第五章 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，
牵引机构，切袋装置。
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。
制袋用的柔性材料,如纸、蜡纸、塑料薄膜及其复合材料等,即有良好
的保护物品的性能,又有质轻、价廉、易印刷、易成型封口、易开启使用、
易被处理等特性,因而所制成的袋装产品轻巧、美观、体积小而受人喜爱,
是软包装产品中的重要组成部分。其中尤以塑料薄膜及其复合材料的使
用较广,发展最为迅速。特别六十年代以来,石油化学工业的高速发展，为
软包装提供了丰富多样的柔性包装材料,再加上塑料薄膜具有独特的良好
的热封性、印刷性、透明性、防潮防气性等,致使袋装软包装新产品更是
层出不穷,有几克乃
至几十克的小袋,有近千克的中袋,也有几十千克重袋包装。内装
物由最初的散粒体发展到胶体、液体、气体和大块状的固体,使
袋装逐渐与灌装、罐装、裹包等传统的包装形式相互渗透和替
代,与此同时,也促进了袋装机不断地更新与发展,我国自六十年代
初从国外引进样机,发展到近年来己能自己设计、制造多种袋装
设备。各种袋装机应用于食品、日化塑料、化工、农药等工厂
的包装工段。
一、包装袋的基本形式
以袋装机加工的塑料包装产品常见袋形分别如下,
并参见图 5.1。
袋形
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枕式
纵缝搭接袋（图
纵缝对接袋（图
筒形袋（图
扁平式
三面封口袋（图
四面封口袋（图
自立式
尖顶角形袋（图
椭圆柱形袋（图
底撑柱形袋（图
塔形袋（图
立方柱形袋（图
异形袋（图
3 1
3 1
3 1
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a b
c
d
e
f
g
h
i
j
k
l
制袋过程中,一般先纵封,而后横封。故在枕式搭接、对接
袋封口缝的全长内,局部会有三层或四层薄膜重迭在一起,这对
封口质量有一定影响；扁平式三面封口袋的封口缝全长内层
数相等,封接条件较好,但产品外形不对称,美观性稍差,四面封
口袋克服了前两者的缺点,但这种袋型的包装材料利用率比前
两者稍差；自立式各种袋外形美观,具有自立不倒的优点,便于
后续装箱工艺的完成和产品陈列,但对包装材料要求较高,均需
使用复合包装材料。
二, 典型袋装机的结构及工作原理
由于包装袋形的多样性,所以完成这些袋形的袋装机械
在机型及结构上也带来一定的 差异,主要反映在制袋及封口
装置上 。
图 5.1 基本袋形示意图
(一 )制袋式袋装机
1.枕式袋装
(1)象鼻成型制袋式袋装机
图 5.2所示是立式, 连续运动制袋式袋装机,可完成纵缝对接
封合,装填封口及切断工作 。 全机除计量装置外,还由象鼻成型
器, 匀速回转的辊式纵封器, 不等速回转的横封器和回转切
刀等组成,单张卷筒薄膜经多道导辊和光电管被引入象鼻成型
器,将薄膜卷折成圆筒状,被连续回转的纵封辊加热加压热封定
型,包装料袋自上而下的连续移动,就是这纵封辊连续回转牵引
薄膜的结果 。 横封器不等速回转,分别将上, 下两袋的袋口和
袋底封合,纵封器的转轴轴线与横封器回转轴线成空间垂直,因
而获得枕式袋,被包装物料经计量装置计量后由导料槽落入袋
内,封好口的连续袋由下面回转切刀与固定切刀接触时切断分
开 。
(2)翻领成型制袋式袋装机
图 5.3所示是立式、间歇运动的翻领成型制袋式袋装机,可
完成制袋、纵封 (搭接或对接 )、装填、封口及切断等工作。平
张卷筒薄膜经多道导辊引上翻领 成型器,由纵封器封合定形,搭
接或对接成圆筒状,以计量装置计量后的物料由加料斗通过加
料管导入袋底,横封器在封底同时拉袋向下,并对前一满袋封口,
又在两袋间切断使之分开,全机各执行机构的动作可由机、电、
气、液配合自动完成。
(3)筒形袋袋装机
图 5.4所示,这是一种间歇式转盘形包装机,这类包装机采用筒
状卷料薄膜作包装材料,每次先封底缝,然后再切下作为包装袋,
并交间歇回转工序盘上的夹持手将包装袋从一个工位移向另
一个工位,完成装料、整形、封口等工序。其中图 3.4是带有筒
状薄膜开袋器的袋装机,它能先开袋后夹持,再被封底缝,这类机
型在国内外较稀少,但开袋形式十分独特。使用较广的是图 3.5
所示的机型,它往往是先封底缝、切断、再被夹持,然后开袋,装
填物料、封口等,这种机型与立式或卧式直线型袋装机相比,在
工位动作的设计安排上,灵活性可以较大,对一些难装或多种物品
要装入的袋装产品,它的适应性特别强。
图 3.2 象鼻成型器制袋式袋装机
1-卷筒薄膜,2-象鼻成型器,3-加料斗,4-纵封辊
5-横封辊,6-固定切刀,7-回转切刀
图 3.3 翻领成型器制袋式袋装机
1-加料管,2-翻领成型器,3-纵封辊,4-
横封辊
图 3.4 筒形袋机械开袋式袋装机
1-开袋器,2-切断刀,3-拉袋手，
4-封底器 5-装袋,6-封口与卸袋
图 3.5 筒型袋袋装机
1-封底器,2-切刀,3-开袋吸嘴,4-加料
斗,5-封口器
图 3.6 卧式间歇三角形成型器制袋式袋装机
1-三角形成型器,2-纵封器,3-牵引辊,4-隔离板,5-开袋吸嘴,6-加料管,7-横封
器,8-牵引辊,9-切刀
2.三面封口扁平式袋装
(1)三角形成型制袋式袋装机
图 3.6所示为卧式间歇运动三角形成型器的制袋式袋装机
。对折后的薄膜上口有一块隔离板,帮助袋口张开,薄膜料袋的
间歇移动靠牵引辊间歇回转带动,制成开口向上的空袋后，可
如图所示先行装填,而后横封、切断,也有空袋制成后先行分切
交由带夹持手的直线输送链式间歇回转工序盘,在每次运动停
歇的工位上进行装袋、封口及卸料。
(2)U形成型制袋式袋装机
这类袋装机见图 3.7所示,与图 3.6的机型在工作原理上基本
相似,仅成型器形式不同而己 。
(3)象鼻成型制袋式袋装机
这类袋装机如图 3.8所示,它与图 3.3所示机型极为相似,这
里仅不等速回转的横封器的回转轴线与纵封器回转轴线相互
是平行的导致成品不再是枕式袋,而是三面封口扁平袋 。
图 3.7 U型成型器制袋式袋装机
1-U型成型器,2-纵封辊,3-横封辊,4-切刀
图 3.8 象鼻成型器制袋式袋装机
1-象鼻成型器,2-加料斗,3-纵封
辊,4-横封辊,5-切刀
图 3.9 双卷筒四面封口扁平袋袋装机
1-加料管,2-双道纵封辊,3-横封器,4-切刀
图 3.10 双卷筒四面封口扁平袋袋装机
1-缺口导板,2-剖切刀,3-加料管,4-双道
纵封辊,5-横封器,6-切刀
3.四面封口扁平式袋装
包装袋形为四面封口扁平袋的制袋式袋装机如图 3.9、图 3.10
所示。图 3.9中,两卷单张薄膜经导辊引至双边纵封辊,薄膜成对合
筒状。
图 3.10中是单卷平张薄膜经在三角形缺口导板 1的缺口尖端
处有刀片 2将运动着的薄膜中央剖切为二片，并经此导板分成两
路,再往下先对合纵封,再装料,而后横封、切断。
4.自立袋式袋装
(1)尖顶角形袋制袋式袋装机
这类与图 3.2所示机型有许多相似之处,它是应用翻领式成型
器制袋,薄膜经过成型器和四个均布的折痕滚轮,再经纵封器封合
后成搭接圆筒状,料管下端部分由圆形截面变成方形截面。如图
3.11所示折角板使两端收口,横封器横封上、下两道封口并切断,
烫底器将自立袋底部烫成平底。
(2)塔形及立方柱形制袋式袋装机
这种机型是间歇制袋装填机,工作原理如图 3.12所示,主要用
来包装流质饮料,卷筒包装材料经打印装置和过氧化氢 ( )消毒
液槽后,走上最后一道导辊被引导向下,在数次成型环的作用下,同
象鼻成型器功能一样,将平张包装材料卷折成圆筒状,包装材料接
缝在运动中经无菌空气加热,包装材料通过最后一道成型环时,被
压合成纵封缝,流质物料由泵打入进料管引入圆筒状袋内,无菌热
空气在料管外进入折成的圆筒内可直达液面,液面上又有螺旋式
加热器,它即使材料内壁进行杀菌消毒,又使液面上形成无菌空气
层 。
横封及切断在料面下进行,横封装置配置方式不同,就形成立
方柱形与塔形包装不同产品。塔形包装,上、下两只横封切断器
90°空间交错,分别作上下及开合运动,完成各包装物品的横封及
切断。
立方柱形包装,由两对方角成型模具及横封器在开合及上下
运动的复合运动中将液面下的筒状料袋向下拉动并成型封口和切
断,切断后的半成品落在间歇运动输送链内,在运动中完成摺角等
HO2 2
工艺动作。
图 3.11 尖顶角形袋制袋袋装机
1-圆形料管,2-翻领成型器,3-导辊,4-折痕辊轮,5-纵封器 6-拉袋装置,7-方形料管,
8-折角板,9-横封器,10-切刀 11-烫底器,12-输出槽
(二 )给袋式袋装机
1.直移型
这类机型应用事先加工好的各种空袋 。 工作时,从袋库上每
次取出一个袋,送给工序链夹持手,工序链带着空袋在各工位停歇
时,完成各包装动作 。
图 3.13所示为该机型的工艺路线示意图,给袋装置由真空吸头
与供袋输送链组成,包装袋工序链上开口、闭口时,有特殊结构使
每对夹持手相向运动。包装袋在两个工位上被加热封口,在后个
工位上冷压定形,最后夹持手释放,产品下落入出料输送装置。
2.回转型
这类机型是将包装空袋交给间歇回转工序盘,在工序盘停歇
中,完成各包装工艺动作 。 图 3.14所示的是能使包装袋内达到一定
真空度的全自动真空袋装机工作示意图 。 空袋平放于纸斗内,靠
第一组吸头在袋层上分出一只袋来,靠第二组吸头将袋吸着回转
90° 成直立状交给工序盘的夹持手,然后在各工位上停歇时依次
完成打印, 张袋装填物料,加入汤汁,预封 (封口缝的部分长度 ),由
机
图 3.12 立方柱形制袋式袋装机
1-打印装置,2-双氧水槽,3-刀辊,4,6,8-圆
环成型器,5-加料管,7-纵封器,9-加热
器,10-横封成型切断装置,11-折角装置
图 3.13 直移式开袋充填封口机示意图
1-储袋库,2-空袋输送链,3-开袋喷
嘴,4,5-加料斗 (块料粒 ),6-加料管 (液体
物料 ),7,8-封口器,9-冷确器
械手帮助转移入真空封口工序盘的真空室,在真空室内以抽真空
后进行电热丝脉冲封口、冷却。最后真空解除,真空室打开、夹
持手张开释放出包装成品来。
图 3.14 回转式开袋充填封口机示意图
1-储袋库,2-取袋吸嘴,3-上袋吸头,4-充填转盘,5-打印器,6-夹袋手,7-开袋
吸头,8-加料管,9-加液管,10-预封器,11-送袋机械,12-真空密封转盘,13-第
一级真空室,14-第二级真空室,15-热封室,16,17-冷却室
这类给袋式袋装机完成的袋装产品,可以是三面封口式、
四面封口式自立袋,制袋用的材料主要是塑料薄膜与其它材料
的复合材料。对于单层薄膜的袋,因取袋、供袋的困难而不能
应用。
综上所述,袋装机的机型较多,它们虽有外在差别,又有内在
的联系,为便于研究,可对袋装机分类如下,
按包装袋来源分,制袋式袋装机, 给袋式袋装机 。
按总体布局分,立式或卧式袋装机 。
按运动形式分,连续或间歇运动的袋装机、直移或回转式
袋装机。
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, 三角成型器和Ｕ
型成型器等 。 如图 3.15所示,在结构, 性能上大体有如下一些特
点,
1.翻领成型器,如图 3.15(a)所示平张薄膜拉过该成形器后就成
搭接或对接圆筒状 。 在常用的几种成型器中,它的成形阻力较大,
易使薄膜产生变形,使之发皱或撕裂,故对塑料薄膜适应性差,而对
复合膜适应性较好,它常用于立式枕型制袋包装机上,包装粉状,
颗料状物料 。 每种规格的成型器只能成型一种规格的袋宽,当袋
宽规格发生变化时,就要更换相应尺寸的成型器 。 而且,成型器的
设计, 制造及调试都较复杂 。
第二节 制袋成型器的设计计算
图 3.15 常见制袋成型器示意图
2.三角成型器,如图 3.15(b)所示,它由等腰锐角三角形板与平
行导辊一起联结在基板上而成的。它是最简单的一种成型器,它
具有一定的通用性,即能适应袋子的尺寸变化较大的需要,此时只
要调节基板的上下位置即可。故此种成形器的适用范围广泛,不
论立式、卧式、间歇运动或连续运动的三面、四面制袋包装机
上都有应用。
3.象鼻成型器,如图 3.15(c)所示,该成型器类似象鼻的形状,
平张薄膜拉过该成型器时,薄膜变化较平缓,故成型的阻力比翻
领成型器的阻力小,适用于塑料单膜的成型,它常用于立式连续
三面封口制袋包装机及枕式对接制袋包装机上。但是,对制造同
一尺寸的枕形袋所需对应的成型器,象鼻成形器的结构尺寸比翻
领式结构尺寸大,薄膜也易于跑偏,同样,该成型器只能成型同一
宽度的袋形。
4.Ｕ形成型器,如图 3.15(d)所示,它是在三角形成器基础上
改装而成的,薄膜在卷曲成型中受力状态比三角成型器好,其适
应范围与三角形成型器一样,但其结构比较复杂。
5.直角缺口导板成型器,如图 3.15(e)所示,它由缺口导板、导
辊和双边纵封辊组成,成型器本身能将平张薄膜对开后又能自动
对折封口呈圆筒形,常应用在立式连续联合包装机上。
从三角形、Ｕ型及象鼻成型器可见,它们的共同特点是利用
成型器外表面形状的变化而将平张薄膜折成对折或近似对折的形
状,在平张薄膜逐渐变成对折状态的过程中,被一个个三角形图形
所分割,下面就从这些三角形图形入手来研究其设计的一般方法。
二, 制袋成型器的设计
1.三角形成型器
三角形成型器使平张薄膜对折成型的过程如图 3.16所示 。
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中,DE=a,DC=b,所以有,
图 3.16 三角成型器折叠成型示意图
a
b ? sin?
(3-1)
在直角三角形 ADC或 BDC中,AD=DB=a,DC=b,所以有
(3-2) a
b tg? ?
