機電裝備第九章課件

第九章

裹包機械●

§9-1典型裹包機械●§9-2卷筒材料供送裝置●§9-3典型機構第九章●習題第九章裹包機械第九章裹包機械

裹包包裝是一種廣為應用的軟性包裝方式。其特點是采用撓性包裝材料，如紙、塑料薄膜和薄片、有壓痕的盒和箱的紙板等，通過折疊、扭結、纏繞、粘合、熱封、熱成型和熱收縮等裹包操作，使包裝材料全部或局部包覆被包裝物品。完成裹包操作的機器，稱為裹包機械。按裹包方式的不同，裹包機可分為：半裹包式裹包機（圖9.1（a））全裹包式裹包機纏繞式裹包機（圖9.1（f））拉伸裹包機（圖9.1（g））裹包機

貼體包裝機（圖9.1（h））收縮包裝機（圖9.1（i））折疊式裹包機（圖9.1（b））扭結式裹包機（圖9.1（c））接縫式裹包機（圖9.1（d））覆蓋式裹包機（圖9.1（e））§9.1典型裹包機械§9.1典型裹包機械一、折疊式裹包機

以卷煙小包玻璃紙裹包機為例（圖9.2），它的主要技術參數(shù)如下：生產率——80～140pcs/min。包裝物品——卷煙小包，長70.5～82mm、寬56.8～60mm、高22～23.5mm。包裝材料——卷筒防潮玻璃紙，寬105～116mm；卷筒撕拉帶，寬2.5mm；粘合劑，采用聚醋酸乙烯脂乳膠粘合撕拉帶和玻璃紙。裹包形式——雙端復折式，折疊處熱封，溫度為150～250°C。電動機——型號JO3—801，0.75kw。圖9.3是該機傳動簡圖二、接縫式裹包機接縫式裹包機又稱為臥式枕形包裝機。該機能連續(xù)操作、自動化水平高、通用性強、工作平穩(wěn)可靠、噪聲低、生產率高，并可在較大的尺寸范圍內對各種塊狀、片狀、環(huán)狀，甚至異形體進行單品種包裝和多品種組合包裝。現(xiàn)以ZB—801Ａ型接縫式裹包機為例，其主要技術參數(shù)為：生產能力２５～１５０pcs/min；包裝尺寸長８０～３２０mm、寬７０～１２０mm、高１０～４８mm；包裝材料為各種能熱封的薄膜，其最大寬度可達３８０mm；電動機功率：主電機０.７５kw，控制電機三臺，每臺２５ｗ；電熱功率２.９ｋｗ?！?.2卷筒材料供送裝置§9.2卷筒材料供送裝置現(xiàn)代裹包機采用卷筒包裝材料日趨增多，因為與預先裁好的平張材料相比，卷筒材料更適宜包裝機的連續(xù)化、高速化和自動化。卷筒材料的供送方式，有連續(xù)供送和間歇供送兩種。而按照切斷位置的要求，又有定長切斷和定位切斷之分。定長切斷只要切斷長度的誤差不要太大即可，它適用于沒有印刷圖案的（如玻璃紙、鋁箔等）或雖有圖案但不要定位的（如一般的糖果包裝商標紙）卷筒材料。定位切斷在卷筒材料上事先印刷精美圖案，要求在供送切斷過程中始終保持圖案完整，并使圖案與物品保持準確的相對位置。這就要求只能在指定的位置切斷，即定位切斷。一、連續(xù)供送定位切斷1．隨動補償式開機前(圖9-5)，要啟動交流伺服電機M1，讓卷帶上的商標圖案與鏈帶上的物品相互對位。然后啟動主電機大致調好料袋的封切位置。在此基礎上調整光電傳感器GM使之對準卷帶的某一色標。最后啟動交流伺服電機M3，將信號凸輪1T、2T轉至基準位置，如圖9.6中標注Ｚ的工作狀態(tài)，這樣就為正式開機做好必要的準備。連續(xù)供送定位切斷這里根據(jù)圖9.5、9.6和9.7進一步說明隨機補償?shù)娜齻€基本環(huán)節(jié)：（１）檢測放大環(huán)節(jié)

工作中，光電傳感器對快速連續(xù)運動著的卷帶色標進行檢測，每檢測一次都能輸出被放大了的瞬時電信號，以吸動繼電器１K及其常開觸點。（２）給定比較環(huán)節(jié)

