纵横封及牵引切断装置

由上式看出,纵封辊半径R与生产率Q和纵封辊角速度ω及袋长L有关。正常生产中R及L不变,则生产率的变化由纵封辊角速度起作用,要提高生产率就得加大纵封辊角速度；在一定的封辊半径及生产率Q情况下,袋长L与角速度ω成正比,这类制袋式包装机一般能进行多规格生产,若袋长改变时,相应的变换纵封辊输出角速度ω,而不去改变纵封辊的半径,生产中用搭配齿轮的办法变更由分配轴输出到纵封辊的角速度,此种改变袋长规格的调节为粗调节。

即然纵封器又起输送包装材料的作用,包装材料是按光电色标位置分切的,分切正确与否,由光电发讯使纵封器在连续回转中作微量的角速度

(5-34)

式中:Q—包装机生产能力(袋/分);

L—包装袋袋长尺寸(毫米);

ω—纵封辊回转角速度。变化来达到的,即亦是微量改变袋长Ｌ,所以与前述相比,角速度改变为微调节。图5.34辊式纵封器1-纵封辊,2-加热线圈,3-轴承

图5.35侍服电机控制的圆柱齿轮差动机构

纵封辊所以能根据光电信号忽快、忽慢改变角速度,它由一套齿轮差动机构来实现的,常用圆柱式和圆锥式两种齿轮差动机构。

如图5.35所示是圆柱齿轮差动机构的示意图。设由分配轴通过齿轮传入差动机构的角速度为ω1,与轴固联的太阳轮齿数为Z1,三个行星齿轮的齿轮数为Z2,与行星齿轮内啮合的内齿轮齿数Z3,内齿轮又能被蜗轮所带动作正反转动,蜗杆受伺服电机驱动,蜗杆头数为Z0,角速度为ω0与内齿轮Z3固联的蜗轮的齿数为Z'3,蜗轮角速度ω3,与三只行星轮轴相固联的输出轮对外输出角速度为ω2。

由行星轮传动关系：

(5-35)

亦即

(5-36)

整理后得机构输出角速度值:

(5-37)由上式可见,输出角速度ω2与两个分别输入差动机构的角速度ω1、ω3有关,与太阳轮及内齿轮有关,而与行星轮无关。在正常生产中,由分配轴输入的角速度ω1不变,而伺服电机输入的角速度ω0的方向是根据光电信号可改变的,由于光电信号控制司服电机正反转,因此输出ω0绝对值不变。这样ω3有三个值即:将ω3值分三种情况代入ω2的表达式得：(5-38)上式中(1)是在纵封辊牵引包装材料时,色标滞后于规定时刻,需要差动机构比正常输出角速度稍大的输出时采用。此时,两个输出差动机构的角速度ω1和ω3同向回转。(2)是色标按规定时刻到达光电头,光电头信号及时发讯,伺服电机停转,仅由分配轴来的ω1输入差动机构,而输出差动机构带动纵封辊的是角速度正常值。式中(3)是色标超前于规定时刻通过光电头,需要差动机构比正常值偏小的角速度输出时采用,这时ω1和ω3反向回转。

差动机构由光电管的光电信号控制,使得输出轴忽快忽慢地回转,带动纵封辊使牵引包装的速度发生变化,保证了薄膜袋的正确封切位置,其纠正输送材料长度的值为：式中:R—纵封辊牵引包装材料部分的半径;—纵封辊角速度的变化量,它由差动机构输出而获得,其值为(5-38)中(2)式分别与(1)、(3)的差的绝对值。△t—纠正偏差持续的时间(秒)。

(5-39)光电记号通过印刷标记发讯,较容易做到,而所发讯号要鉴别是超前还是滞后才能控制伺服电机正转还是反转,才能获得调整效果,图5.36是鉴别讯号控制电机正反转的光电定位装置原理图。

运动主电机9经减速器10降速后分三路输出：通过不等速机构11传给纵封牵引辊14,并由伺服电机8作补偿性运动实现塑料袋纵封和输送；通过分配轴使超前与滞后同步凸轮4,5旋转,控制伺服电机8正、反转。

在正常情况下,当横封和切断器12接触包装材料的瞬间,商标图案的定位印刷标记正好通过光电装置15,遮断光线,光电管发出记号,使光电继电器2的常开触头闭合,但在通往伺服电机的控制线路中装有微动开关3、6,其时,控制微动开关的两个同步凸轮4、5不产生推动作用,因而光电讯号送不到中间继电器7,可逆电机10不转。

