包装设备设计—课程设计

1、1 包装机方案设计 包装机械作为使产品包装实现机械化、自动化的根本保证在现代工业生产中起着相当重要的作用：（1）大幅度的提高生产效率。（2）降低劳动强度，改善劳动条件。（3）保护环境，节约原材料，降低生产成本。（4）有利于被包装产品的卫生，提高产品包装质量，增强市场销售的竞争力。包装机械有多种分类方法，按功能可分为单功能包装机和多功能包装机；按使用目的可分为内包装机和外包装机；按包装品种又可分为专用包装机和通用包装机；按自动水平分为半自动机和全自动机等，此外包装封口形式有枕式封口、三边封口和四边封口等。其中袋成型一充填封口包装机是一种多功能机型，由于它能包装产品品种多，应用范围广、市场需求量大

2、，因而它是国内外重点研究发展的包装机。目前，制袋充填包装机广泛应用于食品、医药、化工等行业。其包装过程包括袋成型、充填、封口、切袋等主要包装工序，以及与其相关的前后工序，如接带、储带等，此外还包括在包装件上打印和计量等附属设备。立式连续制袋三边封口包装机将纵封和牵引合为一个纵封滚轮，将横封和切断装置和为一个横封装置，节省了空间、时间。又考虑到方便、造价低等特点，此次选用立式连续制袋三边封口包装机。 图11 立式连续制袋三边封口包装原理 1-卷筒薄膜 2-导辊 3-成型器 4-加料器 5-纵封滚轮 6-横封辊 7-成品袋 卷筒薄膜在纵封滚轮的牵引下，经导辊进入制袋成型器形成种纸管状。纵封滚轮在牵

3、引的同时封合纸管对接两边缘。随后由横封辊闭合实行横封切断。同样，每次横封动作可同时完成上袋的下口和下袋的上口封合，并切断分离。物料的充填是在纸管受纵封牵引下行至横封闭合前完成的。 这种机型是一种广泛应用的机型，因其包装原理的合理性和科学性而成为较多采用的设计方案。根据这一包装原理可设计出多种的袋型。例如，增加一对纵封滚轮，使两对纵封滚轮对称布置在纸管两边缘，同时进行牵引纵封则形成两条纵封缝，经横封后产生的袋型则为四边封口袋。采用这种制袋方法主要是以美观为出发点，因为增加的一条纵封缝在包装袋结构上是“多余”的，称作“假封”，但它却起到一种对称美的作用。 另外，把横封辊旋转90布置，使纵封的封合面

4、与横封的封合面成垂直状态，则可产生另一种袋型。包装薄膜经成型器被纵封滚轮牵引纵封，随后经过导板并被与纵封面成垂直布置的横封辊封合切断，形成一个中缝对折两端封合的包装袋，也就是平常所说的“枕式包装”。 图12 中缝对接两端封口包装原理 1-薄膜 2-纵封滚轮 3-导向板 4-横封辊 5-成品袋2 包装袋规格2.1 包装袋材料、尺寸 此课题研究所要横封的包装袋的材料为热封性复合材料，要求能适应190280mm范围内，每隔10mm为一种规格的袋长。2.2 包装材料与热封头表面的关系花纹式样根据所用包装材料的性质、厚薄而定，下表供参考： 表2-1热封头表面花纹与包装材料的选用花纹组合封头（1）封头（2

5、）包装材料玻璃纸防潮玻璃纸聚乙烯玻璃纸聚乙烯/玻璃纸/聚丙烯聚丙烯（无延伸）聚丙烯（拉伸）无延伸聚丙烯/拉伸聚丙烯聚丙烯（中低压）铝箔涂塑料袋表2-1 注：最实用；一般用；不用3 连续式横封器设计3.1 横封器的结构 如图3-1所示，连续式横封器每一只横封辊上均对称分布两只热封头，由电热丝加热并自动进行恒温控制，热封所需的压力可借助两侧的压缩弹簧加以适当调节。热封头的工作表面大都具有花纹，以加强包装袋的密封强度并增加美观。图3-1 立式袋装机连续横封器结构图1-主动齿轮 2-横封辊 3-电热管 4-加压弹簧 5-机架 6-调节套筒 7-锁紧螺母 8-支杆 9-滑环 10-碳刷3.2 连续式横封

