枕式包装机横封结构设计

1、袋式包装机的传动系统设计1 绪论国内外包装设备的发展现状我国包装机械工业起步较晚 , 很长时间都没有形成一个独立的行业。20 世纪 80 年代初 , 我国政府发布的机械产品目录中还没有包装机械这 一门类。 70 年代中期以前 , 我国商品包装的技术装备相当落后。大多数 食品企业都采用作坊式生产、 手工包装和散装销售 , 仅有糖果、 烟草等几 个领域使用机械包装。 目前 , 我国从事包装食品机械生产的县以上企业约 有3300 多家, 其中合资 企业 120 余家, 从业 人员 55 万人, 科研 单位 130 余个 , 产品品种达 3000 多种。产品的技术水平和自动化程度都有很 大提高 , 许

2、多产品已由单一机械型向机电一体化型转变 , 电器控制由普 通电器向可编程和计算机控制转变 , 并由提供单机向提供成套生产线转 变, 该行业已成为我国机械工业 14 个大行业之一。预计到 2005 年, 包装 和食品机械年产值达到 440 亿元左右 , 产品品种达到 4000 多种 , 基本满 足我国食品工业和包装工业的需要。改革开放以来 , 我国包装机械行业的发展取得了很大进步 , 但与 世界先进水平相比 , 还存在较大差距。 主要表现在我国包装机械产品控制 水平较低 , 高新技术应用少 , 新材料、新工艺推广慢 , 大约只有 5% 的产 品能达到发达国家 20 世纪 90 年代初期水平 ,

3、总体水平比发达国家落后 20 年左右。随着包装机械行业发展 , 应重视各种新技术、新材料、新工 艺在包装机械上的应用 , 如光纤技术、生物工程技术、机电一体化技术、 人工智能技术和纳米技术等。 要加快在包装机械生产企业中推广计算机辅 助设计(CAD)、计算机辅助生产工艺技术(CA PP)及计算机集成制造系统(C IM S) , 上述技术的推广应用 , 可使产品开发技术准备及制造周期缩短 30% 左右。同时可以完成高速机构的运动学和动力学优化设计和精密加工 使得包装机结构紧凑、造价低、运动平稳、使用寿命长。目前, 国内包装机械产品系列化水平低 , 品种少 , 缺门产品多 , 包装机对包装物的适应

4、性较差。采用模块化设计思想 , 可将计量装置、制袋成形器、物料输送、 包装材料输送、 热封装置和打码装置等设计成多种标准模块 , 通过标准模 块的合理组合 , 以适应不同物料特性、 不同材料种类和不同包装容量的要 求。逐步加大包装机标准件与外购部件的比例 , 突出包装机械的特殊制造 功能 , 促进包装机械生产在一定范围内实现标准化、 通用化和系列化。 同 时引进国际上承认的标准来规范企业的生产行为也是提高包装机械产品 标准化水平的重要途径。 国产高水平高速度的包装机 , 为了保证其主机质 量和可靠性 , 不得不花高价购买进口电器元件和气动元件。 这就说明要提 高国产包装机械的质量 , 必须重视

5、基础件的研制以及配套件的技术水平 的提高 , 研制与包装机配套的高水平的真空泵、 真空阀、灌装高速电磁阀、 传感器、变频电机及电器控制元件 , 开发各种在线或离线的检测设备 , 以 进行重量检测、 异物检测、 金属检测和真空度检测等 , 提高整体技术水平。 国外包装机械企业成功的经验表明 , 企业用于研究与开发的投资如 果占销售额的 1% , 企业难以生存 , 占2% 可勉强维持 , 占5% 才有竞争力 而我国包装机械企业的研发平均投资水平不足1%。只有加大科技投入 , 鼓励科研院所加入企业集团 , 多渠道多层次的增加科研经费 , 才能开发出 产销对路的高技术产品。 根据中国包装网络管理中心对

6、全国包装企业网络 及电子商务开展情况调查显示 , 有 35% 的包装企业经常使用互联网 , 15% 的企业建有网站 ,10% 建有企业内部的电子商务管理系统 , 有 60%的企业 认为需要电子商务服务。在 2001 年内使用电子商务平台的企业占 40% 以 上。 调查充分显示电子商务在中国包装业有广阔前景。我国包装机械行业由于产品自身的特点 , 非常适合网上贸易。 网络经济的发展 , 从根本上打 破了传统产业的经营运作模式 , 建议企业要加强自身的信息化和网络化 建设 , 将传统的营销模式尽快与网络营销接轨 , 利用已有的电子商务平 台开展产品的供求信息发布 , 利用网络探索新的业务合作伙伴

7、, 提升企 业的产品服务和营销水平。包装工业的概况及技术方法1.2.1 包装工业的概况包装机工业作为一门新兴工业，具有明显的时代特征，它既是配套工 业，是当今的主导产业之一。在日益发展的市场经济中，包装工业对其他 工业的发展起到了推动作用。主要表现在相关工业的发展方面：从所用包 装材料看，它推动了造纸工业、塑料工业、冶金工业和化学工业等部门的 发展；从包装技术方面看，它对机械工业、电子工业、印刷工业、新材料 工业以及装潢设计等方面提出了更高的要求；从消费领域看，对食品、饮 料、粮食、医药及日用化工品等，起到了重要的促进作用。中国的包装工业，由上世纪 80 年代开始腾飞，经过了十几年时间的发 展

