第六章袋裝機(jī)械重點(diǎn)掌握制袋—充填—封口機(jī)設(shè)計(jì)，成型器的種類和設(shè)計(jì)、計(jì)算方法，縱、橫封器的封袋方法、結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)原理。第一節(jié)概述袋裝是用柔性材料制成的包裝袋,將粉狀、顆粒狀、流體或半流體等物品裝入其中,然后進(jìn)行排氣(或充氣)、封口,以完成產(chǎn)品包裝的工藝過程。基本袋型示意圖

二、典型袋裝機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.立式袋成型-充填-封口機(jī)立式（枕形）袋成型-充填-封口1-卷筒薄膜2-象鼻成型器3-加料斗4-縱封輥5-橫封器6-切刀立式（三面封口）袋成型-充填-封口

1-成型器2-縱封輥3-橫封輥4-切刀立式（四面封口）袋成型-充填-封口1-缺口導(dǎo)板2-剖切刀3-加料管

4-縱封輥5-橫封輥6-切刀2.臥式袋成型-充填-封口機(jī)1-卷筒薄膜2-導(dǎo)輥3-三角成型器

4-導(dǎo)向桿5-隔離板6-縱封器7-進(jìn)料斗8-橫封及牽引裝置9-切刀

1-成型器2-沖壓縫口3-折疊裝置部4-橫封器6-縱封器7-進(jìn)料斗8-橫封及牽引裝置9-切刀

直移間歇臥式（自立袋）袋成型-充填-封口機(jī)工作原理示意圖a:1-三角成型器2-導(dǎo)輥3-縱封器4-回轉(zhuǎn)計(jì)量裝置5-切斷裝置6-橫封器b：1-卷筒薄膜2-三角成型器3-光電管4-垂直封合5-袋底封合6-機(jī)械孔道7-氣動(dòng)孔道8-牽引輥9-切刀10-進(jìn)料斗11-排氣12-頂部封合間歇回轉(zhuǎn)式袋成型-充填-封口機(jī)工作原理示意圖連續(xù)回轉(zhuǎn)式袋成型-充填-封口機(jī)工作原理示意圖1-橫封器（封底）2-切刀3-開袋器4-加料斗5-橫封器（封口）6-袋夾7-工作盤第二節(jié)制袋成型器的設(shè)計(jì)計(jì)算

自動(dòng)化程度較高的裝袋機(jī)上,經(jīng)常使用卷筒包裝材料,一面由制袋成型器制袋,一面進(jìn)行充填包裝。成型器是一個(gè)關(guān)鍵另件,對(duì)包裝形式、袋的尺寸及產(chǎn)品包裝質(zhì)量等有直接影響。一、常用的制袋成型器形式及特點(diǎn)

常用的成型器有翻領(lǐng)成型器、象鼻成型器、三角成型和Ｕ型成型器等。1.翻領(lǐng)成型器2.三角成型器3.象鼻成型器4.Ｕ形成型器5.缺口導(dǎo)板成型器6.截取成型器設(shè)薄膜的寬度為2a,對(duì)折后的空袋高度為a(立式機(jī)為空袋寬度)，三角形板與水平面間的傾斜角即安裝角為α，三角板的頂角為2β,薄膜在三角形板上翻折的這一區(qū)段長(zhǎng)為b,若不計(jì)三角形板的厚度,假定薄膜在對(duì)折后兩膜間貼得很緊,則:在直角三角形DEC,DE=a,DC=b,所以有:在直角三角形ADC或BDC中:AD=DB=a,DC=b,所以有二、制袋成型器的設(shè)計(jì)1.三角形成型器對(duì)既定的三角形成型器和一定的空袋尺寸,a/b是一個(gè)定值,所以有如下關(guān)系；由此可見,三角形成型器的頂角與安裝角有相互制約的關(guān)系,而β值的大小關(guān)系到三角形板形狀尺寸,所以一定的安裝角必對(duì)應(yīng)著一定形狀尺寸的三角形成型器,否則會(huì)影響成型器正常制袋。根據(jù)壓力角及結(jié)構(gòu)尺寸間的關(guān)系,三角形成型器安裝角的選擇范圍為α=20°~30°由此可見,β角最適宜的角度不大于30°。所以,通常三角形成型器采用頂角2β<60°的等腰三角形,取極限時(shí),則呈等邊三角形。決定三角形成型器的尺寸除頂角外,還有三角形板的高h(yuǎn),它和制袋的最大尺寸有關(guān):

式中:—能制作最大空袋的高(立式機(jī)為袋寬)；

Δh—放出的余量,取30~50毫米。2.翻領(lǐng)成型器ABC構(gòu)成平面等腰三角形,它與xoy平面的夾角為α,D是AB的中點(diǎn),故∠ACD=∠BDC=β,ACS與BCS構(gòu)成兩側(cè)的兩個(gè)對(duì)稱曲面,SCS為成型器領(lǐng)口交接曲線,S是該曲線的最低點(diǎn),位于x軸上,C為該曲線的最高點(diǎn),它在xoy平面上的投影是N點(diǎn),且在x軸上。為推導(dǎo)計(jì)算上的需要,使AC延長(zhǎng)至T點(diǎn),DC延長(zhǎng)至T',作T'E平行于ox軸,TT'平行于oy軸,CE平行于oz軸,由此得∠CET'與∠CT'T均為直角,且三角形CT'T與三角形ABC在同一平面上,三角形CET'在xoz平面上,P是領(lǐng)口交接線上任意一點(diǎn),連PT,令PT=f,CT'=e,P點(diǎn)在xoy平面上的投影為Q點(diǎn),弧長(zhǎng)NQ=u,P點(diǎn)的高即為交接線的函數(shù),C點(diǎn)是的中點(diǎn),C處的高CD=h。成型器交接線上任一點(diǎn)P的坐標(biāo)可寫出:(3-8)