6、器的传动3.2.1 偏心链轮机构因横封机构在进行封合时必须满足对不同长度的包装袋的封合，横封头在封 合的瞬间，热封头线速度必须与包装袋的线速度相同。横封器采用偏心链轮不等速回转机构传动，当封合过程中包装袋长度变化时，调节偏心链轮不等速回转机构的主链轮上的偏心距便可实现同步封合。图3-2 偏心链轮不等速回转机构1- 辊花手轮 2-主动链轮 3-套筒辊子链 4-从动链轮 5-套筒辊子轮偏心链轮由两只相同齿数的主从动链轮2、4和一只张进链轮5,再绕以套筒滚子链3构成。其中主动链轮2由分配轴带动作匀速回转，其偏心距可借辊花手轮1进行调整。从动链轮4则绕定轴作不等速回转，并经中间传动装置带动横封器的热封

7、头实现不等速回转。3.2.2 运动规律分析图3-3 偏心链轮机构工作简图 设O1、O2分别表示主从动链轮的回转中心，其中心距O1O2=L,节圆半径O1A=O2B=R;主动链轮的偏心距OO1=e,角速度为0。若某瞬间的角位移为，相应的从动链轮角位移为，当主动链轮节圆上任意一点A转到与链条AB相切时，该点的瞬时线速度为A,其值A=0，（=AO）设它与链条同向的分速度A,另A与A的夹角为，则其值 A=Acos （3-1）在OO1O2中，有余弦定理可得 cos= (3-2)另OO1O2=,因AO1O2=90,故AO1O=- 又得 2=R2+e2-2Recos（-）= R2+e2+2Resin （3-3

8、）令O1O2=S,在OO1O2中，应用余弦定理和正弦定理分别得 S= sin=sin 所以 sin= （3-4）将式A=W0 及式（3-2）、式（3-3）、式（3-4）带入式（3-1）中，经整理得： A= 0（R+） （3-5） 由图3-3可见，同一根链条在张紧时A、B两点的线速度应该相等，即 B=A 。若B与从动链轮的节圆相切，并令该轮的瞬时角速度为，则B=R=0（R+） 故得 =0（1+） (3-6)从动链轮角速度随主动链轮转角变化。求极值可得: ，最终可求得最大、最小的输出角速度：， （3-7）对立式袋装机，在限定的袋长范围内，规格偏大的扁平袋所需的横封速度可取为fmax；而规格偏小的扁

9、平袋所需的横封速度可取为f=min。不难看出,对某一具体的偏心链轮来说,R是定值,而e是可调的变量,随e的改变会有相应的不同 、值,且和e是线性函数关系,借用中间某些环节,即可找出偏心距e与袋长L间的对应关系1。3.2.3 基本参数的确定 立式连续制袋式袋装机横封机构的传动关系如图2-3所示,图中Z1=Z2,Z5=Z6,Z4=qZ3,其中q是横封棍上热封件的个数,常用的为q=14之间,如果要求该不等速机构输出的封合角速度为f，相应的横封辊封合角速度为hf，则 即 本设计中q=4。 图3-4 横封器的中间传动机构制袋工艺要求热封件在热合瞬间与包装料袋运动线速度相同,则有: hfRh=式中:Rh-