8、而初具规模，特别是食品包装业，更是飞速发展，取得了长足的进步。 这一切主要表现在包装工业不断完善，包装技术不断改进，包装材料不断 创新。对于食品包装，其产品已呈现出多品种、多样式及多层次的特点。所 谓多品种，包括金属罐、玻璃瓶；塑料制品的多类成型袋及瓶、罐容器； 纸制品的多瓦楞纸箱机纸盒软包装、纸袋包装；另外还有一些丰富有特色 的木、竹、瓷制品的包装。所谓多式样是指包装品结构造型紧跟时代潮流， 新颖多样、彩鲜艳、装潢精美。而多层次是指包装品的高、中、低档并存， 以适应市场需求。随着我国经济的日益发展壮大，包装工业也以年均18%的速度快速发展，但是在我国包装工业快速发展的进程中，大量技术含量高的

9、成套设备 仍依靠进口。如塑料薄膜双向拉伸设备，一条生产线就近1 亿元，从上世纪 70 年代开始引进，到目前为止，国内相继进口此类生产线 110 条。还有 乳品业大量使用的无菌包装盒、灌装设备几乎都为瑞典利乐公司一家提供。 我国包装机械对国外高端技术的过度依赖，已成为严重制约我国包装工业 持续、稳定发展的隐忧。因为大多数包装产品的技术含量体现在加工工艺和技术装备上，工艺 是核心，装备是关键，而包装设备在包装工艺中居于主导地位。虽然大量 先进设备的引进大大加快了我国包装工业的发展速度，缩小了我国包装工 业与发达国家的差距，但是，我们不能依赖国外的高端技术与技术装备， 这是因为国外的技术装备价格昂贵

10、，一些中小企业无力引进，不利于我国 包装行业技术水平的整体提高 ; 不利于发展自己的知识产权，不利于培育自 己的专业设计人员，长此以往我们只能跟在别人后面，这将丧失发展的控 制权和市场的主动权。1.2.2 包装作业的技术方法包装技术方法可谓形式多样， 并且不断有创新技术的出现， 但较常用的方法 概括有以下几种：1) 充填2) 灌装3) 裹包4) 装盒与装箱5) 收缩包装6) 拉伸包装7) 真空和充气包装8) 泡罩包装盒贴体包装9) 热封10) 粘合剂粘合11) 加盖、卷边接缝12) 捆扎13) 贴标和打印2 包装机的整体认识包装机械的组成、分类及特点作用包装机械是指完成全部或部分包装过程的机器

11、。包装过程包括成型、 充填封、口裹、包等主要包装工序以及清洗、干燥、杀菌、贴标、困扎、 集装、拆卸等前后包装工序，转送、选别等其他辅助包装工序。它是包装 工业的一大门类产品，在包装工业中有着举足轻重的地位和作用，它给行 业提供必要的技术设备，以完成所要求的产品包装工艺过程。2.1.1 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，很难将它们的组成分类。但通过对大量包装机械的工作原理和 结构性能的分析，可找出其组件的共同点。包装机械由动力系统、传动系 统和执行系统组成。为了便于掌握和研究包装机械的工作原理和结构性能， 通常又将包装机械分成下列组成部分。（

12、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系统，如糖果包装机中包装纸的供送、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。有的还可完成被包装物品的 定型、分割。（ 3）主传动系统 该系统是将包转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。单工位包装机没有传送系统。全部包装工序在包装机上往往分散成几个工位来协同完成供送包装材 料和被包装物品，直到把产品输出。主传送机构的形式影响其外形，所以 必须有专门的机构来传送

13、包装材料和被包装物品，直到把产品输出。（ 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，传动系统是指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。通常由传动零件，如带轮、齿轮、链轮、凸轮等组成，或者由机、电、 液、气等多种形式的传动组成。（ 7）控制系统 控制系统由各种手动自动装置组成。在包装机中，从 动力的输出、传动机构的运转、包装执行机构的

14、动作及相互配合以及包装 产品的输 出，都是由控制系统指令操纵的。它包括包装过程、包装质量、故障与安 全的控制。现代包装机械的控制方法除机械形式外，还有电气控制、气动控制、 光电控制、电子控制和射流控制，可根据包装机械的自动化水平和生产要 求选择。（ 8）机身 机身用于安装、固定、支承包装机所有的零件，满足相互 运动和相互位置的要求。因此，机身必须具有足够的强度、刚度和稳定性。2.1.2 包装机械的特点包装机械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： 大多数包装机械结构复杂，运动速度快，动作精度高。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。 用于食品和

15、药品的包装机要便于清洗，与食品和药品接触的部位要 用不锈钢或经过化学处理的无毒材料制成。 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。 包装机一般都采用无极变速装置，以便灵活调整包装速度、调节包 装机的生产能力。因为影响包装质量的因素很多，诸如包装机的工作状态（机构的运动 状态，工作环境的温度、湿度等）、包装材料和包装物的质量等，所以， 为便于机器的调整，满足质量和生产能力的需要，往往把包装机设计成无 极可调的，即采用无极变速装置。 包装机械是特使类型的专业机械，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。包装机

16、械的作用包装行业是一个新兴的行业，随着市场竞争的日益激烈白热化，产品形象 广告效应对包装行业提出了越来越高的要求和越来越多的需求。包装机械大致有四种作用：(1) 保护被包装的商品，防止风险和损坏，诸如渗漏、浪费、偷盗、损 耗、散落、掺杂、收缩和变色等。产品从生产出来到使用之前这段时间，保护 措施是很重要的，包装如不能保护好里面的物品，这种包装则是一种的失败。(2) 提供方便。制造者、营销者及顾客要把产品从一个地方搬到另一个地方，牙膏或钉子放在纸盒内可以很容易在库房里搬动，酱菜和洗衣粉的不方便包装，已被现在的小包装所取代，这时消费者采购和带回家非常方便。(3) 为了辨别，包装上必须注明产品型号、