對(duì)T的坐標(biāo)可寫成：(3-9)因?yàn)閒=PT即為P與T兩點(diǎn)間的距離,所以有

將P及T兩點(diǎn)的坐標(biāo)值代入:

若將成型器沿SS‘剪開并展成平面,由該圖看出,PT長(zhǎng)可由下式表達(dá):

展開前與展形后PT之長(zhǎng)不能變,兩表達(dá)式聯(lián)立消去f,可謂交接曲線上任意點(diǎn)P的高的方程式:此式的邊界條件為:

令=0,代入(3-12)式,可得出線段e的長(zhǎng)度表達(dá)式:

由此可見,設(shè)計(jì)中若能首先確定料管半徑r,翻領(lǐng)三角形ABC的頂角之半β、翻領(lǐng)的后傾角α及成型器領(lǐng)口交接曲線的最大高度h,則e值可以求得,再利用式(3.12)算出與每一段弧長(zhǎng)U對(duì)應(yīng)的在交接曲線上各點(diǎn)的高度,便不難連出領(lǐng)口交接曲線。參數(shù)r、β、α、h的確定必須滿足包裝工藝上的要求

(2)方形料管翻領(lǐng)成型器生產(chǎn)實(shí)踐中為了制作截面為方形的包裝袋或某些制袋式裝袋機(jī),為了有效的利用間歇回轉(zhuǎn)皮帶與包裝材料間產(chǎn)生的摩擦力牽引包裝材料,或臥式枕形包裝機(jī)包裝塊狀物料,均需要方型料管的翻領(lǐng)成型器。方型料管翻領(lǐng)成型器可由圓形料管成型器領(lǐng)口交接計(jì)算作圖法推廣得到。

從數(shù)學(xué)角度來說,圓的方程是:它是橢圓方程的一種特例。

把橢圓推廣到超橢圓,則有

式中:當(dāng)a=b,n=2時(shí)為圓的方程。當(dāng)a≠b,n=2時(shí)為橢圓的方程。當(dāng)n逐漸增加到n>20~40時(shí),超橢圓圖形就逐漸過渡到帶圓角的長(zhǎng)方形或正方形如圖所示。這里設(shè):短半軸為p,長(zhǎng)半軸為q,半徑為,超橢圓圖形上任一點(diǎn)Q的極坐標(biāo):

將x、y均代入超橢圓方程得極坐標(biāo)式的超橢圓方程

改寫成:式中:當(dāng)a=b,n=2時(shí)為圓的方程。當(dāng)a≠b,n=2時(shí)為橢圓的方程。當(dāng)n逐漸增加到n>20~40時(shí),超橢圓圖形就逐漸過渡到帶圓角的長(zhǎng)方形或正方形如圖3.22所示。這里設(shè):短半軸為p,長(zhǎng)半軸為q,半徑為,超橢圓圖形上任一點(diǎn)Q的極坐標(biāo):

(3-19)將x、y均代入超橢圓方程得極坐標(biāo)式的超橢圓方程(3-20)改寫成:(3-21)

因?yàn)閳D形有對(duì)稱性,所以,由方程(3-21)可得:

(3-22)

這樣,我們也可以利用圓形料管成型器的計(jì)算圖原理來進(jìn)行方形料管成型器的計(jì)算。作出的計(jì)算圖如圖3.23所示。

用極坐標(biāo)形式表示領(lǐng)口曲線上任一點(diǎn)p的位置:

(3-23)

同理,對(duì)Ｔ點(diǎn)也可寫出:

(3-24)

設(shè)直線PT=f,可寫成:

(3-25)

同樣剪開計(jì)算圖展開,PT長(zhǎng)仍保持不變,在平面圖形里:

(3-26)

兩式聯(lián)立,消去f,也可得交接曲線上任一點(diǎn)p的高的方程式:此式的邊界條件為:(3-27)

當(dāng)

(3-28)

由式(3-27)可看出,要得出成型器領(lǐng)口交接曲線函數(shù),只有首先確定或求算出等參數(shù)。其中是超橢圓在其轉(zhuǎn)角位置時(shí)到起始點(diǎn)Ｎ的曲線長(zhǎng),是變量的函數(shù),而且極坐標(biāo)表示的弧微分式為:

(3-29)求弧長(zhǎng)必須積分:

(3-30)式(3-30)中的應(yīng)對(duì)式(3-21)的求導(dǎo),但積分式內(nèi)的被積函數(shù)不是初等函數(shù),難以積出,為工程上應(yīng)用方便起見,可以用近似計(jì)算方法來解決。

當(dāng)超橢圓截面指數(shù)n>20時(shí),超橢圓即變?yōu)榈箞A角的長(zhǎng)方形,其倒角半徑可近似地由下式來表示:

(3-31)

這樣與對(duì)應(yīng)的及就不難求得了,同理述,當(dāng),=-P,=a,=0，代入式(3-27)中,可得出計(jì)算圖上e的表達(dá)式:

(3-32)

同樣如圖形料管那樣,利用不等式可求得這種成型器交接曲線的最大高度的表達(dá)式:(3-33)第四節(jié)

縱封器的設(shè)計(jì)一、輥式縱封器的設(shè)計(jì)連續(xù)回轉(zhuǎn)的輥式縱封器如圖5.34所示,由縱封輥、加熱器、加熱線圈、固定與可調(diào)軸承等組成。

