袋装机械

第六章袋装机械重点掌握制袋—充填—封口机设计，成型器的种类和设计、计算方法，纵、横封器的封袋方法、结构及设计原理。第一节概述袋装是用柔性材料制成的包装袋,将粉状、颗粒状、流体或半流体等物品装入其中,然后进行排气(或充气)、封口,以完成产品包装的工艺过程。充气包装机封口机充填定型衬袋箱封口机充填开瓶封口机充填开箱封口机充填开袋封口机充填定型真空包装机泡罩包装机封口机充填熔融成型封口机充填冲压成型封口机充填热成型封口机充填箱成型封口机充填袋成型封口机充填成型封口机充填包装机多功能基本袋型示意图二、典型袋装机的结构及工作原理1.立式袋成型-充填-封口机立式（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-纵封辊5-横封器6-切刀立式（三面封口）袋成型-充填-封口1-成型器2-纵封辊3-横封辊4-切刀立式（四面封口）袋成型-充填-封口1-缺口导板2-剖切刀3-加料管4-纵封辊5-横封辊6-切刀2.卧式袋成型-充填-封口机1-卷筒薄膜2-导辊3-三角成型器4-导向杆5-隔离板6-纵封器7-进料斗8-横封及牵引装置9-切刀1-成型器2-冲压缝口3-折叠装置部4-横封器6-纵封器7-进料斗8-横封及牵引装置9-切刀直移间歇卧式（自立袋）袋成型-充填-封口机工作原理示意图a:1-三角成型器2-导辊3-纵封器4-回转计量装置5-切断装置6-横封器b：1-卷筒薄膜2-三角成型器3-光电管4-垂直封合5-袋底封合6-机械孔道7-气动孔道8-牵引辊9-切刀10-进料斗11-排气12-顶部封合间歇回转式袋成型-充填-封口机工作原理示意图连续回转式袋成型-充填-封口机工作原理示意图1-横封器（封底）2-切刀3-开袋器4-加料斗5-横封器（封口）6-袋夹7-工作盘第二节制袋成型器的设计计算自动化程度较高的装袋机上,经常使用卷筒包装材料,一面由制袋成型器制袋,一面进行充填包装。成型器是一个关键另件,对包装形式、袋的尺寸及产品包装质量等有直接影响。一、常用的制袋成型器形式及特点常用的成型器有翻领成型器、象鼻成型器、三角成型和Ｕ型成型器等。1.翻领成型器2.三角成型器3.象鼻成型器4.Ｕ形成型器5.缺口导板成型器6.截取成型器设薄膜的宽度为2a,对折后的空袋高度为a(立式机为空袋宽度)，三角形板与水平面间的倾斜角即安装角为α，三角板的顶角为2β,薄膜在三角形板上翻折的这一区段长为b,若不计三角形板的厚度,假定薄膜在对折后两膜间贴得很紧,则:在直角三角形DEC,DE=a,DC=b,所以有:sinba在直角三角形ADC或BDC中:AD=DB=a,DC=b,所以有abtg二、制袋成型器的设计1.三角形成型器对既定的三角形成型器和一定的空袋尺寸,a/b是一个定值,所以有如下关系；sintgarctg(sin)由此可见,三角形成型器的顶角与安装角有相互制约的关系,而β值的大小关系到三角形板形状尺寸,所以一定的安装角必对应着一定形状尺寸的三角形成型器,否则会影响成型器正常制袋。根据压力角及结构尺寸间的关系,三角形成型器安装角的选择范围为α=20°~30°由此可见,β角最适宜的角度不大于30°。所以,通常三角形成型器采用顶角2β60°的等腰三角形,取极限时,则呈等边三角形。决定三角形成型器的尺寸除顶角外,还有三角形板的高h,它和制袋的最大尺寸有关:amaxhahmaxsin式中:—能制作最大空袋的高(立式机为袋宽)；Δh—放出的余量,取30~50毫米。2.翻领成型器ABC构成平面等腰三角形,它与xoy平面的夹角为α,D是AB的中点,故∠ACD=∠BDC=β,ACS与BCS构成两侧的两个对称曲面,SCS为成型器领口交接曲线,S是该曲线的最低点,位于x轴上,C为该曲线的最高点,它在xoy平面上的投影是N点,且在x轴上。为推导计算上的需要,使AC延长至T点,DC延长至T',作T'E平行于ox轴,TT'平行于oy轴,CE平行于oz轴,由此得∠CET'与∠CT'T均为直角,且三角形CT'T与三角形ABC在同一平面上,三角形CET'在xoz平面上,P是领口交接线上任意一点,连PT,令PT=f,CT'=e,P点在xoy平面上的投影为Q点,弧长NQ=u,P点的高即为交接线的函数,C点是的中点,C处的高CD=h。成型器交接线上任一点P的坐标可写出:(3-8)xruryrurzcossin(u)对T的坐标可写成：(3-9)xeryetgzehTTT(cos)()sin因为f=PT即为P与T两点间的距离,所以有将P及T两点的坐标值代入:fxxyyzzTTT2222()()()ferruretgrurehu2222(coscos)(sin)[sin()]若将成型器沿SS‘剪开并展成平面,由该图看出,PT长可由下式表达:fetguheu222()[()]展开前与展形后PT之长不能变,两表达式联立消去f,可谓交接曲线上任意点P的高的方程式:()(sin)(cos)(cos)(sin)uhetgururrerurue11212此式的边界条件为:uuhuru00,();,()()u令=0,代入(3-12)式,可得出线段e的长度表达式:earhatgr1221222(sin)cos由此可见,设计中若能首先确定料管半径r,翻领三角形ABC的顶角之半β、翻领的后倾角α及成型器领口交接曲线的最大高度h,则e值可以求得,再利用式(3.12)算出与每一段弧长U对应的在交接曲线上各点的高度,便不难连出领口交接曲线。