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；
(3-3)
sin ? ?? tg
? ?? a rc tg ( s i n )即,
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。
(3-4)
在生产实践中,三角形顶角 2β值是加工后得到的,而安装角 α可
通过一定结构,并加以调试来保证 。 故最好 α值是一个容易测量的
整数,设计中通常是选定 α后,再用关系式来求解 β值 。
安装角 α 实质上就等于三角形成型器在顶角附近薄膜运动的
压力角,α 角越大就表示压力角越大,薄膜翻折所受阻力也就越大,
压力角太大时,薄膜在受力翻折中容易产生拉伸变形,严重的甚至
撕裂或拉断。压力角小时,成形阻力就小,但压力角太小,致使结构
不紧凑。
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 2β <60° 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,
2.Ｕ形成型器
Ｕ形成型器可看做是在三角形成型器的三角形板上装接了圆
弧导槽及薄膜导板并用圆弧过渡后得到的 。 三角形板安装角 α
＝ 20° ~30°,设装接的圆弧导槽的圆弧半径为Ｒ,如将Ｕ形成型
器展开成平面,它与薄膜宽度 2a相当,否则说明成型器在某处多了
或少了一块,为此Ｕ形槽与三角形板的装接部位有一定位置要求,
它以圆弧槽中心线与三角形板的顶点 C间距离用 L来表示 。
若满足上述成型器展开平面宽度处处为 2a,则圆弧槽中心线
装接位置应有,
amax
h a h? ?m a xs in ? ? (3-5)
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 。
但这时圆弧槽与三角形板的边线并不相切,也就难以装接,要
相切只有使，见图 3.17所示。
实际使用中,圆弧槽装接即考虑展开面的宽度与 2a基本相符,
又考虑与三角形板能顺利装接,故只好采用圆弧过渡来解决,取
(3-7)
式中, R— U型槽圆弧部分的半径,可根据工艺上需要来取值,亦可
按 R=(0.1~0.4)a推荐取用；
a— 空袋高度 (立式为宽度 )。
2 2R L R? ? ?
L R1 2? ? (3-6)
图 3.17 U形板成型器作图
3.象鼻成型器
象鼻成型器可看作是在Ｕ型成型器的设计基础上,结构方面
作了一些修改而形成的,它的安装角 α 比三角形及Ｕ型成型器都
要小得多,它的成型阻力比较小,而制同样的一个袋,成型器结构尺
寸倒要大得多。象鼻成型器设计时建议按 α ＝ 5° ~12° 选用三角
形板的安装角,并计算三角形顶角 2β 值,根据所制作空袋袋宽 a计
算三角形板的高 b。 按Ｕ形成型器的设计方法找准圆弧槽装接位
置 L,并取用圆弧部分半径Ｒ =(0.1~0.2)a。
象鼻成型器的形成还需加装薄膜护边,以利控制包装材料跑
偏,常取护边宽 HK=m=10~20mm。 见图 3.18所示 。 实际使用中又
截去三角形板的 GHK部分,减少成型器尺寸,在原三角形板的底边 G
处设置一薄膜导辊,让包装材料经这一导辊后直接拉上成型器的
M— M截面处 。
在图 3.18中右端 U型槽处,应截去 PQEF部分,其中应使 PQ>2r、
QE>m。
其中,r— 纵封辊回转半径,m— 所选定的护边宽度尺寸。
图 3.18 象鼻成型器作图
最后将 U型槽余下部分上口并拢,使 U型变成如图 3.18右侧视
图那样的封闭图形,以利纵封封口,原 U型成型器的 GHK部分因有
薄膜导辊 G而可省略被截去 。
4.翻领成型器
翻领成型器具有内外曲面,薄膜与它相对运动时,可强制薄膜
按其内外曲面形状变成。使平张薄膜逐渐卷曲成圆筒状,要求该
成型器在拉膜时使薄膜不产生纵向与横向拉伸变形,而且使薄膜
与成型器之间的摩擦阻力尽量小,不跑偏、不卡塞,制出外形平整
美观,符合尺寸要求的袋。
以加料管截面形状不同可分为圆形及方形截面料管的翻领成
型器。这里介绍用解析作图法作成型器领口交接曲线的方法,一
但有了领口交接曲线,无疑对于成型器的设计制图,薄板放样,成
品检验将带来许多有利之处。在本设计计算中假定,包装材料走
上成型器被卷曲前先在同一平面内,材料的张紧变形,包装材料的
厚度,成型器与加料管之间的间隙均可忽略不计；计算中暂不考
虑枕式袋的搭接,对接封口缝的尺寸。
图 3.19 圆形料管翻领成型器计算图 图 3-20 成型器翻领曲面的展开图形
(1)圆形料管翻领成型器
图 3.19是这种成型器的计算图,以圆形料管的轴线 oz为轴,取
直角坐标 oxyz,则料管与 xoy平面相交的截交线是以 r为半径的
一个圆,图中直线 AB是包装材料从最后一根导辊引出后与成型
器的接触线,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)
x r
u
r
y r
u
r
z
?
?
?
c o s
sin
? (u )
对 T的坐标可写成,
(3-9) x e r
y e tg
z e h
T
T
T
? ? ?
? ?
? ?
( c os )
( )
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,
(3-10)
f x x y y z zT T T2 2 2 2? ? ? ? ? ?( ) ( ) ( )
f e r r ur e t g r ur e h u2 2 2 2? ? ? ? ? ? ? ? ? ?( c o s c o s ) ( s i n ) [ s i n ( )]? ? ? ?
若将成型器沿 SS‘剪开并展成平面,如图 3.20所示,由该图看
出,PT长可由下式表达,
(3-11) f e tg u h e u2 2 2? ? ? ? ?( ) [ ( )]? ?
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,
?
? ?
?
( )
( s i n ) ( c o s )( c o s )
( s i n )
u h
e t g u r u
r
r e r u
r
u
e
? ?
? ? ? ? ?
?
1 1
2
1
2
u u h u r u? ? ? ?0 0,( ) ;,( )? ? ?
?( )u
此式的边界条件为,
(3-13)
令 =0,代入 (3-12)式,可得出线段 e的长度表达式,
(3-14) e a r
h a tg r?
?
? ? ?
1
2 2
1 2
2 2
( s i n ) c o s? ? ?
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
(3-12)
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,分述
如下。
1.圆形料管的半径 r
设,a为折后的包装空袋宽度,则 2a=2πr,所以
(3-15)
r a??
b.翻领的后角 α
与三角成型器安装 α 角一样,α 角度大则薄膜通过成型器的成
型阻力亦大,但结构尺寸小,包装机总体尺寸就紧凑,α 角度小则相
反,生产实践中翻领成型器的后倾角 α 取用范围较大,在 0° ~60°
之间。
c.翻领三角形平面的形状尺寸
由图 3.19中可见,三角形 ABC的形状尺寸由三角形底边 AB和高
CD或顶角 ∠ ACB来决定,底边 AB=AD+DB=2a与袋子的尺寸有
关,DC是包装材料在三角形平面上的长度,三角形成型器设计中曾
假定 DC=b,这三角形平面从导辊到成型器最高点 C开始翻折成型
之前用来引导及承载包装材料的 。 b的长短反映了引导面的大
小,b太短起不了引导与承载薄膜的作用,造成薄膜在交接曲线附近
成型阻力过大,易拉伸变形,b太长又导致成型器结构不紧凑,且不
一定全能用来承载薄膜,反而因引导面的过大而增加了薄膜与成
型器表面间摩擦面长度,设计中建议取 b=h。
则 (3-16)
d.领口交接曲线的最大高度 h
领口交接曲线是一条空间曲线,它的最低点到最高点之间在 z轴
方向的距离称为最大高度 h。 对某一既定 r,α 和 β 参数的翻领成
型器,它的领口交接线最大高度 h与线段的长度具有函数关系,参见
式 (3-14)当 e值由 0→∞ 变化时,h则由较大值逐步变小,起初 h随 e的
tg ab ah? ? ?
由此可见,图 3.21上线段 e的长
短直接关系到交接线最大高度 h
的大小,当 e值取得较大时,h较小,
成型器较矮,但使包装材料在成型
时变形急剧,成型阻力较大,不利
于制袋,当值取得较小时,h较大,成
型阻力较小,但成型器较高,结构
不紧凑。加料管悬壁越长,受力情
况恶化,这给制造及使用都带来困
难。
变化较大,随后 h随 e的增加变化越来越小,以至趋向一定值。 h与 e
的关系如图 3.21所示。
h a tg r1 21? ??? ??c o ss i n
图 3.21 h-e关系曲线
由图 3.21上可见,e－ h关系曲线,当 e=2r/cosα 时,h的变化已极
为缓慢,e值无需取得比 还大。所以线段 e的取用范围为
0<e<2r/cosα 。
将式 (3-14)代入上式列不等式,得 h的表达式,
(3-17)
为了不使成型器过大,h通常在 h2计算值附近取整数 。
计算时取的点越多,作出的领口交接曲线也就越正确 。 一般
在 0~π范围内计算点不应少于 8个,π~2π之间因曲线对称,无需重复
计算 。
有关成型搭接, 对接部分结构设计可参照包装机械结 构图册
进行 。
2
2
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h
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4
1 2
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(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 (如顶尖角自立袋,
见图 3.1g)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
(3-18)
x y R2 2 2? ?
( ) ( )xa yb2 2 1? ?
( ) ( )xa ybn n? ? 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 n>20~40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)
x r
y r
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n
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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)
r r r( ) ( ) ( )? ? ? ?? ?? ?
r p r q( ) ( ),0
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x r
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T
T
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sin
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图 3.22 超椭圆图形
1-n=1,2-n=10,3-n=15,4-n=20,5-n=30
图 3-23 方形料管翻领成型器计算图
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)
f x x y y z zT T T2 2 2 2? ? ? ? ? ?( ) ( ) ( )
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,,[,]
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( ) ( )
u u h
u u
u r drd d( ) ( ) ( )[ ]? ? ?? ?? ?? 2 2
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 。
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r p tg u h e( ) ( )? ?? ?、,,,,,
u( )?
du r drd d( ) ( ) ( )[ ]? ? ?? ?? ?2 2
dr
d
( )?
?
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当超椭圆截面指数 n>20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
? ??[,]( )u
u( )?
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?(3-33)
第三节 封袋方法
塑料袋装产品的封口方法有结扎, 热封, 钉封, 粘封等,其中以热封
封口的方法较简单可靠,应用最广 。
一、热封方法
热封是利用塑料具有热塑性,使封口部位的塑料薄膜加热, 加压相互粘合
在一起 。 热封的方式很多,有热板封合, 熔断封合, 高频封合, 超声波封
合, 电磁感应封合和红外线封合等 。
1.热板封合
如图 3.24所示,把加热板加热到一定的温度,将要封合的塑料薄膜紧
压在一起,这是热封原理与结构最为简单的一种,封合速度较快,可恒温控
制,这种方法常应用于封合聚乙烯等复合薄膜,而对受热易收缩与分解的
薄膜,如各种热收缩薄膜,聚氯乙烯等不宜应用。
2.回转辊筒封合
如图 3.25所示,将一对反向等速回转辊筒的一方或双方加热,两辊中
间通过重合膜进行加压封合,能连续封合是本方法的一大特点,主要适合
于复合包装薄膜,因单层薄膜受热易变形会导致封缝外观质量较差而不
宜应用。
图 3.24 热板封合
1-热板,2-封缝,3-薄膜 4-耐热橡胶,
5-承受台
图 3.25 回转辊筒封合
1-热辊,2-薄膜,3-封缝
3.带状封合
如图 3.26所示,一对相向回转的金属带之间,夹着要封合的薄膜直线运
动,在前进中通过钢带两侧加热、加压、冷却。本结构稍为复杂,一般用
于袋口的最后封口上,即能在运动中封合,以能适应受热易变形的薄膜。
4.滑动加压封合
如图 3.27所示,薄膜首先通过一对热板中间受到加热 (电加热或空气加
热 ),再经一对反向回转辊轮加压封合 。 本方法结构简单,能适应那些热变
形大的薄膜的连续封合 。
5.脉冲封合
如图 3.28所示,把镍铬合金扁电热丝压着薄膜,再瞬时通以大电流加
热,接着用空气或通冷却水强制封缝冷却,最后放开压板,本方法结构上
略比热板状封合复杂,但适用于易热变形与受热易分解的薄膜,所得封口
质量较好,因冷却占有时间,故生产率受到限制,只适用于间歇封合,在电
热丝与薄膜间常用耐热防粘的聚四氟乙烯织物,薄膜另一端承压台上带
耐热的硅橡胶衬垫,使焊缝均匀。
图 3.26 带状封合
1-加热区,2-冷却区,3-钢带,
4-薄膜,5-封缝
图 3.27 滑动加压封合
1-热板,2-加压辊,3-封缝,4-薄膜
6.熔断封合
如图 3.29和 3.30所示,靠加热过的热刀或电热丝与薄膜接触,使薄
膜熔断,并得到封口的一种方法,这种封缝的强度不大,封口的外观
独特,其中图 3.29是恒温加热的热刀熔断封口,图 5.30是电热丝熔
断封合,后者所得封缝强度较好,特别对热收缩薄膜封口较有力。
图 5.28 脉冲加压封合
1-压板,2-扁电热丝,3-防粘材
料,4-封缝,5-薄膜,6-耐热橡胶
垫,7-工作台
图 5.29 热刀加压封合
1-热刀,2-退出辊,3-薄
膜 4-封缝,5-橡胶辊
图 5.30 电热丝熔断封合
1-压板,2-圆电热丝,3-薄
膜,4-封缝,5-耐热橡胶
垫,6-工作台
7.熔融封合
如图 5.31所示,将热源与要封合的薄膜靠近,使封口部熔化
成球状 。 这种封缝的封口强度较大,适用于热收缩薄膜,但不适
应热分解性薄膜 。
8.高频封合
如图 5.32所示,薄膜用上, 下电极压着,外加高频电源时,
聚合物有感应阻抗而发热熔化形成封缝,因是内部加热,中心
温度较高而不过热,所得封缝强度较高,对聚氯乙烯很适合,但
不适用低阻抗薄膜 。
严格来说,超声波封合不是热封而是机械封合,用机械脉
冲频率 1800－ 2000次 /秒使电晶体在电磁场的作用下,产生膨
胀和收缩,超声头将封口压到铁砧板上,依靠交变电磁场的高
频振动产生机械变形 。 如图 5.33所示,高频头作高频振动,使
