、固定与可调轴承等组成。加热线圈发出的热量靠辐射传递给纵封辊。纵封辊辊面宽为5～10mm，辊面上开有直纹、斜纹或网纹等花纹，以适应各种不同包装材料的需要。纵封辊本体材料常为45钢、40Cr钢等，与包装材料直接接触的辊面要求较高，常采用“金属塑料”，或外圈喷涂一层很薄的聚四氯乙烯材料，以防止加热加加压过程中与包装材料发生粘连。2）板状纵封器板状纵封器结构及所要实现的运动都较为简单，常用的结构形式如图（9.23）3.横封器3.横封器横封器用于各类充填机包装袋子的底、口的封合，因充填机有连续与间歇运动之分，两者所用横封器往往在热封方法、结构、运动要求诸方面都有较大差异。

1）连续式横封器图9.24所示为立式连续充填机用横封器结构。问题：

A.横封时两横封刀口的间隙如何调整。B.热封压力如何调整。

图9.25所示为卧式连续充填机用横封器结构。问题：

A.横封时两横封刀口的间隙如何调整。B.热封压力如何调整。C.如何实现对不同厚度物品的包装。2）间歇式横封器（略）4.横封器驱动机构这里仅介绍连续式横封器驱动机构，根据横封工艺要求，横封器应采用非匀速回转，其驱动机构则为不等速运动机构。下面介绍通常采用的偏心链轮驱动机构和转动导杆驱动机构。偏心链轮机构将式（9.17）、（9.18）、（9.19）代入式（9.16），经整理得(9.20）由图可知，，设从动轮的角速度为ω，则有故得

（9.21）（9.22）将θ1、θ2代入式（9.8）得（9.23）

上式表明，当主动偏心链轮以等角速度ω0回转时，则从动链轮作变角速度转动。图9.28表示了偏心链轮机构输出运动的特性曲线。由图可知ω的极值所对应的θ值为问题：

a.如何实现与包装材料的不同供送速度的谐调（考虑e和横封时的θ值）b.调整时如何操作

转动导杆机构

2）转动导杆机构横封袋筒同样可采用转动导杆机构来实现，如图9.30所示。设曲柄BC＝ａ，它同转动导杆AC的轴心距AB＝e，可调，且e＜a。此两杆中的任一杆都可作主动件绕定轴作匀速回转，从而使另一杆作非匀速回转，但它们输出的运动规律并不相同，现分述如下．(1)曲柄为原动件以两轴心连线AB为基准，某瞬时曲柄的转角为，相应的导杆转角为θ，在△ABC中，可求与θ的转角关系。由或写成(9.24)以时间t为自变量，对上式求导得(9.25)即(9.26)转动导杆机构联立式(9.24)、(9.26)，消去θ得(9.27)

从上式可见，e的取值范围为0≤e＜a。当e由0→a时，(ωA)min由ωB→，(ωA)max由ωB→∞。

当a、e、ωB为定值，＝０、180°时，ωA分别达到最小值和最大值，即(9.28)

视t为自变量对式(10.27)求导，得从动导杆的角加速度(9.29)

图9.31表示了导杆/ωB、值与e/a值的关系曲线。图中可见，若（e/a）＞0.6，上升得很快。（2）导杆为原动件

与前述相反，导杆以ωA作匀角速回转，而曲柄则以ωB作不等速回转。将式(9.24)和(9.26)联立并消去得转动导杆机构综上所述，得出以下结论：

1）转动导杆机构从动件都作不等速回转。从角速度的调节范围看，调整（e/a）值时，其最小角速度均随之改变。当导杆作原动