袋式包装机的总体设计

.目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 包装机的定义和作用11.2 国外包装机的发展概况11.3 国内包装机的发展概况21.4 课题研究的目的及意义31.5 整体布局设计要求32 包装机械概述、组成及特点52.1 包装机概述52.2 包装机械的组成52.3 包装机械的特点62.4 包装机械的作用73 包装机械的总体设计73.1 工艺分析73.1.1 枕式包装机包装工艺流程73.1.2 平张膜热封裹包原理图103.1.3 循环包装的流程103.2 横封刀辊运动曲线分析113.3 本课题设计包装机主要工作介绍124 成型器设计134.1 翻领制袋成型器的研究现状13精品.4.2 翻领成型器与其它成型器的区别144.3 翻领制袋成型器的基本原理164.4 翻领成型器设计的目的及意义184.5 成型器设计目前存在的问题194.6 新型无领翼式翻领制袋成型器的研究214.6.1 新型无领翼式翻领成型器基本原理214.6.2 本课题设计所选用成型器225 包材的选取与薄膜供送结构设计245.1 包装薄膜的选择245.2 包材的牵引张力255.3 薄膜供送结构原理295.4 影响包材速度精度的因素305.5 包材恒速供送的解决方案315.5.1 减少打滑325.5.2 薄膜供送的纠偏装置325.6 本章小结336带式输送给料的结构及传动设计337 牵引轮设计367.1 牵引轮作用367.2 牵引器的结构设计367.3 本课题设计牵引轮结构378 纵封牵引器的传动分析389 结论与展望399.1 结论39精品.9.2 展望39致 谢40参考文献40精品.袋式包装机的总体设计牵引和纵封结构摘 要卧式枕型自动包装机是一种用于包装产品，使产品增长其保质期，增加产品美观度的一种包装设备，该机械是集自动裹包物品，封口，切断与一体，是一种高效率的连接式的包装机；广泛应用于食品、化工、日用品、医药、小五金等部门。随着人们对包装的需求多样化、个性化，卧式枕型自动包装机的应用愈加普遍。传动系统设计，作为一个动作执行系统，动力是必不可少的，当然对动力的传递系统也就显得尤其重要了。系统功能中要实现机械手转位、血袋的供送、供纸、制袋、纵封、横封与切断、 成品的输出传送等功能，它们都需要不同大小的动力，这就需要传动系统的调节。本文在分析卧式枕型自动包装机的包装工艺和使用要求的基础上，通过对关键部件的理论分析，提出一种实用、简单、可靠和通用的传动系统，将单一包装尺寸拓展为袋长和产量可调的结构形式；对供送薄膜结构、中封牵引器结构、端封切断器结构等关键部件的设计原理、结构特点等做了较为详细的研究和设计；本文对零部件建模，通过构建的运动模型，分析各机构的运动学规律，提出可行的优化结构满足包装工艺；对关键部件提出完整的设计方法。关键词:传送带供送薄膜中封牵引器端封切断器精品.The Overall Design Of The Bag PackingMachineTraction And Longitudinal Seal StructureABSTRACTHorizontal Pillow Type Automatic Packing Machine is a product used for packaging, the product increase its shelf life, increase the aesthetics of a product packaging equipment. The machine is a automatic wrapping materials, sealing, cutting and integration, is an efficient connection-style packaging machine: especially used in food, chemical, daily necessities, medicine, hardware and other departments. With the diverse needs of the people on the packaging, personalization, horizontal pillow type automatic packaging machine applications become more widespread. Transmission system design, as an action execution system, power is essential, of course, also on the power delivery system is especially important. System functions to achieve the mechanical hand translocation, bag of blood for delivery, for paper, bag, vertical and horizontal sealing off, the output of finished products transfer functions, they all require different sized power, which requires the regulation of