薄膜封口表面的分子高振动,以至相互交融, 界面而消失,形
成一个封合的整体 。
图 5.31 热板熔焊封合
1,3-薄膜,2-封缝,4,5-冷却板
6-加热板
图 5.32 高频加压封合
1-压头,2-高频电极,3-封缝
4-薄膜,5-工作台
图 5.33 超声波熔焊封合
1-工作台,2-超声波发生器
3-封缝,4-,5-薄膜
9.超生波封合
严格来说,超声波封合不是热封而是机械封合,用机械脉冲频
率 1800－ 2000次 /秒使电晶体在电磁场的作用下,产生膨胀和收缩,
超声头将封口压到铁砧板上,依靠交变电磁场的高频振动产生机
械变形 。 如图 5.33所示,高频头作高频振动,使薄膜封口表面的分
子高振动,以至相互交融, 界面而消失,形成一个封合的整体 。
超声波封合的特点如下,
1)冷封合,热效应很小,可得到无收缩,不起皱的封口 ;
2)无噪音,无温升,操作简便,速度较快,若输入功率为 400Ｗ,则封
口 30米 /分 ;
3)封口强度略低于单层材料强度 ;
4)超声波封合尤其适应热封性能差的拉伸薄膜, 如 OPP等 ;
5)对于较厚的薄膜和 1.25mm以下的厚薄片,均可采用超声波封
合 ;
6)设备投资费用较大 。
10.电磁感应封合
向圈状的电阻通上高频电流,就在其周围产生高频磁场,磁场
内如有磁性材料就会根据磁滞损耗而发热,若在薄膜之间加上很
薄的磁性材料,或在塑料中预先掺加一些磁性氧化铁粉,塑料即瞬
时熔化粘合,加热部分可不需直接和塑料袋接触,因此能连续又高
速地进行封合,适合于生产线的生产,这是近几年内热封塑料的新
方法 。
11.红外线封合
将红外线直接照射在薄膜有关位置进行熔化封口,照射源的发热
极高,深色容易加热,对透明薄膜只要在封口层下铺上黑布即可 。
本方法能对一般加热无法封口的聚四氟乙烯和厚度达 5~6毫米以
上的聚乙烯片进行封合, 这亦是近年来国内外研制出热封塑料的
新方法 。
热封常常是包装机械设计中的一个关键问题,热封质量影响着
机器的长期稳定运行和机速的提高。决定热封质量的因素很多,
主要是包装材料的熔点,热稳定性 (耐热分解性与耐热收缩性 )与流
动性,在包装材料己确定的情况下,决定热封质量的条件则是热封
的时间分别为 5× 10,12.9× 10,15.2× 10。显然,双面加热使薄
膜热合所需时间仅为单面金属板的 1/3。因而过热很少。
在制袋包装机上常用棒式和辊式封接器两种,由电阻式加热
封接器加热到一定温度,然后压合 2~4层被封接薄膜,经一定时间,
即形成牢固密合的封面。封接的质量取决于封接温度、压力和
时间等三因素的合理选择。采用聚乙烯等单膜作包装材料时,封
接器表面需涂一层非乙氧甲基型树脂、钛酸脂等,或采用浸有聚
四氟乙烯的织物,以防热合时包装材料与封接器之间产生粘连,
在低速包装机中,采用脉冲加热方式,使薄膜热合,使封接器冷却
到塑料薄膜熔融温度以下后,封接器与薄膜才脱开,这时就不会
粘连,冷却时间一般在 2~3秒钟,因此限制了包装速度,很难超过 20
袋 /分。
二, 热封方法对各种薄膜的难易程度
热封塑料薄膜的方法很多,但每一种方法仅适用于某些种类
的塑料薄膜为设计中选用方便,现列表 5.1供参考。
?3?3 ?3
温度, 压力, 封头形状和加热方式等 。 一般说,温度低点, 压
力小点, 时间长点, 封接质量较好 。 因为温度太高,薄膜易软
化或收缩变形,影响封口美观,甚至烧穿 ;时间太长,有的塑料会
热分解,压力太大,则封口变形增加,封接强度下降 。 上限为收缩
超过 3％,下限为封接强度小于 1kg/cm,上下限间范围越宽,则其
热封性能越好 。
对于单体薄膜,封头表面大都采用光板,上板用不锈钢,下板
用硅橡胶,为了美观,封口宽度一般为 2~3毫米,对于复合薄膜,为
了提高封接强度和增加美观,封头表面常刻有纵横花纹,封口宽
度一般为 10毫米 。
除采用高频和超声波之类内部加热方式外,与其他加热板
接触的表面温度,总高于薄膜之间的封接面温度,封接时间越短,
薄膜越厚,这一温差就大,越易引起接触热板表面的薄膜过热 。
为此,最好采用双面加热方法,例如厚 0.05毫米的聚氯乙烯膜,采
用 204℃ 的封头,在室温为 27℃ 的情况下,对于双面加热, 单面
用硅橡胶和单面用金属板三种加热方式,计算封接面达到 104℃
聚偏二氯乙烯
聚氟化乙烯
聚 乙 烯 醇
聚酯 (双向延伸 )
聚酰胺 (无延伸 )
(双向延伸 )
聚 碳 酸 酯
尼 龙
防潮玻璃纸
乙烯叉二氯
醋酸纤维素
×
×
△
×
×
×
×
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△
△
△
△
×
△
△
△
△
△
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△
△
△
O
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△
△
×
△
△
×
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O
O
△
△
△
△
O
△
△
△
△
△
△
△
O
△
△
△
△
注,O-表示好、△ -一般、× -不行 不明
表 5.1 封口加热方式与各种薄膜的适应关系
表 5.2 封口方法与袋型的关系
表 5.1中可知,各种热封方式不仅局限于一定的薄膜,而且有
的只适用于连续封口,有的只适用于间歇封口,更有的只适用于
间接封口,另外,热封方式的采用与袋子的形态、封口的部位有
关,而且与封口的形状有关,为设计中选用,列表 5.2供参考。
薄 膜 种 类 热 板
脉 冲 高 频 超 声 波 电磁感应 红外线
聚乙烯
(低密度 )
(高密度 )
聚丙烯
(无延伸 )
(双向延伸 )
聚 苯 乙 烯
聚 氯 乙 烯
(硬质 )
(软质 )
× — O
× — O
O
△
×
△
×
O
O
O
O
O
O
△
×
O
×
O
O
O
O
O
×
×
×
×
×
O
O
△
△
△
△
△
三、粘合及粘结剂
包装袋的封口方式很多需要粘封,就是将两个同类或不同
类的固体,由介于二者表面之间的另外一种物质的作用而牢固
结合起来的现象叫粘合,介于两固体表面之间的物质叫粘合剂,
又称胶粘或胶,两边的固体叫被粘合物 。
粘合剂的应用有很久的历史,在古代人们就开始使用天然
粘合剂如粘土, 骨胶, 鱼胶, 淀粉, 松脂等,但使用合成粘合
剂还是近代的事情 。 随着现代化学工业的发展,合成树脂粘合
剂不断增加,合成粘合剂不断增加,合成粘合剂的量己超过天然
粘合剂,粘合剂的生产和使用状况发生了根本的变化,粘结技术
己逐渐发展成现代化科学技术的重要分支,广泛应用于国民经
济各部门,如火箭, 导弹, 人造卫星, 宇宙飞船, 飞机, 汽车
,船舶, 电子工业, 塑料加工, 医疗, 建筑, 包装, 木材加
工等 。
粘合剂在包装工业中占有重要的地位,应用非常广泛,例如
纸和塑料薄膜包装袋的搭接粘合和封口粘合,瓦楞纸板的制造,
纸箱及纸盒的封合,各种包装窗口封缄,制造各种胶带等,粘合剂
在包装中的另一重要应用是制造复合材料,现代包装材料正在向
多层复合方向发展,而在复合材料的封合中,是很重要的原料,新
型粘合剂的开发,将促进新型包装材料的发展。
1.粘合剂的分类及用途
粘合剂的分类及用途如表 5.3所示,
关于溶剂的一些说明,
酮类,由仲醇氧化后制取 。 如丙酮, 甲基乙基酮, 二乙基酮
等 。
芳香烃：由煤焦油蒸溜后制取 。 如苯, 甲苯, 二甲苯与萘
等 。
酯类：由酸与醇缩合脱水后制取。如甲酸甲酯、甲酸乙酯
乙酸乙酯、乙酸丁酯等。
粘 合 剂
溶 剂
粘 结 性 能
木 金 橡 玻 皮 纸 布 陶
材 属 胶 璃 革 张 棉 瓷
合成
高分
子化
合 物
A
酚醛树脂
尿醛树脂
三聚氰胺树脂 呋
喃树脂
乙醇酮
水
水
乙醇、酮类
△ × ◎ × ◇ ◇ ◇ ○
◎ × × × ◎ ◎ ◎ ◇
◎ × × × ○ ◎ ◎ △
○ × ○ ◇ ◇ ◎ ◎ ○
有机磷树脂
醇酸树脂
环氧树脂
胺基甲酯树脂
芳香族碳氰
化合物、酮
酯类、水
不用溶剂
酯、酮类
○ ○ ◎ ○ × ○ ○ ○
○ ◇ ○ ○ ◎ ◎ ◎ ◇
◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
B
维生素衍生物
聚醋酸乙烯
聚氰乙烯
聚乙烯醇
合成橡胶 GR— N
氯乙烯醋酸乙烯
有机溶剂
酯类
醇
水、醇
氯仿
醇、酯、酮
○ — — — ○ ○ — —
◎ ◎ × ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
◎ ◎ ○ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
◇ × × × ○ ◎ ○ ○
○ ◎ ○ ○ ○ ○ ◎ ◇
○ ○ ◇ ○ ◎ ◎ ◎ ○
天然
高分
子化
合物
骨 胶
酪 素
淀 粉
阿拉伯胶
天然树脂
橡胶糊
水
水
水
水
乙醇
苯
◎ × × ◇ ◎ ◎ ◎ ×
○ × × × ○ ○ ◇ ×
△ × × × ◇ ◇ ◇ ×
○ × × ○ △ ◎ ○ ×
◎ ◎ ○ ◇ ◎ ◎ ◎ △
— — ◎ — — — — —
注,A在液体状态时涂布,粘合后加热固化的粘合剂,B制成乳
液或溶液涂布,粘合后蒸发溶剂使之固化
◎ 最优； ○ 优； ◇ 良； △ 合格； × 不合格
2.包装常用粘合剂
1)聚醋酸乙烯 (PVAC)
聚醋酸乙烯聚合后制成的 。 这种粘合剂的特点,具有中等程
度极性,能使极性差不多的木材, 纸, 布和玻璃等物质,理想地
粘合在一起 。 其优点是凝聚力大,粘结强度高,价格便宜 。 缺点
是不能粘结聚氯乙烯等非极性材料；在永久载荷作用下会发生
蠕变；耐热性差,60~70℃ 即软化 ;低温变脆, 耐水性差等 。 但是
,这些缺点可通过添加改性剂或与其他单体共聚后加以改善 。
2)聚乙烯醇 (PVA)
聚乙烯醇是由聚醋酸乙烯加碱水解后制成的,由于ＯＨ使
分子间氢键结合,所以聚乙烯醇的结晶性高,没有粘结强度,因此
聚乙烯醇不能直接作为粘合剂使用 。
通常所说的聚乙烯醇粘合剂,不是纯粹的聚乙烯醇,是指残
留 2~12％ 醋酸乙烯的聚乙烯醇 。
由于聚乙烯醇有溶于水的特点,适用于木材, 纸与纤维的
粘结 。 其缺点是耐水粘结力差,与固性树脂配合可以提高其耐水
性和耐热性 。
3)丙烯酸树脂
丙烯酸树脂是由丙烯酸酯制成的。这种粘合剂耐老化性、
耐水性、柔软性以及对金属的粘结性等均很优良。不必使用增
塑剂即具有柔性,是这种粘合剂的特点,丙烯酸粘合剂分溶剂型
和乳液型两种。可用于皮革、纤维、木材、橡胶、聚氯乙烯等
各种塑料的粘结。这种粘合剂很少使用单一聚合体。多与其它
物质共聚,改善其性质后使用。
4)酚醛树脂
酚醛树脂是酚类和醛类在酸性或碱性催化剂存在下进行加
成和缩聚反应而制得的,主要应用的酚类原料有苯酚、甲酚、
二甲酚、对叔丁酚、对位苯基苯酚等；醛类主要有甲醛和糠醛
。市售品通常以含有 50~60％的水或乙醇的溶剂型粘合剂形式
出售,使用时加入甲醛或六亚基四胺,即使在常温下也能固化。
因此,常温下耐水持久,耐低温是这种粘合剂的特点。多用于飞
机的层压板, 复合材料, 水胶合板等 。 目前,在橡胶业和汽车轮
胎方面使用的粘合剂,主要是在天然或合成乳胶中,加入水溶性
可溶酚醛树脂制成的粘合剂 。
5)脲醛树脂
脲醛树脂是尿素与甲醛在酸性条件下进行反应后得到的不
溶性无定型线性聚合物次甲基尿素。但是这种不溶聚合物不能
使用,为此需在碱融媒作用下制取水溶性的羟甲基尿素的混合物
。作为粘合剂,可以是水溶液的形式或把水溶液干燥后制成粉末
的形式。为了改善其水溶性,也可以与三聚氰胺树脂、酚醛树脂
、间苯二酚制成混合物或缩合物。这种粘合剂的特点是价格便
宜,粘结力强、常温固化,常用于成型、织物与纸材的加工,也可
用于涂料,但用量最大的是木材粘结。
6)天然橡胶
天然橡胶是从橡胶树上割取的天然胶乳,天然胶乳中含橡
胶 35－ 40％。市售品是用氨将其稳定后,浓缩至含橡胶 60－ 70
％的制品,配以增粘剂、增量剂、填充剂与硫化剂制成天然胶
乳粘合剂。其弹性、拉伸强度、粘结性、耐水性等均甚优异；
耐油性、耐增塑剂性、耐热性 (软化 )与耐老化性较差。此粘合
剂应用于橡胶、织物、皮革、纸张的粘合。
7)淀粉
淀粉的分子式是 以表示多糖类 。 不溶于冷水,在热
水中分散为分子团,呈糊状,淀粉的主要成分是支链淀粉 (α－ 支链
淀粉 20~80％ ),其中包含直链淀粉 (β－ 直链淀粉 20~30％ ),直链淀
粉难溶于水,因此,淀粉在水中不溶解,若与水共同加热,外部的支
链淀粉破裂,里面的直链淀粉才溶于水中成为淀粉糊,加碱可使
糊化温度降低 。 制作工业浆糊时,加入适量苛性钠后加热,再加
入福尔马林 (甲醛水 )。 淀粉常用作瓦楞纸的粘体剂 。
8)糊精
淀粉在酸或淀粉酶的作用下水解为葡萄糖,将其中间产物的
混合物,淀粉加热到 190~230℃ 或加酸加到 110~140℃ 即可制成糊
精 。 糊精是白色或黄色无定形粉末,溶于水或乙醇中成为透明的
粘液,呈阿拉伯树胶状,糊精有高的溶解性,可以制出高固体含量
( )C H O n6 10 5
的, 粘性很稳定的, 低粘度的粘合剂 。 这样就可以满足机械化
大生产上胶流水线的要求,也常用作标签, 卷烟纸, 办公, 信封
用浆糊等 。
9)胶 (明胶 )
胶是从所谓原胶的一种硬蛋白质中得到的蛋白质的总称。
高纯度的叫明胶。胶是把含有原胶的动物的结蒂组织,主要是牛
、猪、水牛的骨、皮、腱、鲸鱼皮、鱼皮等浸渍在石灰乳中,以
水洗、中和,然后与水一起加热制成的,它是一种热塑性胶,熔点
很低,一般在 18~32℃ 。质量越好,熔点越高,动物胶成品是干燥的
、微带褐色的黄色小颗粒,燃烧时有特殊的气味,在水中能吸水
膨胀。溶于热水,冷却后成凝胶。不溶于大多数油及油脂中,能
耐苯、甲苯、氯仿、二硫化碳、乙醇、乙醚等。可用低级脂及
醇沉淀动物胶,能溶于甘油和醋酸中。它的优点是价格便宜,粘
结后短时间内即可达到高强度；粘结力不受气温影响；凝胶化
的胶加热后能重复使用,但老化后的不能再用。缺点是耐水性差
,易霉变,干胶需要经过溶解才能使用,在包装中应用很多,如卷管
迭合、纸箱、再湿性胶带等。
10)水玻璃 (硅酸钠 )
硅酸钠是石英砂与苛性钠共熔后制成,普通的水玻璃含有 1
克分子的 对应于 2~4克分子的 是玻璃状固体,市售品是无
色透明, 浓厚的水溶液,粘结力强,在空气中干燥后成玻璃状,以
前用作瓦楞纸的粘合剂,但现在几乎不用了 。
用于制作玻璃、陶瓷器及其无机物质的粘合剂,耐火和耐
酸涂料,与蛋白质混合还可以做瓦楞纸的防水粘合剂。
NaO2 SiO2
第四节 纵封器的设计
立式连续或间歇运动制袋式袋装机上应用的纵封器主要用来完成制
袋工艺中封合纵缝,两者在运动方式与结构上均有差异 。
连续制袋式袋装机的纵封器是辊筒形的,工作时作反向连续回转,迭
合后的包装材料侧边通过期间,热量由安装在辊筒内的电热丝加热,靠幅
射传递热能并压合薄膜形成纵缝,该纵封器除具有封合作用外,还牵引包
装材料的连续运动 。 间歇运动制袋式袋装机上的纵封器大都是板状的,
多用气 (或油 )缸推动作往复直线运动,向迭合的包装材料侧边进行热压紧
与释放 。
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。
由上式看出,纵封辊半径 R与生产率 Q和纵封辊角速度 ω及袋长 L有关 。
正常生产中 R及 L不变,则生产率的变化由纵封辊角速度起作用,要提高生
产率就得加大纵封辊角速度；在一定的封辊半径及生产率 Q情况下,袋长
L与角速度 ω成正比,这类制袋式包装机一般能进行多规格生产,若袋长改
变时,相应的变换纵封辊输出角速度 ω,而不去改变纵封辊的半径,生产中
用搭配齿轮的办法变更由分配轴输出到纵封辊的角速度,此种改变袋长规
格的调节为粗调节 。
即然纵封器又起输送包装材料的作用,包装材料是按光电色标位置分
切的,分切正确与否,由光电发讯使纵封器在连续回转中作微量的角速度
R QL? 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 。
变化来达到的,即亦是微量改变袋长Ｌ,所以与前述相比,角速度改变为微
调节。
图 5.34 辊式纵封器
1-纵封辊,2-加热线圈,3-轴承
图 5.35 侍服电机控制的
圆柱齿轮差动机构
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 。
如图 5.35所示是圆柱齿轮差动机构的示意图。设由分配轴通过齿轮传
入差动机构的角速度为 ω 1,与轴固联的太阳轮齿数为 Z1,三个行星齿轮的齿
轮数为 Z2,与行星齿轮内啮合的内齿轮齿数 Z3,内齿轮又能被蜗轮所带动作
正反转动,蜗杆受伺服电机驱动,蜗杆头数为 Z0,角速度为 ω 0与内齿轮 Z3固联
的蜗轮的齿数为 Z'3,蜗轮角速度 ω 3,与三只行星轮轴相固联的输出轮对外
输出角速度为 ω 2。
由行星轮传动关系,
(5-35)
亦即 (5-36)
整理后得机构输出角速度值,
i ZZ134 3
1
? ?