17、数量、品牌以及制造厂家或零售商的名称。包装能帮助库房管理人员准确地找到产品，也可帮助消费者找 到他的想头的东西。(4) 促进某种品牌的销售，特别是在自选商店里更是如此。在商店里， 包装吸引着顾客的注意力，并能把他的注意力转化为兴趣。有人认为，"每个包装箱都是一幅广告牌。"良好、的包装能够提高新产品的吸引力，包装本身的价值也能引起消费者购买某项产品的动机。此外，提高包装的吸引力要比提高产品单位售价的代价要低。自动制袋装填包装机分类自动制袋装填包装机的类型有多种多样，按总体布局分为立式和卧式 两大类：按制袋的运动形式来分，有连续式和间歇式两大类。以下介绍几 种具体的机型。卧式自

18、动制袋装填包装机2.2.1.1 卧式间歇制袋三边封口包装机此类机型的包装原理如下图 2-1 所示。卷筒塑料薄膜 1 经导辊 2 引入 成型器3,在成型器3及导杆4的作用下形成 U形并由张开器5撑开。当加 料器 7下行进入加料位置时，横封器 6 闭合，同时装填物料；随后，横封 器 6 和加料器 7 复位；紧接着,纵封器 8 闭合热封并牵引薄膜移动一个袋 位；最后由切刀 9 把包装袋切断。图 2-1 卧式间歇制袋三边封口包装原理1- 卷筒薄膜 2- 导辊 3- 成型器 4- 导杆 5- 张口器 6- 横封器 7- 加料器 8- 纵封牵引器9- 分切刀 10- 成品袋2.2.1.2 横枕式自动制袋装

19、填包装机图 2-2 所示是一种卧式枕型包装机的工作原理。该机集自动裹包物品, 封口,切断于一体,是一种高效率的连接式的包装机,广泛用于饼干、速 食面等的自动包装上。其包装材料为塑料或复合材料,采用卷盘式薄膜供 料,由牵引辊松卷,经导辊的的导向进入成型器,受成型器的作用,薄膜 自然形成卷包的形式。同时,待包物品由供送输送链送入至薄膜卷包的空 间。卷包的薄膜在牵引轮的作用下向前运行并被纵封轮实施纵封热融封合。 物品随薄膜同步运行。包装物品在最后经横封辊刀封合切断,形成一个成 品包装,由卸料传送带输出,由于其包装形式呈枕状,故成为枕式裹包或 中缝包装。这种包装机采用有色标袋包装时,需要随时对纸长进行

20、调整,因此需 配备光电检测控制系统,以实现光标的正确定位。2-2 横枕式自动包装机工作原理1- 卷膜 2- 牵引辊 3- 成型器 4- 物品 5- 供料传送链 6- 牵引轮 7- 中封轮 8- 横封辊刀9- 卸料传送带2.2.2 立式自动制袋装填包装机立式间歇制袋中缝封口包装机此类机型包装原理如 2-3 所示，卷筒塑料薄膜 3经导辊 2 被引入成型 器 4 ，通过成型器 4 和加料管 5 以及成型筒 6 的作用，形成中缝搭接的圆筒 形。其中加料管 5 的作用为：外作制袋管，内为输料管。封合时，纵封器 7垂直压合在套于内筒 5 外壁的薄膜搭接处，加热形 成牢固的纵封。其后，纵封器回退复位，由横封

21、器8 闭合对薄膜进行横封同时向下牵引一个袋的距离，并在最终位置加压切断。可见，每一个横封 可以同时完成上袋的下口和下袋的上口封合。而物料的充填是在薄膜受牵 引下移时完成的。图 2-3 立式间歇制袋中缝封口包装原理2.2.2.2 立式双卷膜制袋和单卷膜等切对合成型制袋四边封口包装机 此类包装机可制造四边封口的包装袋型。双卷膜制袋包装机采用两卷薄膜进行连续制袋，左右薄膜卷料对称配置，经各自的导辊被纵封滚轮牵引，进入引导管处汇合。薄膜在牵引的同时被封合两边缘，形成两条纵封缝。在横封辊闭合后，物料由加料器进入，随后完成横封切断分离上下包 装袋单卷膜等切对合成型制袋包装机只采用一卷薄膜制袋，其制袋过程是

22、 先将薄膜对中等切分离，然后两半材料复合成型。其成型原理及性能比前 者更优异。2.2.2.3 立式连续制袋三边封口包装此种包装机的包装原理如图 2-4 所示。卷筒薄膜 1 在纵封滚轮 5 的牵 引下，经导辊进入制袋成型器 3 形成纸管状。纵封滚轮在牵引的同时封合 纸管对接两边缘。随后由横封辊 6 闭合实行横封切断。同样，每次横封动 作可以完成上袋的下口和下袋的上口封合，并切断分离。物料的填充是在 纸管受纵封牵引下行至横封闭合前完成的。图 2-4 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 这种机型是一种广泛应用

23、的机型，因其包装原理的合理性的科学性而 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袋型。例如， 在如图 2-4 所示的基础上增加一对纵封滚轮，使两队纵封滚轮对称布置在 纸管边缘，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，把图 2-4 中横封辊旋转 900 布置，使纵封的封合面与横封的封合 面成垂直状态，则可生产另一袋型（需配套合适的成型器），如图 2-5 所 示。包装薄膜 1 经成型器被纵封滚轮 2 牵引纵封，随后经过导