参数r、β、α、h的确定必须满足包装工艺上的要求hatgr121cossin(2)方形料管翻领成型器生产实践中为了制作截面为方形的包装袋或某些制袋式装袋机,为了有效的利用间歇回转皮带与包装材料间产生的摩擦力牵引包装材料,或卧式枕形包装机包装块状物料,均需要方型料管的翻领成型器。方型料管翻领成型器可由圆形料管成型器领口交接计算作图法推广得到。从数学角度来说,圆的方程是:它是椭圆方程的一种特例。把椭圆推广到超椭圆,则有xyR222()()xayb221()()xaybnn1式中:当a=b,n=2时为圆的方程。当a≠b,n=2时为椭圆的方程。当n逐渐增加到n20~40时,超椭圆图形就逐渐过渡到带圆角的长方形或正方形如图所示。这里设:短半轴为p,长半轴为q,半径为,超椭圆图形上任一点Q的极坐标:将x、y均代入超椭圆方程得极坐标式的超椭圆方程改写成:xryr()()cossin[cos][sin]()()rprqnn1(cos)(sin)()pqrnnn1式中:当a=b,n=2时为圆的方程。当a≠b,n=2时为椭圆的方程。当n逐渐增加到n20~40时,超椭圆图形就逐渐过渡到带圆角的长方形或正方形如图3.22所示。这里设:短半轴为p,长半轴为q,半径为,超椭圆图形上任一点Q的极坐标:(3-19)将x、y均代入超椭圆方程得极坐标式的超椭圆方程(3-20)改写成:(3-21)xryr()()cossin[cos][sin]()()rprqnn1(cos)(sin)()pqrnnn1因为图形有对称性,所以,由方程(3-21)可得:(3-22)这样,我们也可以利用圆形料管成型器的计算图原理来进行方形料管成型器的计算。作出的计算图如图3.23所示。用极坐标形式表示领口曲线上任一点p的位置:(3-23)同理,对Ｔ点也可写出:(3-24)rrr()()()rprq()(),02xryrzu()()()cossin[,]xpeyetgzehTTTcossin设直线PT=f,可写成:(3-25)同样剪开计算图展开,PT长仍保持不变,在平面图形里:(3-26)两式联立,消去f,也可得交接曲线上任一点p的高的方程式:此式的边界条件为:(3-27)当(3-28)fxxyyzzTTT2222()()()[coscos][sin][sin(,)]()()()epretgrehu222fetguheu222[][(,)]()()[,][]cos(cos)[sin]cos(sin)()()()()()()uhprurepetgruepe1212220000,,[,],,[,]()()()()uuhuuurdrdd()()()[]22由式(3-27)可看出,要得出成型器领口交接曲线函数,只有首先确定或求算出等参数。其中是超椭圆在其转角位置时到起始点Ｎ的曲线长,是变量的函数,而且极坐标表示的弧微分式为:(3-29)求弧长必须积分:(3-30)式(3-30)中的应对式(3-21)的求导,但积分式内的被积函数不是初等函数,难以积出,为工程上应用方便起见,可以用近似计算方法来解决。[,]()urptguhe()()、、、、、、u()durdrdd()()()[]22drd()当超椭圆截面指数n20时,超椭圆即变为倒圆角的长方形,其倒角半径可近似地由下式来表示:(3-31)这样与对应的及就不难求得了,同理述,当,=-P,=a,=0，代入式(3-27)中,可得出计算图上e的表达式:(3-32)同样如图形料管那样,利用不等式可求得这种成型器交接曲线的最大高度的表达式:时[,]()uu()()pqpqn22322r()r()u()eaphatgp1221222(sin)cos02epcossin1coscos412patgaph(3-33)第四节纵封器的设计一、辊式纵封器的设计连续回转的辊式纵封器如图5.34所示,由纵封辊、加热器、加热线圈、固定与可调轴承等组成。纵封辊的辊面宽为5~10毫米,辊面上开有直纹、斜纹或网纹等花纹,以适应各种薄膜封合的需要,纵封辊采用的材料有铜钢,40Cr钢及金属塑料等,纵封辊半径由下式求算。图5.34辊式纵封器1-纵封辊,2-加热线圈,3-轴承RQL60(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。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。由行星轮传动关系：(5-35)亦即(5-36)iZZ13431132321ZZ图5.35侍服电机控制的圆柱齿轮差动机构3133112ZZZZ(5-37)0030030,,''zzzz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：)3()2()1(310303113111310303112zzzzzzzzzzzzzzz(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