縱封輥的輥面寬為5~10毫米,輥面上開有直紋、斜紋或網(wǎng)紋等花紋,以適應(yīng)各種薄膜封合的需要,縱封輥采用的材料有銅鋼,40Cr鋼及金屬塑料等,縱封輥半徑由下式求算。

圖5.34輥式縱封器1-縱封輥,2-加熱線圈,3-軸承

(5-34)

式中:Q—包裝機(jī)生產(chǎn)能力(袋/分);

L—包裝袋袋長(zhǎng)尺寸(毫米);

ω—縱封輥回轉(zhuǎn)角速度。縱封輥所以能根據(jù)光電信號(hào)忽快、忽慢改變角速度,它由一套齒輪差動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的,常用圓柱式和圓錐式兩種齒輪差動(dòng)機(jī)構(gòu)。

由行星輪傳動(dòng)關(guān)系：(5-35)

亦即(5-36)

圖5.35侍服電機(jī)控制的圓柱齒輪差動(dòng)機(jī)構(gòu)

(5-37)由上式可見,輸出角速度ω2與兩個(gè)分別輸入差動(dòng)機(jī)構(gòu)的角速度ω1、ω3有關(guān),與太陽(yáng)輪及內(nèi)齒輪有關(guān),而與行星輪無(wú)關(guān)。在正常生產(chǎn)中,由分配軸輸入的角速度ω1不變,而伺服電機(jī)輸入的角速度ω0的方向是根據(jù)光電信號(hào)可改變的,由于光電信號(hào)控制司服電機(jī)正反轉(zhuǎn),因此輸出ω0絕對(duì)值不變。這樣ω3有三個(gè)值即:將ω3值分三種情況代入ω2的表達(dá)式得：(5-38)上式中(1)是在縱封輥牽引包裝材料時(shí),色標(biāo)滯后于規(guī)定時(shí)刻,需要差動(dòng)機(jī)構(gòu)比正常輸出角速度稍大的輸出時(shí)采用。此時(shí),兩個(gè)輸出差動(dòng)機(jī)構(gòu)的角速度ω1和ω3同向回轉(zhuǎn)。(2)是色標(biāo)按規(guī)定時(shí)刻到達(dá)光電頭,光電頭信號(hào)及時(shí)發(fā)訊,伺服電機(jī)停轉(zhuǎn),僅由分配軸來的ω1輸入差動(dòng)機(jī)構(gòu),而輸出差動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)縱封輥的是角速度正常值。式中(3)是色標(biāo)超前于規(guī)定時(shí)刻通過光電頭,需要差動(dòng)機(jī)構(gòu)比正常值偏小的角速度輸出時(shí)采用,這時(shí)ω1和ω3反向回轉(zhuǎn)。

差動(dòng)機(jī)構(gòu)由光電管的光電信號(hào)控制,使得輸出軸忽快忽慢地回轉(zhuǎn),帶動(dòng)縱封輥使?fàn)恳b的速度發(fā)生變化,保證了薄膜袋的正確封切位置,其糾正輸送材料長(zhǎng)度的值為：式中:R—縱封輥牽引包裝材料部分的半徑;—縱封輥角速度的變化量,它由差動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出而獲得,其值為(5-38)中(2)式分別與(1)、(3)的差的絕對(duì)值。△t—糾正偏差持續(xù)的時(shí)間(秒)。

(5-39)光電記號(hào)通過印刷標(biāo)記發(fā)訊,較容易做到,而所發(fā)訊號(hào)要鑒別是超前還是滯后才能控制伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn),才能獲得調(diào)整效果,圖5.36是鑒別訊號(hào)控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的光電定位裝置原理圖。

二、板式縱封器設(shè)計(jì)生產(chǎn)實(shí)踐中,經(jīng)常采用的板式縱封器的結(jié)構(gòu)形式如圖5.37所示,它由張緊塊、壓板、電熱絲等組成,并將油缸(或氣缸)產(chǎn)生的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)直接或通過扛桿原理,推動(dòng)板形熱封器壓向加料管,完成封合。板式縱封器的設(shè)計(jì)主要為熱封件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),調(diào)壓彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算及驅(qū)動(dòng)氣(或油)缸的設(shè)計(jì)計(jì)算。驅(qū)動(dòng)氣(或油)缸設(shè)計(jì)的,活塞的行程一般不大,缸徑的設(shè)計(jì)取用的壓縮空氣(或壓力油)的工作壓力和各種不同薄膜、不同厚度、不同熱封溫度經(jīng)計(jì)算確定,單位面積熱合壓力可在1~10kgf/cm的范圍內(nèi)根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定最佳值。熱封器與加料管一起縱封的加料管部位,嵌一條硅橡膠,使長(zhǎng)條封縫在長(zhǎng)度上封縫均勻,熱封器與加料管間的距離一般為12~15mm左右,為補(bǔ)償電熱絲受熱時(shí)伸長(zhǎng),在熱封器的一端或兩端應(yīng)設(shè)計(jì)有伸縮裝置。電熱絲受熱時(shí)伸長(zhǎng),在熱封器的一端或兩端應(yīng)設(shè)計(jì)有伸縮裝置。圖5.37板式縱封器1-縱封器,2-氣缸

第五節(jié)

橫封器的設(shè)計(jì)橫封器是將經(jīng)縱封器進(jìn)行縱向封合后筒狀的包裝材料,按照工藝要求的長(zhǎng)度規(guī)格進(jìn)行橫向封合

