縱橫封及牽引切斷裝置

由上式看出,縱封輥半徑R與生產(chǎn)率Q和縱封輥角速度ω及袋長L有關(guān)。正常生產(chǎn)中R及L不變,則生產(chǎn)率的變化由縱封輥角速度起作用,要提高生產(chǎn)率就得加大縱封輥角速度；在一定的封輥半徑及生產(chǎn)率Q情況下,袋長L與角速度ω成正比,這類制袋式包裝機一般能進行多規(guī)格生產(chǎn),若袋長改變時,相應(yīng)的變換縱封輥輸出角速度ω,而不去改變縱封輥的半徑,生產(chǎn)中用搭配齒輪的辦法變更由分配軸輸出到縱封輥的角速度,此種改變袋長規(guī)格的調(diào)節(jié)為粗調(diào)節(jié)。

即然縱封器又起輸送包裝材料的作用,包裝材料是按光電色標(biāo)位置分切的,分切正確與否,由光電發(fā)訊使縱封器在連續(xù)回轉(zhuǎn)中作微量的角速度

(5-34)

式中:Q—包裝機生產(chǎn)能力(袋/分);

L—包裝袋袋長尺寸(毫米);

ω—縱封輥回轉(zhuǎn)角速度。變化來達到的,即亦是微量改變袋長Ｌ,所以與前述相比,角速度改變?yōu)槲⒄{(diào)節(jié)。圖5.34輥式縱封器1-縱封輥,2-加熱線圈,3-軸承

圖5.35侍服電機控制的圓柱齒輪差動機構(gòu)

縱封輥所以能根據(jù)光電信號忽快、忽慢改變角速度,它由一套齒輪差動機構(gòu)來實現(xiàn)的,常用圓柱式和圓錐式兩種齒輪差動機構(gòu)。

如圖5.35所示是圓柱齒輪差動機構(gòu)的示意圖。設(shè)由分配軸通過齒輪傳入差動機構(gòu)的角速度為ω1,與軸固聯(lián)的太陽輪齒數(shù)為Z1,三個行星齒輪的齒輪數(shù)為Z2,與行星齒輪內(nèi)嚙合的內(nèi)齒輪齒數(shù)Z3,內(nèi)齒輪又能被蝸輪所帶動作正反轉(zhuǎn)動,蝸桿受伺服電機驅(qū)動,蝸桿頭數(shù)為Z0,角速度為ω0與內(nèi)齒輪Z3固聯(lián)的蝸輪的齒數(shù)為Z'3,蝸輪角速度ω3,與三只行星輪軸相固聯(lián)的輸出輪對外輸出角速度為ω2。

由行星輪傳動關(guān)系：

(5-35)

亦即

(5-36)

整理后得機構(gòu)輸出角速度值:

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

差動機構(gòu)由光電管的光電信號控制,使得輸出軸忽快忽慢地回轉(zhuǎn),帶動縱封輥使?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,它由差動機構(gòu)輸出而獲得,其值為(5-38)中(2)式分別與(1)、(3)的差的絕對值?！鱰—糾正偏差持續(xù)的時間(秒)。

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

運動主電機9經(jīng)減速器10降速后分三路輸出：通過不等速機構(gòu)11傳給縱封牽引輥14,并由伺服電機8作補償性運動實現(xiàn)塑料袋縱封和輸送；通過分配軸使超前與滯后同步凸輪4,5旋轉(zhuǎn),控制伺服電機8正、反轉(zhuǎn)。

在正常情況下,當(dāng)橫封和切斷器12接觸包裝材料的瞬間,商標(biāo)圖案的定位印刷標(biāo)記正好通過光電裝置15,遮斷光線,光電管發(fā)出記號,使光電繼電器2的常開觸頭閉合,但在通往伺服電機的控制線路中裝有微動開關(guān)3、6,其時,控制微動開關(guān)的兩個同步凸輪4、5不產(chǎn)生推動作用,因而光電訊號送不到中間繼電器7,可逆電機10不轉(zhuǎn)。