当横封器12在热封与切断被包装材料之后,连续输送的包装材料上的印刷标记才算通过光电装置15,同样,发出讯号,其时滞后同步凸轮4推动微动开关3,光电记号经过光电继电器2,微动开关3和中间继电器7带动可逆电机8正转,将旋转运动传到差动机构,加速纵封牵引辊14送进速度。使印刷标记随着包装材料的快进而逐步前移,纠正定位印刷标记的滞后现象,当印刷标记超前时,原理相同,超前同步凸轮5作用,纠正定位印刷标记的超前现象,这样只要定位印刷标记稍有超前或滞后,光电定位装置即进行调整,保证被包装对象的热封和切断在预定的允许部位进行。在光电发讯到电机正、反转的线路中,除用光电和中间继电器的控制方法外,还可采用电压放大器和可控硅放大控制正、反转离合器来实现,这时可采用微型电机作原动力。

二、板式纵封器设计生产实践中,经常采用的板式纵封器的结构形式如图5.37所示,它由张紧块、压板、电热丝等组成,并将油缸(或气缸)产生的往复直线运动直接或通过扛杆原理,推动板形热封器压向加料管,完成封合。板式纵封器的设计主要为热封件的结构设计,调压弹簧的设计计算及驱动气(或油)缸的设计计算。驱动气(或油)缸设计的,活塞的行程一般不大,缸径的设计取用的压缩空气(或压力油)的工作压力和各种不同薄膜、不同厚度、不同热封温度经计算确定,单位面积热合压力可在1~10kgf/cm的范围内根据实验确定最佳值。热封器与加料管一起纵封的加料管部位,嵌一条硅橡胶,使长条封缝在长度上封缝均匀,热封器与加料管间的距离一般为12~15mm左右,为补偿电热丝受热时伸长,在热封器的一端或两端应设计有伸缩装置。电热丝受热时伸长,在热封器的一端或两端应设计有伸缩装置。图5.37板式纵封器1-纵封器,2-气缸

第五节

横封器的设计横封器是将经纵封器进行纵向封合后筒状的包装材料,按照工艺要求的长度规格进行横向封合,按照横封器工作的运动形式,可分为连续运动和间歇运动两种形式。

一、连续式横封器

因塑料袋装机有连续或间歇运动之分,故横封器在机能、运动形式、实现运动的机构及横封的结构方面往往有较大差异,即使是连续式横封器,若该机仅只需完成单一规格袋的,一般较简单,如要适用多规格可调的袋装机就较为复杂。

应用于连续制袋式袋装机上的横封机构有如下一些工艺要求应满足,一是横封器的热封件与连续运动着的包装料袋热封瞬时应有相同的线速度。这点若不能满足,热封时就可能造成封口部位起皱、拉伸过度,甚至断裂；二是袋长规格变化时,横封器热封件回转半径不变下经调节有关部位能得到所需热封线速度。对此,要求横封器在工作中用不等速回转机构带动,袋装机上常用偏心链轮及转动导杆机构作横封不等速回转机构。

(一)偏心链轮机构

图5.38是能够满足前述工艺要求的偏心链轮不等速回转机构,该机构由两只齿数相等的链轮,一个张紧轮和链条等组成,其中一只链轮的回转中心在链轮内可以变化,由分配轴带动作匀角速回转,另一只则是绕固定轴回转的从动链轮,该轮作变角速回转,并通过中间传动装置可带动横封器的热封器的热封件作不等速回转。

1.运动规律图5.39所示为该偏心链轮机构的工作原理图,分别为两只链轮的回转中心,两回转中心距离=g,链轮半径,偏心轮的偏心距以等角速ω0作主动回转,某瞬时转角为θ,从动链轮在链条带动下作不等速回转,转角用表示。主动轮节圆上任一点A转到与链条AB相切时,则A点瞬时线速度为,其大小,方向垂直AO,AO为该瞬时A点的回转半径,中使链条向前运动的分速度为,其方向沿AB,其值为：

图5.38偏心链轮不等速机构1-滚花手轮,2-主动链轮,3-套筒滚子链,4-从动链轮,5-张紧链轮图5.39偏心链轮机构工作简图(5-39)式中:ω0—主动轮回转角速度,调定后为一常数。

－某瞬时主动轮节圆上与链条相切点的回转半径,为瞬变值。

β－切点上线速度方向与该瞬时两轮链条直线之间的夹角,也是瞬变值。

在△AO1O中,令AO=R,OO1=e,∠O1AO=β,应用余弦定理可得：

(5-40)

又令∠O1OO2=α,而∠AOO2是直角,则仍在△AO1O中应用余弦定理得:

(5-41)(5-42)在△OO1O2中,与α角的对边为O1O2,令O1O2=g,连OO2,并令OO2=L,它∠OO1O2相对,而∠OO1O2正是主动链轮在该瞬时的转角,应用正弦定理得：(5-43)

在∠OO1O2中应用余弦定理得：

(5-44)将L值代入得：

(5-45)

将此式代入AO式中：

(5-46)

则链条向前运动的瞬时分速度:

(5-47)在同一根链条上的同一方向,链条即不能伸长又不能缩短,故：

而VB是从动轮O2上与AB链条相切点B处的瞬时线速度,令O2轮在该瞬时的角速度ω,则

所以(5-48)(5-49)(5-50)则从动轮O2某瞬时的角速度为:

(5-51)显然,随着主动轮转角θ的变化而变化的。

从动链轮角速度ω随主动链轮转角变化的特性曲线如图5.40所示。为求特性曲线的最高最低点,只要对该曲线函数表达式(5-51)求极值使可得:

即当主动偏心轮以ω0匀角速回转时,该偏心链轮机构的链轮按式(5-51)作非匀角速转动。

在的表达式中可,AO及cosβ这两个值是时刻改变着的,其值(5-52)(5-53)分别将θ1、θ2值代入式(3－51),可求得函数曲线的极大值与极小值。

(5-54)立式连续制袋式袋装机上的横封机构正是利用从动轮能有规律的快慢交替的输出角速度的特性来满足使用要求的。

图5.40中,点θ1、θ2处是使从动链轮具有极大、极小角速度时主动轮的瞬时转角,称为速度极限角,由该图看出θ1在0~π/2区间并靠近π/2,θ2在3π/2~2π之间并靠近3π/2。

图5.40偏心链轮机构θ-ω特性曲线

2.应用

根据不同袋长需要,输出满足工艺要求的角速度带动横封器,是设计偏心链轮机构时必须考虑的可调问题,欲得到所需的角速度,在实际应用中有两个不同的途径：一为直接调节选用热合瞬时角,二为调解主动链轮上的偏心距。

调节选用热合瞬时的θ角,即是利用式(3－51)或图5.40特性曲线,使其中偏心距e、链轮半径R及两轮回转中心距g不变的条件下,根据输出的角速度ω,找到相应的主动轮瞬时转角θ,在该瞬时使横封器的热封件与料袋上的光电色标处在封合状态。由此可见,当袋长变化时应先打开不等速回转机构从动轮到横封器转轴间的传动链。待偏心轮上OO1连线与两回转中心连线O1O2调到应有的θ夹角时,让横封器的热封件相啮合,再合上暂时打开了的传动链,横封传动时开时合,且找准θ夹角也十分麻烦,一般采用甚少。

调节主动链轮的偏心距同样亦可达到改变输出角速度满足热封的需要,图5.41所示为调节偏心距e时,不等速回转机构特性曲线的变化的情况。

这种方法是利用特性曲线的两个极值点作为专门的热封点,偏心距的改变可使输出的极大角速度在到间改变,同样也可使极小角速度在到间改变,与此同时,速度极限角θ1、θ2分别有向π/2、3π/2靠拢的微小变化,袋装机在规定的袋长范围内,其中偏小规格利用ωmin的极点进行热合,偏大规格利用ωmax这一极点输出角速度进行热合。这样,若将经换算后袋长值刻在相应的偏心距的标尺上,只要调节偏心距到预定的袋长刻度上并加以固定,就能立即5.41偏心距变化对输出特性曲线的影响使用,因此本方法调整方便,得到广泛应用。

3.设计参数的取用由式(5-51)可知,偏心链轮不等速回转机构输出角速度的大小与偏心距e、链轮半径R、两轮轴中心距g各参数有关,设计偏心链轮不等速机构时,e、R、g也是必须计算确定的重要参数.

(1)偏心距e

将式(5-54)的等式两边分别同除以ω0后可得(5-55)

两式左端为从动轮与主动轮的角速度之比,用字母i表示,

为区别这仅在极限角速度情况下的值,均分别加下角标,改写成:(5-56)

对采用调节偏心距获得热封封口所需的瞬时角速度比imax、imin均是热封封口的角速比,将上列两式合并可写成

(5-57)由式(5-57)不难看出,对某一具体的偏心链轮来说,R是定值,而e是可调的变量,随e的改变会有相应的不同IF值,且IF和e是线性函数关系,借用中间某些环节,即可找出偏心距e与袋长L间的对应关系.