10、横封辊上热封件的回转半径, 故得： 0（1+）=q （3-8） 在设计时可规定袋长范围内中间袋长（或称平均袋长）lp的热封计算值，使e=0，if=1，由式（3-8）得0= 令偏心链轮的转速为n0，由于0=，则 Rh= （3-9）代入式（3-8）可得 f=0 （3-10）式（3-10）表明，按照给定袋长规格范围，能很方便的确定某一种袋长所对应的偏心链轮机构的输出角速度。4 横封辊设计根据本次设计要求：名称型号包装速度计量范围颗粒自动包装机10-15袋/分80-150 制袋尺寸制袋方式功率长：190-280宽：80-160三面封1.54 横封辊封截面长度及横封切刀外沿半径的确定：由上表可知设生产力

11、Q=15袋/分，袋长L=190-280,袋宽B=80-160。根据袋宽横封辊上封截面长度必须大于160，因此取封截面长度为170。横封器在封合时，热封头封合瞬间的线速度与包装袋运动的线速度相等。主动偏心轮以0均匀角速度回转时,该偏心链轮机构的链轮作非均匀角速度转动。在封合瞬间，封头的角速度为。确定不同袋长对应的偏心距刻度值，已知袋长的最小值和最大值lmax=280mm，lmin=190mm，故平均袋长lp=0.5（lmax+lmin）=0.5（280+190）=235mm。设横封切刀外沿的半径为R，热封头个数为q=4，因此有：qQlp/60=R。令偏心链轮的转速为n0(r/min),由于0=

12、n0/30.则：Rh= qQlp/600= qlp/2。代入数据q=4、lp=235得Rh=4245/23.14148，0=qQlp/60Rh。4.1 热封原理及热封头设计4.1.1 热封原理热封原理:将两层以上的塑料薄膜热熔到一起，这除了与塑料本身的性能有关，如熔融温度、热稳定性等，还与温度、压力、时间和加热方式、封合形式有关。他们都是在加热条件下，使薄膜的热封合部位局部达到熔融状态，并施加一定压力，经过一段时间后，分子互相渗透，经过冷却、定型后而起到热封合作用。一般说来，温度低些、压力小些、时间长点，热封质量较好。温度太高，薄膜容易出现软化，产生较大的热收缩变形，影响封口质量，甚至烧穿；如

13、果时间太长，有的塑料会受热分解，压力过大，使封口变成增大，封接强度下降。4.1.2 热封头设计热封头设计：本次设计的热封方法采用回转辊连续回转实现热封，封合工艺与板式热封相似，其封合工艺图如下： 图4-1 横封工艺过程示意图 图4-2 转动导杆机构的-曲线 封合工艺要求：如图可知为了实现加热及加压切断时包装材料与热封切断件的同步要求,希望热封切断件与包装材料接触表面从P位置至Q位置的线速度的水平分量始终与包装材料的运动速度相等。因此,热封切断件在P处的切向线速度应大于在Q处的切向线速度,故热封切断件在此PQ区间作不等速回转。另外,还要求热封切断件在Q处热封切断结束后以比Q处较快的角速度转动离开

14、,以不影响物件1的前进,可见热封切断在区间按卧式袋装横封工艺需要必须作不等速回转,并且在Q处角速度最小。 转动导杆机构以导杆转角为横坐标,从动曲柄输出角速度为纵坐标-曲线如图4-2所示,该曲线的最低点专门用来适应卧式袋装机横封切断;如用在立式袋装机上,则=0,及=180处的最低,最高可适应短袋及长袋的热封需要。热封方法的原理是：将要封合的薄膜紧压在耐热橡胶及加热到一定温度的加热板之间实现热封，这种热封机机构和原理简单，封合速度也快。广泛用于聚乙烯薄膜和聚乙烯复合薄膜的热封，但不适用不受热易分解或易收缩的薄膜的热封。本次包装袋采用聚乙烯复合薄膜制袋。对于单膜的热封来说，热封头表面大多采用光面，上