當(dāng)橫封器12在熱封與切斷被包裝材料之后,連續(xù)輸送的包裝材料上的印刷標(biāo)記才算通過光電裝置15,同樣,發(fā)出訊號,其時滯后同步凸輪4推動微動開關(guān)3,光電記號經(jīng)過光電繼電器2,微動開關(guān)3和中間繼電器7帶動可逆電機8正轉(zhuǎn),將旋轉(zhuǎn)運動傳到差動機構(gòu),加速縱封牽引輥14送進速度。使印刷標(biāo)記隨著包裝材料的快進而逐步前移,糾正定位印刷標(biāo)記的滯后現(xiàn)象,當(dāng)印刷標(biāo)記超前時,原理相同,超前同步凸輪5作用,糾正定位印刷標(biāo)記的超前現(xiàn)象,這樣只要定位印刷標(biāo)記稍有超前或滯后,光電定位裝置即進行調(diào)整,保證被包裝對象的熱封和切斷在預(yù)定的允許部位進行。在光電發(fā)訊到電機正、反轉(zhuǎn)的線路中,除用光電和中間繼電器的控制方法外,還可采用電壓放大器和可控硅放大控制正、反轉(zhuǎn)離合器來實現(xiàn),這時可采用微型電機作原動力。

二、板式縱封器設(shè)計生產(chǎn)實踐中,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)直線運動直接或通過扛桿原理,推動板形熱封器壓向加料管,完成封合。板式縱封器的設(shè)計主要為熱封件的結(jié)構(gòu)設(shè)計,調(diào)壓彈簧的設(shè)計計算及驅(qū)動氣(或油)缸的設(shè)計計算。驅(qū)動氣(或油)缸設(shè)計的,活塞的行程一般不大,缸徑的設(shè)計取用的壓縮空氣(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)實驗確定最佳值。熱封器與加料管一起縱封的加料管部位,嵌一條硅橡膠,使長條封縫在長度上封縫均勻,熱封器與加料管間的距離一般為12~15mm左右,為補償電熱絲受熱時伸長,在熱封器的一端或兩端應(yīng)設(shè)計有伸縮裝置。電熱絲受熱時伸長,在熱封器的一端或兩端應(yīng)設(shè)計有伸縮裝置。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)計橫封器是將經(jīng)縱封器進行縱向封合后筒狀的包裝材料,按照工藝要求的長度規(guī)格進行橫向封合,按照橫封器工作的運動形式,可分為連續(xù)運動和間歇運動兩種形式。

一、連續(xù)式橫封器

因塑料袋裝機有連續(xù)或間歇運動之分,故橫封器在機能、運動形式、實現(xiàn)運動的機構(gòu)及橫封的結(jié)構(gòu)方面往往有較大差異,即使是連續(xù)式橫封器,若該機僅只需完成單一規(guī)格袋的,一般較簡單,如要適用多規(guī)格可調(diào)的袋裝機就較為復(fù)雜。

應(yīng)用于連續(xù)制袋式袋裝機上的橫封機構(gòu)有如下一些工藝要求應(yīng)滿足,一是橫封器的熱封件與連續(xù)運動著的包裝料袋熱封瞬時應(yīng)有相同的線速度。這點若不能滿足,熱封時就可能造成封口部位起皺、拉伸過度,甚至斷裂；二是袋長規(guī)格變化時,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。對此,要求橫封器在工作中用不等速回轉(zhuǎn)機構(gòu)帶動,袋裝機上常用偏心鏈輪及轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)作橫封不等速回轉(zhuǎn)機構(gòu)。

(一)偏心鏈輪機構(gòu)

圖5.38是能夠滿足前述工藝要求的偏心鏈輪不等速回轉(zhuǎn)機構(gòu),該機構(gòu)由兩只齒數(shù)相等的鏈輪,一個張緊輪和鏈條等組成,其中一只鏈輪的回轉(zhuǎn)中心在鏈輪內(nèi)可以變化,由分配軸帶動作勻角速回轉(zhuǎn),另一只則是繞固定軸回轉(zhuǎn)的從動鏈輪,該輪作變角速回轉(zhuǎn),并通過中間傳動裝置可帶動橫封器的熱封器的熱封件作不等速回轉(zhuǎn)。