transmission .Based on the analysis of horizontal pillow type packing machine automatic packaging processes and usage requirements based on the theory of critical components through analysis, a practical, simple, reliable and versatile drive, to expand the size of a single packaging bag length and adjustable output structure; For the delivery of the film structure, the closure traction device structure, side seal cutting device structure and other key components of the design principles, structural features such as doing a more detailed study and design精品.; In this paper, parts modeling, by constructing the motion model, analysis of the kinematics law of motion of the optimized structure possible to meet the packaging process; of the key components of a complete design method.KEY WORDS：Conveyor Felt, Film Feeding, Mid -seam Retractor, End -seam Cutter精品.1 绪论1.1 包装机的定义和作用包装机是完成全部或部分包装过程的机器，包装过程包括成型、充填、裹包等主要包装工序，以及清晰、干燥、杀菌、贴标、捆扎、集装、拆卸等前后包装工序，转送、选别等其他辅助工序。11.2 国外包装机的发展概况国外包装机械的发展有近百年的历史，大致经历了以下几个阶段:20世纪40年代中期，食品与卷烟等行业最先使用包装机械进行产品包装，成为现代包装的先驱；20世纪50年代，在包装机上广泛采用了光电管，电气开关，实现了包装机械的初级自动化；20世纪60年代，包装机广泛采用各种新型电子元件组成控制系统，并采用机械，电气，液压，气动等综合技术，出现了专用的自动包装生产线；20世纪70年代，采用电子计算机对包装进行控制，进一步提高了单机和自动线的自动化水平；20世纪80年代，包装机械行业大量地应用高新技术，使包装机械及包装生产线自动化程度和生产效率及包装质量大大提高。2据调查，美国是世界上最大的包装设备生产商，是世界上包装机械发展历史较悠久的国家，其包装工业起步于20世纪初期，多年来，始终保持着世界最大包装机械生产和消费大国的地位，其产品以高、大、精、尖居多，机械与计算机紧密结合，实现机电一体化控制。新型机械产品以成型、填充、封口三种机械的增长最快。目前，美国当前前景较好的是垂直枕式微机控制、配有伺服电机的薄膜张力好的电力控制装置的包装机械;今后，微电子、电脑、工业机器人、智能型、图像传感技术和新材料等在包装机械中将会得到越来越广泛的应用，使包装机械朝自动化、高效率化、节能化方向发展。德国是世界上最大的包装机械出口国，其包装在计量、制造、技术性能等方面居领先地位。许多大公司生产的包装机械能大量使用微电脑设计的机电一体化控制，普遍采用计算机仿真技术来缩短包装机械的开发设计周期，某些包装机械采用由电脑控制的摄像机和探测器来分辨包装材料厚度及材料的变化来改变机械的转速从而提高产品的质量。近年来，德国包装机械企业不断地在包装机械中加入一些精品.“智能化”的元素，使新一代机械具有了更多的优点。日本与美国和德国相比，属包装机械的后起之秀。其包装机械制造厂以中小企业为主，包装机械以小单机为主，具有体积小、精密度高、易安装、操作方便、自动化程度高等到优点。20世纪70年代，成功研制了世界上首台装载有热管的热封机技术，并投入使用，实现了热封机设备的低能源化。微电脑程控、通过热管进行加热封口的设备成为日本的代表性技术。20世纪80-90年代，先将微电子技术成功应用到包装机械的控制，后又将光导纤维技术、工业机器人技术、模块化技术应用于包装机械，达到安全性高、无人操作、高生产率的水平，1987年研制出伺服马达驱动的包装机械，使包装机械行业实现了由机械装置为主向电脑程控为主的技术升级，机械性能的柔软性、系统化程度迅速提高，使日本的包装机械以独特性能赢得了世界市场广泛的销售空间；20世纪90年代以来，已将变频调整、光电追踪、无触点电子开关、动态数据显示等技术运用在包装机械中。日本的包装机械行业发展的历史不长，但善于引进、仿制、创新的经营使其发展速度极快，己列入世界强国之列。目前，世界各国对包装机械的发展及为重视，集机、电、气、光、磁为一体的高新技术产品不断涌现。生产高效率化、资源高利用化、产品节能化、高新技术实用化、科研成果商业化已成为世界各国包装机械发展的趋势。1.3 国内包装机的发展概况我国的包装机械在新中国成立时几乎是一片空白，只有少数工厂或作坊生产一些简单的手工包装机器，或为少数进口机器进行修配服务。