24、向板 3 并被 与纵封面成垂直布置的横封辊 4 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 2-5 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- 成品袋枕式包装机的应用及特点现代经济生活中，绝大多数产品都需要经过包装成为商品，才能进入 流通领域，商品的包装要借助包装技术及设备。所以包装设备在包装过程 中是不可缺少的工艺手段。枕式包装机由于进行包装的袋的形状成枕状，像蛋黄派、米饼、饼干、 方便面等，所以通常称作枕式包装，枕式包装机大致分为水平枕式与竖向 纵式型，包装工序水平进行，因此称作枕式包装机。枕式包装机主要使用 于

25、固形物的个装及多个物品等的包装。包装工程从上向下进行的装置则称 作纵式包装机，纵式包装机使用于年糕、糖果、液体、粉袋、流体等的包 装。在市场上可以见到各种包装商品，包装形态多种多样。众多枕式包装 品是由枕式包装机包装的商品，枕式包装机于 1930 年代在美国得到开发， 在日本国内真正开始生产已有 46 年的历史，这些包装机投入到了各种市场， 得到了广泛利用。枕式自动包装机是包装设备中较为重要的一种形式，用于包装块状物 件，形状可以规则，也可以不规则。因此，实际包装中要求其适应范围广、 工作平稳可靠、噪声低、生产率高。可以满足：小到糖果，大到家电；软 到纸巾类日用品、硬的到轴承小五金等商品的包装

26、需要。枕式自动包装机也称为卧式自动包装机，是将包装薄膜裹包在内装物 的外面，制作成枕形袋的包装机。该机型从出现至今，已经历了数十年考 验，仍然保持较强的生命力。它具有独特的包装形式：先进的包装工艺； 通用的包装功能；巧妙的结构设计和美观的总体造型。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。在该机型中，卷筒状的包装材料被逐步制成一个一个包装袋。袋子可 有折进凹角，也可没有折进凹角，如图 2-6 ，折进凹角可使袋子两端显得 光整利落，无喇叭口，厚度在 25mm以上的袋子通常要有折进凹角。可是高 速制袋时常没有折进凹角。图 2-6 枕型袋如图 2-7 所示，薄膜

27、从背架引到成型器而制成管筒状，管筒状薄膜的 边被翼封轮（即纵封牵引轮）拉着，匀速平稳地前进。有些不易拉动的薄 膜，需要背架上装上一个牵引辊，或在进膜轴上装一个送膜电机（图中未 表示）来帮助送进（详细参见制袋设计的引棍设计）。用弹簧张紧辊、导向辊、离合辊和牵引辊来调节薄膜的张力及薄膜的 送进方向，各滚筒的调整必须要适当，如果薄膜的进角太小的话，薄膜就 会越过成型器而不成为管筒状。薄膜经过成型器被卷成卷筒状，欲包装的物品在传送带的输送下被送 到管筒状薄膜的中间，管筒膜的两边则重叠成翼鳍状，接下去封合后，就 成为袋子的背封。图 2-7 卧式枕型包装薄膜的两边经过中封滚轮的时候相互封合就成中封边，如图

28、2-8 。两个中封滚轮上有着相互啮合的滚花纹，同时向滚轮加热加压薄膜在纹中轧过， 封口上轧出花纹。图 2-8 边翼封 用一个封口切断装置即端封切断器进行端封，并将袋子切断成如图2-9 。端封切断器有回转式和往复式两种，封口上面刻有与中封轮表面一样 的花纹。端封器咬合后就在袋子的端封处制出花纹，同时向袋子加热加压。 切断刀一般都装在端封器上，如图 2-10 。因此端封封口与切断是同时进行 的。封口封合时的滚合速度、封合温度、封合位置、封合压力都是可以调 整的。图 2-9 回转式端封切断器图 2-10 端封封口 中国包装机械起步较晚，起于上个世纪 70 年代，北京市商业机械研究 所在研究了日本的包

29、装机械后，完成制造了中国第一台包装机，经过 20 多 年的发展，中国包装机械已成为机械工业中十大行业之一，为中国包装工 业快速发展提供了有力的保障，有些包装机械填补了国内空白，已能基本 满足国内市场的需求，部分产品还有出口。但在目前，中国包装机械出口额还不足总产值的5%，进口额却与总产值大抵相当，与发达国家相去甚远。在行业快速发展的同时也存在一系列的问题，现阶段中国包装机械行 业水平还不够高。包装机械市场日趋垄断化，除了瓦楞纸箱包装机械和一 些小型包装机有一定规模和优势外，其它包装机械几乎不成体系和规模， 特别是市场上需求量大的一些成套包装生产线，如液体灌装生产线、饮料 包装容器成套设备、无菌

30、包装生产线等，在世界包装机械市场中均被几家大包装机械企业集团所垄断，面对国外品牌强劲冲击国内企业应该采取积极对策。从现阶段情况看，全球的包装机械需求以每年%的速度增长。美国拥有最大的包装设备生产商，其次是日本，其他主要生产商还包括德国、意大 利和中国。但未来包装设备生产增长最快的是在发展中的国家和地区。发达国家将从刺激国内需求中获利，并在发展中国家寻找当地合适的 生产厂家，特别是在食品加工厂进行投资，提供包装机械设备。而中国自 加入世贸组织以来取得了长足的进步，中国的包装机械水平提升非常快， 与世界的先进水平差距逐渐缩小。随着中国的日益开放，中国的包装机械 也将进一步打开国际市场。据调查，现有