一、連續(xù)式橫封器工藝要求應(yīng)滿足:一是橫封器的熱封件與連續(xù)運(yùn)動(dòng)著的包裝料袋熱封瞬時(shí)應(yīng)有相同的線速度。這點(diǎn)若不能滿足,熱封時(shí)就可能造成封口部位起皺、拉伸過度,甚至斷裂；二是袋長(zhǎng)規(guī)格變化時(shí),橫封器熱封件回轉(zhuǎn)半徑不變下經(jīng)調(diào)節(jié)有關(guān)部位能得到所需熱封線速度。對(duì)此,要求橫封器在工作中用不等速回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng),袋裝機(jī)上常用偏心鏈輪及轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)作橫封不等速回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。

(一)偏心鏈輪機(jī)構(gòu)1.運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖5.39所示為該偏心鏈輪機(jī)構(gòu)的工作原理圖,分別為兩只鏈輪的回轉(zhuǎn)中心,兩回轉(zhuǎn)中心距離=g,鏈輪半徑,偏心輪的偏心距以等角速ω0作主動(dòng)回轉(zhuǎn),某瞬時(shí)轉(zhuǎn)角為θ,從動(dòng)鏈輪在鏈條帶動(dòng)下作不等速回轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)角用表示。主動(dòng)輪節(jié)圓上任一點(diǎn)A轉(zhuǎn)到與鏈條AB相切時(shí),則A點(diǎn)瞬時(shí)線速度為,其大小,方向垂直AO,AO為該瞬時(shí)A點(diǎn)的回轉(zhuǎn)半徑,中使鏈條向前運(yùn)動(dòng)的分速度為,其方向沿AB,其值為：

圖5.38偏心鏈輪不等速機(jī)構(gòu)1-滾花手輪,2-主動(dòng)鏈輪,3-套筒滾子鏈,4-從動(dòng)鏈輪,5-張緊鏈輪圖5.39偏心鏈輪機(jī)構(gòu)工作簡(jiǎn)圖(5-39)式中:ω0—主動(dòng)輪回轉(zhuǎn)角速度,調(diào)定后為一常數(shù)。－某瞬時(shí)主動(dòng)輪節(jié)圓上與鏈條相切點(diǎn)的回轉(zhuǎn)半徑,為瞬變值。

β－切點(diǎn)上線速度方向與該瞬時(shí)兩輪鏈條直線之間的夾角,也是瞬變值。

在△AO1O中,令A(yù)O=R,OO1=e,∠O1AO=β,應(yīng)用余弦定理可得：

(5-40)

又令∠O1OO2=α,而∠AOO2是直角,則仍在△AO1O中應(yīng)用余弦定理得:

(5-41)(5-42)在△OO1O2中,與α角的對(duì)邊為O1O2,令O1O2=g,連OO2,并令OO2=L,它∠OO1O2相對(duì),而∠OO1O2正是主動(dòng)鏈輪在該瞬時(shí)的轉(zhuǎn)角,應(yīng)用正弦定理得：(5-43)

在∠OO1O2中應(yīng)用余弦定理得：

(5-44)將L值代入得：

(5-45)

將此式代入AO式中：

(5-46)

則鏈條向前運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)分速度:

(5-47)在同一根鏈條上的同一方向,鏈條即不能伸長(zhǎng)又不能縮短,故：

而VB是從動(dòng)輪O2上與AB鏈條相切點(diǎn)B處的瞬時(shí)線速度,令O2輪在該瞬時(shí)的角速度ω,則

所以(5-48)(5-49)(5-50)則從動(dòng)輪O2某瞬時(shí)的角速度為:

(5-51)顯然,隨著主動(dòng)輪轉(zhuǎn)角θ的變化而變化的。從動(dòng)鏈輪角速度ω隨主動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)角變化的特性曲線如圖5.40所示。為求特性曲線的最高最低點(diǎn),只要對(duì)該曲線函數(shù)表達(dá)式(5-51)求極值使可得:

即當(dāng)主動(dòng)偏心輪以ω0勻角速回轉(zhuǎn)時(shí),該偏心鏈輪機(jī)構(gòu)的鏈輪按式(5-51)作非勻角速轉(zhuǎn)動(dòng)。在的表達(dá)式中可,AO及cosβ這兩個(gè)值是時(shí)刻改變著的,其值(5-52)(5-53)分別將θ1、θ2值代入式(3－51),可求得函數(shù)曲線的極大值與極小值。

(5-54)立式連續(xù)制袋式袋裝機(jī)上的橫封機(jī)構(gòu)正是利用從動(dòng)輪能有規(guī)律的快慢交替的輸出角速度的特性來滿足使用要求的。

圖5.40中,點(diǎn)θ1、θ2處是使從動(dòng)鏈輪具有極大、極小角速度時(shí)主動(dòng)輪的瞬時(shí)轉(zhuǎn)角,稱為速度極限角,由該圖看出θ1在0~π/2區(qū)間并靠近π/2,θ2在3π/2~2π之間并靠近3π/2。

圖5.40偏心鏈輪機(jī)構(gòu)θ-ω特性曲線

3.設(shè)計(jì)參數(shù)的取用由式(5-51)可知,偏心鏈輪不等速回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)輸出角速度的大小與偏心距e、鏈輪半徑R、兩輪軸中心距g各參數(shù)有關(guān),設(shè)計(jì)偏心鏈輪不等速機(jī)構(gòu)時(shí),e、R、g也是必須計(jì)算確定的重要參數(shù).

