機(jī)電裝備第九章課件

第九章

裹包機(jī)械●

§9-1典型裹包機(jī)械●§9-2卷筒材料供送裝置●§9-3典型機(jī)構(gòu)第九章●習(xí)題第九章裹包機(jī)械第九章裹包機(jī)械

裹包包裝是一種廣為應(yīng)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(jié)、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(jī)器，稱為裹包機(jī)械。按裹包方式的不同，裹包機(jī)可分為：半裹包式裹包機(jī)（圖9.1（a））全裹包式裹包機(jī)纏繞式裹包機(jī)（圖9.1（f））拉伸裹包機(jī)（圖9.1（g））裹包機(jī)

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

以卷煙小包玻璃紙裹包機(jī)為例（圖9.2），它的主要技術(shù)參數(shù)如下：生產(chǎn)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(fù)折式，折疊處熱封，溫度為150～250°C。電動機(jī)——型號JO3—801，0.75kw。圖9.3是該機(jī)傳動簡圖二、接縫式裹包機(jī)接縫式裹包機(jī)又稱為臥式枕形包裝機(jī)。該機(jī)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(chǎn)率高，并可在較大的尺寸范圍內(nèi)對各種塊狀、片狀、環(huán)狀，甚至異形體進(jìn)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(jī)為例，其主要技術(shù)參數(shù)為：生產(chǎn)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(dá)３８０mm；電動機(jī)功率：主電機(jī)０.７５kw，控制電機(jī)三臺，每臺２５ｗ；電熱功率２.９ｋｗ。§9.2卷筒材料供送裝置§9.2卷筒材料供送裝置現(xiàn)代裹包機(jī)采用卷筒包裝材料日趨增多，因為與預(yù)先裁好的平張材料相比，卷筒材料更適宜包裝機(jī)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(biāo)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(zhǔn)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(jī)前(圖9-5)，要啟動交流伺服電機(jī)M1，讓卷帶上的商標(biāo)圖案與鏈帶上的物品相互對位。然后啟動主電機(jī)大致調(diào)好料袋的封切位置。在此基礎(chǔ)上調(diào)整光電傳感器GM使之對準(zhǔn)卷帶的某一色標(biāo)。最后啟動交流伺服電機(jī)M3，將信號凸輪1T、2T轉(zhuǎn)至基準(zhǔn)位置，如圖9.6中標(biāo)注Ｚ的工作狀態(tài)，這樣就為正式開機(jī)做好必要的準(zhǔn)備。連續(xù)供送定位切斷這里根據(jù)圖9.5、9.6和9.7進(jìn)一步說明隨機(jī)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(biāo)進(jìn)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(guān)１ｘ、２ｘ輸出與上述檢測信號相呼應(yīng)的給定信號，經(jīng)比較可確定被調(diào)對象的偏差方向。如圖9.6(b)，當(dāng)光電傳感器捕捉到某一色標(biāo)而發(fā)出檢測信號時，由于1ｘ、2ｘ均斷開，這意味著卷帶色標(biāo)與封切滾刀的相對運動關(guān)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(jìn)行調(diào)節(jié)。但由于干涉因素的影響，往往會導(dǎo)致卷帶色標(biāo)與滾刀的相對運動關(guān)系不夠協(xié)調(diào)。如當(dāng)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(biāo)運行到封切位置是超前于滾刀，也稱滯后切斷。設(shè)此偏差方向為正，則控制系統(tǒng)對被調(diào)對象給予負(fù)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(fù)偏差，控制系統(tǒng)對被調(diào)對象給予正的補償，使卷帶及時增速。（3）調(diào)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(yīng)的控制信號，使伺服電機(jī)M1動作，并通過差動器C1及執(zhí)行部件對被調(diào)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(zhì)上是根據(jù)閉環(huán)控制系統(tǒng)“檢測偏差，糾正偏差”的自調(diào)原理而工作的。如此反復(fù)作用，使被調(diào)卷帶的切斷位置維持在規(guī)定的誤差范圍內(nèi)，從而達(dá)到較高的定位切斷精度。因此，現(xiàn)代高速包裝機(jī)已廣泛使用這樣的自動控制系統(tǒng)。2．前進(jìn)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(biāo)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(biāo)紙時，牽引輥４的輸紙長度均略大于包裝材料上的色標(biāo)間距，此牽引余量主要用來補償卷帶的拉伸與打滑，當(dāng)色標(biāo)進(jìn)入光電傳感器并有足夠大的信號時，控制回路（未畫出）導(dǎo)通，電磁８通電，使離合器與左邊齒輪嚙合，促使?fàn)恳仯吹妮敿埶俣冉档?，這樣卷帶色標(biāo)逐漸右離光電傳感器直至初始狀態(tài)，而后進(jìn)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(guān)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?！?.3典型機(jī)構(gòu)4.直接補償式