通過信號凸輪1T、2T及其所控制的微動開關１ｘ、２ｘ輸出與上述檢測信號相呼應的給定信號，經比較可確定被調對象的偏差方向。如圖9.6(b)，當光電傳感器捕捉到某一色標而發(fā)出檢測信號時，由于1ｘ、2ｘ均斷開，這意味著卷帶色標與封切滾刀的相對運動關系大體符合要求，因此定位誤差為零或小于某一允許值而無需進行調節(jié)。但由于干涉因素的影響，往往會導致卷帶色標與滾刀的相對運動關系不夠協(xié)調。如當發(fā)出檢測信號時倘若給定信號出現(xiàn)了1ｘ閉合而2ｘ斷開的情況，如圖9.6（a）則表示卷帶上某一色標運行到封切位置是超前于滾刀，也稱滯后切斷。設此偏差方向為正，則控制系統(tǒng)對被調對象給予負的補償，使卷帶及時減速。反之，如圖9.6（c）稱超前切斷，此偏差則為負偏差，控制系統(tǒng)對被調對象給予正的補償，使卷帶及時增速。（3）調節(jié)執(zhí)行環(huán)節(jié)

通過控制回路輸出與偏差方向相呼應的控制信號，使伺服電機M1動作，并通過差動器C1及執(zhí)行部件對被調卷帶所積累的誤差加以自動補償。連續(xù)供送定位切斷綜上所述，隨即補償式自動定位切斷方法實質上是根據(jù)閉環(huán)控制系統(tǒng)“檢測偏差，糾正偏差”的自調原理而工作的。如此反復作用，使被調卷帶的切斷位置維持在規(guī)定的誤差范圍內，從而達到較高的定位切斷精度。因此，現(xiàn)代高速包裝機已廣泛使用這樣的自動控制系統(tǒng)。2．前進或后退補償式

圖9.8為包裝材料牽引裝置的又一典型實例，主要用于卷筒材料需定位切斷的場合。這里只介紹牽引裝置。在這一裝置中，離合器左右兩對齒輪的速比不相等。若在初始狀態(tài)，卷帶色標位于光電傳感器右邊，則離合器與右邊齒輪嚙合，這樣每切斷一張商標紙時，牽引輥４的輸紙長度均略大于包裝材料上的色標間距，此牽引余量主要用來補償卷帶的拉伸與打滑，當色標進入光電傳感器并有足夠大的信號時，控制回路（未畫出）導通，電磁８通電，使離合器與左邊齒輪嚙合，促使牽引輥４的輸紙速度降低，這樣卷帶色標逐漸右離光電傳感器直至初始狀態(tài)，而后進入下一個循環(huán)。二、間歇供送定位切斷卷筒材料間歇供送定位切斷，它的供送時間可依據(jù)需要靈活擬定，從而給供送物品和完成相關的裹包操作提供了較多的工作時間。此外，它能方便地實現(xiàn)無包裝物品不供送包裝材料。但是，間歇供送本身不利于提高包裝速度。§9.3典型機構4.直接補償式

圖9.12為直接補償式應用實例。牽引輥１每次牽引的可能達到的包裝材料的長度大于色標間距的長度（要求這兩者差值足以消除卷帶在牽引時的拉伸、打滑及色標間距的印刷誤差）。該機構的往復運動慣性較大，電磁鐵動作頻繁以致難以提高生產率，一般不超過40pcs/min?！?.3典型機構

一、卷帶供送驅動機構

卷帶的供送可分為連續(xù)式（不考慮供送誤差補償）和間歇式供送兩種。對于連續(xù)式供送，其原理及機構都較簡單，這里不再贅述。下面介紹無標卷帶瞬停供送定長切割的卷帶驅動機構——齒輪連桿組合機構。圖9.13所示為無標卷帶、瞬停供送、定長切割的隨動控制系統(tǒng)，可用于大直徑卷筒材料又無需定位切割的供送裝置中。其基本組成部分包括：卷筒材料支架１、脈動式無級變速器3、切刀10、卷材牽引輥８和齒輪連桿組合機構９等。下面著重就給定工藝條件分析解決齒輪連桿組合機構的尺寸綜合問題。卷帶供送驅動機構1.運動分析圖9.15為齒輪連桿組合機構簡圖。令曲柄AB=a、連桿BC=b、搖桿CD=c、固定桿AD=d，齒輪l、2、3的齒數(shù)分別為Z1、Z2、Z3，而節(jié)圓半徑分別用r1、r2、r3表示。主動齒輪1與四連桿機構ABCD的曲柄AB固連。曲柄（其長度可調）以勻速ω1沿逆時針方向轉動，α=ω1t。搖桿對機架的位置用β表示，從動齒輪3對機架的位置和角速度分別用φ和ω3表示。連桿與搖桿的夾角為γ。如圖中所示。可建立ω3與ω1的關系式（9.1）由等腰△P23CP12得∠CP23P12=90°－γ/２。由∠DP23P13利用正弦定理得（9.2）由曲柄搖桿機構ABCD可得卷帶供送驅動機構（9.3）（9.4）根據(jù)上式，可對幾個特定時刻做出判斷：α=0°、180°、360°、時，ω3=ω1；α=90°時，（9.5）