立式连续制袋式袋装机横封机构的传动关系如图5.42所示,图中Z1=Z2,Z5=Z6,Z4=qZ3,其中q是横封棍上热封件的个数,常用的为q=1~4之间,此不等速机构输入的角速度是,输出的角速度为,横封辊回转角速度为,图5.42横封机构传动关系

-显然也作周期性变化,也可写成

所以有,亦即制袋工艺要求热封件在热合瞬间与包装料袋运动线速度相同,则有:式中:r-横封辊上热封件的回转半径,亦可写成:

(5-58)

式(5-58)表示不同袋长在热合瞬间要求不等速机构输出角速度的大小.

当主动链轮不偏心工作时,这时的偏心距e=0,i=1偏心链轮机构输出的输出的角速度亦即:由此式可得热封件的回转关系表达式

(5-59)

由式(5-61)可通过已给定袋长规格范围求得每一袋长要求不等速回转机构将式(5-60)代入式(5-59)得

输出角速度的值,将式(5-23)两过同除以ω0可得:式(5-62)与式(5-57)联立，就可求出各种袋长下对应的偏心距。

(5-61)(5-62)(5-60)(2)链轮半径R

链轮R为节圆半径,与选用的链节距t及所定的齿数Z有关,齿数Z过多,R太大,导致结构不紧凑,尤其本处主动轮在偏心情况下工作,半径越大,工作情况越不利,若Z过小，在链传动上也怕带来传动的不均匀性,这里R过小,在设计安排偏心调节结构上将会遇到麻烦,不得不从满足制袋工艺要求与调节结构设置的可能性同时兼顾考虑。

图5.43所示是偏心链轮机构制作最小袋长L时偏心调节位置的情况,分配轴心O被调在偏心刻度的极端位置,回转中心O与链轮中心O1间的偏心量OO1=emax.

从设置偏心调节结构的可能性考虑,

图5.43偏心距调节装置

工艺与结构同时满足要求有:

整理后得:式中:d--分配轴安装偏心链轮处的轴径大小;

n--与调节结构设置有关的尺寸,可取n=15~25毫米,从满足制袋长度工艺要求考虑.由式(5-57)变化成(5-63)(5-64)(5-65)(5-66)由式(5-62)可得:代入前式有:这里RJ仅是理论上计算出的链轮节圆半径,而链轮分度圆的实际尺寸还要受链节距t及齿数的约束,即:最后实际取用的链轮半径应满足

由此可见,只要知道应满足的袋长范围各种规格和安装偏心链轮的分配轴结构尺寸,就可通过式(5-68),(5-70)求算链轮的尺寸。

(5-67)(5-68)(5-69)(5-70)(3)两轮回转中心距g

两轮回转中心距g可由两种方法来确定。

①从结构上考虑来确定

仅只要保证两轮回转时可靠地工作,则该机构的最小中心距离(5-71)式中:Da—链轮顶圆直径;

Δ—两转动件不相碰的最小安全距离可取≥10毫米。②从运动特性考虑确定

由式(5-54)可知,从动链轮输出的最大.最小角速度极值与中心距g值无关,亦即变速范围仅与链轮大小尺寸和偏心量有关。

由式(5-51)看出,中心距g的大小对从动轮输出角速度ω的变化有关。由式(5-53)可见,g的大小影响不等速回转机构的速度极限角θ的取得。

考察以上几组公式可得出结论:中心距的改变不影响不等速偏心链轮机构输出角速度极大、极小值的取得,而会影响取得极大、极小值的时刻。

若在式(5-51)中令e、R、ω为定值,取不同的g值代入,作出θ-ω曲线变化图。

如图5.40所示,明显可见发生的位置有了变化,当g值由小变大时,大小两极点分别向π/2及3π/2逐渐靠拢,但总是θ1<π/2、θ2<3π/2,当g值由大变小时,两极点分别离π/2、3π/2越来越远,说明上升曲线越来越趋平缓,这对运图5.44转动导杆机构1-导杆,2-曲柄

动平稳性是不利的,故取中心距g值在结构上不显得庞大的前提下,取大些为好,一般推荐取用g=(5~7)R。

（二）转动导杆机构

转动导杆机构如图5.44所示,BC杆长为a,两转动轴心A与B距离AB=e,且e<a,BC称曲柄,AC部分为导杆,若两杆间以任一者为主动件匀角速回转,则另一杆作非匀速回转,但它们非匀速回转的运动规律并不相同。1.曲柄为原动件的运动规律

以两轴心连线AB为基准,曲柄BC在某瞬时的转角为时,相应的导杆转角为θ,在图5.44中,由三角形ABC得与θ的关系为:所以有(5-72)(5-73)将上式对时间微分得:式中:—导杆角速度,用表示;

—曲柄角速度,用表示。

将ωA、ωB分别代入式(5-74)中整理后得:

将式(5-73),(5-75)联立并消去θ后得:(5-74)(5-75)(5-76)图5.45

若a、e、为定值,显然当ω=0°、180°时,可分别达到最大值及最小值，即

上式可见，调整两转轴轴心AB间距离可以就改变不等速回转机构输出角速度的极大、极小值。当e值由0→a时,相应的。的无穷大意味着它不能运转,故必须e<a,由于从动件导杆输出的最小角速度只能在

(5-78)范围内变化,它只能适用于袋长L的变化范围Lmax/Lmin<2的情况。从导杆的角加速度为:当时,ε为最大值。

图5.45表示了导杆的值的关系图。从图中可从图中可见,，上升很快。2.导杆为原动件的运动规律导杆以作匀角速回转,则曲柄轴以作不等速回转,将式(5-73),(5-75)联立并消去后得:(5-79)

当θ=0°,最小；θ=180°时,最大,即

同理,当e值由a→0时,相应的。可见值的调节范围比以曲柄为主动的导杆机构大得多。将式(5-80)对时间微分,求得从动曲柄的角加速度为:(5-81)(5-81)(5-80)显然,当θ=90°时,为最大值。

图5.45表示了值的关系图。从图中可见,的变化比较平缓，上升很快。3.应用

由上述两种情况分析可得出如下结论:

两种情况的从动件都作不等速回转,并且改变e/a值时,从动件的最小角速度都随之改变,但是用导杆为原动件时,从动件的最小角速度只能0~范围内调节,若用曲柄为原动件时，从动件的最小角速度只能

(5-82)在/2~范围内调节,故前者调节范围大。从运动平稳性看,若要求从动件的最小角速度为原动件角速度的2/3,两种情况都能满足,以导杆为原动件,查图5.45得e/a=1/3;,若用曲柄为原动件,则,显然后者情况的从动件最大角加速度是前者的3.4倍。

生产实践中是以导杆作为原动件,曲柄作为从动件带动制袋式袋装机横封机构的,如图5.46所示.若用该不等速回转机构应用于卧式袋装机,横封工艺过程示意图如图5.47所示,包装袋在此被横封(封口与封底)与切断。热封切断件在P位置开始与包装材料接触后即进行加热并在Q位置进一步实施加压并切断。

图5.46转动导杆机构带动的横封机构1-主动导杆2-曲柄3-链轮4-张紧链轮5-热封头及滚刀图5.47横封工艺过程示意图

1-包装袋筒,2-包装物品,3,4-横封辊刀

图5.48转动导杆机构的θ-ω曲线为了实现加热及加压切断时包装材料与热封切断件的同步要求,希望热封切断件与包装材料接触表面从P位置至Q位置的线速度的水平分量始终与包装材料的运动速度相等.因此,热封切断件在P处的切向线速度应大于在Q处的切向线速度,故热封切断件在此PQ区间作不等速回转。另外,还要求热封切断件在Q处热封切断结束后以比Q处较快的角速度转动离开,以不影响物件1的前进,可见热封切断在区间按卧式袋装横封工艺需要必须作不等速回转,并且在Q处角速度最小。转动导杆机构以导杆转角θ为横坐标,从动曲柄输出角速度ω为纵坐标θ-ω曲线如图5.48所示,该曲线的最低点专门用来适应卧式袋装机横封切断;如用在立式袋装机上,则θ=0,及θ=180°处的最低,最高可适应短袋及长袋的热封需要。

袋长规格变化是靠调节两转轴中心距离L来实现输出角速度改变的机架上有标尺,一定袋长也对应着某一刻度,袋长与偏心距e间对应关系由下式表示:式中:a-从动曲柄的长度，毫米；

L-袋长尺寸，毫米；

-从转动导感机构传到热封件转轴间传动装置传动比；

热封切断件回转半径由下式计算:R-热封件回转半径，毫米。(三)横封器结构

图5.50为立式连续式袋装机上进行横封热合的典型回转辊形横封器结构,每一只横封辊上有对称分布的两只热封件,热件由电热丝加热并恒温控制。热封所需压力由调节套通过压缩弹簧进行调节.(5-84)(5-83)图5.51为卧式连续制袋式袋装机上用于横封热合并切断的典型结构,每一只横封辊上仅有一只热封件,加热与温控形式与立式上用的几乎一样,通过手轮与压缩弹簧调节热封所需压力。用螺栓调节上下刀间的间隙大小,用螺栓调节因物件厚薄尺寸影响横封缝的上下位置横封辊热封件表面的花纹与所热封包装材料有关,参见表5.2。