1.運動規(guī)律圖5.39所示為該偏心鏈輪機構(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作主動回轉(zhuǎn),某瞬時轉(zhuǎn)角為θ,從動鏈輪在鏈條帶動下作不等速回轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)角用表示。主動輪節(jié)圓上任一點A轉(zhuǎn)到與鏈條AB相切時,則A點瞬時線速度為,其大小,方向垂直AO,AO為該瞬時A點的回轉(zhuǎn)半徑,中使鏈條向前運動的分速度為,其方向沿AB,其值為：

圖5.38偏心鏈輪不等速機構(gòu)1-滾花手輪,2-主動鏈輪,3-套筒滾子鏈,4-從動鏈輪,5-張緊鏈輪圖5.39偏心鏈輪機構(gòu)工作簡圖(5-39)式中:ω0—主動輪回轉(zhuǎn)角速度,調(diào)定后為一常數(shù)。

－某瞬時主動輪節(jié)圓上與鏈條相切點的回轉(zhuǎn)半徑,為瞬變值。

β－切點上線速度方向與該瞬時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角的對邊為O1O2,令O1O2=g,連OO2,并令OO2=L,它∠OO1O2相對,而∠OO1O2正是主動鏈輪在該瞬時的轉(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)

則鏈條向前運動的瞬時分速度:

(5-47)在同一根鏈條上的同一方向,鏈條即不能伸長又不能縮短,故：

而VB是從動輪O2上與AB鏈條相切點B處的瞬時線速度,令O2輪在該瞬時的角速度ω,則

所以(5-48)(5-49)(5-50)則從動輪O2某瞬時的角速度為:

(5-51)顯然,隨著主動輪轉(zhuǎn)角θ的變化而變化的。

從動鏈輪角速度ω隨主動鏈輪轉(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,只要對該曲線函數(shù)表達式(5-51)求極值使可得:

即當(dāng)主動偏心輪以ω0勻角速回轉(zhuǎn)時,該偏心鏈輪機構(gòu)的鏈輪按式(5-51)作非勻角速轉(zhuǎn)動。

在的表達式中可,AO及cosβ這兩個值是時刻改變著的,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)制袋式袋裝機上的橫封機構(gòu)正是利用從動輪能有規(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θ1、θ2處是使從動鏈輪具有極大、極小角速度時主動輪的瞬時轉(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偏心鏈輪機構(gòu)θ-ω特性曲線

2.應(yīng)用

根據(jù)不同袋長需要,輸出滿足工藝要求的角速度帶動橫封器,是設(shè)計偏心鏈輪機構(gòu)時必須考慮的可調(diào)問題,欲得到所需的角速度,在實際應(yīng)用中有兩個不同的途徑：一為直接調(diào)節(jié)選用熱合瞬時角,二為調(diào)解主動鏈輪上的偏心距。

調(diào)節(jié)選用熱合瞬時的θ角,即是利用式(3－51)或圖5.40特性曲線,使其中偏心距e、鏈輪半徑R及兩輪回轉(zhuǎn)中心距g不變的條件下,根據(jù)輸出的角速度ω,找到相應(yīng)的主動輪瞬時轉(zhuǎn)角θ,在該瞬時使橫封器的熱封件與料袋上的光電色標(biāo)處在封合狀態(tài)。由此可見,當(dāng)袋長變化時應(yīng)先打開不等速回轉(zhuǎn)機構(gòu)從動輪到橫封器轉(zhuǎn)軸間的傳動鏈。待偏心輪上OO1連線與兩回轉(zhuǎn)中心連線O1O2調(diào)到應(yīng)有的θ夾角時,讓橫封器的熱封件相嚙合,再合上暫時打開了的傳動鏈,橫封傳動時開時合,且找準(zhǔn)θ夾角也十分麻煩,一般采用甚少。