(1)偏心距e

將式(5-54)的等式兩邊分別同除以ω0后可得(5-55)

兩式左端為從動(dòng)輪與主動(dòng)輪的角速度之比,用字母i表示,

為區(qū)別這僅在極限角速度情況下的值,均分別加下角標(biāo),改寫成:(5-56)

對(duì)采用調(diào)節(jié)偏心距獲得熱封封口所需的瞬時(shí)角速度比imax、imin均是熱封封口的角速比,將上列兩式合并可寫成

(5-57)由式(5-57)不難看出,對(duì)某一具體的偏心鏈輪來說,R是定值,而e是可調(diào)的變量,隨e的改變會(huì)有相應(yīng)的不同IF值,且IF和e是線性函數(shù)關(guān)系,借用中間某些環(huán)節(jié),即可找出偏心距e與袋長(zhǎng)L間的對(duì)應(yīng)關(guān)系.立式連續(xù)制袋式袋裝機(jī)橫封機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)關(guān)系如圖5.42所示,圖中Z1=Z2,Z5=Z6,Z4=qZ3,其中q是橫封棍上熱封件的個(gè)數(shù),常用的為q=1~4之間,此不等速機(jī)構(gòu)輸入的角速度是,輸出的角速度為,橫封輥回轉(zhuǎn)角速度為,圖5.42橫封機(jī)構(gòu)傳動(dòng)關(guān)系

-顯然也作周期性變化,也可寫成

所以有,亦即制袋工藝要求熱封件在熱合瞬間與包裝料袋運(yùn)動(dòng)線速度相同,則有:式中:r-橫封輥上熱封件的回轉(zhuǎn)半徑,亦可寫成:

(5-58)

式(5-58)表示不同袋長(zhǎng)在熱合瞬間要求不等速機(jī)構(gòu)輸出角速度的大小.當(dāng)主動(dòng)鏈輪不偏心工作時(shí),這時(shí)的偏心距e=0,i=1偏心鏈輪機(jī)構(gòu)輸出的輸出的角速度亦即:由此式可得熱封件的回轉(zhuǎn)關(guān)系表達(dá)式

(5-59)

由式(5-61)可通過已給定袋長(zhǎng)規(guī)格范圍求得每一袋長(zhǎng)要求不等速回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將式(5-60)代入式(5-59)得

輸出角速度的值,將式(5-23)兩過同除以ω0可得:式(5-62)與式(5-57)聯(lián)立，就可求出各種袋長(zhǎng)下對(duì)應(yīng)的偏心距。

(5-61)(5-62)(5-60)(2)鏈輪半徑R

鏈輪R為節(jié)圓半徑,與選用的鏈節(jié)距t及所定的齒數(shù)Z有關(guān),齒數(shù)Z過多,R太大,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不緊湊,尤其本處主動(dòng)輪在偏心情況下工作,半徑越大,工作情況越不利,若Z過小，在鏈傳動(dòng)上也怕帶來傳動(dòng)的不均勻性,這里R過小,在設(shè)計(jì)安排偏心調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)上將會(huì)遇到麻煩,不得不從滿足制袋工藝要求與調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)置的可能性同時(shí)兼顧考慮。圖5.43所示是偏心鏈輪機(jī)構(gòu)制作最小袋長(zhǎng)L時(shí)偏心調(diào)節(jié)位置的情況,分配軸心O被調(diào)在偏心刻度的極端位置,回轉(zhuǎn)中心O與鏈輪中心O1間的偏心量OO1=emax.

從設(shè)置偏心調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的可能性考慮,

圖5.43偏心距調(diào)節(jié)裝置

工藝與結(jié)構(gòu)同時(shí)滿足要求有:

整理后得:式中:d--分配軸安裝偏心鏈輪處的軸徑大小;

n--與調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)置有關(guān)的尺寸,可取n=15~25毫米,從滿足制袋長(zhǎng)度工藝要求考慮.由式(5-57)變化成(5-63)(5-64)(5-65)(5-66)由式(5-62)可得:代入前式有:這里RJ僅是理論上計(jì)算出的鏈輪節(jié)圓半徑,而鏈輪分度圓的實(shí)際尺寸還要受鏈節(jié)距t及齒數(shù)的約束,即:最后實(shí)際取用的鏈輪半徑應(yīng)滿足

由此可見,只要知道應(yīng)滿足的袋長(zhǎng)范圍各種規(guī)格和安裝偏心鏈輪的分配軸結(jié)構(gòu)尺寸,就可通過式(5-68),(5-70)求算鏈輪的尺寸。

(5-67)(5-68)(5-69)(5-70)(3)兩輪回轉(zhuǎn)中心距g

兩輪回轉(zhuǎn)中心距g可由兩種方法來確定。①?gòu)慕Y(jié)構(gòu)上考慮來確定僅只要保證兩輪回轉(zhuǎn)時(shí)可靠地工作,則該機(jī)構(gòu)的最小中心距離(5-71)式中:Da—鏈輪頂圓直徑;

Δ—兩轉(zhuǎn)動(dòng)件不相碰的最小安全距離可取≥10毫米。②從運(yùn)動(dòng)特性考慮確定由式(5-54)可知,從動(dòng)鏈輪輸出的最大.最小角速度極值與中心距g值無(wú)關(guān),亦即變速范圍僅與鏈輪大小尺寸和偏心量有關(guān)。由式(5-51)看出,中心距g的大小對(duì)從動(dòng)輪輸出角速度ω的變化有關(guān)。由式(5-53)可見,g的大小影響不等速回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的速度極限角θ的取得。

考察以上幾組公式可得出結(jié)論:中心距的改變不影響不等速偏心鏈輪機(jī)構(gòu)輸出角速度極大、極小值的取得,而會(huì)影響取得極大、極小值的時(shí)刻。