20世纪70年代末，能生产几种水平很低的包装机械，但还没有成为一个独立的行业，产品品种仅有100多种；20世纪80年代，由于改革开放，我国经济迅猛发展，社会对包装机械的需求不断增加，我国包装机械在借鉴进口设备与技术的基础上，得到迅速发展，品种规格不断增加，有大量填补国内空白的包装机械问世，出现了很多专业的包装机械生产企业并形成了一批专业化生产的骨干企业，形成了一个独立的包装机械行业部门。到1986年，产品品种猛增到1700多个；1984-1986年全国技术引进3000项，1986年以后，通过引进设备的消化吸收，我国很多种类的包装机械相继问世，产品品种增加较快，进口数量开始减少，国内设备所占市场份额加大。20世纪90年代后，包装机械质量、品种、技术水平和性能等有了很大进步，产品的技术水平与国外先进水平和差距逐渐缩小。精品.20世纪80年代中期到90年代中期10多年的时间里，包装机械得到空前发展。我国包装机械行业虽然发展较快，成就很大，从严格意义上讲，我国的包装机械主要还是仿制、测绘，稍加国产化改进，谈不上开发研究，国内科研、开发投入少，开发手段落后，现在好一点的企业开展了“甩图版工程”，真正使用CAD的还很少。产品开发缺少创新，生产手段落后，大部分还是用陈旧的通用设备加工，新产品开发不但数量少，而且开发周期长。我国目前从事包装机械生产的企业约有1500多家，其中具有一定规模的企业近400家。产品有40类，2700多种，其中有一批既能满足国内市场需要，又能参与国际市场竞争的优质产品。目前我国包装机械行业拥有一批开发能力较强的骨干企业，它们主要由以下几个方面组成：经过技术改造，生产包装机械的某些实力较强的机械类工厂;军转民企业发展水平较高的乡镇企业。为提高包装机械工业的技术水平，全国建立了批包装机械研究所“情报所”，一些大专院校先后建立了包装工程专业，为我国包装机械工业的发展，早日赶上世界先进水平提供了有力的技术保证。我国包装工业虽然发展很快;成就很大，但与发达国家相比，无论在产品品种、技术水平和产品质量方面都有很大差距。发达国家已将微机控制、激光技术、人工智能、光导纤维、图像传感、工业机器人等高新技术成熟的应用于包装机械，而这些高新技术在我国包装机械行业才刚刚开始采用;我国的包装机械产品品种缺口约30%一40%;包装机械产品的性能、外观质量有一定差距。因此我们必须采取强有力的措施，进一步加快包装机械行业的发展速度，为早日赶上世界先进水平而奋斗。1.4 课题研究的目的及意义蔬菜的包装，如用手工包装不但效率低下而且达不到卫生许可标准，购置国外或国内公司研制成的包装机设备进行包装成本又太高。本设计着重解决这一问题，本毕业设计开发出具有包装范围广、通用性好以及结构简单可靠、操作方便、自动化程度高的新型包装机，对我国的包装行业的发展以及国民经济发展都具有重要意义，同时对减少环境污染，节约资源、能源都将发挥十分重要的作用。精品.1.5 整体布局设计要求布局的选定，最主要根据包装工艺的特点即决定于包装的工艺性。布局形式要便于包装，使机构简化，工人操作和维修方便。机器必须仔细校准工作台面，使其水平。根据包装工艺，蔬菜包装制袋包装机要采用卧式包装布局，这样便于送蔬菜袋、送纸、纵封、横封、剪切等。在设计中总体布局要求:3(l)传动系统力求简洁，在能满足多功能基础上保证结构简单;(2)机械操作，调整简单，易上手，装拆方便，联锁防护可靠;(3)操纵手柄位置方便操作，也考虑到润滑系统等;(4)送蔬菜袋位置考虑方便、安全、卫生;(5)外形美观大方，移动安装方便。精品.2 包装机械概述、组成及特点2.1 包装机概述包装机按基本外形来分类可以分为立式包装机和卧式包装机。立式包装机通过材料拉伸进给装置进行进给,塑料薄膜经过薄膜圆筒形成筒状,经过热纵封装置封住侧面,同时将包装物注入到袋中，适用于包装各类粉末、颗粒、片剂等物体,例如药片,食盐等物品。卧式包装机是将包装薄膜裹在被包装物的外面，制作成枕形袋的一种设备，包装过程包括推料、送料、放膜、牵引、成型、封口等主要包装工序，可采用的卷筒薄膜材料包括:玻璃纸、涂塑纸、复合材料、聚乙烯、聚丙烯、袋包纸等。卧式包装机是众多包装设备中最为常见的一种，广泛应用于饼干、方便面、面包等食品及小饰物、药品、小五金件等大部分块状物品的包装，对于包装块状物件，形状可以规则，也可以不规则。这两类机型从出现至今已有几十年的历史了，它美观、独特的包装外形、通用的包装功能使其得到广泛的应用并得到不断地改进。因此，实际包装中要求其适用范围广、工作平稳可靠、噪声低、效率高。4现代生活中，绝大多数产品都需要经过包装才能成为商品进入流通领域，然而生产线的生产速度越来越快，靠简单的人力包装已无法完成如此大量的包装工作，因此包装机在食品，药品等包装行业中得到广泛应用。为了提高生产效率，满足随生产速度的提高对包装机提出的更高要求，研制高速包装机具有十分重要的意义。包装机作为独立设备安装于生产线上，提供专用传送带将生产线上待包装的产品(食品，药品等)传送到包装机上，包装机自动完成:包膜、纵封、横封、剪切等工作，并通过输送带传送到下一个工序。2.2 包装机械的组成包装机械属于自动机范畴，它的种类繁多，结构复杂，新型包装机械不断涌现，很难将他们的组成分类。但通过对大量包装机械的工作原理和结构性能的分析，可找出其组成的共同点。包装机械由动力系统、传动系统和执行系统等组成。