將以上四式聯(lián)立，便建立了ω3與ω1關系。實用中，為便于設計、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°時，可見，當ad＜rc時，ω3min＞0，從動齒輪作單方向非勻速轉動，轉向同ω1；當ad=rc時，ω3min=0，從動齒輪的運動同上，但有一個瞬時轉速為零；而ad＞rc時，ω3min＜0，從動齒輪有逆轉現(xiàn)象，即有兩個轉向的非勻速轉動，瞬時轉速為零的點有兩個。參見圖9-16，17參閱圖9.17，φ12為負值，在從動齒輪上表現(xiàn)為逆向轉動。但實際運轉中，因運動副如齒輪、鉸銷等存在間隙，再加上彈性變形等，從動齒輪的實際逆轉角度比計算值要小得多。只要參數(shù)選擇得當，使φ12值不致過大，從動齒輪便猶如停留一樣。這就表明，該機構能實現(xiàn)短暫停留。令、，由式（10.6）、(10.7)、(10.8)得(9.9)(9.10)進一步分析從動齒輪的運動，參閱圖9.17，理論上它在α=α01時開始逆轉，在α=α02時結束逆轉，逆轉角為φ12；然后又繼續(xù)正轉，但只有反向再轉過φ12后才回到開始逆轉時的位置，令此時的α為α3。α3值可以用式（9.8）反算得到。大量計算結果表明即可取（9.11）據(jù)此便可求算齒輪連桿機構輸出端的動停比（9.12）或（9.13）至此，對有關參數(shù)的選取概述如下：

（1）從動齒輪的動停比K為保證逆轉角不致過大，一般取K≥4，即α12≤50°。（2）從動齒輪的逆轉角φ12（計算值），K值增大，值減小。（3）齒輪的齒數(shù)通常取Z1=Z3（r1=r3）。這樣，Z1/Z2值愈小，則α01、值都明顯增大。但兩者相差過大，將會給布局、結構緊湊和運動穩(wěn)定性帶來一些不利影響，因為這會使中間齒輪增大，通常取Z1/Z2之值為0.5～1。齒輪的模數(shù)和齒數(shù)則依據(jù)結構條件而定。（4）曲柄搖桿機構中各桿長度。a、d則應根據(jù)K值及四桿機構傳動條件而定。二、封袋及切斷裝置二、封袋及切斷裝置1.封口方式充填機封口裝置利用包裝袋封口部位的塑料材料具有熱塑性能，進行加熱加壓使袋形成氣密性的封口，故常稱為熱封。常用的熱封方法有熱板式、脈沖式、高頻式、超聲波式等，往往對于不同包裝材料、不同封縫部位和運動形式，采用不同的熱封方法。

1)熱板熱封

常用電熱絲、電熱管、真空熱管對板形、棒形、帶形和輥形熱封頭恒溫加熱，然后引向封口部位，對塑料包裝材料壓合封接。這種熱封方法的加熱時間就是加壓的時間，因而對那些受熱易收縮變形分解的薄膜材料不太適用。圖9-182）脈沖熱封如圖9.19所示，將鎳鉻電熱絲直接作為加熱元件與包裝材料接觸加壓，并瞬時通以低電壓大電流，隨后在繼續(xù)加壓情況下冷卻，然后釋放。所得封口縫，因不過熱又有冷卻定形過程，故強度較高，外觀質量也較好。加壓狀態(tài)下的冷卻是本方法的特色之一，可對封縫起到定形固化的作用。冷卻方式有自然冷卻與強制冷卻。強制冷卻一般為吹壓縮空氣或封頭內通循環(huán)冷卻水。強制冷卻的封縫強度大，效果好。封袋及切斷裝置熱封除根據(jù)包裝材料不同和料袋運動狀態(tài)不同選擇不同方法外，為保證封口質量，熱封參數(shù)（溫度、時間、壓力）的采用也至關重要。

熱封溫度：熱封溫度過低，封口部位塑料薄膜不能全部熔融。即使壓合，所得封縫強度也較低；熱封溫度太高，薄膜過熱易產生變形，嚴重的將會燙穿。因而熱封溫度必須隨各種薄膜的不同來調節(jié)。