調(diào)節(jié)主動鏈輪的偏心距同樣亦可達到改變輸出角速度滿足熱封的需要,圖5.41所示為調(diào)節(jié)偏心距e時,不等速回轉(zhuǎn)機構(gòu)特性曲線的變化的情況。

這種方法是利用特性曲線的兩個極值點作為專門的熱封點,偏心距的改變可使輸出的極大角速度在到間改變,同樣也可使極小角速度在到間改變,與此同時,速度極限角θ1、θ2分別有向π/2、3π/2靠攏的微小變化,袋裝機在規(guī)定的袋長范圍內(nèi),其中偏小規(guī)格利用ωmin的極點進行熱合,偏大規(guī)格利用ωmax這一極點輸出角速度進行熱合。這樣,若將經(jīng)換算后袋長值刻在相應(yīng)的偏心距的標(biāo)尺上,只要調(diào)節(jié)偏心距到預(yù)定的袋長刻度上并加以固定,就能立即5.41偏心距變化對輸出特性曲線的影響使用,因此本方法調(diào)整方便,得到廣泛應(yīng)用。

3.設(shè)計參數(shù)的取用由式(5-51)可知,偏心鏈輪不等速回轉(zhuǎn)機構(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)計偏心鏈輪不等速機構(gòu)時,e、R、g也是必須計算確定的重要參數(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)

兩式左端為從動輪與主動輪的角速度之比,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)

對采用調(diào)節(jié)偏心距獲得熱封封口所需的瞬時角速度比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L間的對應(yīng)關(guān)系.

立式連續(xù)制袋式袋裝機橫封機構(gòu)的傳動關(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數(shù),常用的為q=1~4之間,此不等速機構(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橫封機構(gòu)傳動關(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動線速度相同,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)表示不同袋長在熱合瞬間要求不等速機構(gòu)輸出角速度的大小.

當(dāng)主動鏈輪不偏心工作時,這時的偏心距e=0,i=1偏心鏈輪機構(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)系表達式

(5-59)

由式(5-61)可通過已給定袋長規(guī)格范圍求得每一袋長要求不等速回轉(zhuǎn)機構(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，就可求出各種袋長下對應(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，在鏈傳動上也怕帶來傳動的不均勻性,這里R過小,在設(shè)計安排偏心調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)上將會遇到麻煩,不得不從滿足制袋工藝要求與調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)置的可能性同時兼顧考慮。

圖5.43所示是偏心鏈輪機構(gòu)制作最小袋長L時偏心調(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僅是理論上計算出的鏈輪節(jié)圓半徑,而鏈輪分度圓的實際尺寸還要受鏈節(jié)距t及齒數(shù)的約束,即:最后實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從結(jié)構(gòu)上考慮來確定

僅只要保證兩輪回轉(zhuǎn)時可靠地工作,則該機構(gòu)的最小中心距離(5-71)式中:Da—鏈輪頂圓直徑;

Δ—兩轉(zhuǎn)動件不相碰的最小安全距離可取≥10毫米。②從運動特性考慮確定

由式(5-54)可知,從動鏈輪輸出的最大.最小角速度極值與中心距g值無關(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的大小對從動輪輸出角速度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構(gòu)輸出角速度極大、極小值的取得,而會影響取得極大、極小值的時刻。

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,大小兩極點分別向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,兩極點分別離π/2、3π/2越來越遠,說明上升曲線越來越趨平緩,這對運圖5.44轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)1-導(dǎo)桿,2-曲柄

動平穩(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。

（二）轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)

轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)如圖5.44所示,BC桿長為a,兩轉(zhuǎn)動軸心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)的運動規(guī)律并不相同。1.曲柄為原動件的運動規(guī)律

以兩軸心連線AB為基準(zhǔn),曲柄BC在某瞬時的轉(zhuǎn)角為時,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)將上式對時間微分得: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,可分別達到最大值及最小值，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)機構(gòu)輸出角速度的極大、極小值。當(dāng)e值由0→a時,相應(yīng)的。的無窮大意味著它不能運轉(zhuǎn),故必須e<a,由于從動件導(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,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)桿為原動件的運動規(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??；θ=180°時,最大,即