31、包装机存在以下问题：（1）包装机长期存在着包装材料 （薄膜 ）输送速度难以控制的问题，薄 膜输送速度不稳，对包装袋长精度和袋形质量的影响很大 : 工作初期和末 期，带膜卷的直径变化很大，转动惯量变化，造成包装材料输送时拉力不 均匀，使得封袋长度变化，包装袋长控制精度不高。（2）包装精度 （充填精度 ） 低且工作时不稳定。（3）包装速度低 :目前国产包装机的包装速度，小袋包装在60120 袋/分之间，包装速度超过 80袋/分时包装质量将下降 ;中袋包装为 3560 袋/ 分。国外设备的包装速度已达到小袋包装为1200 袋/ 分，中袋包装为 160袋/分。（ 4）封口质量难以保证。 外观质量。国家

32、规定，包装袋的封口处应平整、网纹清晰，不得有灼化和压穿现象。而现有的包装机不能很好的达到国家的标准 ; 包装成品的封口强度低 ; 由于塑料包装材料与被包装物之间的静电作用，在塑料袋内壁上会吸附细小的被包装物粉粒，若不除去会造成横封口处封口不牢，严重影响 包装袋封口质量。 自动包装机的横封机构运动形式的不合理，将导致封口质量问题。传统的包装机的封口机构，其左右封块是扇形开合，封口部位热封时间不同，导致封口处不平滑，部分灼化或者部分强度不够。两横封块机构采用左横封块运动时，两横封块对包装袋的作用力不同，会造成其封口不 匀。而且封口周期长，包装速度慢。包装工艺方案的拟定由第二章的图 2-7 所示，包

33、装工艺路线是：薄膜经牵引辊牵引由导向 辊进入成形器，再经纵封牵引器牵引并封边使薄膜成型袋筒形。图 3-1 工艺路线图1- 供送链推头 2- 内装物件 3- 光电传感器 4- 备用卷筒薄膜 5- 牵引辊 6- 卷筒薄 膜 7- 成型器 8- 牵引滚轮 9- 排气输送带 10- 纵封牵引滚轮 11- 横封切断刀 12- 输出 毛刷 13- 输出皮带再如图 3-2 所示，是枕式自动包装机的完整工艺路线图。卷筒薄膜 6 在成对牵引辊 5 ，牵引滚轮 8 和纵封牵引滚轮 10 的联合牵引下匀速前进， 在通过成型器 7 时被折成筒状，供送链上的推头 1 将内装物 2 推送入成型 器中的筒状材料内，物品便随

34、同材料一起前进，端封切断器 11 热封左面袋 的后端和右面袋的前端，同时在中间切断分开，输出皮带13 将成品输出。从工艺上分析可知，为达到高速，要优化端封切断器11 的运动规律。由于 11 构件作非匀速圆周运动，是否适宜高速运行，要对端封切断器进行 详细分析（参考端封切断器结构设计）。为满足其多功能，可以调整 7尺寸和 8、11 的速度等构件，来适应不 同内装物的尺寸，达到满足大范围包装。简单更改成形器7，可以使其满足包装内装物尺寸的变化，如宽度和高度。简单调整纵封牵引器速度，可以 满足内装物长度的变化。因此，要完成其多功能、范围广、高速度等，就必须设计出更为合理 的机构来满足要求传动系统概述

35、传动系统的作用是将动力机的动力传递给执行机构，以满足执行机构 对转矩和转速的要求。3.3.1 传动系统的作用1 ）把动力机输出的速度降低或增高，以适应执行机构的需要。2 ）实现变速传动以满足执行机构的经常变速要求。3）把动力机输出的转矩，变换为执行机构所需要的转矩或力 4）把动力机输出的等速运动，转变为执行机构所要求的、其速度按某 种规律变化的旋转或其他类型的运动。5 ）实现由一个或多个动力机驱动若干个相同或不同速度的执行机构。6 ）受机体外形尺寸的限制或为了安全和操作方便，执行机构不宜与 动力机直接联接时，也需要用传动装置来联接。初步确定如下的传动系统图：3.6.3 纵封牵引器的结构及传动设

36、计 高速枕式自动包装机的中封牵引是包装封口的需要。 封口是包装操作中一道 不可缺少的工序。 只有封口后才能密封保存被包装物并符合卫生要求， 且便于运 输销售。由于包装材料、包装方法、密封要求的不同，封口形式亦各不相同。例 如：塑料薄膜采用电热丝加热使表面熔化而粘住的热封方法来封口； 纸张裹包糖 块则采用机械手扭结或滚轮压纹的方法进行封口等。热封广泛使用在塑料薄膜 （包括复合塑料薄膜） 的封口上， 大多采用电热丝加热，加热温度在130°C150°C之间，有常热式、脉冲加热式、油热式等。对 于卷筒塑料薄膜来说，制成袋形尚需要经过中封和端封操作。高速枕式自动包装上配置的中封牵引器

37、， 主要用来完成袋筒成型后的纵边封 合。由于热封器的运动方式不同， 中封牵引器分为连续和间歇式两种， 而本文设 计中的高速枕式包装机采用连续式。连续式中封牵引器的热封执行是作等速相向回转的一对辊筒， 它对袋简兼有 施压、牵引及加热封边的作用。 在热封期间， 热量由辊筒内的电热丝通电后供给， 常热式辐射加热， 使热熔性塑料进入两辊简的热合接触面相互粘合而形成一道密 合的纵封。下图 3-8 所示是纵封牵引器中的一种。它主要由纵封辊（ 1），加热线圈（ 2）和轴承（3）等组成。纵封牵引器的辊面宽度通常为1020mm, 工作表面上开有直纹、斜纹或网纹，以适应各种薄膜 热封的需要。辊筒所用材料常用中碳钢