图5.49转动导杆机构调节两转轴中心距e的结构型式1-定位手柄,2-调节手轮,3-曲柄,4-导杆,5-输入链轮,6-输出链轮,7-机架二、间歇式横封器

立式间歇制袋式袋装机横封机构按功能和运动形式可分为两类,一类只作封口用,即只有间歇的往复运动;另一类除作封口热合外,还牵引料袋由上而下地移动,故往往作开合与上下运动合在一起的复合运动,显然后者结构较为复杂。图5.51中(a)所示是气缸(或油缸)1,3、在同一水平面内做往复直线运动带动横封器合拢及离开,从而完成横封工序,气缸(油图5.50立式袋装机连续横封器结构图1-主动齿轮,2-横封辊,3-电热管,4-加压弹簧,5-机架,6-调节套筒,7-锁紧螺母,8-支杆,9-滑环,10-碳刷缸)1,3、在同一水平面内做往复直线运动带动横封器合拢及离开,从而完成横封工序,气缸(油缸)3带动整个横封装置及气缸(或油缸)作上、下往复运动,将横封器夹持着的薄膜筒向下拉出一个袋的长度。

图5.51间歇式横封机构工作示意图图5.51(b)所示只是用一只气缸(或油缸)带动横封器运动,因横封两部分是同时动作的,使用一只气缸则通过支点及扛杆的作用使横封器两部分合拢及离开,上下拉薄膜运动与(a)相似。

图5.51(c)所示,带动横封器作开合热封的气缸只是一只,原理与(b)相似,但上下拉膜运动不是用气缸来实现的,而是由电动机经变速后,驱动曲柄连杆机构来带动横封器作上下往复直线运动,回转曲柄的长度可以根据需要进行调节,从而改变拉膜的长度。

图5.51(d)所示与图(c)有许多相似之处,横封动作靠气缸与杠杆滑块机构来完成。拉膜的动作是由一套六杆机构来完成的,六杆机构是由电机通过变速后驱动曲柄作原动件的,在这种六杆机构作用下,横封器不作上、下直线运动而是一圆弧摆动。

从以上可以看出间歇式横封机构的运动形式是多种多样的,结构也有简单、复杂,各有利弊,选型时要给予适当考虑。如(a)中结构及动作简单,但横封时要求两只气缸动作配合好,这是气液压较难达到的,最好能避免使用。图(b)、(c)、(d)中就避免了上述问题,用一只气缸使横封器两部分同时分开和合拢,但也造成结构复杂。图(a)、(b)中,拉膜运动是气缸来带动的,行程难以调节,薄膜带长度发生变化时就难以适应。在(c)、(d)中袋长变化时调节曲柄长度就能适当,尤其在食品行业中,包装规格变化多,调节要求比较突出,就(c),(d)两种比较,前者拉膜部分比较简单,后者显得复杂,且拉膜过程中袋子作圆弧运动,摆动较大,袋长调节后袋子不可能在两横封器中间被热封,造成薄膜前后张力不均。

若制袋充填机的拉膜动作不要横封器承担,而有另外专门的一套机构去完成,则横封器的运动要简单得多,当然整机的传动机构也许稍为复杂些。

图5.52所示为摆动气缸带动的摆杆滑块机构,两横封块的开合就是滑块往复运动的结果,设计中应解决的问题是:从满足横封块最大开合行程的情况下,确定各杆长度及摆动气缸活塞杆的行程,提供设计气缸的依据。

1.摆杆滑块部分

滑块的行程应由包装尺寸决定,设滑块的行程为L,则两只滑块开合的总行程为:式中:D—圆形料管成型器的直径,若为方形料管D=2P,其中P为超椭圆短半轴之长。

拖动两滑块的摆杆、连杆杆长上下各自对应相等,这样摆杆只能在与滑道垂直的位置作左右对称摆动,如图5.53所示。设摆杆长为a,连杆长为b,滑块C运动最远点与转轴中心A间距离AC1=c,摆杆摆角为,摆杆与AC滑道间原始夹角为起始角α。

摆杆与连杆的铰销在B起始、中间及终了三个位置分别以B1、B2、B3表示,这三个位置各杆长度间关系由下式表示:在△AB1C1中

(5-85)图5.52由摆动气缸带动的摆杆滑块机构

图5.53摆杆滑块的工作位置及参数关系

在△AB2C2中,∠B2AC2是直角

在△AB3C3中

(5-88)(5-87)(5-86)由图5.54可见,本机压力角为∠ACB,且是时刻改变的,为使机构轻巧,应使∠ACB≤30°,因此设计中可取b≥2a。将其代入式(5-87)可得

由式(5-87)、(5-86)得起始角α的表达式:

则此摆杆滑块部分要使滑块开合总行程达2L的摆杆摆角应为上列各式中C值应根据袋装机总体布局设定。2.摆动气缸部分它是摆杆滑块机构部分的原动件,摆动气缸活塞杆推动摆杆绕A轴摆动,摆杆AD、AB、AB＇均与轴A固联,它们具有同一摆角,若摆动气缸摆杆起始位置不同,对同一摆角,气缸活塞杆的行程L将不同,摆杆起(5-90)(5-89)始位置必须慎重确定,从机械原理知道,机构的压力角在0°处效率最高,本摆动气缸推动摆杆AD使A轴回摆,属摇块机构,则D处的压力角小者为好。

设摆杆长为m,摆杆与AE两点连线的最小夹角为起始角β,DE长为d,AE长为e,其值图5.54摆动气缸的工作位置

的确定也由袋装机总体布局考虑。

铰销D点在工作中亦有D1、D2、D3三个位置,分别为起始、中间及终了,如图5.55所示。为使工作轻巧,常取m>a,则起始角β由下式可求:

(5-91)DE之长d在起始及终了两位置相应长度为:这样,气缸活塞杆的伸缩行程为:L=L值求出后还得验算两个方面:(1)气缸活塞杆伸出的稳定性验算应使

若不能满足,可适当增大e的取值。(2)压力角的验算应使(5-94)(5-93)(5-92)若不能满足时,可适当增大m的取值.

该横封装置机构下半部分,采用的是曲柄带动的大杆机构,设计中滑块行程应满足:式中:Lmax为应制作的最大袋长,毫米.

具体设计可通过杆机构的设计方法去解决,这里不再复述.3.横封器结构用于间歇制袋式袋装机横封器上的加热封口方法有脉冲、热板熔断和高频等,可按不同包装材料选用,热封体都为板状的。

图5.55电热丝脉冲加热的横封器,纵封缝对面的一只热封体1,上、下共装有两条扁形镍铬合金电热丝,电热丝根据宽度选择,一般取2~5mm左右,电热丝与热封体之间有酚醛层压板或聚四氟乙烯薄膜4作隔离层,防止热封薄膜被粘牢,与纵封缝同一面的热封体面上对着两根扁电热丝之间,装有圆电热丝5作切割薄膜带用,热封体8的主要作用是与对面热封器共同配合(5-95)时对薄膜加热时加压,为使加压均匀,并不使加压薄膜变薄,在圆电热丝与热封体8之间有一层耐热橡胶7与聚四氟乙烯织物6,考虑电热丝的热胀冷缩,在热封器的两端均设计有伸缩结构如图中9所示,避免在气缸作用下热封体的刚性接触,设计有弹簧装置10,脉冲热封器连续工作过长时,热封体上热量会逐渐积累,而影响封口质量,设计时考虑到冷却措施,或通过冷却水,或用压缩空气吹向热封完成后的薄膜及电热丝,使其冷却。横封时,要使尽可能少的空气留在袋内,若袋内空气较多,对袋内的物品储存不利运输中也容易损坏袋子,横封器结构设计时要加以考虑,在横封器体下方设计袋的夹持器,夹持器与袋接触部分有泡沫塑料或泡沫橡胶等柔软制品或几根拉伸弹簧,即起到排气,又起到夹持物品,减少横封缝在受热时不利的拉力。用冷却水强制的结构如图5.56所示:热板加热式横封器如图5.57所示,每只热封体上、下两个热板平面,并装有两只加热元件,一只测温元件,专门对热板进行恒温控制。

图5.55电热丝脉冲加热的横封器1-电热丝伸缩补偿装置,2-弹性伸缩装置,3-冷风喷嘴,4-绝缘片,5-热封扁丝,6-聚四氟乙烯片,7-切割圆丝,8-排气夹板图5.56冷却水冷却横封器1-夹板,2-热封扁丝,3-切割圆丝,4-冷却水孔,5-耐热橡胶高频加热式横封器如图5.58所示,分左右两只电极,可在两只电极间通以高频电流进行加热加压封合,电极上、下各有一对弹簧夹具,以减少电极合拢时的刚性冲击及对封缝的拉力,电极表面胶粘着环氧板,环氧板表面又粘着聚四氟乙烯织物作耐热绝缘材料,这样除防止薄膜粘上电极外,还可防止薄膜偶而被热穿时,高频切刀与另一电极直接接触而产生的打火现象。图5.57热板加热式横封器1-切刀,2-热板,3-测温元件,4-加热元件,5-绝缘体图5.58高频加热式横封器1-弹性夹板,2,4-封合电极,3-加热切刀