同理,當(dāng)e值由a→0時,相應(yīng)的?？梢娭档恼{(diào)節(jié)范圍比以曲柄為主動的導(dǎo)桿機構(gòu)大得多。將式(5-80)對時間微分,求得從動曲柄的角加速度為:(5-81)(5-81)(5-80)顯然,當(dāng)θ=90°時,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:

兩種情況的從動件都作不等速回轉(zhuǎn),并且改變e/a值時,從動件的最小角速度都隨之改變,但是用導(dǎo)桿為原動件時,從動件的最小角速度只能0~范圍內(nèi)調(diào)節(jié),若用曲柄為原動件時，從動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。從運動平穩(wěn)性看,若要求從動件的最小角速度為原動件角速度的2/3,兩種情況都能滿足,以導(dǎo)桿為原動件,查圖5.45得e/a=1/3;,若用曲柄為原動件,則,顯然后者情況的從動件最大角加速度是前者的3.4倍。

生產(chǎn)實踐中是以導(dǎo)桿作為原動件,曲柄作為從動件帶動制袋式袋裝機橫封機構(gòu)的,如圖5.46所示.若用該不等速回轉(zhuǎn)機構(gòu)應(yīng)用于臥式袋裝機,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行加熱并在Q位置進一步實施加壓并切斷。

圖5.46轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)帶動的橫封機構(gòu)1-主動導(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)動導(dǎo)桿機構(gòu)的θ-ω曲線為了實現(xiàn)加熱及加壓切斷時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動速度相等.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)動離開,以不影響物件1的前進,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)動導(dǎo)桿機構(gòu)以導(dǎo)桿轉(zhuǎn)角θ為橫坐標(biāo),從動曲柄輸出角速度ω為縱坐標(biāo)θ-ω曲線如圖5.48所示,該曲線的最低點專門用來適應(yīng)臥式袋裝機橫封切斷;如用在立式袋裝機上,則θ=0,及θ=180°處的最低,最高可適應(yīng)短袋及長袋的熱封需要。

袋長規(guī)格變化是靠調(diào)節(jié)兩轉(zhuǎn)軸中心距離L來實現(xiàn)輸出角速度改變的機架上有標(biāo)尺,一定袋長也對應(yīng)著某一刻度,袋長與偏心距e間對應(yīng)關(guān)系由下式表示:式中:a-從動曲柄的長度，毫米；

L-袋長尺寸，毫米；

-從轉(zhuǎn)動導(dǎo)感機構(gòu)傳到熱封件轉(zhuǎn)軸間傳動裝置傳動比；

熱封切斷件回轉(zhuǎn)半徑由下式計算: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)式袋裝機上進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)套通過壓縮彈簧進行調(diào)節(jié).(5-84)(5-83)圖5.51為臥式連續(xù)制袋式袋裝機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)動導(dǎo)桿機構(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-機架二、間歇式橫封器

立式間歇制袋式袋裝機橫封機構(gòu)按功能和運動形式可分為兩類,一類只作封口用,即只有間歇的往復(fù)運動;另一類除作封口熱合外,還牽引料袋由上而下地移動,故往往作開合與上下運動合在一起的復(fù)合運動,顯然后者結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。圖5.51中(a)所示是氣缸(或油缸)1,3、在同一水平面內(nèi)做往復(fù)直線運動帶動橫封器合攏及離開,從而完成橫封工序,氣缸(油圖5.50立式袋裝機連續(xù)橫封器結(jié)構(gòu)圖1-主動齒輪,2-橫封輥,3-電熱管,4-加壓彈簧,5-機架,6-調(diào)節(jié)套筒,7-鎖緊螺母,8-支桿,9-滑環(huán),10-碳刷缸)1,3、在同一水平面內(nèi)做往復(fù)直線運動帶動橫封器合攏及離開,從而完成橫封工序,氣缸(油缸)3帶動整個橫封裝置及氣缸(或油缸)作上、下往復(fù)運動,將橫封器夾持著的薄膜筒向下拉出一個袋的長度。