圖9.12為直接補償式應(yīng)用實例。牽引輥１每次牽引的可能達(dá)到的包裝材料的長度大于色標(biāo)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(biāo)間距的印刷誤差）。該機(jī)構(gòu)的往復(fù)運動慣性較大，電磁鐵動作頻繁以致難以提高生產(chǎn)率，一般不超過40pcs/min?！?.3典型機(jī)構(gòu)

一、卷帶供送驅(qū)動機(jī)構(gòu)

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(jī)構(gòu)都較簡單，這里不再贅述。下面介紹無標(biāo)卷帶瞬停供送定長切割的卷帶驅(qū)動機(jī)構(gòu)——齒輪連桿組合機(jī)構(gòu)。圖9.13所示為無標(biāo)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(jī)構(gòu)９等。下面著重就給定工藝條件分析解決齒輪連桿組合機(jī)構(gòu)的尺寸綜合問題。卷帶供送驅(qū)動機(jī)構(gòu)1.運動分析圖9.15為齒輪連桿組合機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)ABCD的曲柄AB固連。曲柄（其長度可調(diào)）以勻速ω1沿逆時針方向轉(zhuǎn)動，α=ω1t。搖桿對機(jī)架的位置用β表示，從動齒輪3對機(jī)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?？山ⅵ?與ω1的關(guān)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(jī)構(gòu)ABCD可得卷帶供送驅(qū)動機(jī)構(gòu)（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(guān)系。實用中，為便于設(shè)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(dāng)ad＜rc時，ω3min＞0，從動齒輪作單方向非勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)向同ω1；當(dāng)ad=rc時，ω3min=0，從動齒輪的運動同上，但有一個瞬時轉(zhuǎn)速為零；而ad＞rc時，ω3min＜0，從動齒輪有逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象，即有兩個轉(zhuǎn)向的非勻速轉(zhuǎn)動，瞬時轉(zhuǎn)速為零的點有兩個。參見圖9-16，17參閱圖9.17，φ12為負(fù)值，在從動齒輪上表現(xiàn)為逆向轉(zhuǎn)動。但實際運轉(zhuǎn)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(zhuǎn)角度比計算值要小得多。只要參數(shù)選擇得當(dāng)，使φ12值不致過大，從動齒輪便猶如停留一樣。這就表明，該機(jī)構(gòu)能實現(xiàn)短暫停留。令、，由式（10.6）、(10.7)、(10.8)得(9.9)(9.10)進(jìn)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(zhuǎn)，在α=α02時結(jié)束逆轉(zhuǎn)，逆轉(zhuǎn)角為φ12；然后又繼續(xù)正轉(zhuǎn)，但只有反向再轉(zhuǎn)過φ12后才回到開始逆轉(zhuǎn)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(jié)果表明即可?。?.11）據(jù)此便可求算齒輪連桿機(jī)構(gòu)輸出端的動停比（9.12）或（9.13）至此，對有關(guān)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(zhuǎn)角不致過大，一般取K≥4，即α12≤50°。（2）從動齒輪的逆轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)條件而定。（4）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中各桿長度。a、d則應(yīng)根據(jù)K值及四桿機(jī)構(gòu)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(jī)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(jìn)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(zhì)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(nèi)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(zhì)量，熱封參數(shù)（溫度、時間、壓力）的采用也至關(guān)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(chǎn)生變形，嚴(yán)重的將會燙穿。因而熱封溫度必須隨各種薄膜的不同來調(diào)節(jié)。