1
3
23
21
Z
Z??
?
?
??
??
31
33112 ZZ ZZ ??? ??? (5-37)
0 0
3
0 0
3
0,,' '? ?
z
z
z
z? ?
由上式可见,输出角速度 ω 2与两个分别输入差动机构的角速度 ω 1、
ω 3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 ω 1不变,而伺服电机输入的
角速度 ω 0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 ω
0绝对值不变。这样 ω 3有三个值即,
将 ω 3值分三种情况代入 ω 2的表达式得,
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
)3(
)2(
)1(
31
0
3
03
11
31
11
31
0
3
03
11
2
zz
z
zz
z
zz
z
zz
z
zz
z
??
?
??
?
(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,需要差
动机构比正常值偏小的角速度输出时采用,这时 ω1和 ω3反向回转 。
差动机构由光电管的光电信号控制,使得输出轴忽快忽慢地回转,带动纵
封辊使牵引包装的速度发生变化,保证了薄膜袋的正确封切位置,其纠正输
送材料长度的值为,
式中, R— 纵封辊牵引包装材料部分的半径 ;
— 纵封辊角速度的变化量,它由差动机构输出而获得,其值为
(5-38)中 (2)式分别与 (1),(3)的差的绝对值 。
△ t— 纠正偏差持续的时间 (秒 )。
? ? ?L R t? ? ?? (5-39)
??
光电记号通过印刷标记发讯,较容易做到,而所发讯号要鉴别是超前还是
滞后才能控制伺服电机正转还是反转,才能获得调整效果,图 5.36是鉴别讯
号控制电机正反转的光电定位装置原理图。
运动主电机 9经减速器 10降速后分三路输出：通过不等速机构 11传给纵封
牵引辊 1 4,并由伺服电机 8作补偿性运动实现塑料袋纵封和输送；通过分
配轴使超前与滞后同步凸轮 4,5旋转,控制伺服电机 8正, 反转 。
在正常情况下,当横封和切断器 12接触包装材料的瞬间,商标图案的定
位印刷标记正好通过光电装置 15,遮断光线,光电管发出记号,使光电继电
器 2的常开触头闭合,但在通往伺服电机的控制线路中装有微动开关 3,6,
其时,控制微动开关的两个同步凸轮 4,5不产生推动作用,因而光电讯号送
不到中间继电器 7,可逆电机 10不转 。
当横封器 12在热封与切断被包装材料之后,连续输送的包装材料上的
印刷标记才算通过光电装置 15,同样,发出讯号,其时滞后同步凸轮 4推动微
动开关 3,光电记号经过光电继电器 2,微动开关 3和中间继电器 7带动可逆电
机 8正转,将旋转运动传到差动机构,加速纵封牵引辊 14送进速度。使印刷
标记随着包装材料的快进而逐步前移,纠正定位印刷标记的滞后现象,当印
刷标记超前时,原理相同,超前同步凸轮 5作用,纠正定位印刷标记的超前现
象,这样只要定位印刷标记稍有超前或滞后,光电定位装置即进行调整,保证
被包装对象的热封和切断在预定的允许部位进行 。
在光电发讯到电机正, 反转的线路中,除用光电和中间继电器的控制
方法外,还可采用电压放大器和可控硅放大控制正, 反转离合器来实现,这
时可采用微型电机作原动力 。
二, 板式纵封器设计
生产实践中,经常采用的板式纵封器的结构形式如图 5.37所示,它由
张紧块、压板、电热丝等组成,并将油缸 (或气缸 )产生的往复直线运动直
接或通过扛杆原理,推动板形热封器压向加料管,完成封合。
板式纵封器的设计主要为热封件的结构设计,调压弹簧的设计计算及
驱动气 (或油 )缸的设计计算 。
驱动气 (或油 )缸设计的,活塞的行程一般不大,缸径的设计取用的压缩空
气 (或压力油 )的工作压力和各种不同薄膜, 不同厚度, 不同热封温度经计
算确定,单位面积热合压力可在 1~10kgf/cm的范围内根据实验确定最佳值 。
热封器与加料管一起纵封的加料管部位,嵌一条硅橡胶,使长条封缝
在长度上封缝均匀,热封器与加料管间的距离一般为 12~15mm左右,为补偿
电热丝受热时伸长,在热封器的一端或两端应设计有伸缩装置。
电热丝受热时伸长,在热封器的一端或两端应设计有伸缩装置。
图 5.37 板式纵封器
1-纵封器,2-气缸
第五节 横封器的设计
横封器是将经纵封器进行纵向封合后筒状的包装材料,按照工艺要求
的长度规格进行横向封合,按照横封器工作的运动形式,可分为连续运动和
间歇运动两种形式 。
一, 连续式横封器
因塑料袋装机有连续或间歇运动之分,故横封器在机能, 运动形式,
实现运动的机构及横封的结构方面往往有较大差异,即使是连续式横封器,
若该机仅只需完成单一规格袋的,一般较简单,如要适用多规格可调的袋装
机就较为复杂 。
应用于连续制袋式袋装机上的横封机构有如下一些工艺要求应满足,
一是横封器的热封件与连续运动着的包装料袋热封瞬时应有相同的线速
度。这点若不能满足,热封时就可能造成封口部位起皱、拉伸过度,甚至断
裂；二是袋长规格变化时,横封器热封件回转半径不变下经调节有关部位
能得到所需热封线速度。对此,要求横封器在工作中用不等速回转机构带
动,袋装机上常用偏心链轮及转动导杆机构作横封不等速回转机构。
(一 )偏心链轮机构
图 5.38是能够满足前述工艺要求的偏心链轮不等速回转机构,该机构
由两只齿数相等的链轮,一个张紧轮和链条等组成,其中一只链轮的回转
中心在链轮内可以变化,由分配轴带动作匀角速回转,另一只则是绕固定
轴回转的从动链轮,该轮作变角速回转,并通过中间传动装置可带动横封
器的热封器的热封件作不等速回转。
1.运动规律
图 5.39所示为该偏心链轮机构的工作原理图,分别为两只链轮的回转
中心,两回转中心距离 =g,
链轮半径,偏心轮的偏心距以等角速 ω0作主动回转,某瞬时转角为 θ,从
动链轮在链条带动下作不等速回转,转角用表示。
主动轮节圆上任一点 A转到与链条 AB相切时,则 A点瞬时线速度为,其
大小,方向垂直 AO,AO为该瞬时 A点的回转半径,中使链条向前运动的分速
度为,其方向沿 AB,其值为,
图 5.38 偏心链轮不等速机构
1-滚花手轮,2-主动链轮,3-套筒滚子链,4-从
动链轮,5-张紧链轮
图 5.39 偏心链轮机构工作简图
AO1
? ? ?V V AOA A c o s c o s? ? ?0 1 (5-39)
式中, ω0— 主动轮回转角速度,调定后为一常数 。
－某瞬时主动轮节圆上与链条相切点的回转半径,为瞬变值 。
β－ 切点上线速度方向与该瞬时两轮链条直线之间的夹角,也是
瞬变值 。
在△ AO1O中,令 AO=R,OO1=e,∠ O1AO=β,应用余弦定理可得,
(5-40)
c os ? ? ? ??R AO eR AO2 12 2
12
又令 ∠ O1OO2=α,而 ∠ AOO2是直角,则
仍在 △ AO1O中应用余弦定理得,
? ? ?A O O 1 32 ? ?
(5-41)
AO R e R e1 2 2 2 2 22 32 2? ? ? ? ? ? ?Re cos ( ) Re s in? ? ?
(5-42)
2
在 △ OO1O2中,与 α角的对边为 O1O2,令 O1O2=g,连 OO2,并令 OO2=L,它
∠ OO1O2相对,而 ∠ OO1O2正是主动链轮在该瞬时的转角,应用正弦定理得,
sin sin? ?? gL
(5-43)
在 ∠ OO1O2中应用余弦定理得,
L e g eg
L e g eg
2 2 2
2 2
2
2
? ? ?
? ? ?
c o s
c o s
?
?
(5-44)
将 L值代入得,
s i n s i n c o s? ? ?? ? ?ge g eg2 2 2
(5-45)
将此式代入 AO 式中,
AO R e ge g eg1 2 2 2 2 2 2? ? ? ? ?s i n c o s? ?
(5-46)
则链条向前运动的瞬时分速度,
? ? ? ? ? ? ? ? ?V AO R AO eR R ege g egA ? ? ? ? ? ?0 1 0
2
1
2 2
0 2 22 2c o s (
s i n
c o s )
(5-47)
在同一根链条上的同一方向,链条即不能伸长又不能缩短,故,
V VB A? ?
V RB ??
? ? ? ?R R ege g eg? ? ? ?0 2 2 2( s i n c o s )
而 VB是从动轮 O2上与 AB链条相切点 B处的瞬时线速度,令 O2轮在该
瞬时的角速度 ω,则
所以
(5-48)
(5-49)
(5-50)
则从动轮 O2某瞬时的角速度为,
? ? ? ?? ? ? ?0 2 21 2( s i n c o s )egR e g eg(5-51)
VA'
显然,随着主动轮转角 θ的变化而变化的 。
从动链轮角速度 ω随主动链轮转角变化的特性曲线如图 5.40所示 。
为求特性曲线的最高最低点,只要对该曲线函数表达式 (5-51)求极值
使可得,
即当主动偏心轮以 ω0匀角速回转时,该偏心链轮机构的链轮按式 (5-
51)作非匀角速转动 。
在 的表达式中可,AO及 cosβ这两个值是时刻改变着的,其值
AO R ege g egc o s s i n c o s? ? ?? ? ? ?2 2 2(5-52)
? ?f ( )? 0
(5-53)
?
? ?
1
2 2
?
? ?
a r c c o s
a r c c o s
e
g
e
g
分别将 θ 1,θ 2值代入式 (3－ 51),可求得函数曲线的极大值与极小值。
? ?
? ?
m ax
m in
( )
( )
? ?
? ?
0
0
1
1
e
R
e
R
(5-54)
立式连续制袋式袋装机上的
横封机构正是利用从动轮能
有规律的快慢交替的输出角
速度的特性来满足使用要求
的 。
图 5.40中,点 θ 1,θ 2处是使
从动链轮具有极大、极小角
速度时主动轮的瞬时转角,称
为速度极限角,由该图看出 θ 1
在 0~π /2区间并靠近 π /2,θ 2
在 3π /2~2π 之间并靠近 3π /2
。
图 5.40 偏心链轮机构 θ -ω特性曲线
2.应用
根据不同袋长需要,输出满足工艺要求的角速度带动横封器,是设计
偏心链轮机构时必须考虑的可调问题,欲得到所需的角速度,在实际应用
中有两个不同的途径：一为直接调节选用热合瞬时角,二为调解主动链轮
上的偏心距 。
调节选用热合瞬时的 θ 角,即是利用式 (3－ 51)或图 5.40特性曲线,使其
中偏心距 e,链轮半径 R及两轮回转中心距 g不变的条件下,根据输出的角
速度 ω,找到相应的主动轮瞬时转角 θ,在该瞬时使横封器的热封件与料
袋上的光电色标处在封合状态 。 由此可见,当袋长变化时应先打开不等速
回转机构从动轮到横封器转轴间的传动链 。 待偏心轮上 OO1连线与两回
转中心连线 O1O2调到应有的 θ 夹角时,让横封器的热封件相啮合,再合上暂
时打开了的传动链,横封传动时开时合,且找准 θ 夹角也十分麻烦,一般采
用甚少 。
调节主动链轮的偏心距同样亦可达到改变输出角速度满足热封的
需要,图 5.41所示为调节偏心距 e时,不等速回转机构特性曲线的变化的
情况 。
这种方法是利用特性曲线的两个极值点作为专门的热封点,偏心
? 0 1( )? eR
?0? 0 1( )? eR
?0距的改变可使输出的极大角速度在 到 间改变,同样也可
使极小角速度在 到 间改变,
与此同时,速度极限角 θ 1,θ 2分别有
向 π /2,3π /2靠拢的微小变化,袋装机
在规定的袋长范围内,其中偏小规格利
用 ω min的极点进行热合,偏大规格利用
ω max这一极点输出角速度进行热合。
这样,若将经换算后袋长值刻在相应的
偏心距的标尺上,只要调节偏心距到预
定的袋长刻度上并加以固定,就能立即
5.41 偏心距变化对输出特性曲线
的影响
使用,因此本方法调整方便,得到广泛应用。
3.设计参数的取用
由式 (5-51)可知,偏心链轮不等速回转机构输出角速度的大小与偏心距
e,链轮半径 R,两轮轴中心距 g各参数有关,设计偏心链轮不等 速机构时,e、
R,g也是必须计算确定的重要参数,
(1)偏心距 e
将式 (5-54)的等式两边分别同除以 ω0后可得
?
?
?
?
m ax
m in
0
0
1
1
? ?
? ?
e
R
e
R
(5-55)
?
?
?
?m ax m in0 0、
两式左端 为从动轮与主动轮的角速度之比,用字母 i表示,
为区别这仅在极限角速度情况下的值,均分别加下角标,改写成,
i e
R
i e
R
m ax
m in
? ?
? ?
1
1
(5-56)
对采用调节偏心距获得热封封口所需的瞬时角速度比 imax,imin均是热
封封口的角速比,将上列两式合并可写成
i eRF ? ?1 (5-57)
由式 (5-57)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 IF值,且 IF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,
立式连续制袋式袋装机横封机构的传动关系如图 5,42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=1~4之间,此
不等速机构输入的角速度是,输出的角速度为,横封辊回转角速度为,?0 F? ??0
图 5.42 横封机构传动关系
-显然也作周期性变化,也可写
成
所以有,亦即
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,
式中,r-横封辊上热封件的回转半径,
亦可写成,
0??