为了便于掌握和研究包装机械的工作原理与结构性能，通常又将包装机械分成下列组成部分。精品.（1）包装材料的整理与供送系统；该系统是将包装材料（包括刚性、半刚性、刚性包装材料和包装容器及辅助物）进行定长切断或整理排列，并逐个输送到预定工位的系统，如糖果包装机中的包装纸的供送、切断机构。（2）被包装物品的计量与供送系统；该系统是将被包装物品进行计量、整理、排列，并输送到预定工位的系统。（3）主传动系统；该系统是将包装材料和被包装物品由一个包装工位顺序传送到下一个包装工位的系统。（4）包装执行机构；包装执行机构是直接完成包装操作的机构，即完成裹包、灌装、封口、贴标、捆扎等操作的机构。（5）成品输出机构；成品输出机构是把包装好的产品从包装机上卸下、定向排列并输出的机构。（6）动力机与传动系统；动力机是机械工作的原动力，在现代工业生产中通常为电动机，传动系统是将动力机的动力与运动传给执行机构和控制系统，使其实现预定动作的装置。（7）控制系统；控制系统由各种手动、自动装置组成。（8）机身。机身用于安装、固定、支撑包装机所有的零部件，满足其相互运动和相互位置的要求。2.3 包装机械的特点包装机械既具有一般自动机的共性，也具有其自身的特性。包装机械的主要特点如下：（1）大多数包装机械结构复杂，运动速度快，运动精度高。为满足性能要求，对零部件的刚度和表面质量等都有较高的要求。（2）进行包装时的作用力一般都较小，所以包装机的电动机功率较小。（3）包装机一般都采用无级变速装置，以便灵活调整包装速度、调节包装机的生产能力。（4）包装机械是特殊类型的专业机械，种类繁多，生产数量有限。为便于制造和维修，减少设备投资，在各种包装机的设计中应注意标准化、通用性及多功能性。精品.2.4 包装机械的作用包装是工业生产中相当重要的环节。包装机械是使产品包装实现机械化、自动化的根本保证，因此包装机械在现代工业生产中起着相当重要的作用。（1）大幅度提高生产效率；（2）降低劳动强度，改善劳动条件；（3）保护环境，节约原材料，降低产品成本；（4）有利于被包装产品的卫生，提高产品包装质量；（5）延长产品的保质期，方便产品流通；（6）可减少包装场地面积，节约基建投资。精品.3 包装机械的总体设计3.1 工艺分析枕式包装机是针对块状物品进行外包装的一种机器设备。为了提高通用性，简化机械结构，同一台机器上通常包装类似的物品，当被包装物规格变化时，要求只需调整参数活简单更改部分零件就可以了。例如:包装物品高度大小改变时可以调整成型器或更换成型器，其它的如包装长度的调整只须在上位机简单的设置即可实现，而无需更换机械零件。总而言之，本课题设计的枕式包装机的适用范围很广，只要是成块状物件一般都可以包装。53.1.1 枕式包装机包装工艺流程如图3-1所示:枕式包装机包装工艺路流程是:卷筒薄膜在放膜牵引电机辊5的带动下旋转并由牵引滚轮8和中封牵引滚轮10的联合牵引下匀速前进，并经牵引辊牵引由导向辊导入成形器在通过成型器7时被折成筒状，送料链条上的推头1将待包装物2推送入成型器中的筒状材料内，被包装物品随同薄膜一起前进，薄膜从背架引到成型器而制成管筒状，管筒状薄膜的边被即中封牵引轮拉着，匀速平稳地前进。横封切断器11热封左测袋的后端和右测袋的前端，同时在中间切断，皮带13将包装完的成品送出去。图3-1 枕式包装机包装工艺(1)送料链条推头(2)待包装物品(3)光电传感器(4)备用卷筒薄膜(5)放膜牵引辊(6)卷筒薄膜(7)成型器(8)牵引滚轮(9)排气传送带(10)中封牵引滚轮(11)端封切断器(12)输出毛刷(精品.13)输出皮带利用弹簧张驰调节辊、导向辊、以及牵引辊来共同调节薄膜的传送方向以及张力的大小，薄膜的进角太小需要适当，如果导入角太小，薄膜就会越过成型器从而无法成型，薄膜经过成型器被卷成筒状，待包装的物品在送料链条的输送下被送到筒状薄膜的筒中，筒状薄膜的两翼重叠在一起形成鱼鳍状，薄膜的两边经过中封滚轮的时候相互封合就成中封边。两个中封滚轮上带有相互啮合的花纹，同时对中封滚轮加热加压，薄膜在中封滚轮中轧过，封口上即轧出花纹。然后由横封切断器(刀辊)进行两端封口，并将包装薄膜切断。封口上面刻有与中封轮表面类似的花纹，当然也可以不要花纹，这取决于所用的刀片结构，详细结构如图3-2所示。图3-2 主要机械结构横封加热器上下量部分相互咬合后就在包装袋的两端压出花纹。横封切断刀片一般都安装在横封滚轮上，详细结构如图3-3所示。其横封封口与切断是同时完成的，封口封合时的线速度、控制温度、封合压力大小都是可以调整的。精品.图3-3 横封切断器结构从工艺角度来分析，为提高包装速度，必须要优化横封切断器11，即刀辊伺服轴的运动曲线。由于刀辊作非匀速圆周运动，需要采用电子凸轮对其进行控制。为满足其多功能、使用方便、的要求，可以调整成型器的尺寸和牵引滚轮、刀辊的速度等，来适应不同的包装规格。简单更换成形器7，即可以使其满足包装内装物尺寸如宽度和高度的调整。保持横封刀辊的凸轮周期以及推料电机的转速不变，调整中封牵引辊和放膜辊以及送料的速度，即可以满足被包装物品长度的变化。3.1.2 平张膜热封裹包原理图采用平张膜，可用三面封口的枕型包装形式裹包物品，适用于长柱形物品的裹包。常采用卧式裹包机械，其工作原理与卧式袋成型-充填-封口机基本相同。这种结构和课题设计的包装机形式相似，我们课题设计的包装机也是采用卧式裹包。精品. 