圖5.51間歇式橫封機構(gòu)工作示意圖圖5.51(b)所示只是用一只氣缸(或油缸)帶動橫封器運動,因橫封兩部分是同時動作的,使用一只氣缸則通過支點及扛桿的作用使橫封器兩部分合攏及離開,上下拉薄膜運動與(a)相似。

圖5.51(c)所示,帶動橫封器作開合熱封的氣缸只是一只,原理與(b)相似,但上下拉膜運動不是用氣缸來實現(xiàn)的,而是由電動機經(jīng)變速后,驅(qū)動曲柄連桿機構(gòu)來帶動橫封器作上下往復(fù)直線運動,回轉(zhuǎn)曲柄的長度可以根據(jù)需要進行調(diào)節(jié),從而改變拉膜的長度。

圖5.51(d)所示與圖(c)有許多相似之處,橫封動作靠氣缸與杠桿滑塊機構(gòu)來完成。拉膜的動作是由一套六桿機構(gòu)來完成的,六桿機構(gòu)是由電機通過變速后驅(qū)動曲柄作原動件的,在這種六桿機構(gòu)作用下,橫封器不作上、下直線運動而是一圓弧擺動。

從以上可以看出間歇式橫封機構(gòu)的運動形式是多種多樣的,結(jié)構(gòu)也有簡單、復(fù)雜,各有利弊,選型時要給予適當(dāng)考慮。如(a)中結(jié)構(gòu)及動作簡單,但橫封時要求兩只氣缸動作配合好,這是氣液壓較難達到的,最好能避免使用。圖(b)、(c)、(d)中就避免了上述問題,用一只氣缸使橫封器兩部分同時分開和合攏,但也造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜。圖(a)、(b)中,拉膜運動是氣缸來帶動的,行程難以調(diào)節(jié),薄膜帶長度發(fā)生變化時就難以適應(yīng)。在(c)、(d)中袋長變化時調(diào)節(jié)曲柄長度就能適當(dāng),尤其在食品行業(yè)中,包裝規(guī)格變化多,調(diào)節(jié)要求比較突出,就(c),(d)兩種比較,前者拉膜部分比較簡單,后者顯得復(fù)雜,且拉膜過程中袋子作圓弧運動,擺動較大,袋長調(diào)節(jié)后袋子不可能在兩橫封器中間被熱封,造成薄膜前后張力不均。

若制袋充填機的拉膜動作不要橫封器承擔(dān),而有另外專門的一套機構(gòu)去完成,則橫封器的運動要簡單得多,當(dāng)然整機的傳動機構(gòu)也許稍為復(fù)雜些。

圖5.52所示為擺動氣缸帶動的擺桿滑塊機構(gòu),兩橫封塊的開合就是滑塊往復(fù)運動的結(jié)果,設(shè)計中應(yīng)解決的問題是:從滿足橫封塊最大開合行程的情況下,確定各桿長度及擺動氣缸活塞桿的行程,提供設(shè)計氣缸的依據(jù)。

1.擺桿滑塊部分

滑塊的行程應(yīng)由包裝尺寸決定,設(shè)滑塊的行程為L,則兩只滑塊開合的總行程為:式中:D—圓形料管成型器的直徑,若為方形料管D=2P,其中P為超橢圓短半軸之長。

拖動兩滑塊的擺桿、連桿桿長上下各自對應(yīng)相等,這樣擺桿只能在與滑道垂直的位置作左右對稱擺動,如圖5.53所示。設(shè)擺桿長為a,連桿長為b,滑塊C運動最遠點與轉(zhuǎn)軸中心A間距離AC1=c,擺桿擺角為,擺桿與AC滑道間原始夾角為起始角α。

擺桿與連桿的鉸銷在B起始、中間及終了三個位置分別以B1、B2、B3表示,這三個位置各桿長度間關(guān)系由下式表示:在△AB1C1中

(5-85)圖5.52由擺動氣缸帶動的擺桿滑塊機構(gòu)