?
? F
z z
z z q? ?
?
? ?0 2 41 3 ? ?F q? ? ?0
??0 r QL? 60
??0 ?QLr60
? F q QLr? 60
(5-58)
式 (5-58)表示不同袋长在热合瞬间要
求不等速机构输出角速度的大小,
当主动链轮不偏心工作时,这时的
偏心距 e=0,i=1偏心链轮机构输出的
输出的角速度 亦即,
由此式可得热封件的回转关系表达式
? ?F ? 0
? ?F zzq QL r? ?60 0 (5-59)
r QL qz? 60
0?
由式 (5-61)可通过已给定袋长规格范围求得每一袋长要求不等速回转机构
? ?F
z
L
L? 0
i LLF
z
?
将式 (5-60)代入式 (5-59)得
输出角速度的值,将式 (5-23)两过同除以 ω0可得,
式 (5-62)与式 (5-57)联立，就可求出各种袋长下对应的偏心距。
(5-61)
(5-62)
(5-60)
(2)链轮半径 R
链轮 R为节圆半径,与选用的链节距 t及
所定的齿数 Z有关,齿数 Z过多,R太大,导
致结构不紧凑,尤其本处主动轮在偏心情
况下工作,半径越大,工作情况越不利,若 Z
过小, 在链传动上也怕带来传动的不均
匀性,这里 R过小,在设计安排偏心调节结
构上将会遇到麻烦,不得不从满足制袋工
艺要求与调节结构设置的可能性同时兼
顾考虑 。
图 5.43所示是偏心链轮机构制作最小
袋长 L时偏心调节位置的情况,分配轴心
O被调在偏心刻度的极端位置,回转中心
O与链轮中心 O1间的偏心量 OO1=emax,
从设置偏心调节结构的可能性考虑,图 5.43 偏心距调节装置
工艺与结构同时满足要求有,
整理后得,
式中, d--分配轴安装偏心链轮处的轴径大小 ;
n--与调节结构设置有关的尺寸,可取 n=15~25毫米,从满足制袋长
度工艺要求考虑,由式 (5-57)变化成
e R d nm a x ( )? ? ?2
e R i F? ?( )m in1
)2()1( m i n ndRiR F ????
R
d n
iF?
?12
min
(5-63)
(5-64)
(5-65)
(5-66)
由式 (5-62)可得,
代入前式有,
这里 RJ仅是理论上计算出的链轮节圆半径,而链轮分度圆的实际尺
寸还要受链节距 t及齿数的约束,即,
最后实际取用的链轮半径应满足
由此可见,只要知道应满足的袋长范围各种规格和安装偏心链轮
的分配轴结构尺寸,就可通过式 (5-68),(5-70)求算链轮的尺寸。
i LLF
z
m in m in?
R d n LLJ z? ?( )
m in
1
2
ZtR
?? 1 8 0c s c
2
1
R RJ?
(5-67)
(5-68)
(5-69)
(5-70)
(3)两轮回转中心距 g
两轮回转中心距 g可由两种方法来确定 。
① 从结构上考虑来确定
仅只要保证两轮回转时可靠地工作,则该机构的最小中心距离
g D Lam i n m a x? ? ? ? (5-71)
式中,Da— 链轮顶圆直径 ;
Δ— 两转动件不相碰的最小安全距离可取 ≥10毫米 。
② 从运动特性考虑确定
由式 (5-54)可知,从动链轮输出的最大,最小角速度极值与中心距
g值无关,亦即变速范围仅与链轮大小尺寸和偏心量有关 。
由式 (5-51)看出,中心距 g的大小对从动轮输出角速度 ω的变化有关 。
由式 (5-53)可见,g的大小影响不等速回转机构的速度极限角 θ的取得 。
考察以上几组公式可得出结论,中心距的改变不影响不等速偏心链轮
机构输出角速度极大、极小值的取得,而会影响取得极大、极小值的时
刻。
若在式 (5-51)中令 e,R,ω为
定值,取不同的 g值代入,作出 θ-ω曲
线变化图 。
如图 5.40所示,明显可见
发生的位置有了变化,当 g值由小
变大时,大小两极点分别向 π/2及
3 π/2 逐渐靠拢,但总是 θ1<π/2、
θ2<3π/2,当 g值由大变小时,两极点
分别离 π/2,3π/2越来越远,说明上
升曲线越来越趋平缓,这对运
图 5.44 转动导杆机构
1-导杆,2-曲柄
动平稳性是不利的,故取中心距 g值在结构上不显得庞大的前提下,取大些
为好,一般推荐取用 g=(5~7)R。
（ 二 ） 转动导杆机构
转动导杆机构如图 5.44所示,BC杆长为 a,两转动轴心 A与 B距离 AB=e,且
e<a,BC称曲柄,AC部分为导杆,若两杆间以任一者为主动件匀角速回转,
则另一杆作非匀速回转,但它们非匀速回转的运动规律并不相同。
1.曲柄为原动件的运动规律
以两轴心连线 AB为基准,曲柄 BC在某瞬时的转角为时,相应的导杆转
角为 θ,在图 5.44中,由三角形 ABC得与 θ 的关系为,
a e
si n ( ) si n ( )180 ?? ? ?? ? ?
ea s in s in ( )? ? ?? ?所以有
(5-72)
(5-73)
将上式对时间微分得,
式中, — 导杆角速度,用表示 ;
— 曲柄角速度,用表示 。
将 ωA,ωB分别代入式 (5-74)中整理后得,
将式 (5-73),(5-75)联立并消去 θ后得,
ea ddt ddt ddtc o s c o s ( )( )? ? ? ? ?? ? ?
ddt?
ddt?
? ?
?
? ?B A
e
a? ?
?[
c o s
c o s ( ) ]1
? ?
?
?
A B
e
a
e
a
e
a
?
?
? ?
1
1 22
c o s
( ) c o s
(5-74)
(5-75)
(5-76)
( ) ( ) ( )
( )
m i n m a x m i n
m a x
?
?
?
?
?
?
?
?
A
B
A
B
B
A
B
A
e
a
,及,
与 关系曲线
2
2
图 5.45 由max)( A?
若 a,e,为定值,显然当
ω =0°,180° 时,可分别达到最大
值及最小值，即 ( )
( )
m i n
max
? ?
? ?
A B
A B
e
a
e
a
?
?
?
?
1
1
1
1
上式可见, 调整两转轴轴心 AB
间距离可以就改变不等速回转机构
输出角速度的极大, 极小值 。 当 e值
由 0→ a时,相应的
。 的无穷大意味着
它不能运转,故必须 e<a,由于从动件
导杆输出的最小角速度只 能在
(5-78)
( ),m i n? ? ?A B B由 ? 12
?B ?? ?A
12 ? ? ?B A B? ? 范围内变化,它只能适用于袋长 L的变化范围 Lmax/Lmin<2的
情况 。 从导杆的角加速度为,
? ?
?
?
A B
e
a
e
a
e
a
e
a
?
?
? ?
2
2
2 2
1
1 2
[( ) ] s i n
[ ( ) c o s ]
? ?
? ? ? ?
a r c c os
[ ( ) ] ( ) [( ) ]1 32 1
4
2 2 2 2e
a
e
a
e
a
e
a
a
e
B
A
B
A 值与,2m a xm i n )()( ????
ea?06,( )max?A
?B?A
?
当 时,ε 为最大值。
图 5.45表示了导杆的 值的关系图 。 从图中可
从图中可见,,上升很快 。
2.导杆为原动件的运动规律
导杆以作匀角速 回转,则曲柄轴以 作不等速回转,将式 (5-73),(5-
75)联立并消去 后得,
(5-79)
当 θ =0°,最小； θ =180° 时,最大,即
? ?
?
?
B A
e
a
e
a
? ?
?
[
c o s
( c o s )
]1
1 2
?B ?B
( ) ( )
( ) ( )
m in
m a x
? ?
? ?
B A
B A
e
a
e
a
? ?
? ?
1
1
? ?
?
?
B A
e
a
e
a
e
a
?
?
?
2
2
2
2
3
1
1
[ ( ) ] sin
[ ( c os ) ]
( )min?B
( ),( )m i n m a x? ? ? ? ?B A B A A由 由0 2? ?同理,当 e值由 a→ 0时,相应的 。可见
值的调节范围比以曲柄为主动的导杆机构大得多。
将式 (5-80)对时间微分,求得从动曲柄的角加速度为,
(5-81)
(5-81)
(5-80)
?B
( )
( )
m a x? ?B A
e
a
e
a
?
?
2
21
( ) ( )min max?
?
?
?B A B A
e
a,值与2
ea
B? 0 8.,( ) m ax?
ea
B? 0 9.,( ) m ax?
显然,当 θ =90° 时,为最大值。
图 5.45表示了 值的关系图 。 从图中可见,
的变化比较平缓, 上升很快 。
3.应用
由上述两种情况分析可得出如下结论,
两种情况的从动件都作不等速回转,并且改变 e/a值时,从动件的最
小角速度都随之改变,但是用导杆为原动件时,从动件的最小角速度只
能 0~ 范围内调节,若用曲柄为原动件时，从动件的最小角速度只能 ?A
(5-82)
在 /2~ 范围内调节,故前者调节范围大。从运动平稳性看,若要求从动件
的最小角速度为原动件角速度的 2/3,两种情况都能满足,以导杆为原动件,查
图 5.45得 e/a=1/3;,若用曲柄为原动件,则,显然
后者情况的从动件最大角加速度是前者的 3.4倍。
?B ?B
( ) /max? ?B A2 e
a A B? ?0 5 1 352.,( ) /,m a x? ?
生产实践中是以导杆作为
原动件,曲柄作为从动件带动制
袋式袋装机横封机构的,如图
5.46所示,
若用该不等速回转机构应
用于卧式袋装机,横封工艺过程
示意图如图 5.47所示,包装袋在
此被横封 (封口与封底 )与切断 。
热封切断件在 P位置开始与包装
材料接触后即进行加热并在 Q
位置进一步实施加压并切断 。
图 5.46 转动导杆机构带动的横封机构
1-主动导杆 2-曲柄 3-链轮 4-张紧链轮 5-热封头及滚刀
图 5.47 横封工艺过程示意图
1-包装袋筒,2-包装物品,3,4-横封辊刀
图 5.48 转动导杆机构的 θ-ω曲线
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,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 θ为横坐标,从动曲柄输出角速度 ω为纵坐
标 θ-ω曲线如图 5.48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 θ=0,及 θ=180° 处的最低,最高可适应短袋
及长袋的热封需要 。
袋长规格变化是靠调节两转轴中心距离 L来实现输出角速度改变
的机架上有标尺,一定袋长也对应着某一刻度,袋长与偏心距 e间对应关
系由下式表示,
式中, a-从动曲柄的长度, 毫米；
L-袋长尺寸, 毫米；
-从转动导感机构传到热封件转轴间传动装置传动比；
热封切断件回转半径由下式计算,
R-热封件回转半径, 毫米 。
(三 )横封器结构
图 5.50为立式连续式袋装机上进行横封热合的典型回转辊形横
封器结构,每一只横封辊上有对称分布的两只热封件,热件由电热丝
加热并恒温控制。热封所需压力由调节套通过压缩弹簧进行调节,
e a Li R? ?( )1 2 34?
R L? (, ~, ) m a x1 1 1 2 2?
i34
(5-84)
(5-83)
图 5.51为卧式连续制袋式袋装机上用于横封热合并切断的典型结
构,每一只横封辊上仅有一只热封件,加热与温控形式与立式上用的几
乎一样,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,参见表 5.2。
图 5.49 转动导杆机构调节两转轴中心距 e的结构型式
1-定位手柄,2-调节手轮,3-曲柄,4-导杆,5-输入链轮,6-输出链轮,7-机架
二, 间歇式横封器
立式间歇制袋式袋装
机横封机构按功能和运动
形式可分为两类,一类只作
封口用,即只有间歇的往复
运动 ;另一类除作封口热合
外,还牵引料袋由上而下地
移动,故往往作开合与上下
运动合在一起的复合运动,
显然后者结构较为复杂。
图 5.51中 (a)所示是气缸
(或油缸 )1,3、在同一水
平面内做往复直线运动带
动横封器合拢及离开,从
而完成横封工序,气缸 (油
图 5.50 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
缸 )1,3、在同一水平面内做往复直线运动带动横封器合拢及离开,从而完
成横封工序,气缸 (油缸 )3带动整个横封装置及气缸 (或油缸 )作上、下往复
运动,将横封器夹持着的薄膜筒向下拉出一个袋的长度。
图 5.51 间歇式横封机构工作示意图
图 5.51(b)所示只是用一只气缸 (或油缸 )带动横封器运动,因横封两部
分是同时动作的,使用一只气缸则通过支点及扛杆的作用使横封器两部分
合拢及离开,上下拉薄膜运动与 (a)相似 。
图 5.51(c)所示,带动横封器作开合热封的气缸只是一只,原理与 (b)相
似,但上下拉膜运动不是用气缸来实现的,而是由电动机经变速后,驱动曲
柄连杆机构来带动横封器作上下往复直线运动,回转曲柄的长度可以根据
需要进行调节,从而改变拉膜的长度 。
图 5.51(d)所示与图 (c)有许多相似之处,横封动作靠气缸与杠杆滑块机
构来完成 。 拉膜的动作是由一套六杆机构来完成的,六杆机构是由电机通
过变速后驱动曲柄作原动件的,在这种六杆机构作用下,横封器不作上,
下直线运动而是一圆弧摆动 。
从以上可以看出间歇式横封机构的运动形式是多种多样的,结构也有
简单、复杂,各有利弊,选型时要给予适当考虑。如 (a)中结构及动作简单,
但横封时要求两只气缸动作配合好,这是气液压较难达到的,最好能避免
使用。图 (b),(c),(d)中就避免了上述问题,用一只气缸使横封器两部分
同时分开和合拢,但也造成结构复杂。图 (a),(b)中,拉膜运动是气缸来带
动的,行程难以调节,薄膜带长度发生变化时就难以适应。在 (c),(d)中袋
长变化时调节曲柄长度就能适当,尤其在食品行业中,包装规格变化多,调
节要求比较突出,就 (c),(d)两种比较,前者拉膜部分比较简单,后者显得复杂,
且拉膜过程中袋子作圆弧运动,摆动较大,袋长调节后袋子不可能在两横
封器中间被热封,造成薄膜前后张力不均。
若制袋充填机的拉膜动作不要横封器承担,而有另外专门的一套机构
去完成,则横封器的运动要简单得多,当然整机的传动机构也许稍为复杂
些。
图 5.52所示为摆动气缸带动的摆杆滑块机构,两横封块的开合就是滑
块往复运动的结果,
设计中应解决的问题是,从满足横封块最大开合行程的情况下,确定各杆
长度及摆动气缸活塞杆的行程,提供设计气缸的依据。
1.摆杆滑块部分
滑块的行程应由包装尺寸决定,设滑块的行程为 L,则两只滑块开合的总
行程为,
2 1 5 2L D? (, ~ )
式中,D— 圆形料管成型器的直径,若为方形料管 D=2P,其中 P为超椭
圆短半轴之长 。
拖动两滑块的摆杆、连杆杆长上下各自对应相等,这样摆杆只能在
与滑道垂直的位置作左右对称摆动,如图 5.53所示。
设摆杆长为 a,连杆长为 b,滑块 C运动最远点与转轴中心 A间距离
AC1=c,摆杆摆角为,摆杆与 AC滑道间原始夹角为起始角 α。
摆杆与连杆的铰销在 B起始、中间及终了三个位置分别以 B1,B2,B3
表示,这三个位置各杆长度间关系由下式表示,在△ AB1C1中
(5-85)
图 5.52 由摆动气缸带动的摆杆滑块机构 图 5.53 摆杆滑块的工作位置及参数关系
b a c ac2 2 2 2? ? ? c o s ?