图3-4 平张膜热封裹包原理图1，8，10-输送带 2-物品 3-成型器 4-牵扯引辊 5-纵封装置 6-平张膜 7-导辊 9-横封切断装置 11-成品3.1.3 循环包装的流程从工艺上讲，枕式包装机的包装工作循环过程详细框图如图3-5所示。工艺是连续的的过程图3-5 枕式包装机工艺流程框图3.2 横封刀辊运动曲线分析精品.如图3-6所示为横封剪切工艺过程示意图，横封切断刀辊在点P开始与包装袋筒接触并加热，至中点Q施压、封合和切断。当包装袋较厚时，为了在切断时(也就是切刀刃开始接触塑料薄膜的瞬间)不使薄膜拱起或撕裂，必须保证塑料薄膜给进速度与切刀刀尖线速度相等.即必须保证热封刀刃由P到Q，再由Q至P的过程中的水平方向的分速度始终与包装袋筒的运动速度保持同步。由于这个范围所占得角度很小，可以近似为刀刃的切线速度与薄膜的速度保持同步。61-包装袋筒2-包装内装物3、4-横封切断器刀辊图3-6 横封切断工艺示意图由于有这种同步性的特点，包装机的传动系统比较复杂，刀辊的凸轮曲线要满足两大基本条件:第一，保证在剪切的过程中，刀辊与塑料薄膜进给保持同步；第二，在规格调整区内根据剪切单元的长度进行适当的加速或减速，从而保证下一次剪切的正确进行。根据上述横封刀辊的运动特点，其运动需采用电子凸轮进行控制，具有同步区和非同步区。即在剪切的过程中，刀头与塑料薄膜持同步；而剪切完成之后，根据剪切单元长度的不同，刀辊可以在非同步区做非匀速运转，以调整刀头的位置进行下一次剪切。3.3 本课题设计包装机主要工作介绍精品.1 摆臂 2固定模架 3 导向辊 4光电开关 5成型器6 物料检测 7牵引轮 8 摇把 9 纵封轮 10 压刷11 横封12 排气海绵 13 出料输送台 14 安全监测15 横封调节轴16 锁紧螺钉 17 挡板 18 调节手柄（1）包装膜绕过固定膜架2上的二个膜辊和摆臂1上两个膜辊，途经光电开关4，穿过导向辊3到成形器5成形，再经过牵引轮7到纵封轮9完成纵封，通过横封11完成横封和切断，出料输送台13将包装物输出。（2）人工将包装物放至成形器5内，物料检测开关6检测到有来料后自动起动电机运行一次。如无物料包装机一直呈待命状态。（3）两对安全检测开关14检测到横封内有障碍物时自动显示报警并停机。（4） 光电开关4用于检测包装膜上的标点。（5）纵封高度调节：摇把8可调节纵封轮到输送台面的高度。（6） 横封高度调节：松开左右两个锁紧螺钉16，把摇把8取过来摇横封调节轴15，可调节横封位置到输送台面的高度，调整好后一定要将两个锁紧螺钉16再锁紧。（7）排气海绵12用于减少包装袋内的空气。（8） 挡板17可调节包装物通过的宽度。（9）调节手柄18可调节膜架对中。(即包装膜对中)本课题设计工作主要包括以下几个方面:首先分析主要机构(推料、送料、放膜、袋成型、牵引、封切等)之间的相互配合关系，保证被包装物的传送与袋长相匹配，横封切断器在剪切的一定范围内与薄膜传送速度同步精品.，严格保证横封刀切辊断一个包装袋与送内送料链条推进一个相等的长度，同时保证端横切断器在两袋子之间并热封及切断。设计分析主要操作部件(供送、牵引、纵封、横封、切断)之间的相互配合关系，做到连续供送包材，牵引速度与横封速度相当，横封封合紧密，严格保证横封、切断及包装血液袋时不出现堆积、拉伸包装袋的现象。精品.4 成型器设计4.1 翻领制袋成型器的研究现状翻领成型器是袋成型-充填-封口机的关键部件，据有关专家分析“十一五”期间我国包装机械行业重点发展的机械产品或类型中就包括袋成型-充填-封口设备。袋成型-充填-封口机是量大面广的通用机械产品，该机采用各种塑料复合薄膜或单膜对块状、颗粒状、粉状、液态和粘稠物料等进行包装，能自动完成制袋、充填、封口、切断等全部包装过程，经过包装的商品可以防潮、防霉、防污染、防氧化，延长储存期。它适用于各种塑料复合薄膜袋或铝箔复合薄膜袋，如聚酯/聚乙烯、尼龙/聚乙烯、聚丙烯/聚乙烯、聚酯/铝箔/聚乙烯、尼龙/铝箔/聚乙烯等复合材料，广泛应用于轻工、食品、药物、化工等各行各业，目前在我国内销及出口产品包装中运用非常广泛。7该种机器有各种规格的产品，有大袋、重袋包装机，有中型包装机，也有小袋包装机，计量方式有电子秤式、容积式，包装物料的不同可以分为液体、颗粒、粉末等类型的包装机。从上世纪八十年代开始，通过采用国际标准和吸收国外先进技术特点，该种包装机在标准水平、设计制造技术和产品质量方面都有了较大的提高。一些企业的产品质量达到或接近国外同类机器的先进水平。但随着时代发展该类机械生产厂家不断增多，而且多为中、小型企业，乡镇、私营企业也占不小比例，有些企业缺乏技术，缺乏自我发展能力，质量管理水平较低，对包装机械生产工艺把握不严。一些企业为了在价格方面占有优势，往往采取恶性竞争手段，为降低成本，采用恶劣材料、偷工减料、减化生产工艺，致使一些包装机质量低劣。目前，此种机器在国内的生产量较大，在各类包装机械产品中产量名列前茅，并且小型机的产量在该种包装机中所占份额尤其大，国外这种小型机产量不大，由于中国产品价格便宜，目前大量出口世界各地，东南亚等地的需求量比较突出。8国内生产“制袋-充填-封口”包装机械的企业有100多家，年产量为15002000台，约40个品种，充填设备分档一般为2g10g、20g50g、50g100g、100g250g、250g500g、500g1000g、1000g2000g。国产精品.“制袋-充填-封口”包装机约有75为小尺寸包装的机型，而多以单列、三边封袋型为主，应向多列式高速方向发展6。