若在式(5-51)中令e、R、ω為定值,取不同的g值代入,作出θ-ω曲線變化圖。如圖5.40所示,明顯可見發(fā)生的位置有了變化,當(dāng)g值由小變大時(shí),大小兩極點(diǎn)分別向π/2及3π/2逐漸靠攏,但總是θ1<π/2、θ2<3π/2,當(dāng)g值由大變小時(shí),兩極點(diǎn)分別離π/2、3π/2越來越遠(yuǎn),說明上升曲線越來越趨平緩,這對(duì)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性是不利的,故取中心距g值在結(jié)構(gòu)上不顯得龐大的前提下,取大些為好,一般推薦取用g=(5~7)R。圖5.44轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)1-導(dǎo)桿,2-曲柄

（二）轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)如圖5.44所示,BC桿長(zhǎng)為a,兩轉(zhuǎn)動(dòng)軸心A與B距離AB=e,且e<a,BC稱曲柄,AC部分為導(dǎo)桿,若兩桿間以任一者為主動(dòng)件勻角速回轉(zhuǎn),則另一桿作非勻速回轉(zhuǎn),但它們非勻速回轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律并不相同。1.曲柄為原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

以兩軸心連線AB為基準(zhǔn),曲柄BC在某瞬時(shí)的轉(zhuǎn)角為時(shí),相應(yīng)的導(dǎo)桿轉(zhuǎn)角為θ,在圖5.44中,由三角形ABC得與θ的關(guān)系為:所以有(5-72)(5-73)將上式對(duì)時(shí)間微分得:式中:—導(dǎo)桿角速度,用表示;—曲柄角速度,用表示。將ωA、ωB分別代入式(5-74)中整理后得:

將式(5-73),(5-75)聯(lián)立并消去θ后得:(5-74)(5-75)(5-76)圖5.45

若a、e、為定值,顯然當(dāng)ω=0°、180°時(shí),可分別達(dá)到最大值及最小值，即

上式可見，調(diào)整兩轉(zhuǎn)軸軸心AB間距離可以就改變不等速回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)輸出角速度的極大、極小值。當(dāng)e值由0→a時(shí),相應(yīng)的。的無(wú)窮大意味著它不能運(yùn)轉(zhuǎn),故必須e<a,由于從動(dòng)件導(dǎo)桿輸出的最小角速度只能在

(5-78)范圍內(nèi)變化,它只能適用于袋長(zhǎng)L的變化范圍Lmax/Lmin<2的情況。從導(dǎo)桿的角加速度為:當(dāng)時(shí),ε為最大值。

圖5.45表示了導(dǎo)桿的值的關(guān)系圖。從圖中可從圖中可見,，上升很快。2.導(dǎo)桿為原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律導(dǎo)桿以作勻角速回轉(zhuǎn),則曲柄軸以作不等速回轉(zhuǎn),將式(5-73),(5-75)聯(lián)立并消去后得:(5-79)

當(dāng)θ=0°,最小；θ=180°時(shí),最大,即

同理,當(dāng)e值由a→0時(shí),相應(yīng)的。可見值的調(diào)節(jié)范圍比以曲柄為主動(dòng)的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)大得多。將式(5-80)對(duì)時(shí)間微分,求得從動(dòng)曲柄的角加速度為:(5-81)(5-81)(5-80)顯然,當(dāng)θ=90°時(shí),為最大值。

圖5.45表示了值的關(guān)系圖。從圖中可見,的變化比較平緩，上升很快。3.應(yīng)用

由上述兩種情況分析可得出如下結(jié)論:

兩種情況的從動(dòng)件都作不等速回轉(zhuǎn),并且改變e/a值時(shí),從動(dòng)件的最小角速度都隨之改變,但是用導(dǎo)桿為原動(dòng)件時(shí),從動(dòng)件的最小角速度只能0~范圍內(nèi)調(diào)節(jié),若用曲柄為原動(dòng)件時(shí)，從動(dòng)件的最小角速度只能

(5-82)在/2~范圍內(nèi)調(diào)節(jié),故前者調(diào)節(jié)范圍大。從運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性看,若要求從動(dòng)件的最小角速度為原動(dòng)件角速度的2/3,兩種情況都能滿足,以導(dǎo)桿為原動(dòng)件,查圖5.45得e/a=1/3;,若用曲柄為原動(dòng)件,則,顯然后者情況的從動(dòng)件最大角加速度是前者的3.4倍。生產(chǎn)實(shí)踐中是以導(dǎo)桿作為原動(dòng)件,曲柄作為從動(dòng)件帶動(dòng)制袋式袋裝機(jī)橫封機(jī)構(gòu)的,如圖5.46所示.若用該不等速回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)應(yīng)用于臥式袋裝機(jī),橫封工藝過程示意圖如圖5.47所示,包裝袋在此被橫封(封口與封底)與切斷。熱封切斷件在P位置開始與包裝材料接觸后即進(jìn)行加熱并在Q位置進(jìn)一步實(shí)施加壓并切斷。

圖5.46轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)的橫封機(jī)構(gòu)1-主動(dòng)導(dǎo)桿2-曲柄3-鏈輪4-張緊鏈輪5-熱封頭及滾刀圖5.47橫封工藝過程示意圖