在△ AB2C2中,∠ B2AC2是直角
b a c L2 2 22? ? ?( )
在△ AB3C3中
b a c L2 2 2? ? ? ?( ) c o s ( )? ?(5-88)
(5-87)
(5-86)
a c L? ?36 2( )
由图 5.54可见,本机压力角为 ∠ ACB,且是时刻改变的,为使机构轻巧,
应使 ∠ ACB≤ 30°,因此设计中可取 b≥ 2a。 将其代入式 (5-87)可得
? ? ? ?a r c c o s a b cac2 2 22
由式 (5-87),(5-86)得起始角 α 的表达式,
则此摆杆滑块部分要使滑块开合总行程达 2L的摆杆摆角应为
上列各式中 C值应根据袋装机总体布局设定 。
2.摆动气缸部分
它是摆杆滑块机构部分的原动件,摆动气缸活塞杆推动摆杆绕 A轴
摆动,摆杆 AD,AB,AB＇ 均与轴 A固联,它们具有同一摆角,若摆动气
缸摆杆起始位置不同,对同一摆角,气缸活塞杆的行程 L将不同,摆杆起
? ?? ??180 2
(5-90)
(5-89)
始位置必须慎重确定,从机械
原理知道,机构的压力角在 0°
处效率最高,本摆动气缸推动
摆杆 AD使 A轴回摆,属摇块机
构,则 D处的压力角小者为好 。
设摆杆长为 m,摆杆与 AE
两点连线的最小夹角为起始
角 β,DE长为 d,AE长为 e,其值 图 5.54 摆动气缸的工作位置
的确定也由袋装机总体布局考虑 。
铰销 D点在工作中亦有 D1,D2,D3三个位置,分别为起始、中间及
终了,如图 5.55所示。
为使工作轻巧,常取 m>a,则起始角 β 由下式可求,
? ?? ? ? ? ? ??D AE D AD m
e2 2 1 1 2c o s
(5-91)
DE之长 d在起始及终了两位置相应长度为,
这样,气缸活塞杆的伸缩行程为,L=
L值求出后还得验算两个方面,
(1)气缸活塞杆伸出的稳定性验算应使
若不能满足,可适当增大 e的取值 。
(2)压力角的验算应使
d m e me
d m e me
1
2 2
3
2 2
2
2
? ? ?
? ? ? ?
c o s
c o s ( )
?
? ?
d d3 1?
? ? ?dd3
1
1 7.
? ? ?? ? ? ? ?90 2 5032 2 2
3
a r c c o s d m emd(5-94)
(5-93)
(5-92)
若不能满足时,可适当增大 m的取值,
该横封装置机构下半部分,采用的是曲柄带动的大杆机构,设计中滑块行
程应满足,
式中,Lmax为应制作的最大袋长,毫米,
具体设计可通过杆机构的设计方法去解决,这里不再复述,
3.横封器结构
用于间歇制袋式袋装机横封器上的加热封口方法有脉冲、热板熔断和
高频等,可按不同包装材料选用,热封体都为板状的。
图 5.55电热丝脉冲加热的横封器,纵封缝对面的一只热封体 1,上, 下共
装有两条扁形镍铬合金电热丝,电热丝根据宽度选择,一般取 2~5mm左右,
电热丝与热封体之间有酚醛层压板或聚四氟乙烯薄膜 4作隔离层,防止热
封薄膜被粘牢,与纵封缝同一面的热封体面上对着两根扁电热丝之间,装有
圆电热丝 5作切割薄膜带用,热封体 8的主要作用是与对面热封器共同配合
H L? (, ~, ) max1 3 1 5 (5-95)
时对薄膜加热时加压,为使加压均匀,并不使加压薄膜变薄,在圆电热丝与
热封体 8之间有一层耐热橡胶 7与聚四氟乙烯织物 6,考虑电热丝的热胀冷
缩,在热封器的两端均设计有伸缩结构如图中 9所示,避免在气缸作用下热
封体的刚性接触,设计有弹簧装置 10,脉冲热封器连续工作过长时,热封
体上热量会逐渐积累,而影响封口质量,设计时考虑到冷却措施,或通过
冷却水,或用压缩空气吹向热封完成后的薄膜及电热丝,使其冷却。
横封时,要使尽可能少的空气留在袋内,若袋内空气较多,对袋内的
物品储存不利运输中也容易损坏袋子,横封器结构设计时要加以考虑,在
横封器体下方设计袋的夹持器,夹持器与袋接触部分有泡沫塑料或泡沫
橡胶等柔软制品或几根拉伸弹簧,即起到排气,又起到夹持物品,减少横
封缝在受热时不利的拉力。
用冷却水强制的结构如图 5.56所示,热板加热式横封器如图 5.57所
示,每只热封体上、下两个热板平面,并装有两只加热元件,一只测温元
件,专门对热板进行恒温控制。
图 5.55电热丝脉冲加热的横封器
1-电热丝伸缩补偿装置,2-弹性伸缩装
置,3-冷风喷嘴,4-绝缘片,5-热封扁丝,6-聚
四氟乙烯片,7-切割圆丝,8-排气夹板
图 5.56 冷却水冷却横封器
1-夹板,2-热封扁丝,3-切割圆丝,4-冷却
水孔,5-耐热橡胶
高频加热式横封器如图 5.58所示,分左右两只电极,可在两只电极间通以
高频电流进行加热加压封合,电极上, 下各有一对弹簧夹具,以减少电极
合拢时的刚性冲击及对封缝的拉力,电极表面胶粘着环氧板,环氧板表面
又粘着聚四氟乙烯织物作耐热绝缘材料,这样除防止薄膜粘上电极外,还
可防止薄膜偶而被热穿时,高频切刀与另一电极直接接触而产生的打火
现象 。
图 5.57 热板加热式横封器
1-切刀,2-热板,3-测温元件,4-加热元件,5-绝缘体
图 5.58 高频加热式横封器
1-弹性夹板,2,4-封合电极,3-加热切刀
第六节 料袋的切断与牵引装置
一, 切断装置
在制袋式袋装机上,当制成袋后或装袋封口结束时,应用切断刀将相
互连接着的薄膜料袋分割成单个和包装产品 。 切断的方式有热切和冷切
等 。 可根据热封的方法,包装料袋在制袋过程中运动形式和切口的形式等
要求选择 。
1.热切
它是靠薄膜受热熔化和施加一定压力而使薄膜分开的一种方法 。 采
用热切的切断机构可与横封机构合在一起,在横封同时,进行热切断 。
热切中有高频加热刀,电热丝熔断及电加热切刀等 。 其中高频加热刀
用在间歇式袋装机上,对聚氟乙烯薄膜袋进行封口,同时完成切断,实际是
一只具有刃口的电极；电热丝中间的一根 1－ 2毫米左右直径的圆电热丝,
根据需要可选择断续或连续通入脉冲电流,电热丝与薄膜直接接触使熔化
的薄膜切断；电加热切刀是具有刃及热量可使薄膜切断 。
2.冷切及其机构
冷切是利用金属刀刃的锋利度使薄膜在横截面上受剪切力而分开薄
膜的料袋方法 。
(1)回转刀
回转刀切断机构如图 5.59所示,由转刀与固定组合而成,两刀的形状尺
寸完全相同,仅安装方向相反,回转刀顺料袋前进方向作等速回转,每袋一
周,动刀与定刀间有微隙,保证无袋时不会打坏刀尖 。 有袋时顺利分切 。
工作时 。 回转刀刃与定刀刃间不是全线同时相遇的,而是在刀刃的的全长
上按 1~2左右的倾角依次相遇的,这样似剪刀一般,更有利于将薄膜分割开 。
刀的有效回转半径 r可由下式确定
r V? ?15,材 式中,ω— 刀轴回转的角度 ;
V— 纵封辊牵引包装材料前进的线速度。
(5-96)
由此可见,回转刀切断包装袋的速度应大于薄膜前进的速度。为保
持切刀锋利,两刃间有微隙,这样切断薄膜袋时,并不是靠两把金属刀刃完
图 5.59 辊刀式切断装置
1-转刀,2-定刀
图 5.60 辊刀相位调节装置
1-辊刀,2-主轴,3-轴承,4-弹簧,5-键
6-从动齿轮,7-主动齿轮
全相遇来完成的,而是靠活动刀刃线速度大于薄膜袋运动速度,产生的挤
与拉相结合将薄膜分割开 。 所以,刀的回转线速度小于薄膜前进速度是
不行的,即使等于薄膜前进的线速度的话, 也是切而不断 。 只有回转刀
比薄膜有较高的线速度,将薄膜剪切变形 。 强度大大削弱,然后使前一包
装袋赶快离开本体到拉断作用 。
因该回转刀切断机构不是与横封机构设计在一起的,而切断时必须
切在横封接缝正中,才能使薄膜袋外形美观 。 因而切断在机构横封器的
下面,有一切断刀与横封器间的同步问题,解决同步问题就必须设计切断
机构的相位调节装置 。
相位调节装置可通过调节两齿轮的相对位置来实现 。 如图 5.59所示,
带动回转刀轴回转的齿轮 6的轴向固定靠弹簧 4的推力,当切断刀工作不
与横封器同步时,只要用手按图示箭头方向推动齿轮 6,则齿轮 6沿轴 7上的
滑键 5克服弹簧力,离开主动齿轮,并根据滞后或超前的情况分别对齿轮 6
作逆或顺时针回转一定角度后再将齿轮 6送回原处,与主动轮 8啮合,即能
满足同步要求 。
(2)铡刀 (或剪刀 )
铡刀或剪刀切断机构不能适应连续制
袋包袋机的切断工作要求,只能用于间歇
运动制袋充填包袋机上,在薄膜袋停止运
动的瞬时进行断切工作 。
图 5.61所示是一种铡刀切断机构,由气
缸 1驱动活动刀架 6可绕支点作摆动,活动
刀 4用螺钉弹簧压在刀架 6上,与固定刀 3
为弹性接触,活动刀并由上,下两个定位
块 10限定上、下、左、右的串动。固定
刀用螺钉拧紧在固定刀架子上,刀架与机
架相固定,活动刀与固定刀之间的相对位
置,靠活动刀下的导向部分 11保持不至发
生咬刀而损坏刀具,薄膜袋 8在弹簧金属
片的引导下,经两个刀口的相对运动而被
切断。
图 5.61 侧刀式切断装置
1-动力气缸 2-定刀 3-动刀 4-压力弹簧 5-引
导板 6-包装料袋 7-转轴支承 8-动刀定位块
这种铡刀在卧式对折薄膜制袋包装机上应用较多,常用在制袋装置以后,将
连续的空袋一个个切断分离,然后变由后面开袋充填机构去完成充填等工
艺过程 。
(3)锯齿刀
采用热板加热封口的间歇制袋式袋
装机上切断方式,也有应用锯齿刀的 。 如
图 5.62所示 。
锯齿刀安装在热封件中间。相对应
的另一只横封器中间是一边凹槽,在板状
加热热封的同时,锯齿刀齿尖插入薄膜内,
使上下两只袋得以切断。图中 1.4分别为
横封器上、下板式热封块,3为锯齿刀。
锯齿刀的形状：齿距 t=6mm,齿尖角
=60,每个齿的齿侧均磨成刃口 。
图 5.62 锯齿刀
1-上热封器,2-锯齿刀,3-下热封器
二, 料袋牵引装置
制袋式袋装机工作时,使包装材料与制袋成型器产生相对运动而造成
包装材料卷折的是料袋牵引装置 。 此外,它又能使料袋顺序地通过一个个
工位,使料袋完成加料,整形,排气,封口和切断等工序 。
1.类型
包装工艺上对料袋牵引装置的要求是：能按时,按预定量拉过定长的
料袋,根据需要并能在一定范围内任意调节拉过料袋的长度,料袋的速度应
能控制,前述的翻领成型器制袋式袋装机及象鼻成型连续制袋式袋装机中
的料袋牵引装置均非专设的,往往与其它机构结合在一起,有的与横封机构
合一；有的与纵封机构结合 。 但均能符合上述提出的一些工艺要求,此外
还有如下介绍的一些结构类型 。
(1)滚轮牵引式
图 5.63所示,用于连续式袋装机,纵封辊与牵引辊各司其职,机能分开,并且
图 5.63 滚轮式牵引示意图
1-牵引辊 2-锥辊齿形带微调无级
变速器 3-纵封辊
图 5.64夹板牵引式示意图
1-料袋夹持气缸 2-料袋横封气缸
3-料袋牵引气缸
两辊都是冷辊,包装薄膜首先受牵引辊牵引,被热板或吹出的热空气加热
封合,这样的牵引装置使单层塑料薄膜也有可能在连续运动制袋式袋装
机上得到使用 。
(2)夹持牵引式
图 5.64所示该牵引装置的夹, 放及上, 下运动,横封热封件仅作张开
与闭合的动作,使热封与牵引错开进行,避免了横封缝受热后怕受拉力的
不利情况,且使横封与纵封时间重合,可统一考虑加热时间,有利提高生产
能力,保证封缝质量 。
(3)气吸牵引式
图 5.65所示,利用真空吸头的吸力吸住成型器料管外壁薄膜,拉料袋向
下运动达预定长度后真空解除,吸头向上返回,这样吸头吸袋牵引的工作
区间都在料袋长度范围之内,横封器就可较近的设置在料管下端附近,使
整机总体高度降低 。
(4)摩擦牵引式
图 5.66所示,利用间歇运动的摩擦将包装薄膜压紧在方形料管上,靠摩擦
图 5.66 吸头牵引式
1-料袋牵引气缸,2-真空吸头板
3-横封气缸,4-纵封器
图 5.67 摩擦带牵引式示意图
1-纵封器,2-摩擦带,3-横封器
带与薄膜间产生摩擦力推送料袋向下运动,主动带轮间歇回转可用步进
电机或伺服电机驱动,也可由普通电机采用电磁离合器控制配合的驱动 。
2.牵引计算
(1)真空吸引力
真空吸头可产生的真空吸引力由下式表达
F P P Sx ? ?( )0
式中, P0— 标准气压 ;
P— 吸头内压强 ;
S— 吸头总吸附面积 。
真空吸头吸附着料袋靠两者间产生的摩擦力克服成型器,导辊等对
包装材料运动的总阻力,则有,
F fF PM x Z? ?
式中, FM— 料袋与真空吸头间产生的摩擦力 ;
(5-98)
(5-97)
f— 料袋与吸头间材料系数；
PZ— 对料袋运动产生阻力的合力,可通过估算或具体测试获得。
如果在刚性内圆周面上的吸嘴,应考虑吸嘴吸住料袋部分失效情况。加
入利用系数 k,实际应用中还得考虑安全系数 n,则有,
kf P P S nP Z( )0 ? ?
式中, k— 利用系数, 取 0.5~0.8;
n— 安全系数, 取 2~3。
(2)摩擦牵引力
摩擦带工作时紧边拉力可由下式计算
P Nv eeL ff? ?102 1?? (5-100)
(5-99)
摩擦带对料袋的摩擦力满足下式才能牵引料袋与包装材料
2 21 2? ? ? ?N f P N fZ ?