据51报告在线公布的我国包装机械市场现状及前景预测分析的报告显示：我国现有的“中袋成型-充填-封口”包装机生产企业5家，中袋粉料的自动袋成型包装设备在国内还没有真正过关的产品，这与缺乏相关基础技术研究有很大关系。与国外同类产品相比，我国“制袋-充填-封口”包装机械总体上还存在一定差距，包装速度低，小袋包装大都在60120袋min之间，超过80袋min时包装质量下降，中袋包装3560袋min；国外机械包装速度小袋已达到1200袋min，中袋160袋min。同时据最新了解国内部分企业生产的“制袋-充填-封口”包装机的机械包装速度已达到80袋/min，如丹阳仅一包装设备有限公司。制约和影响制袋-充填-封口机的包装质量和速度的一个重要因素就是翻领成型器的设计与制造的质量与精度。4.2 翻领成型器与其它成型器的区别根据卷料成型和充填要求不同所用到的制袋成型器也不同。常用的成型器除了翻领成型器，还有象鼻式；三角形式；U形；直角缺口导板式成型器。如图4-112a-翻领式；b-象鼻式；c-三角形d-U形；e-直角缺口导板式精品.图4-1 制袋成型器结构形式翻领式成型器：平张薄膜拉过成型器即成圆筒状，成型阻力大，易产生变形、皱折、撕裂，多使用复合膜制袋。成型器设计制造及调试都较复杂，规格上无通用性。主要应用于立式(或卧式)-制袋-充填-封口包装机。象鼻式成型器：平张薄膜拉过成型器时变化较平缓，成型阻力较小，不易产生变形，能使用单膜、复合膜制袋，成型器设计制造、使用较容易，但薄膜易拉偏，一只成型器只能适应一种袋宽。无通用性。主要应用于立式连续制袋的充填封口机，其设计和制造比翻领成型器方便，但是，若完成同一尺寸的三面封口扁平袋，则比翻领成型器结构尺寸大。三角形成型器：由锐角三角形板与U形立杆联接在可调基板上组成，结构最简单，薄膜变化较平缓，成型阻力较小，不易产生变形，能使用单膜、复合膜制袋，能用于各种袋包装。成型器设计制造、使用较容易，有一定通用性。U形成型器：由带有导板的U形折叠板与加接U形导槽组成，薄膜在卷曲成型时受力比三角形成型器好，能用于各种袋包装。成型器结构较复杂。直角缺口导板式成型器：由缺口导板、导辊及纵封辊组成，将平张薄膜对开后又能自动对折封口成袋型，薄膜成型时变形较大，多使用复合膜制袋。常用于立式连续包装机。翻领成型器虽然在设计、制造及调试上比较复杂，规格上无通用性，但其可以在结构形式上变化来满足市场对不同袋形的需求，如采用不同的截面形式、封口形式等得到多种多样的袋形，同时翻领成型器的结构紧凑，节省占地空间，充填操作方便。其他几种成型器的结构形式相对单一，很难满足多变的市场需求，所以国内、外对成型器的研究主要针对翻领成型器进行理论研究和实验探讨。4.3 翻领制袋成型器的基本原理常见的包装机械之一-袋装机按其包装袋的来源分为制袋式和给袋式两种，其中制袋式袋装机自动化程度高，可连续工作，技术要求较复杂。但由于制袋式袋装机的使用广泛，主要用于形成简单袋形的包装生产。对于制袋式袋装机而言，按其总体布局又可分为立式和卧式。制袋式袋成型机当中制袋成型器是其关键部件，是使包装材料卷折成各种袋型的专用机构。常用的制袋成型器有三角精品.成型器、U形成型器、象鼻成型器、V形成型器、截取成型器及翻领成型器六种。其中翻领式成型器主要用于立式袋成型包装机，也用于卧式袋成型包装机。其成型阻力大，占用空间较小，结构紧凑，充填操作灵活。翻领成型器的结构参数变化范围较大，可以适应不同性能的材料。因此，其使用更广泛。考虑到翻领成型器的众多优点，本课题设计就选用翻领成型器，它设计、制造简单，方便易用。8图42为立式、间歇运动翻领成型制袋式袋装机的工作原理示意图，可依次完成制袋、纵封(搭接或对接)、充填、横封及切断等工作。平张包装材料经导辊3供送至翻领成型器2，经过翻领成型器的成型曲面翻折形成筒状，材料两边搭接或对接，经过纵封器5进行纵封，同时经过横封器进行横封，计量后的物料由加料斗通过料管1导入底部已封好的袋内，横封器在将袋子封口的同时，将下一个袋子的底部封住，同时切刀将两相连袋子切断分开。全机各个执行机构的动作都由机、电、气、液配合自动完成。1料管；2翻领成型器；3导辊；4包装材料；5纵封结构；6横封结构图42 翻领式袋装机工作原理图立式成型充填封口包装机械中的关键部件翻领成型器的设计制造较复杂，首先要研究它的工作原理及数学模型，才能够为设计制造提供数学依据和理论基础。图43所示为圆形料管翻领成型器的结构原理图。翻领成型器的曲面由外表面为领状，内表面为管状的内外工作曲面组合而成。平张包装材料通过成型器形成圆筒形的袋胚，由于该成型器的外形酷似上衣的翻领，所以形象地称之为翻领成型器。传统形式的翻领成型器的内工作曲面是周长为两倍袋宽的圆柱面，外工作曲面由两部分组成：一部分是与平张材料共面的平面精品.ABC，另一部分是两个对称的空间曲面ACSA和BCSB，两部分分别称为背平面和肩曲面。肩曲面与内管的交线SCS称为领口交接曲线。包装材料在被引导输送的过程中，沿着翻领成型器的工作曲面运动，工作曲面及拉力强制材料按其内外曲面形状成型，使平张材料逐渐卷曲成圆筒状。材料由与成型器平面ABC共面的状态经过肩曲面，再通过交接曲线逐渐翻折成为筒状。在整个过程中，要求材料尽量不能产生变形，在高速运转的过程中，材料不跑偏、不卡塞，制出外形平整美观、符合尺寸要求的袋子。图43 翻领成型器结构原理图 图44 翻领成型器平面展开图图44为圆管翻领成型器的平面展开图，翻领成型器的主要参数如图所示。其设计关键就是确定领口交接曲线，在确定领口交接曲线方程后，确定其主要相关参数及变量，再根据已知参数、变量间的关系来确定交接曲线。