1-包裝袋筒,2-包裝物品,3,4-橫封輥刀

圖5.48轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的θ-ω曲線為了實(shí)現(xiàn)加熱及加壓切斷時(shí)包裝材料與熱封切斷件的同步要求,希望熱封切斷件與包裝材料接觸表面從P位置至Q位置的線速度的水平分量始終與包裝材料的運(yùn)動(dòng)速度相等.因此,熱封切斷件在P處的切向線速度應(yīng)大于在Q處的切向線速度,故熱封切斷件在此PQ區(qū)間作不等速回轉(zhuǎn)。另外,還要求熱封切斷件在Q處熱封切斷結(jié)束后以比Q處較快的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)離開,以不影響物件1的前進(jìn),可見熱封切斷在區(qū)間按臥式袋裝橫封工藝需要必須作不等速回轉(zhuǎn),并且在Q處角速度最小。轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)以導(dǎo)桿轉(zhuǎn)角θ為橫坐標(biāo),從動(dòng)曲柄輸出角速度ω為縱坐標(biāo)θ-ω曲線如圖5.48所示,該曲線的最低點(diǎn)專門用來適應(yīng)臥式袋裝機(jī)橫封切斷;如用在立式袋裝機(jī)上,則θ=0,及θ=180°處的最低,最高可適應(yīng)短袋及長(zhǎng)袋的熱封需要。袋長(zhǎng)規(guī)格變化是靠調(diào)節(jié)兩轉(zhuǎn)軸中心距離L來實(shí)現(xiàn)輸出角速度改變的機(jī)架上有標(biāo)尺,一定袋長(zhǎng)也對(duì)應(yīng)著某一刻度,袋長(zhǎng)與偏心距e間對(duì)應(yīng)關(guān)系由下式表示:式中:a-從動(dòng)曲柄的長(zhǎng)度，毫米；

L-袋長(zhǎng)尺寸，毫米；

-從轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)感機(jī)構(gòu)傳到熱封件轉(zhuǎn)軸間傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比；熱封切斷件回轉(zhuǎn)半徑由下式計(jì)算:R-熱封件回轉(zhuǎn)半徑，毫米。(三)橫封器結(jié)構(gòu)

圖5.50為立式連續(xù)式袋裝機(jī)上進(jìn)行橫封熱合的典型回轉(zhuǎn)輥形橫封器結(jié)構(gòu),每一只橫封輥上有對(duì)稱分布的兩只熱封件,熱件由電熱絲加熱并恒溫控制。熱封所需壓力由調(diào)節(jié)套通過壓縮彈簧進(jìn)行調(diào)節(jié).(5-84)(5-83)圖5.51為臥式連續(xù)制袋式袋裝機(jī)上用于橫封熱合并切斷的典型結(jié)構(gòu),每一只橫封輥上僅有一只熱封件,加熱與溫控形式與立式上用的幾乎一樣,通過手輪與壓縮彈簧調(diào)節(jié)熱封所需壓力。用螺栓調(diào)節(jié)上下刀間的間隙大小,用螺栓調(diào)節(jié)因物件厚薄尺寸影響橫封縫的上下位置橫封輥熱封件表面的花紋與所熱封包裝材料有關(guān),參見表5.2。

圖5.49轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)兩轉(zhuǎn)軸中心距e的結(jié)構(gòu)型式1-定位手柄,2-調(diào)節(jié)手輪,3-曲柄,4-導(dǎo)桿,5-輸入鏈輪,6-輸出鏈輪,7-機(jī)架圖5.50立式袋裝機(jī)連續(xù)橫封器結(jié)構(gòu)圖1-主動(dòng)齒輪,2-橫封輥,3-電熱管,4-加壓彈簧,5-機(jī)架,6-調(diào)節(jié)套筒,7-鎖緊螺母,8-支桿,9-滑環(huán),10-碳刷

圖5.55電熱絲脈沖加熱的橫封器1-電熱絲伸縮補(bǔ)償裝置,2-彈性伸縮裝置,3-冷風(fēng)噴嘴,4-絕緣片,5-熱封扁絲,6-聚四氟乙烯片,7-切割圓絲,8-排氣夾板圖5.56冷卻水冷卻橫封器1-夾板,2-熱封扁絲,3-切割圓絲,4-冷卻水孔,5-耐熱橡膠高頻加熱式橫封器如圖5.58所示,分左右兩只電極,可在兩只電極間通以高頻電流進(jìn)行加熱加壓封合,電極上、下各有一對(duì)彈簧夾具,以減少電極合攏時(shí)的剛性沖擊及對(duì)封縫的拉力,電極表面膠粘著環(huán)氧板,環(huán)氧板表面又粘著聚四氟乙烯織物作耐熱絕緣材料,這樣除防止薄膜粘上電極外,還可防止薄膜偶而被熱穿時(shí),高頻切刀與另一電極直接接觸而產(chǎn)生的打火現(xiàn)象。圖5.57熱板加熱式橫封器1-切刀,2-熱板,3-測(cè)溫元件,4-加熱元件,5-絕緣體圖5.58高頻加熱式橫封器1-彈性?shī)A板,2,4-封合電極,3-加熱切刀

第六節(jié)