式中, f1— 摩擦带与料袋间摩擦系数；
f2— 料袋与料管管壁之间摩擦系数；
N＇ — 调压装置通过带施加料管的正压力 ;
PZ— 成型器, 导辊等对料袋运动的阻力 ;
则所需正压力
? ? ?N Pf fZ2
1 2( )
P N fL ? ?2 1只有 摩擦带才能转动自如,亦即
102 1 2 1Nv ee N fff ?? ? ? ? (5-103)
(5-102)
(5-101)
由此式可求出皮带传递功率的大小 。
考虑到皮带传动的效率 η 所需输入磨擦带使之正常工作的功率。
N N f v ee N fff? ? ? ? ?1 151 1 2? ??
式中, α— 摩擦带在轮上的包角；
f— 摩擦带与轮子之间的摩擦系数 ;
v— 摩擦带线速度 。
实际使用中也应考虑安全系数 n=2～ 3左右 。
(5-104)
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，
牵引机构，切袋装置。
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。
制袋用的柔性材料,如纸、蜡纸、塑料薄膜及其复合材料等,即有良好
的保护物品的性能,又有质轻、价廉、易印刷、易成型封口、易开启使用、
易被处理等特性,因而所制成的袋装产品轻巧、美观、体积小而受人喜爱,
是软包装产品中的重要组成部分。其中尤以塑料薄膜及其复合材料的使
用较广,发展最为迅速。特别六十年代以来,石油化学工业的高速发展，为
软包装提供了丰富多样的柔性包装材料,再加上塑料薄膜具有独特的良好
的热封性、印刷性、透明性、防潮防气性等,致使袋装软包装新产品更是
层出不穷,有几克乃
至几十克的小袋,有近千克的中袋,也有几十千克重袋包装。内装
物由最初的散粒体发展到胶体、液体、气体和大块状的固体,使
袋装逐渐与灌装、罐装、裹包等传统的包装形式相互渗透和替
代,与此同时,也促进了袋装机不断地更新与发展,我国自六十年代
初从国外引进样机,发展到近年来己能自己设计、制造多种袋装
设备。各种袋装机应用于食品、日化塑料、化工、农药等工厂
的包装工段。
一、包装袋的基本形式
以袋装机加工的塑料包装产品常见袋形分别如下,
并参见图 5.1。
袋形
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?
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?
枕式
纵缝搭接袋（图
纵缝对接袋（图
筒形袋（图
扁平式
三面封口袋（图
四面封口袋（图
自立式
尖顶角形袋（图
椭圆柱形袋（图
底撑柱形袋（图
塔形袋（图
立方柱形袋（图
异形袋（图
3 1
3 1
3 1
3 1
3 1
3 1
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3 1
3 1
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3 1
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?
?
a b
c
d
e
f
g
h
i
j
k
l
制袋过程中,一般先纵封,而后横封。故在枕式搭接、对接
袋封口缝的全长内,局部会有三层或四层薄膜重迭在一起,这对
封口质量有一定影响；扁平式三面封口袋的封口缝全长内层
数相等,封接条件较好,但产品外形不对称,美观性稍差,四面封
口袋克服了前两者的缺点,但这种袋型的包装材料利用率比前
两者稍差；自立式各种袋外形美观,具有自立不倒的优点,便于
后续装箱工艺的完成和产品陈列,但对包装材料要求较高,均需
使用复合包装材料。
二, 典型袋装机的结构及工作原理
由于包装袋形的多样性,所以完成这些袋形的袋装机械
在机型及结构上也带来一定的 差异,主要反映在制袋及封口
装置上 。
图 5.1 基本袋形示意图
(一 )制袋式袋装机
1.枕式袋装
(1)象鼻成型制袋式袋装机
图 5.2所示是立式, 连续运动制袋式袋装机,可完成纵缝对接
封合,装填封口及切断工作 。 全机除计量装置外,还由象鼻成型
器, 匀速回转的辊式纵封器, 不等速回转的横封器和回转切
刀等组成,单张卷筒薄膜经多道导辊和光电管被引入象鼻成型
器,将薄膜卷折成圆筒状,被连续回转的纵封辊加热加压热封定
型,包装料袋自上而下的连续移动,就是这纵封辊连续回转牵引
薄膜的结果 。 横封器不等速回转,分别将上, 下两袋的袋口和
袋底封合,纵封器的转轴轴线与横封器回转轴线成空间垂直,因
而获得枕式袋,被包装物料经计量装置计量后由导料槽落入袋
内,封好口的连续袋由下面回转切刀与固定切刀接触时切断分
开 。
(2)翻领成型制袋式袋装机
图 5.3所示是立式、间歇运动的翻领成型制袋式袋装机,可
完成制袋、纵封 (搭接或对接 )、装填、封口及切断等工作。平
张卷筒薄膜经多道导辊引上翻领 成型器,由纵封器封合定形,搭
接或对接成圆筒状,以计量装置计量后的物料由加料斗通过加
料管导入袋底,横封器在封底同时拉袋向下,并对前一满袋封口,
又在两袋间切断使之分开,全机各执行机构的动作可由机、电、
气、液配合自动完成。
(3)筒形袋袋装机
图 5.4所示,这是一种间歇式转盘形包装机,这类包装机采用筒
状卷料薄膜作包装材料,每次先封底缝,然后再切下作为包装袋,
并交间歇回转工序盘上的夹持手将包装袋从一个工位移向另
一个工位,完成装料、整形、封口等工序。其中图 3.4是带有筒
状薄膜开袋器的袋装机,它能先开袋后夹持,再被封底缝,这类机
型在国内外较稀少,但开袋形式十分独特。使用较广的是图 3.5
所示的机型,它往往是先封底缝、切断、再被夹持,然后开袋,装
填物料、封口等,这种机型与立式或卧式直线型袋装机相比,在
工位动作的设计安排上,灵活性可以较大,对一些难装或多种物品
要装入的袋装产品,它的适应性特别强。
图 3.2 象鼻成型器制袋式袋装机
1-卷筒薄膜,2-象鼻成型器,3-加料斗,4-纵封辊
5-横封辊,6-固定切刀,7-回转切刀
图 3.3 翻领成型器制袋式袋装机
1-加料管,2-翻领成型器,3-纵封辊,4-
横封辊
图 3.4 筒形袋机械开袋式袋装机
1-开袋器,2-切断刀,3-拉袋手，
4-封底器 5-装袋,6-封口与卸袋
图 3.5 筒型袋袋装机
1-封底器,2-切刀,3-开袋吸嘴,4-加料
斗,5-封口器
图 3.6 卧式间歇三角形成型器制袋式袋装机
1-三角形成型器,2-纵封器,3-牵引辊,4-隔离板,5-开袋吸嘴,6-加料管,7-横封
器,8-牵引辊,9-切刀
2.三面封口扁平式袋装
(1)三角形成型制袋式袋装机
图 3.6所示为卧式间歇运动三角形成型器的制袋式袋装机
。对折后的薄膜上口有一块隔离板,帮助袋口张开,薄膜料袋的
间歇移动靠牵引辊间歇回转带动,制成开口向上的空袋后，可
如图所示先行装填,而后横封、切断,也有空袋制成后先行分切
交由带夹持手的直线输送链式间歇回转工序盘,在每次运动停
歇的工位上进行装袋、封口及卸料。
(2)U形成型制袋式袋装机
这类袋装机见图 3.7所示,与图 3.6的机型在工作原理上基本
相似,仅成型器形式不同而己 。
(3)象鼻成型制袋式袋装机
这类袋装机如图 3.8所示,它与图 3.3所示机型极为相似,这
里仅不等速回转的横封器的回转轴线与纵封器回转轴线相互
是平行的导致成品不再是枕式袋,而是三面封口扁平袋 。
图 3.7 U型成型器制袋式袋装机
1-U型成型器,2-纵封辊,3-横封辊,4-切刀
图 3.8 象鼻成型器制袋式袋装机
1-象鼻成型器,2-加料斗,3-纵封
辊,4-横封辊,5-切刀
图 3.9 双卷筒四面封口扁平袋袋装机
1-加料管,2-双道纵封辊,3-横封器,4-切刀
图 3.10 双卷筒四面封口扁平袋袋装机
1-缺口导板,2-剖切刀,3-加料管,4-双道
纵封辊,5-横封器,6-切刀
3.四面封口扁平式袋装
包装袋形为四面封口扁平袋的制袋式袋装机如图 3.9、图 3.10
所示。图 3.9中,两卷单张薄膜经导辊引至双边纵封辊,薄膜成对合
筒状。
图 3.10中是单卷平张薄膜经在三角形缺口导板 1的缺口尖端
处有刀片 2将运动着的薄膜中央剖切为二片，并经此导板分成两
路,再往下先对合纵封,再装料,而后横封、切断。
4.自立袋式袋装
(1)尖顶角形袋制袋式袋装机
这类与图 3.2所示机型有许多相似之处,它是应用翻领式成型
器制袋,薄膜经过成型器和四个均布的折痕滚轮,再经纵封器封合
后成搭接圆筒状,料管下端部分由圆形截面变成方形截面。如图
3.11所示折角板使两端收口,横封器横封上、下两道封口并切断,
烫底器将自立袋底部烫成平底。
(2)塔形及立方柱形制袋式袋装机
这种机型是间歇制袋装填机,工作原理如图 3.12所示,主要用
来包装流质饮料,卷筒包装材料经打印装置和过氧化氢 ( )消毒
液槽后,走上最后一道导辊被引导向下,在数次成型环的作用下,同
象鼻成型器功能一样,将平张包装材料卷折成圆筒状,包装材料接
缝在运动中经无菌空气加热,包装材料通过最后一道成型环时,被
压合成纵封缝,流质物料由泵打入进料管引入圆筒状袋内,无菌热
空气在料管外进入折成的圆筒内可直达液面,液面上又有螺旋式
加热器,它即使材料内壁进行杀菌消毒,又使液面上形成无菌空气
层 。
横封及切断在料面下进行,横封装置配置方式不同,就形成立
方柱形与塔形包装不同产品。塔形包装,上、下两只横封切断器
90°空间交错,分别作上下及开合运动,完成各包装物品的横封及
切断。
立方柱形包装,由两对方角成型模具及横封器在开合及上下
运动的复合运动中将液面下的筒状料袋向下拉动并成型封口和切
断,切断后的半成品落在间歇运动输送链内,在运动中完成摺角等
HO2 2
工艺动作。
图 3.11 尖顶角形袋制袋袋装机
1-圆形料管,2-翻领成型器,3-导辊,4-折痕辊轮,5-纵封器 6-拉袋装置,7-方形料管,
8-折角板,9-横封器,10-切刀 11-烫底器,12-输出槽
(二 )给袋式袋装机
1.直移型
这类机型应用事先加工好的各种空袋 。 工作时,从袋库上每
次取出一个袋,送给工序链夹持手,工序链带着空袋在各工位停歇
时,完成各包装动作 。
图 3.13所示为该机型的工艺路线示意图,给袋装置由真空吸头
与供袋输送链组成,包装袋工序链上开口、闭口时,有特殊结构使
每对夹持手相向运动。包装袋在两个工位上被加热封口,在后个
工位上冷压定形,最后夹持手释放,产品下落入出料输送装置。
2.回转型
这类机型是将包装空袋交给间歇回转工序盘,在工序盘停歇
中,完成各包装工艺动作 。 图 3.14所示的是能使包装袋内达到一定
真空度的全自动真空袋装机工作示意图 。 空袋平放于纸斗内,靠
第一组吸头在袋层上分出一只袋来,靠第二组吸头将袋吸着回转
90° 成直立状交给工序盘的夹持手,然后在各工位上停歇时依次
完成打印, 张袋装填物料,加入汤汁,预封 (封口缝的部分长度 ),由
机
图 3.12 立方柱形制袋式袋装机
1-打印装置,2-双氧水槽,3-刀辊,4,6,8-圆
环成型器,5-加料管,7-纵封器,9-加热
器,10-横封成型切断装置,11-折角装置
图 3.13 直移式开袋充填封口机示意图
1-储袋库,2-空袋输送链,3-开袋喷
嘴,4,5-加料斗 (块料粒 ),6-加料管 (液体
物料 ),7,8-封口器,9-冷确器
械手帮助转移入真空封口工序盘的真空室,在真空室内以抽真空
后进行电热丝脉冲封口、冷却。最后真空解除,真空室打开、夹
持手张开释放出包装成品来。
图 3.14 回转式开袋充填封口机示意图
1-储袋库,2-取袋吸嘴,3-上袋吸头,4-充填转盘,5-打印器,6-夹袋手,7-开袋
吸头,8-加料管,9-加液管,10-预封器,11-送袋机械,12-真空密封转盘,13-第
一级真空室,14-第二级真空室,15-热封室,16,17-冷却室
这类给袋式袋装机完成的袋装产品,可以是三面封口式、
四面封口式自立袋,制袋用的材料主要是塑料薄膜与其它材料
的复合材料。对于单层薄膜的袋,因取袋、供袋的困难而不能
应用。
综上所述,袋装机的机型较多,它们虽有外在差别,又有内在
的联系,为便于研究,可对袋装机分类如下,
按包装袋来源分,制袋式袋装机, 给袋式袋装机 。
按总体布局分,立式或卧式袋装机 。
按运动形式分,连续或间歇运动的袋装机、直移或回转式
袋装机。
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, 三角成型器和Ｕ
型成型器等 。 如图 3.15所示,在结构, 性能上大体有如下一些特
点,
1.翻领成型器,如图 3.15(a)所示平张薄膜拉过该成形器后就成
搭接或对接圆筒状 。 在常用的几种成型器中,它的成形阻力较大,
易使薄膜产生变形,使之发皱或撕裂,故对塑料薄膜适应性差,而对
复合膜适应性较好,它常用于立式枕型制袋包装机上,包装粉状,
颗料状物料 。 每种规格的成型器只能成型一种规格的袋宽,当袋
宽规格发生变化时,就要更换相应尺寸的成型器 。 而且,成型器的
设计, 制造及调试都较复杂 。
第二节 制袋成型器的设计计算
图 3.15 常见制袋成型器示意图
2.三角成型器,如图 3.15(b)所示,它由等腰锐角三角形板与平
行导辊一起联结在基板上而成的。它是最简单的一种成型器,它
具有一定的通用性,即能适应袋子的尺寸变化较大的需要,此时只
要调节基板的上下位置即可。故此种成形器的适用范围广泛,不
论立式、卧式、间歇运动或连续运动的三面、四面制袋包装机
上都有应用。
3.象鼻成型器,如图 3.15(c)所示,该成型器类似象鼻的形状,
平张薄膜拉过该成型器时,薄膜变化较平缓,故成型的阻力比翻
领成型器的阻力小,适用于塑料单膜的成型,它常用于立式连续
三面封口制袋包装机及枕式对接制袋包装机上。但是,对制造同
一尺寸的枕形袋所需对应的成型器,象鼻成形器的结构尺寸比翻
领式结构尺寸大,薄膜也易于跑偏,同样,该成型器只能成型同一
宽度的袋形。
4.Ｕ形成型器,如图 3.15(d)所示,它是在三角形成器基础上
改装而成的,薄膜在卷曲成型中受力状态比三角成型器好,其适
应范围与三角形成型器一样,但其结构比较复杂。
5.直角缺口导板成型器,如图 3.15(e)所示,它由缺口导板、导
辊和双边纵封辊组成,成型器本身能将平张薄膜对开后又能自动
对折封口呈圆筒形,常应用在立式连续联合包装机上。
从三角形、Ｕ型及象鼻成型器可见,它们的共同特点是利用
成型器外表面形状的变化而将平张薄膜折成对折或近似对折的形
状,在平张薄膜逐渐变成对折状态的过程中,被一个个三角形图形
所分割,下面就从这些三角形图形入手来研究其设计的一般方法。
二, 制袋成型器的设计
1.三角形成型器
三角形成型器使平张薄膜对折成型的过程如图 3.16所示 。
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中,DE=a,DC=b,所以有,
图 3.16 三角成型器折叠成型示意图
a
b ? sin?