熱封時間：在一定壓力下，熱封時間與熱封溫度的對應關系為：溫度升高，所需加熱時間可相應縮短。加熱時間變短，有利于薄膜少受熱變形，也有利于提高生產率。

熱封壓力：熱封的同時施以壓力可以增加封接處的粘合強度，但壓力過大將與愿望相反，會造成接縫處薄膜變薄，強度削弱。高溫高壓下封合時，加熱加壓時間可短些，以提高生產率。綜上所述，充填機的封口質量受熱封的溫度、壓力、時間三大要素所影響，而且三者之間又是相互制約的，人們可通過科學實驗選擇適當?shù)臒岱鈪?shù)，以保證封縫的質量。因而熱封裝置上必須具有測量、控制、調節(jié)、顯示以上三要素的設施。2.縱封器縱封器是袋子成型一充填一封口機完成三邊、四邊封縫袋制作中必須具有的裝置。為適應連續(xù)或間歇運動制袋成型的需要，兩者在運動形式與結構上都有較大差異?？v封器1）輥形縱封器輥形縱封器如圖9.22所示，由縱封輥、加熱器、加熱線圈、固定與可調軸承等組成。加熱線圈發(fā)出的熱量靠輻射傳遞給縱封輥?？v封輥輥面寬為5～10mm，輥面上開有直紋、斜紋或網紋等花紋，以適應各種不同包裝材料的需要?？v封輥本體材料常為45鋼、40Cr鋼等，與包裝材料直接接觸的輥面要求較高，常采用“金屬塑料”，或外圈噴涂一層很薄的聚四氯乙烯材料，以防止加熱加加壓過程中與包裝材料發(fā)生粘連。2）板狀縱封器板狀縱封器結構及所要實現(xiàn)的運動都較為簡單，常用的結構形式如圖（9.23）3.橫封器3.橫封器橫封器用于各類充填機包裝袋子的底、口的封合，因充填機有連續(xù)與間歇運動之分，兩者所用橫封器往往在熱封方法、結構、運動要求諸方面都有較大差異。

1）連續(xù)式橫封器圖9.24所示為立式連續(xù)充填機用橫封器結構。問題：

A.橫封時兩橫封刀口的間隙如何調整。B.熱封壓力如何調整。

圖9.25所示為臥式連續(xù)充填機用橫封器結構。問題：

A.橫封時兩橫封刀口的間隙如何調整。B.熱封壓力如何調整。C.如何實現(xiàn)對不同厚度物品的包裝。2）間歇式橫封器（略）4.橫封器驅動機構這里僅介紹連續(xù)式橫封器驅動機構，根據(jù)橫封工藝要求，橫封器應采用非勻速回轉，其驅動機構則為不等速運動機構。下面介紹通常采用的偏心鏈輪驅動機構和轉動導桿驅動機構。偏心鏈輪機構將式（9.17）、（9.18）、（9.19）代入式（9.16），經整理得(9.20）由圖可知，，設從動輪的角速度為ω，則有故得

（9.21）（9.22）將θ1、θ2代入式（9.8）得（9.23）

上式表明，當主動偏心鏈輪以等角速度ω0回轉時，則從動鏈輪作變角速度轉動。圖9.28表示了偏心鏈輪機構輸出運動的特性曲線。由圖可知ω的極值所對應的θ值為問題：

a.如何實現(xiàn)與包裝材料的不同供送速度的諧調（考慮e和橫封時的θ值）b.調整時如何操作

轉動導桿機構

2）轉動導桿機構橫封袋筒同樣可采用轉動導桿機構來實現(xiàn)，如圖9.30所示。設曲柄BC＝ａ，它同轉動導桿AC的軸心距AB＝e，可調，且e＜a。此兩桿中的任一桿都可作主動件繞定軸作勻速回轉，從而使另一桿作非勻速回轉，但它們輸出的運動規(guī)律并不相同，現(xiàn)分述如下．(1)曲柄為原動件以兩軸心連線AB為基準，某瞬時曲柄的轉角為，相應的導桿轉角為θ，在△ABC中，可求與θ的轉角關系。由或寫成(9.24)以時間t為自變量，對上式求導得(9.25)即(9.26)轉動導桿機構聯(lián)立式(9.24)、(9.26)，消去θ得(9.27)

從上式可見，e的取值范圍為0≤e＜a。當e由0→a時，(ωA)min由ωB→，(ωA)max由ωB→∞。

當a、e、ωB為定值，＝０、180°時，ωA分別達到最小值和最大值，即(9.28)

視t為自變量對式(10.27)求導，得從動導桿的角加速度(9.29)

圖9.31表示了導桿/ωB、值與e/a值的關系曲線。圖中可見，若（e/a）＞0.6，上升得很快。（2）導桿為原動件

與前述相反，導桿以ωA作勻角速回轉，而曲柄則以ωB作不等速回轉。將式(9.24)和(9.26)聯(lián)立并消去得轉動導桿機構綜上所述，得出以下結論：

1）轉動導桿機構從動件都作不等速回轉。從角速度的調節(jié)范圍看，調整（e/a）值時，其最小角速度均隨之改變。當導桿作原動