熱封時間：在一定壓力下，熱封時間與熱封溫度的對應(yīng)關(guān)系為：溫度升高，所需加熱時間可相應(yīng)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(chǎn)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(chǎn)率。綜上所述，充填機(jī)的封口質(zhì)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(xué)實驗選擇適當(dāng)?shù)臒岱鈪?shù)，以保證封縫的質(zhì)量。因而熱封裝置上必須具有測量、控制、調(diào)節(jié)、顯示以上三要素的設(shè)施。2.縱封器縱封器是袋子成型一充填一封口機(jī)完成三邊、四邊封縫袋制作中必須具有的裝置。為適應(yīng)連續(xù)或間歇運動制袋成型的需要，兩者在運動形式與結(jié)構(gòu)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(diào)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(wǎng)紋等花紋，以適應(yīng)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(jié)構(gòu)及所要實現(xiàn)的運動都較為簡單，常用的結(jié)構(gòu)形式如圖（9.23）3.橫封器3.橫封器橫封器用于各類充填機(jī)包裝袋子的底、口的封合，因充填機(jī)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(jié)構(gòu)、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(jī)用橫封器結(jié)構(gòu)。問題：

A.橫封時兩橫封刀口的間隙如何調(diào)整。B.熱封壓力如何調(diào)整。

圖9.25所示為臥式連續(xù)充填機(jī)用橫封器結(jié)構(gòu)。問題：

A.橫封時兩橫封刀口的間隙如何調(diào)整。B.熱封壓力如何調(diào)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(qū)動機(jī)構(gòu)這里僅介紹連續(xù)式橫封器驅(qū)動機(jī)構(gòu)，根據(jù)橫封工藝要求，橫封器應(yīng)采用非勻速回轉(zhuǎn)，其驅(qū)動機(jī)構(gòu)則為不等速運動機(jī)構(gòu)。下面介紹通常采用的偏心鏈輪驅(qū)動機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)。偏心鏈輪機(jī)構(gòu)將式（9.17）、（9.18）、（9.19）代入式（9.16），經(jīng)整理得(9.20）由圖可知，，設(shè)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(dāng)主動偏心鏈輪以等角速度ω0回轉(zhuǎn)時，則從動鏈輪作變角速度轉(zhuǎn)動。圖9.28表示了偏心鏈輪機(jī)構(gòu)輸出運動的特性曲線。由圖可知ω的極值所對應(yīng)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(diào)（考慮e和橫封時的θ值）b.調(diào)整時如何操作

轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

2）轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)橫封袋筒同樣可采用轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)，如圖9.30所示。設(shè)曲柄BC＝ａ，它同轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿AC的軸心距AB＝e，可調(diào)，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(zhuǎn)，從而使另一桿作非勻速回轉(zhuǎn)，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(zhǔn)，某瞬時曲柄的轉(zhuǎn)角為，相應(yīng)的導(dǎo)桿轉(zhuǎn)角為θ，在△ABC中，可求與θ的轉(zhuǎn)角關(guān)系。由或?qū)懗?9.24)以時間t為自變量，對上式求導(dǎo)得(9.25)即(9.26)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)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(dāng)e由0→a時，(ωA)min由ωB→，(ωA)max由ωB→∞。

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

視t為自變量對式(10.27)求導(dǎo)，得從動導(dǎo)桿的角加速度(9.29)

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

與前述相反，導(dǎo)桿以ωA作勻角速回轉(zhuǎn)，而曲柄則以ωB作不等速回轉(zhuǎn)。將式(9.24)和(9.26)聯(lián)立并消去得轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)綜上所述，得出以下結(jié)論：

1）轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)從動件都作不等速回轉(zhuǎn)。從角速度的調(diào)節(jié)范圍看，調(diào)整（e/a）值時，其最小角速度均隨之改變。當(dāng)導(dǎo)桿作原動