圖5.53擺桿滑塊的工作位置及參數(shù)關(guān)系

在△AB2C2中,∠B2AC2是直角

在△AB3C3中

(5-88)(5-87)(5-86)由圖5.54可見,本機壓力角為∠ACB,且是時刻改變的,為使機構(gòu)輕巧,應(yīng)使∠ACB≤30°,因此設(shè)計中可取b≥2a。將其代入式(5-87)可得

由式(5-87)、(5-86)得起始角α的表達式:

則此擺桿滑塊部分要使滑塊開合總行程達2L的擺桿擺角應(yīng)為上列各式中C值應(yīng)根據(jù)袋裝機總體布局設(shè)定。2.擺動氣缸部分它是擺桿滑塊機構(gòu)部分的原動件,擺動氣缸活塞桿推動擺桿繞A軸擺動,擺桿AD、AB、AB＇均與軸A固聯(lián),它們具有同一擺角,若擺動氣缸擺桿起始位置不同,對同一擺角,氣缸活塞桿的行程L將不同,擺桿起(5-90)(5-89)始位置必須慎重確定,從機械原理知道,機構(gòu)的壓力角在0°處效率最高,本擺動氣缸推動擺桿AD使A軸回擺,屬搖塊機構(gòu),則D處的壓力角小者為好。

設(shè)擺桿長為m,擺桿與AE兩點連線的最小夾角為起始角β,DE長為d,AE長為e,其值圖5.54擺動氣缸的工作位置

的確定也由袋裝機總體布局考慮。

鉸銷D點在工作中亦有D1、D2、D3三個位置,分別為起始、中間及終了,如圖5.55所示。為使工作輕巧,常取m>a,則起始角β由下式可求:

(5-91)DE之長d在起始及終了兩位置相應(yīng)長度為:這樣,氣缸活塞桿的伸縮行程為:L=L值求出后還得驗算兩個方面:(1)氣缸活塞桿伸出的穩(wěn)定性驗算應(yīng)使

若不能滿足,可適當(dāng)增大e的取值。(2)壓力角的驗算應(yīng)使(5-94)(5-93)(5-92)若不能滿足時,可適當(dāng)增大m的取值.

該橫封裝置機構(gòu)下半部分,采用的是曲柄帶動的大桿機構(gòu),設(shè)計中滑塊行程應(yīng)滿足:式中:Lmax為應(yīng)制作的最大袋長,毫米.

具體設(shè)計可通過桿機構(gòu)的設(shè)計方法去解決,這里不再復(fù)述.3.橫封器結(jié)構(gòu)用于間歇制袋式袋裝機橫封器上的加熱封口方法有脈沖、熱板熔斷和高頻等,可按不同包裝材料選用,熱封體都為板狀的。

圖5.55電熱絲脈沖加熱的橫封器,縱封縫對面的一只熱封體1,上、下共裝有兩條扁形鎳鉻合金電熱絲,電熱絲根據(jù)寬度選擇,一般取2~5mm左右,電熱絲與熱封體之間有酚醛層壓板或聚四氟乙烯薄膜4作隔離層,防止熱封薄膜被粘牢,與縱封縫同一面的熱封體面上對著兩根扁電熱絲之間,裝有圓電熱絲5作切割薄膜帶用,熱封體8的主要作用是與對面熱封器共同配合(5-95)時對薄膜加熱時加壓,為使加壓均勻,并不使加壓薄膜變薄,在圓電熱絲與熱封體8之間有一層耐熱橡膠7與聚四氟乙烯織物6,考慮電熱絲的熱脹冷縮,在熱封器的兩端均設(shè)計有伸縮結(jié)構(gòu)如圖中9所示,避免在氣缸作用下熱封體的剛性接觸,設(shè)計有彈簧裝置10,脈沖熱封器連續(xù)工作過長時,熱封體上熱量會逐漸積累,而影響封口質(zhì)量,設(shè)計時考慮到冷卻措施,或通過冷卻水,或用壓縮空氣吹向熱封完成后的薄膜及電熱絲,使其冷卻。橫封時,要使盡可能少的空氣留在袋內(nèi),若袋內(nèi)空氣較多,對袋內(nèi)的物品儲存不利運輸中也容易損壞袋子,橫封器結(jié)構(gòu)設(shè)計時要加以考慮,在橫封器體下方設(shè)計袋的夾持器,夾持器與袋接觸部分有泡沫塑料或泡沫橡膠等柔軟制品或幾根拉伸彈簧,即起到排氣,又起到夾持物品,減少橫封縫在受熱時不利的拉力。用冷卻水強制的結(jié)構(gòu)如圖5.56所示:熱板加熱式橫封器如圖5.57所示,每只熱封體上、下兩個熱板平面,并裝有兩只加熱元件,一只測溫元件,專門對熱板進行恒溫控制。