38、，40Cr钢及“金属塑料”（聚四氟乙烯渗入金属粉 末烧结成型的微内孔的新材料）等。这种结构虽然简单，但牵引质量不好。因为纵封辊（1）既是牵引、加热又 是压封，所以本文设计不采用这种结构。图3-8辊式纵封牵引器（第一种方案）如下图3-9，图所示是中封牵引器中的另一种。它与以上一种不同的是发热部分不在辊轮内，而是在牵引轮（1）与封合轮（7）之间。其工作原理是：卷筒薄膜经成型器成筒状进入牵引轮（1）牵引；经 过发热区（5）和（6）加热；再进入封合轮（7）滚纹压封；起封合中封的作用。 在停机或失电时，电磁铁（2）断电，弹簧（3）通过摆杆（4）使活动加热板（5） 离开固定加热板（6），从而，使薄膜与加热

39、板分离，不至于烧焦塑料薄膜。图3-9纵封牵引器（第二种方案）这种结构的特点是，制造简单、实用、可靠性也比较高。结构上要求加热板 能在停电、停机等应急的情况下能自动分离。由于第二种方案的加热、牵引、封合三者分离，能满足本文设计的高速接缝 式自动包装机要求，所以结构设计采用第二种方案。以上两种结构中的中封牵引 辊的半径由下式确定：R2=QL60W2()式中：Q设备的生产能力；L 袋子的长度尺寸；W2 纵封牵引辊轮的角速度。由上式可见，纵封牵引辊轮半径取决于生产能力，袋子长度及辊轮角速度。在正常生产中，欲保持纵封牵引辊轮半径不变，而要增加生产能力或加大袋子长 度尺寸，就得相应增加纵封牵引辊轮的转速。

40、 在这种情况下，还得调整加热温度 以保证圭寸口质量。在高速枕式自动包装机中采用预先印刷好商标图案的卷筒包装材料，为了得 到精美的包装，一般都采用连续供送定位切断的随机补偿机构。为使印有商标图案的卷筒包装材料连续供送中在准确位置切断， 需要随机微 调牵引辊轮的速度。 依靠带有光电传感器的自动控制装置控制， 并在传动系统中 配置一套齿轮差动机构来实现。常用的齿轮差动机构，如图 3-10 所示。图中显示了中心轴和补偿电机（微 电机）作为输入端。其中，中心轴是由分配轴传动。补偿电机控制正反转，与行 星轮和对称的十字齿轮相连接， 输出轴则通过外部的串联齿轮组和链轮组驱动牵 引轮作牵引作用。图 3-10

41、齿轮差动机构一般需考虑以下问题： 当卷筒包装薄膜上色标超前滞后时，补偿电机的转向； 在一定的补偿量下，补偿电机的转数； 在一定的生产率下，补偿电机转速的问题。以上问题的分析和解决， 为电气的设计提供理论依据。 当卷筒包装薄膜上色 标滞后时，光电传感器自动控制装置控制差动机构的速度比正常输出的速度偏大 些，此时输入轴与微电机作同向回转。当色标没有误差， 差动机构没有信号输入， 微电机不转动， 仅由分配轴的动 力传动给差动机构，纵封牵引器牵引轮的转速仅是传动系统的输入转速。当卷筒包装材料上色标超前时，光电传感器自动控制装置又控制差动机构， 使其比正常输出的速度偏小些，此时微电机的转向与输入轴的转向

42、相反。实际上，现在常利用光电传感器跟踪卷筒包装材料上的等距色标而进行多种 形式的自动控制。因此，要求印刷卷带的图案标记必须满足一定条件： 使标记与底面色差明显， 或者让标记部位具有足够的透明度， 甚至用冲孔来代替色标， 以便配备相适应的 反射式或透射式光电传感器； 再有， 根据包装内装物的大小， 卷筒包装材料供送 速度的快慢及检测方法的不同， 定位色标还应有适当的形式， 面积和足够准确的 间距。牵引与纵封的传动系统图如下所示：3-11 纵封与牵引的传动图1牵引轮 2 齿轮 3 链 4 纵封轮3.6.4 端封切断器结构及传动设计随着人民生活水平的日益提高， 人们对商品及包装的要求也越来越高， 包

43、装 业因此得以迅速发展。目前包装机械正向高速化、自动化方向发展。枕式自动包装机是一种常见的包装机械， 在食品、 医药、化工等行业得到了 广泛的应用。 横封是枕式包装的一道重要工序， 它通常位于纵封工序的后面， 作 用是使物料经过纵封的袋子横向密封并切断。枕式包装机的横封机构需要满足如下工艺条件： 热封时，热封头的线速度在 袋筒运动方向上的分量与连续运动的袋筒必须具有同步的线速度。 否则，封口部 位可能发生起皱或者拉长，甚至出现断裂或碰坏包装袋等不良现象。当用户包装袋长规格变化时， 其纵封的送进速度产生变化， 若采用回转型的 热封头，由于半径固定不变； 通常采用转动导杆不等速运动机构来带动， 以