交接曲线的性能决定了翻领成型器的性能。114.4 翻领成型器设计的目的及意义翻领成型器的用途就是将平张薄膜片材通过其内、外工作表面而翻折成筒状，并经过横封、纵封，最终成袋型的。它对袋的形式、尺寸和成品质量均有直接的影响；它的设计与制造也是我国制袋-充填-封口机生产中的一个棘手的问题。在实际应用中，小计量的袋式成型机所使用的薄膜窄，成型相对较容易，但到了中型机中，因成型不好而造成的质量问题就比较突出了，究其原因主要是翻领成形器的设计结构不合理，加工成型不规范，造成的摩擦阻力大，薄膜受力不均匀等。因此在设计翻领成型器时要符合塑料薄膜的自然卷曲变形，即翻领成型器的表面积等于通过翻领成型器的塑料薄膜的总面精品.积。翻领成型器是袋成型充填封口包装机中的关键部件，随着市场的不断更新变化，产品的包装结构也随之变化，相应的包装机械设备也要与之相适应；而随着市场竞争的日益激烈化，产品的质量及生产速度则成为成功的必然条件，而此时的包装机械同样需要成为坚实的竞争工具。所以研究多种形式的翻领成型器来拓展制袋充填封口机有很大的现实意义和实际需要。市场对包装形式多变和及高速、高质量的袋包装的需求就需要有高质量的翻领成型器来保证，国内外对其研究也在不断深入拓展。由于不同产品的结构形状、物理性质及包装要求各不相同，所以满足于这些产品的包装机械也要求多种多样。其中袋装机是包装机械中使用较广泛的一种。其中制袋式袋装机的成型器是整个机械的关键部件，影响袋装机的结构布局、体积大小、运行速度以及效率质量。而在多种制袋成型器当中，翻领成型器具代表性，综合性能优越，使用广泛，成为包装机械中的研究要点。翻领成型器的结构性能决定了整个包装机械的运行速度及性能，只有翻领成型器的结构设计适当、制造精度高，才能很好地保证袋成型充填封口包装机的生产质量。翻领成型器与包装材料、包装形式、包装对象及加工方法间相互协调的好坏也是影响包装速度与包装质量的关键因素。对应于大小不一、形式多样的产品，翻领成型器也应该随之有所变化，以求得到最佳的生产过程和质量。因此,翻领成型器的研究不能停留在单一的数学模型或是制造方面，应该考虑更多的影响因素，所以翻领成型器需要更多的变化形式，要有更多的创新性研究。翻领成型器的研究已成为国内外包装界进行理论探讨与试验研究的重点，对其更深入的研究也有待进一步发展，总之，对翻领成型器的研究具有一定的实际应用价值。另外，近年来我国国民经济迅速发展，同时我国的食品工业与包装工业也得到了飞速发展。食品机械与包装机械工业的发展更加迅速，已成为机械工业十大产业之一。专家预测，19902020年将会是食品包装机械大发展的黄金时代。那么，作为包装机械中主要的袋装机械的关键部件，翻领成型器设计制造的好坏则很关键。高精度、高质量的成型器部件必然会在包装机上有着广泛的应用前景。 精品. 因此，本研究课题的研究要求在于：根据现有的翻领成型器形式，设计出新形式的翻领成型器模型，使其适用性更加广泛；进一步深入研究翻领成型器设计参数对翻领成型器结构性能的影响，为实际生产提供理论依据；对已有的多种翻领成型器进行对比，总结其优缺点及适用对象，为设计制造提供参考。134.5 成型器设计目前存在的问题综观国内外30多年来的研究成果，现有对翻领成型器的研究已经比较全面，而且也比较深入，但是仍然存在很多不足和问题，存在的主要问题归纳如下。(1)每种尺寸规格的成型器只能制造一种宽度规格的袋子，当袋宽规格发生变化时，就需要设计更换相应尺寸的成型器，然后进行调试。然而，翻领成型器的设计、制造及调试都较复杂。(2)国内外对于翻领成型器的研究大多数一直停留在基于立体几何所建立的翻领成型器的数学模型的探讨上，对材料成型过程的受力情况、翻领成型器的制造等其他方面的研究却很少，且不够深入。(3)使用微分解析几何理论所建立的翻领成型器的数学模型深入精确，但是难于理解，不能够广泛应用。而应用广泛的立体几何数学模型函数表达式中所含的参数较多。翻领成型器的数学模型仍有待研究、简化。(4)国内外对翻领成型器各个参数对材料成型性能的影响有所分析研究，但是不够深入透彻，也不够全面，不是每个因素都考虑研究过。(5)现有翻领成型器的制造工艺大多使用钢板折弯成型，也有铸造成型的，还开始出现基于逆向工程所制造的翻领成型器。各种制造方法都有其优缺点，都不能够很精确的保证材料在成型过程中不发生变形。（6）对于不同封口方式的翻领成型器研究。由于包装袋形的多样性，所以完成这些袋形的制袋-充填-封口包装机在机型及结构上也带来一定的差异，主要反映在翻领成型器形式及封口装置上，对于同一形式的翻领成型器可以设计不同的封口方式得到不同样式的袋形。可根据袋形的对称性将翻领成型器的封口形式分为对称形式和非对称形式。如图精品.4-5和图4-6所示，列出了不同的封口形式。图4-5 对称封口形式图4-6 非对称封口形式 以上存在的问题需要进一步研究而得到解决，最终的目的是为进一步提高翻领成型器的精度，改善其力学性能。使得材料在成型过程中不产生拉伸变形；使得制袋机械能够高速运行；能制出外形平整美观，符合尺寸要求的袋子。4.6 新型无领翼式翻领制袋成型器的研究翻领成型器由于其自身的结构优势，在包装机械中得到广泛的应用，主要用于立式制袋充填封口包装机，也有少量用于卧式裹包机。但是随着袋宽尺寸的增加，翻领成型器的弱点逐渐显现出来。当袋子增大时，成型器的宽度也相应增大，使得成型器在包装机上的布局产生困难，并且成型器的制造难度加大。