圖5.55電熱絲脈沖加熱的橫封器1-電熱絲伸縮補償裝置,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行加熱加壓封合,電極上、下各有一對彈簧夾具,以減少電極合攏時的剛性沖擊及對封縫的拉力,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,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-彈性夾板,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

在制袋式袋裝機上,當(dāng)制成袋后或裝袋封口結(jié)束時,應(yīng)用切斷刀將相互連接著的薄膜料袋分割成單個和包裝產(chǎn)品。切斷的方式有熱切和冷切等?？筛鶕?jù)熱封的方法,包裝料袋在制袋過程中運動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。采用熱切的切斷機構(gòu)可與橫封機構(gòu)合在一起,在橫封同時,進行熱切斷。

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上,對聚氟乙烯薄膜袋進行封口,同時完成切斷,實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)刀順料袋前進方向作等速回轉(zhuǎn),每袋一周,動刀與定刀間有微隙,保證無袋時不會打壞刀尖。有袋時順利分切。工作時?；剞D(zhuǎn)刀刃與定刀刃間不是全線同時相遇的,而是在刀刃的的全長上按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)大于薄膜前進的速度。為保持切刀鋒利,兩刃間有微隙,這樣切斷薄膜袋時,并不是靠兩把金屬刀刃完圖5.59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-從動齒輪,7-主動齒輪

全相遇來完成的,而是靠活動刀刃線速度大于薄膜袋運動速度,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速度是不行的,即使等于薄膜前進的線速度的話，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)刀切斷機構(gòu)不是與橫封機構(gòu)設(shè)計在一起的,而切斷時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)計切斷機構(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)兩齒輪的相對位置來實現(xiàn)。如圖5.59所示,帶動回轉(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,只要用手按圖示箭頭方向推動齒輪6,則齒輪6沿軸7上的滑鍵5克服彈簧力,離開主動齒輪,并根據(jù)滯后或超前的情況分別對齒輪6作逆或順時針回轉(zhuǎn)一定角度后再將齒輪6送回原處,與主動輪8嚙合,即能滿足同步要求。(2)鍘刀(或剪刀)

鍘刀或剪刀切斷機構(gòu)不能適應(yīng)連續(xù)制袋包袋機的切斷工作要求,只能用于間歇運動制袋充填包袋機上,在薄膜袋停止運動的瞬時進行斷切工作。

圖5.61所示是一種鍘刀切斷機構(gòu),由氣缸1驅(qū)動活動刀架6可繞支點作擺動,活動刀4用螺釘彈簧壓在刀架6上,與固定刀3為彈性接觸,活動刀并由上,下兩個定位塊10限定上、下、左、右的串動。固定刀用螺釘擰緊在固定刀架子上,刀架與機架相固定,活動刀與固定刀之間的相對位置,靠活動刀下的導(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)兩個刀口的相對運動而被切斷。

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

這種鍘刀在臥式對折薄膜制袋包裝機上應(yīng)用較多,常用在制袋裝置以后,將連續(xù)的空袋一個個切斷分離,然后變由后面開袋充填機構(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上切斷方式,也有應(yīng)用鋸齒刀的。如圖5.6