44、调节 其封合速度，满足热封要求。因而，对横封机构有着特殊的要求：（1）横封的传动必须采用不等速传动。即横封的传动机构传递给横封刀辊 的平均转速不变（横封刀辊旋转一圈纵封送进一个袋长） ，但瞬时转速必须按一 定规律变化以满足V刀=V膜的要求（实际生产中，总是让 V刀V膜）。（2）横封机构的不等速传动还能在一定范围内调节以满足封切不同的袋长时V r=V膜（或V刀略微大于V 膜） o（3）横封机构的传动须采用不等速传动，因而会有角加速度存在，势必 会带来一定冲击； 为适应不同厚度的包装膜、被包装物的封切； 考虑刀具的磨损。 因此，横封机构的上、下刀辊的两个支承座中，必须有一个是可调节的，并用弹簧锁紧

45、。这就引出一个新问题： 上下刀辊必须同步反向传动， 然而两辊间的中心距又 必须在一定范围内可调节， 如果采用普通齿轮传动， 当中心距调大时， 会出现齿 隙过大，造成冲击，中心距过小，齿轮会卡死，无法传动。（4）现行的横封刀具有直刀、锯齿刀，这些刀刃的几何中心线都是一条平 行于刀辊回转轴线的直线， 这样封切是在一瞬间完成的， 且刀辊本身是不等速转 动，有角速度存在， 因而冲击作用在所难免， 能否改变刀刃的结构形状减小冲击， 是个值得探讨的问题。下面我选用的是转动导杆机构， 这种曲柄导杆机构具有结构简单， 零件数量 少，调节方便， 实现的不等速运动规律变化较平缓， 且包装袋长与偏移量的大小 成正比

46、，刻度尺的标定和查看都很方便。因此，这种曲柄导杆机构在横封机构中比较适合。 每一只横封辊上均对称分布两只封头，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， 花 纹的样式依据所用包装材料的性质、厚薄而定。在包装机横封机构中。 采用转动导杆不等速运动机构会产生惯性力及惯性力 偶。随着包装机速度的提高，该惯性力及惯性力偶对机构的影响不容忽视。转动导杆机构实现不等速运动， 有两种不同的驱动方式。 当曲柄作为原动件 时，其杆的角速度变化范围小，因而袋长调节范围受限制。因此，本文以导为原动件进行计算分析

47、。见图 3-12，导杆AC为原动件，等 速转动，曲柄BC为从动件，变速转动。图 3-12 转动导杆机构简图如图，以两轴心连线AB为基准：设某时导杆的转角为相应曲柄转角，在厶ABC中由（）设导杆的角速度（）曲柄的角速度（）对时间求一次倒数，最终得选取不同的e/R值，可以作出不同的VB曲线，如下图所示。图3-13 W9曲线图当 B =0 时，w 有最小值，WWin=W0(1 - e/R)当 B =180 时，w 有最大值，Wa=W(1 + e/R)当e由R- 0时Win由0WWax 由 2W W要消除转动导杆机构在高速运转时产生惯性力，就要对机构进行平衡设计。 目前平衡惯性力的方法主要有： 对称布

48、置法， 即利用对称机构实现完全或部分平 衡，平衡效果好，但整个机构庞大，仅适用于某此特定场合；还有就是加平衡质 量法，利用平衡重平衡。考虑到包装机的传动链及机构形式已确定， 因此在设计时采用加或减平衡质 量法，合理地确定曲柄和导杆的结构形状， 使回转件的质心位于转动中心， 达到 消除惯性力的目的。由于曲柄始终是做绕定点的圆周运动， 曲柄长度不大。 所以可将曲柄的结构 做成圆盘的偏心轮形状。在导杆槽中滚动小滑轮在运动中始终随曲柄做圆周运 动。所以它的平衡与曲柄一同考虑。 导杆在设计中采用传统的配重法进行平衡设 计。图 3-14 转动导杆机构驱动横封滚刀示意图图 3-15 横封切断工艺过程示意图图

49、4-8所示为横封切断的工艺过程示意图，横封切断刀在点P开始与包装袋 筒接触并加热，至中点Q施压、圭寸合和切断。当包装袋较厚时，为了达到两者的同步运动要求，务必保证热封头由P至Q, 再由Q至P'的水平分线速度始终与包装袋筒的运动速度接近一致。因此，横封切断滚刀在PP'区间内必须作不等速回转，并且在 Q点的角速 度为最小。横封切断的传动图如下所示图 3-16 横封切断的传动图4 横封横切机构的详细设计 袋式包装机所能用到的常用传动机构包括链传动机构、齿轮传动机构、 杆传动机构。主传动系统设计4.1.1 链传动设计链传动的特点（1）链传动是在两个或多于两个链轮之间用链作为挠性拉曳元件

50、的 一种啮合传动；（2）链传动是一种应用较为广泛的机械传动，他的特点介于齿轮传 动和皮带传动之间。（3）它是由链条和主、从动链轮所组成。（4）链传动的主要优点是：没有滑动；工况相同时，传动尺寸比较 紧凑；不需要很大的张紧力，作用在轴上的载荷较小；效率较高，可以达 到耳 98% ;能在温度较高、湿度较大的环境中使用等；需要时轴间距离 可以很大。（5）链传动的缺点是：只能用于平行轴间的传动；瞬时速度不均匀， 高速运转时不如带传动平稳；不宜在载荷变化很大和急促反向的传动中应 用；工作时有噪声；制造费用比带传动高等。链传动的应用（1）链传动主要用于要求工作可靠，且两轴相距较远，以及其它不宜 采用齿轮传