料袋的切斷與牽引裝置一、切斷裝置

在制袋式袋裝機(jī)上,當(dāng)制成袋后或裝袋封口結(jié)束時(shí),應(yīng)用切斷刀將相互連接著的薄膜料袋分割成單個(gè)和包裝產(chǎn)品。切斷的方式有熱切和冷切等。可根據(jù)熱封的方法,包裝料袋在制袋過程中運(yùn)動(dòng)形式和切口的形式等要求選擇。1.熱切它是靠薄膜受熱熔化和施加一定壓力而使薄膜分開的一種方法。采用熱切的切斷機(jī)構(gòu)可與橫封機(jī)構(gòu)合在一起,在橫封同時(shí),進(jìn)行熱切斷。熱切中有高頻加熱刀,電熱絲熔斷及電加熱切刀等。其中高頻加熱刀用在間歇式袋裝機(jī)上,對(duì)聚氟乙烯薄膜袋進(jìn)行封口,同時(shí)完成切斷,實(shí)際是一只具有刃口的電極；電熱絲中間的一根1－2毫米左右直徑的圓電熱絲,根據(jù)需要可選擇斷續(xù)或連續(xù)通入脈沖電流,電熱絲與薄膜直接接觸使熔化的薄膜切斷；電加熱切刀是具有刃及熱量可使薄膜切斷。2.冷切及其機(jī)構(gòu)冷切是利用金屬刀刃的鋒利度使薄膜在橫截面上受剪切力而分開薄膜的料袋方法。(1)回轉(zhuǎn)刀回轉(zhuǎn)刀切斷機(jī)構(gòu)如圖5.59所示,由轉(zhuǎn)刀與固定組合而成,兩刀的形狀尺寸完全相同,僅安裝方向相反,回轉(zhuǎn)刀順料袋前進(jìn)方向作等速回轉(zhuǎn),每袋一周,動(dòng)刀與定刀間有微隙,保證無(wú)袋時(shí)不會(huì)打壞刀尖。有袋時(shí)順利分切。工作時(shí)。回轉(zhuǎn)刀刃與定刀刃間不是全線同時(shí)相遇的,而是在刀刃的的全長(zhǎng)上按1~2左右的傾角依次相遇的,這樣似剪刀一般,更有利于將薄膜分割開。刀的有效回轉(zhuǎn)半徑r可由下式確定式中:ω—刀軸回轉(zhuǎn)的角度;

V—縱封輥牽引包裝材料前進(jìn)的線速度。

(5-96)由此可見,回轉(zhuǎn)刀切斷包裝袋的速度應(yīng)大于薄膜前進(jìn)的速度。為保持切刀鋒利,兩刃間有微隙,這樣切斷薄膜袋時(shí),并不是靠?jī)砂呀饘俚度型陥D5.59輥刀式切斷裝置1-轉(zhuǎn)刀,2-定刀

圖5.60輥刀相位調(diào)節(jié)裝置1-輥刀,2-主軸,3-軸承,4-彈簧,5-鍵6-從動(dòng)齒輪,7-主動(dòng)齒輪

全相遇來完成的,而是靠活動(dòng)刀刃線速度大于薄膜袋運(yùn)動(dòng)速度,產(chǎn)生的擠與拉相結(jié)合將薄膜分割開。所以,刀的回轉(zhuǎn)線速度小于薄膜前進(jìn)速度是不行的,即使等于薄膜前進(jìn)的線速度的話，也是切而不斷。只有回轉(zhuǎn)刀比薄膜有較高的線速度,將薄膜剪切變形。強(qiáng)度大大削弱,然后使前一包裝袋趕快離開本體到拉斷作用。因該回轉(zhuǎn)刀切斷機(jī)構(gòu)不是與橫封機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在一起的,而切斷時(shí)必須切在橫封接縫正中,才能使薄膜袋外形美觀。因而切斷在機(jī)構(gòu)橫封器的下面,有一切斷刀與橫封器間的同步問題,解決同步問題就必須設(shè)計(jì)切斷機(jī)構(gòu)的相位調(diào)節(jié)裝置。相位調(diào)節(jié)裝置可通過調(diào)節(jié)兩齒輪的相對(duì)位置來實(shí)現(xiàn)。如圖5.59所示,帶動(dòng)回轉(zhuǎn)刀軸回轉(zhuǎn)的齒輪6的軸向固定靠彈簧4的推力,當(dāng)切斷刀工作不與橫封器同步時(shí),只要用手按圖示箭頭方向推動(dòng)齒輪6,則齒輪6沿軸7上的滑鍵5克服彈簧力,離開主動(dòng)齒輪,并根據(jù)滯后或超前的情況分別對(duì)齒輪6作逆或順時(shí)針回轉(zhuǎn)一定角度后再將齒輪6送回原處,與主動(dòng)輪8嚙合,即能滿足同步要求。(2)鍘刀(或剪刀)鍘刀或剪刀切斷機(jī)構(gòu)不能適應(yīng)連續(xù)制袋包袋機(jī)的切斷工作要求,只能用于間歇運(yùn)動(dòng)制袋充填包袋機(jī)上,在薄膜袋停止運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)進(jìn)行斷切工作。

圖5.61所示是一種鍘刀切斷機(jī)構(gòu),由氣缸1驅(qū)動(dòng)活動(dòng)刀架6可繞支點(diǎn)作擺動(dòng),活動(dòng)刀4用螺釘彈簧壓在刀架6上,與固定刀3為彈性接觸,活動(dòng)刀并由上,下兩個(gè)定位塊10限定上、下、左、右的串動(dòng)。固定刀用螺釘擰緊在固定刀架子上,刀架與機(jī)架相固定,活動(dòng)刀與固定刀之間的相對(duì)位置,靠活動(dòng)刀下的導(dǎo)向部分11保持不至發(fā)生咬刀而損壞刀具,薄膜袋8在彈簧金屬片的引導(dǎo)下,經(jīng)兩個(gè)刀口的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而被切斷。

圖5.61側(cè)刀式切斷裝置1-動(dòng)力氣缸2-定刀3-動(dòng)刀4-壓力彈簧5-引導(dǎo)板6-包裝料袋7-轉(zhuǎn)軸支承8-動(dòng)刀定位塊

這種鍘刀在臥式對(duì)折薄膜制袋包裝機(jī)上應(yīng)用較多,常用在制袋裝置以后,將連續(xù)的空袋一個(gè)個(gè)切斷分離,然后變由后面開袋充填機(jī)構(gòu)去完成充填等工藝過程。(3)鋸齒刀采用熱板加熱封口的間歇制袋式袋裝機(jī)上切斷方式,也有應(yīng)用鋸齒刀的。如圖5.62所示。鋸齒刀安裝在熱封件中間。相對(duì)應(yīng)的另一只橫封器中間是一邊凹槽,在板狀加熱