15、板或下板加热，用不锈钢制成，另一板为耐热的硅橡胶，不加热，为了阻止热封合时塑料与加热板粘连，在加热板上与塑料接触的地方应涂上一层聚四氟乙烯；为了使封口美观，封口宽度一般为23。对复合薄膜，为了提高封接强度和增加美观，封头表面常有纵横花纹，封口宽度为10。因此本次设计中取封口宽度D=10对于薄膜厚度大、加热时间短的热封接，容易形成薄膜上下层温度不均匀，上热下冷或下热上冷温差较大的现象。过大的温差容易引起与加热板接触的塑料薄膜表面过热，产生热变形和热分解，影响封接质量。这时易采用双面加热的方式。9.1.3 包装袋热封切断形式包装袋热封切断形式：切断形式有热切和冷切两种。本次设计采用热切。热切是在一

16、定压力作用下，将薄膜局部加热熔化分离的一种切断方式，通常和横封机构连在一起，即在横封的同时完成切断。本次切断采用热切中的电加热刀（恒温切断）。在一些高速包装机上，采用脉冲电加热的方法进行封接和切断已经不能满足要求，因此常用恒温切断方法（又称电加热切刀法）。5 横封滚的主要零件设计5.1 轴设计热封切刀是安装在轴上的，经过以上的设计知道热封刀的回转半径为148mm,封头宽10 mm。设计热封切刀的底座宽为120 mm。轴的直径大于热封切刀的底座宽，因此可设计轴上安装热封切刀部位的直径为150mm。轴上安装轴承的部位的直径要比安装热封切刀部位的直径小。且大小等于轴承小径。轴上还有安装齿轮的部分和安

17、装其它部件的部分。因为部分电加热装置要安装在轴内从轴端到达热封合切刀上，因此轴的两端到安装热封合切刀的部分中间要设置通道。安装轴承和齿轮及其它部件的部位的尺寸根据所选的零部件而相应的确定。5.2 轴承选取轴承选取：用来支承轴或轴上回转零件、保持轴的旋转精度、减小磨擦和磨损。本此设计中轴承的选取：在横封机工作过程中，工作压力不大，轴承的负荷不大。转速不高，因此对轴承的强度要求不高，根据轴承工作要求及与轴的配合取深沟球轴承中的代号为6005的轴承。其基本尺寸/mm：d=25，D=47，B=12，rs=0.6.其安装尺寸/mm:da=30，Da=42,ras=0.6.基本额定动载荷10KN。基本额定

18、静载荷5.85KN。极限转速：脂润滑：13000r/min，油润滑：17000r/min。5.3 压力调节机构设计设计压力调节机构设计：通过手轮与压缩弹簧调节热封所需压力。用螺栓调节上下刀间的间隙大小,用螺栓调节因物件厚薄尺寸影响横封缝的上下位置横封辊热封件表面的花纹与所热封包装材料有关。封合过程中，如果封合压力过小，则薄膜相互渗透不足，封合不牢靠，达不到封合要求。如果压力过大，则薄膜变形较大，影响封口质量。封合时热封所需压力主要由弹簧的弹力实现。调节过程中，当需要增加热封压力时调节调节套筒向由旋，从而挤压弹簧，弹簧再使横封辊产生相应位移，从而增加两横封辊间压力。当热封压力过大需要减小时，将调节套筒向左旋，此时弹簧伸开，弹力减小，夹在横封辊上的压力也减小。热封压力也相应的减小从而达到要求。热封压力由弹簧产生，弹簧的弹力与弹簧的材料，形式有关。因此对压力调节机构的设计主要是对弹簧进行选取。连续式横封器封合过程中所需要的热封压力不大，一般在0.10.6MP之间。弹簧有螺旋弹簧、环形弹簧、蝶形弹簧、平面涡卷弹簧和板弹簧等，在横封机构中选用螺旋弹簧。螺旋弹簧是用金属丝按螺旋线卷绕而成。其又可分为圆柱形、截锥形等。按受载荷情况可分为拉伸弹簧、压缩弹簧和扭转弹簧。横封机构中用于调节热封压力的是圆柱形压缩弹簧。对比弹簧所用材料及横封器中热封压力，本次横封器设计中选