第六节

料袋的切断与牵引装置一、切断装置

在制袋式袋装机上,当制成袋后或装袋封口结束时,应用切断刀将相互连接着的薄膜料袋分割成单个和包装产品。切断的方式有热切和冷切等。可根据热封的方法,包装料袋在制袋过程中运动形式和切口的形式等要求选择。1.热切

它是靠薄膜受热熔化和施加一定压力而使薄膜分开的一种方法。采用热切的切断机构可与横封机构合在一起,在横封同时,进行热切断。

热切中有高频加热刀,电热丝熔断及电加热切刀等。其中高频加热刀用在间歇式袋装机上,对聚氟乙烯薄膜袋进行封口,同时完成切断,实际是一只具有刃口的电极；电热丝中间的一根1－2毫米左右直径的圆电热丝,根据需要可选择断续或连续通入脉冲电流,电热丝与薄膜直接接触使熔化的薄膜切断；电加热切刀是具有刃及热量可使薄膜切断。2.冷切及其机构

冷切是利用金属刀刃的锋利度使薄膜在横截面上受剪切力而分开薄膜的料袋方法。(1)回转刀

回转刀切断机构如图5.59所示,由转刀与固定组合而成,两刀的形状尺寸完全相同,仅安装方向相反,回转刀顺料袋前进方向作等速回转,每袋一周,动刀与定刀间有微隙,保证无袋时不会打坏刀尖。有袋时顺利分切。工作时。回转刀刃与定刀刃间不是全线同时相遇的,而是在刀刃的的全长上按1~2左右的倾角依次相遇的,这样似剪刀一般,更有利于将薄膜分割开。刀的有效回转半径r可由下式确定式中:ω—刀轴回转的角度;

V—纵封辊牵引包装材料前进的线速度。

(5-96)由此可见,回转刀切断包装袋的速度应大于薄膜前进的速度。为保持切刀锋利,两刃间有微隙,这样切断薄膜袋时,并不是靠两把金属刀刃完图5.59辊刀式切断装置1-转刀,2-定刀

图5.60辊刀相位调节装置1-辊刀,2-主轴,3-轴承,4-弹簧,5-键6-从动齿轮,7-主动齿轮

全相遇来完成的,而是靠活动刀刃线速度大于薄膜袋运动速度,产生的挤与拉相结合将薄膜分割开。所以,刀的回转线速度小于薄膜前进速度是不行的,即使等于薄膜前进的线速度的话，也是切而不断。只有回转刀比薄膜有较高的线速度,将薄膜剪切变形。强度大大削弱,然后使前一包装袋赶快离开本体到拉断作用。

因该回转刀切断机构不是与横封机构设计在一起的,而切断时必须切在横封接缝正中,才能使薄膜袋外形美观。因而切断在机构横封器的下面,有一切断刀与横封器间的同步问题,解决同步问题就必须设计切断机构的相位调节装置。

相位调节装置可通过调节两齿轮的相对位置来实现。如图5.59所示,带动回转刀轴回转的齿轮6的轴向固定靠弹簧4的推力,当切断刀工作不与横封器同步时,只要用手按图示箭头方向推动齿轮6,则齿轮6沿轴7上的滑键5克服弹簧力,离开主动齿轮,并根据滞后或超前的情况分别对齿轮6作逆或顺时针回转一定角度后再将齿轮6送回原处,与主动轮8啮合,即能满足同步要求。(2)铡刀(或剪刀)

铡刀或剪刀切断机构不能适应连续制袋包袋机的切断工作要求,只能用于间歇运动制袋充填包袋机上,在薄膜袋停止运动的瞬时进行断切工作。

图5.61所示是一种铡刀切断机构,由气缸1驱动活动刀架6可绕支点作摆动,活动刀4用螺钉弹簧压在刀架6上,与固定刀3为弹性接触,活动刀并由上,下两个定位块10限定上、下、左、右的串动。固定刀用螺钉拧紧在固定刀架子上,刀架与机架相固定,活动刀与固定刀之间的相对位置,靠活动刀下的导向部分11保持不至发生咬刀而损坏刀具,薄膜袋8在弹簧金属片的引导下,经两个刀口的相对运动而被切断。

图5.61侧刀式切断装置1-动力气缸2-定刀3-动刀4-压力弹簧5-引导板6-包装料袋7-转轴支承8-动刀定位块

这种铡刀在卧式对折薄膜制袋包装机上应用较多,常用在制袋装置以后,将连续的空袋一个个切断分离,然后变由后面开袋充填机构去完成充填等工艺过程。(3)锯齿刀

采用热板加热封口的间歇制袋式袋装机上切断方式,也有应用锯齿刀的。如图5.6