51、动的场合。广泛用于农业、采矿、冶金、起重、运输、石油、 化工、纺织等各种机械的动力传动中。（2）目前，最大传递功率达到5000 kW,最高速度达到 40m/s，最大传动比达到15,最大中心距达到 8m。由于经济及其他原因，链传动的传动 功率一般小于 100 kW，速度小于 15m/s，传动比小于 8。滚子链结构（ 1）滚子链的链板一般做成8 字形，以使它的各个横截面具有接近相等的抗拉强度，同时也减少了链的重量和运动时的惯性力。（ 2）节距 P 是链的基本特性参数。滚子链的节距是指链在拉直情况 下，相邻滚子外圆中心之间的距离。（ 3）套筒和销轴间的接触面积称为铰链承压面，它的投影面积A 为（4）

52、当传递大功率时，可以用双排链或多排链。把一根以上的单列 链并列、用长销轴联接起来的链称为多排链。（5）多排链的排数一般不超过34 排，因为排数的增加会导致各排受力不均增加。（6）当载荷大而要求排数多时，可采用两根或两根以上的双排链或 三排链。（7）链的节数根据实际需要而定，通过链接头链接。（8）当一根链的链节数为偶数时采用连接链节。（9）当链节数为奇数时，则必须加一个过渡链节。（10）过渡链节的链板受有附加弯矩，最好不用，但在重载、冲击、 反向等繁重条件下工作时，采用全部由过渡链节构成的链，柔性较好，能 减轻冲击和振动。链轮结构（1）链轮轮齿的齿形应保证链节能自由地进入和退出啮合； （2）在啮

53、合时应保证良好的接触，同时它的形状应尽可能地简单（3）链轮齿形已经标准化，链轮设计主要是确定其结构尺寸。链和链轮的材料?(1)链轮材料应能满足强度和耐磨性的要求；?( 2)在低速、轻载、平稳传动中，链轮可采用中碳钢制造；? ( 3)中速、中载时，采用中碳钢淬火处理，其硬度 >40HRC;(4) 高速、重载、连续工作的传动，采用低碳钢、低碳合金钢表面渗碳淬火(如用15、20Cr、12CrNi3等钢淬硬至 55HRC-60HRC或中碳钢、中 碳合金钢表面淬火 (如用45、40Cr、45Mn 35SiMn、35CrMo等钢淬硬到 40HRC 50HR6(5) 载荷平稳、速度较低、齿数较多时，也

54、允许采用制 造链轮。(6) 由于小链轮的啮合次数比大链轮多，因此对材料的要求也比大链轮高。当大链轮用铸铁制造时，小链轮通常都用钢。链传动的运动特性1 R2 cosi=2 R cosR2 cos链的水平方向的加速度链的垂直方向分速度相对啮合冲击动能若链条松弛，在起动、制动、反转、载荷变化等情况下，将产生惯性冲击，使链传动产生很大的动载荷。链传动的受力分析工作拉力：离心拉力：垂度拉力：紧边总拉力：松边总拉力：轴上的载荷：方案的选取 经以上步骤后，所选链节距为，其具体结构图如下：4.1.2 齿轮传动设计圆柱齿轮的受力分析 忽略所有摩擦力，将沿齿宽分布的载荷合成为集中力，作用在齿宽中 部。两齿轮表面相

55、互作用着一对法向力 , 它们的方向垂直齿面。通常将法 向力分解为相互垂直的两个分力：与分度圆相切的切向力和沿齿轮半径方 向的径向力。主动齿轮手里计算公式：从动齿轮手里计算公式：d1d2Fr1Ft1 tanFr2Ft2 tanFbnFt1FbnFt2coscos2000T12000E各分力之间的关系：Ft 2FtiFr2Fri计算载荷在计算齿轮的强度时，要考虑影响齿轮受载的各种因素，通常用计算载荷进行计算。国家标准规定的载荷系数分为4个系数Fbnc KF bn KaKvK aK 3Fbn1. 使用系数 KA主要考虑由于原动机和工作机的载荷变动、冲击、过载等对齿轮产生的外部附加动载荷的影响因素。它

56、与原动机和工作机的特性有关。2. 动载系数KV主要考虑齿轮啮合振动产生的内部附加动载荷的影响因素。它与齿轮速度、齿轮精度和刚度等有关。3. 齿间载荷分配系数 K主要考虑同时啮合的各对轮齿间载荷分配不均的影响因素。它与齿轮重合度和精度等有关。4. 齿向载荷分布系数K主要考虑沿齿宽方向载荷分布不均的影响系数。它与齿宽、齿轮精度、齿轮刚度等有关。主要几何参数间的关系在圆整和选取标准值后，为保证一对齿轮能正确啮合传动，它们的几 何参数之间必须严格符合下列关系式：mnZicos mn Z2cosa 0.5(di d2)arccosmn(Z1Z2)2a计算时，对不能圆整的参数值一般取到小数点后三位，角度取

57、到秒位。4.1.2.4 结构设计齿轮的结构尺寸如轮缘、轮毂、轮辐等的尺寸，一般是按经验设计方 法确定。确定这些尺寸时，除应满足强度条件外，还要具有良好的加工和 安装工艺性。根据毛坯制造方法，齿轮结构可分为锻造齿轮、铸造齿轮、焊接 齿轮和组合齿轮。它们的结构尺寸均可由相关设计手册查得经验推荐数据。4.1.2.5 基本参数选择在设计过程中，需要人为地选择确定一些基本参数，它们对设计结果 影响很大。因此必须根据实际情况进行适当的选择，下面是一些基本参数 的选取原则。1. 齿数和模数模数越大，齿根就越厚，齿根弯曲应力就小，即齿根弯曲疲劳强度 增高。根据关系式（乙Z2）,保持中心距不变（即齿面接触疲劳强度基本不变）时，应该在保证齿根弯曲疲劳强度的前提下，尽可能选取较小