翻领成型器是包装机械实现袋成型的一个部件，由于其自身的结构优势，成型器的高度与所制袋长的比值较之其他类型的成型器要小的多，因而翻领成型器在包装机械中得到广泛的应用，主要用于立式制袋充填封口包装机，也有少量用于卧式裹包机的袋成型。随着袋宽尺寸的增加，翻领成型器的弱点逐渐显现出来。从原理上讲，翻领成型器(包括其他类型成型器)的制袋材料宽度都大于精品.2倍袋宽。当袋子增大时，成型器的宽度也增大，使得成型器在包装机上的布局产生困难，并且成型器的制造难度加大。本文针对上述问题介绍一种新型的无领翼式翻领成型器的设计。4.6.1 新型无领翼式翻领成型器基本原理无领翼式翻领成型器主要用于卧式裹包机，现研究料管截面为带圆角的长方形，其工作原理如图47所示。对折的包装材料1经导辊2进入成型器折弯成型，形成筒状，随后经纵封、横封及分切完成袋的制作。制袋材料进入成型器的方向与袋成型后输出的方向空间相交90，输入的材料宽度比一般成型方式的缩小一倍，也使整机的结构尺寸大大减小，布局方式更灵活、空间更大。该类型翻领制袋成型器的结构形式与现有的各种翻领成型器都有所不同，属于一种新型的、有创新性的翻领制袋成型器。该成型器可以生产对接或搭接的三面封口袋，主要用于固体块状产品的包装，若产品的袋包装尺寸较大时，也可选择使用无领翼式翻领制袋成型器。1包装材料；2导辊；3进料口；4无领翼式翻领成型器；5三面封口成型袋图 47 无领翼式翻领制袋成型器工作原理示意图新型矩形料管无领翼式翻领制袋成型器的空间立体图以及在设计计算中所设定的各参数如图48所示。包装材料以对折形式供送至TA处导辊，之后经过翻领成型器翻折形成筒状，再进行纵封、横封从而成型为封闭的袋子。 精品.图48 矩形管无领翼式翻领制袋成型器参数设置图4.6.2 本课题设计所选用成型器本课题设计所选用的为翻领成型器，它的外形如图4-9所示，这种成型器为普通翻领成型器的一种变形，它的截面为三角形，包装薄膜经过成型器后，能把塑料薄膜折起来，把蔬菜袋包起来，就能实现蔬菜袋包装的功能。这种成型器设计简单、使用方便，成型效果好，而且成本较低，适合大范围的推广。图4-9 课题选用成型器蔬菜袋的尺寸为250mmX140mmX50mm，所以设计成型器的截面宽度为150mm，比蔬菜的宽度稍大点。它的尺寸如图4-10所示，成型器通过螺栓连接在上板上。精品.图4-10 课题选用成型器尺寸精品.5 包材的选取与薄膜供送结构设计5.1 包装薄膜的选择包装薄膜的选择在产品包装的过程中也是很重要的。卷筒塑料薄膜的产生引起了包装技术的革命，产生了多样化的包装技术。例如塑料包装，可以采用电热丝脉冲热封包装以及高频加热热缩包装等方法。目前食品行业普遍采用聚乙烯薄膜作为包装材料，纸质材料经涂塑料后的复合材料包装也被广泛采用，如牛奶、瓜子等。枕式包装机多采用热封玻璃纸、铝箔复合材料、聚乙烯和玻璃纸复合材料等。考虑到在薄膜牵引时，薄膜要受较大的张力，包装的速度越快，薄膜所受的张力越难控制，薄膜也就越容易被拉断，因此如果薄膜的强度不够，包装速度的提高将成为一个难题。所以，选择薄膜的选择是十分重要的。15包材的选用对包装质量的影响至关重要，所以，在包材选用中我们主要考虑以下四个方面:(l)包材安全，卫生，对人体无害；(2)红外检测标识清晰可辨；(3)包材的热收缩率；(4)包材的牵引张力。5.2 包材的牵引张力采用卷筒包装材料的包装机械，工作性能与卷筒包装材料的张力状况有密切的关系。张力控制是提高机器运行速度，获得高质量产品的重要保证。(l)运动微分方程精品.图5-l 卷筒包材卷筒包装材料的放卷过程如图5-1，有如下关系 （5-1） 式中R-卷筒包装材料的工作半径；Rm-卷筒包装材料的最大半径(放卷过程的初始半径)；-包装包材的厚度；-卷筒包装材料运转的转角。如果卷筒包装材料半径由Rm减小到Rc，所需的最大转角为m，则 （5-2）按运动关系，卷筒包装材料的线速度V和角速度之间有如下关系 （5-3）系统的运动微分方程将是 （5-4）式中T-包装材料工作时的张力；M一施加于卷筒上的总力矩；J一卷筒的转动惯量；总力矩M由如下两部分组成。 （5-5）式中Mr-卷筒运转时的阻力矩；Mc-施加于卷筒上的控制力矩。张力主要依靠控制力矩调节。在放卷过程中以可控的驱动力矩驱动卷筒包装材料转动，又可调节张力的大小。卷筒包装材料的转动惯量J可如下计算 （5-6）式中Jc-卷心和一起转动的支撑零件综合的等效转动惯量；精品.-包装材料的密度；B-包装材料的宽度。式(5-1)对时间求导可得 （5-7） （5-8）将上式代入式(5-4)，则 （5-9）可以利用龙格一库塔对式(5-9)求解.为得到TR、dR/dt和t之间的数值关系，进而求取、和t之间的数值关系，可以求解式（5-1）（5-3），现给出它们的数值关系和 （5-10） （5-11） (2)控制力矩Mc和卷筒半径R之间的关系根据运动力学的原理 （5-12）所以式(5-4)可改写为或 （5-13） （5-14）一般希望在工作时张力T和运动速度V稳定不变，设工作中阻力矩恒定，据式(5-1)随工作半径R的变化及时调整控制力矩Mc。由测量卷筒半径，实施控制力矩的调整需要一定时间，此的调整值应比测半径滞后。在某一时刻，得卷筒半径为，时施加的控制力矩为精品.。、为初始条件，求解方程式(5-9)，得到时的卷筒半径为，再将值代入式(5-6)和式(5-13)式求得控制力矩的调整值。影响张力T变化的因素除了式(5-13)表示的关系外，还有许多其它不确定因素。如