(3-1)
在直角三角形 ADC或 BDC中,AD=DB=a,DC=b,所以有
(3-2) a
b tg? ?
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；
(3-3)
sin ? ?? tg
? ?? a rc tg ( s i n )即,
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。
(3-4)
在生产实践中,三角形顶角 2β值是加工后得到的,而安装角 α可
通过一定结构,并加以调试来保证 。 故最好 α值是一个容易测量的
整数,设计中通常是选定 α后,再用关系式来求解 β值 。
安装角 α 实质上就等于三角形成型器在顶角附近薄膜运动的
压力角,α 角越大就表示压力角越大,薄膜翻折所受阻力也就越大,
压力角太大时,薄膜在受力翻折中容易产生拉伸变形,严重的甚至
撕裂或拉断。压力角小时,成形阻力就小,但压力角太小,致使结构
不紧凑。
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 2β <60° 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,
2.Ｕ形成型器
Ｕ形成型器可看做是在三角形成型器的三角形板上装接了圆
弧导槽及薄膜导板并用圆弧过渡后得到的 。 三角形板安装角 α
＝ 20° ~30°,设装接的圆弧导槽的圆弧半径为Ｒ,如将Ｕ形成型
器展开成平面,它与薄膜宽度 2a相当,否则说明成型器在某处多了
或少了一块,为此Ｕ形槽与三角形板的装接部位有一定位置要求,
它以圆弧槽中心线与三角形板的顶点 C间距离用 L来表示 。
若满足上述成型器展开平面宽度处处为 2a,则圆弧槽中心线
装接位置应有,
amax
h a h? ?m a xs in ? ? (3-5)
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 。
但这时圆弧槽与三角形板的边线并不相切,也就难以装接,要
相切只有使，见图 3.17所示。
实际使用中,圆弧槽装接即考虑展开面的宽度与 2a基本相符,
又考虑与三角形板能顺利装接,故只好采用圆弧过渡来解决,取
(3-7)
式中, R— U型槽圆弧部分的半径,可根据工艺上需要来取值,亦可
按 R=(0.1~0.4)a推荐取用；
a— 空袋高度 (立式为宽度 )。
2 2R L R? ? ?
L R1 2? ? (3-6)
图 3.17 U形板成型器作图
3.象鼻成型器
象鼻成型器可看作是在Ｕ型成型器的设计基础上,结构方面
作了一些修改而形成的,它的安装角 α 比三角形及Ｕ型成型器都
要小得多,它的成型阻力比较小,而制同样的一个袋,成型器结构尺
寸倒要大得多。象鼻成型器设计时建议按 α ＝ 5° ~12° 选用三角
形板的安装角,并计算三角形顶角 2β 值,根据所制作空袋袋宽 a计
算三角形板的高 b。 按Ｕ形成型器的设计方法找准圆弧槽装接位
置 L,并取用圆弧部分半径Ｒ =(0.1~0.2)a。
象鼻成型器的形成还需加装薄膜护边,以利控制包装材料跑
偏,常取护边宽 HK=m=10~20mm。 见图 3.18所示 。 实际使用中又
截去三角形板的 GHK部分,减少成型器尺寸,在原三角形板的底边 G
处设置一薄膜导辊,让包装材料经这一导辊后直接拉上成型器的
M— M截面处 。
在图 3.18中右端 U型槽处,应截去 PQEF部分,其中应使 PQ>2r、
QE>m。
其中,r— 纵封辊回转半径,m— 所选定的护边宽度尺寸。
图 3.18 象鼻成型器作图
最后将 U型槽余下部分上口并拢,使 U型变成如图 3.18右侧视
图那样的封闭图形,以利纵封封口,原 U型成型器的 GHK部分因有
薄膜导辊 G而可省略被截去 。
4.翻领成型器
翻领成型器具有内外曲面,薄膜与它相对运动时,可强制薄膜
按其内外曲面形状变成。使平张薄膜逐渐卷曲成圆筒状,要求该
成型器在拉膜时使薄膜不产生纵向与横向拉伸变形,而且使薄膜
与成型器之间的摩擦阻力尽量小,不跑偏、不卡塞,制出外形平整
美观,符合尺寸要求的袋。
以加料管截面形状不同可分为圆形及方形截面料管的翻领成
型器。这里介绍用解析作图法作成型器领口交接曲线的方法,一
但有了领口交接曲线,无疑对于成型器的设计制图,薄板放样,成
品检验将带来许多有利之处。在本设计计算中假定,包装材料走
上成型器被卷曲前先在同一平面内,材料的张紧变形,包装材料的
厚度,成型器与加料管之间的间隙均可忽略不计；计算中暂不考
虑枕式袋的搭接,对接封口缝的尺寸。
图 3.19 圆形料管翻领成型器计算图 图 3-20 成型器翻领曲面的展开图形
(1)圆形料管翻领成型器
图 3.19是这种成型器的计算图,以圆形料管的轴线 oz为轴,取
直角坐标 oxyz,则料管与 xoy平面相交的截交线是以 r为半径的
一个圆,图中直线 AB是包装材料从最后一根导辊引出后与成型
器的接触线,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)
x r
u
r
y r
u
r
z
?
?
?
c o s
sin
? (u )
对 T的坐标可写成,
(3-9) x e r
y e tg
z e h
T
T
T
? ? ?
? ?
? ?
( c os )
( )
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,
(3-10)
f x x y y z zT T T2 2 2 2? ? ? ? ? ?( ) ( ) ( )
f e r r ur e t g r ur e h u2 2 2 2? ? ? ? ? ? ? ? ? ?( c o s c o s ) ( s i n ) [ s i n ( )]? ? ? ?
若将成型器沿 SS‘剪开并展成平面,如图 3.20所示,由该图看
出,PT长可由下式表达,
(3-11) f e tg u h e u2 2 2? ? ? ? ?( ) [ ( )]? ?
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,
?
? ?
?
( )
( s i n ) ( c o s )( c o s )
( s i n )
u h
e t g u r u
r
r e r u
r
u
e
? ?
? ? ? ? ?
?
1 1
2
1
2
u u h u r u? ? ? ?0 0,( ) ;,( )? ? ?
?( )u
此式的边界条件为,
(3-13)
令 =0,代入 (3-12)式,可得出线段 e的长度表达式,
(3-14) e a r
h a tg r?
?
? ? ?
1
2 2
1 2
2 2
( s i n ) c o s? ? ?
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
(3-12)
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,分述
如下。
1.圆形料管的半径 r
设,a为折后的包装空袋宽度,则 2a=2πr,所以
(3-15)
r a??
b.翻领的后角 α
与三角成型器安装 α 角一样,α 角度大则薄膜通过成型器的成
型阻力亦大,但结构尺寸小,包装机总体尺寸就紧凑,α 角度小则相
反,生产实践中翻领成型器的后倾角 α 取用范围较大,在 0° ~60°
之间。
c.翻领三角形平面的形状尺寸
由图 3.19中可见,三角形 ABC的形状尺寸由三角形底边 AB和高
CD或顶角 ∠ ACB来决定,底边 AB=AD+DB=2a与袋子的尺寸有
关,DC是包装材料在三角形平面上的长度,三角形成型器设计中曾
假定 DC=b,这三角形平面从导辊到成型器最高点 C开始翻折成型
之前用来引导及承载包装材料的 。 b的长短反映了引导面的大
小,b太短起不了引导与承载薄膜的作用,造成薄膜在交接曲线附近
成型阻力过大,易拉伸变形,b太长又导致成型器结构不紧凑,且不
一定全能用来承载薄膜,反而因引导面的过大而增加了薄膜与成
型器表面间摩擦面长度,设计中建议取 b=h。
则 (3-16)
d.领口交接曲线的最大高度 h
领口交接曲线是一条空间曲线,它的最低点到最高点之间在 z轴
方向的距离称为最大高度 h。 对某一既定 r,α 和 β 参数的翻领成
型器,它的领口交接线最大高度 h与线段的长度具有函数关系,参见
式 (3-14)当 e值由 0→∞ 变化时,h则由较大值逐步变小,起初 h随 e的
tg ab ah? ? ?
由此可见,图 3.21上线段 e的长
短直接关系到交接线最大高度 h
的大小,当 e值取得较大时,h较小,
成型器较矮,但使包装材料在成型
时变形急剧,成型阻力较大,不利
于制袋,当值取得较小时,h较大,成
型阻力较小,但成型器较高,结构
不紧凑。加料管悬壁越长,受力情
况恶化,这给制造及使用都带来困
难。
变化较大,随后 h随 e的增加变化越来越小,以至趋向一定值。 h与 e
的关系如图 3.21所示。
h a tg r1 21? ??? ??c o ss i n
图 3.21 h-e关系曲线
由图 3.21上可见,e－ h关系曲线,当 e=2r/cosα 时,h的变化已极
为缓慢,e值无需取得比 还大。所以线段 e的取用范围为
0<e<2r/cosα 。
将式 (3-14)代入上式列不等式,得 h的表达式,
(3-17)
为了不使成型器过大,h通常在 h2计算值附近取整数 。
计算时取的点越多,作出的领口交接曲线也就越正确 。 一般
在 0~π范围内计算点不应少于 8个,π~2π之间因曲线对称,无需重复
计算 。
有关成型搭接, 对接部分结构设计可参照包装机械结 构图册
进行 。
2
2
?
?cos
h
a r at g
h?
? ?
? ?
? ? ? ?
?
4
1 2
c os c os
sin
(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 (如顶尖角自立袋,
见图 3.1g)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
(3-18)
x y R2 2 2? ?
( ) ( )xa yb2 2 1? ?
( ) ( )xa ybn n? ? 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 n>20~40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)
x r
y r
?
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( )
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c o s
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[ c o s ] [ s in ]( ) ( )r p r qn n? ?? ?? ? 1
( c os ) ( sin ) ( )? ? ?p q rn n
n
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?
??
?
? 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)
r r r( ) ( ) ( )? ? ? ?? ?? ?
r p r q( ) ( ),0
2
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x r
y r
z u
?
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x p e
y e tg
z e h
T
T
T
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c o s
sin
?
?
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图 3.22 超椭圆图形
1-n=1,2-n=10,3-n=15,4-n=20,5-n=30
图 3-23 方形料管翻领成型器计算图
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)
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u u h
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u r drd d( ) ( ) ( )[ ]? ? ?? ?? ?? 2 2
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 。
? ??[,]( )u
r p tg u h e( ) ( )? ?? ?、,,,,,
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du r drd d( ) ( ) ( )[ ]? ? ?? ?? ?2 2
dr
d
( )?
?
?
当超椭圆截面指数 n>20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
? ??[,]( )u
u( )?
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3
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?(3-33)
第三节 封袋方法
塑料袋装产品的封口方法有结扎, 热封, 钉封, 粘封等,其中以热封
封口的方法较简单可靠,应用最广 。
一、热封方法
热封是利用塑料具有热塑性,使封口部位的塑料薄膜加热, 加压相互粘合
在一起 。 热封的方式很多,有热板封合, 熔断封合, 高频封合, 超声波封
合, 电磁感应封合和红外线封合等 。
1.热板封合
如图 3.24所示,把加热板加热到一定的温度,将要封合的塑料薄膜紧
压在一起,这是热封原理与结构最为简单的一种,封合速度较快,可恒温控
制,这种方法常应用于封合聚乙烯等复合薄膜,而对受热易收缩与分解的
薄膜,如各种热收缩薄膜,聚氯乙烯等不宜应用。
2.回转辊筒封合
如图 3.25所示,将一对反向等速回转辊筒的一方或双方加热,两辊中
间通过重合膜进行加压封合,能连续封合是本方法的一大特点,主要适合
于复合包装薄膜,因单层薄膜受热易变形会导致封缝外观质量较差而不
宜应用。
图 3.24 热板封合
1-热板,2-封缝,3-薄膜 4-耐热橡胶,
5-承受台
图 3.25 回转辊筒封合
1-热辊,2-薄膜,3-封缝
3.带状封合
如图 3.26所示,一对相向回转的金属带之间,夹着要封合的薄膜直线运
动,在前进中通过钢带两侧加热、加压、冷却。本结构稍为复杂,一般用
于袋口的最后封口上,即能在运动中封合,以能适应受热易变形的薄膜。
4.滑动加压封合
如图 3.27所示,薄膜首先通过一对热板中间受到加热 (电加热或空气加
热 ),再经一对反向回转辊轮加压封合 。 本方法结构简单,能适应那些热变
形大的薄膜的连续封合 。
5.脉冲封合
如图 3.28所示,把镍铬合金扁电热丝压着薄膜,再瞬时通以大电流加
热,接着用空气或通冷却水强制封缝冷却,最后放开压板,本方法结构上
略比热板状封合复杂,但适用于易热变形与受热易分解的薄膜,所得封口
质量较好,因冷却占有时间,故生产率受到限制,只适用于间歇封合,在电
热丝与薄膜间常用耐热防粘的聚四氟乙烯织物,薄膜另一端承压台上带
耐热的硅橡胶衬垫,使焊缝均匀。
图 3.26 带状封合
1-加热区,2-冷却区,3-钢带,
4-薄膜,5-封缝
图 3.27 滑动加压封合
1-热板,2-加压辊,3-封缝,4-薄膜
6.熔断封合
如图 3.29和 3.30所示,靠加热过的热刀或电热丝与薄膜接触,使薄
膜熔断,并得到封口的一种方法,这种封缝的强度不大,封口的外观
独特,其中图 3.29是恒温加热的热刀熔断封口,图 5.30是电热丝熔
断封合,后者所得封缝强度较好,特别对热收缩薄膜封口较有力。
图 5.28 脉冲加压封合
1-压板,2-扁电热丝,3-防粘材
料,4-封缝,5-薄膜,6-耐热橡胶
垫,7-工作台
图 5.29 热刀加压封合
1-热刀,2-退出辊,3-薄
膜 4-封缝,5-橡胶辊
图 5.30 电热丝熔断封合
1-压板,2-圆电热丝,3-薄
膜,4-封缝,5-耐热橡胶
垫,6-工作台
7.熔融封合
如图 5.31所示,将热源与要封合的薄膜靠近,使封口部熔化
成球状 。 这种封缝的封口强度较大,适用于热收缩薄膜,但不适
应热分解性薄膜 。
8.高频封合
如图 5.32所示,薄膜用上, 下电极压着,外加高频电源时,
聚合物有感应阻抗而发热熔化形成封缝,因是内部加热,中心
温度较高而不过热,所得封缝强度较高,对聚氯乙烯很适合,但
不适用低阻抗薄膜 。
严格来说,超声波封合不是热封而是机械封合,用机械脉
冲频率 1800－ 2000次 /秒使电晶体在电磁场的作用下,产生膨
胀和收缩,超声头将封口压到铁砧板上,依靠交变电磁场的高
频振动产生机械变形 。 如图 5.33所示,高频头作高频振动,使
薄膜封口表面的分子高振动,以至相互交融, 界面而消失,形
成一个封合的整体 。
图 5.31 热板熔焊封合
1,3-薄膜,2-封缝,4,5-冷却板
6-加热板
图 5.32 高频加压封合
1-压头,2-高频电极,3-封缝
4-薄膜,5-工作台
图 5.33 超声波熔焊封合
1-工作台,2-超声波发生器
3-封缝,4-,5-薄膜
9.超生波封合
严格来说,超声波封合不是热封而是机械封合,用机械脉冲频
率 1800－ 2000次 /秒使电晶体在电磁场的作用下,产生膨胀和收缩,
超声头将封口压到铁砧板上,依靠交变电磁场的高频振动产生机
械变形 。 如图 5.33所示,高频头作高频振动,使薄膜封口表面的分
子高振动,以至相互交融, 界面而消失,形成一个封合的整体 。
超声波封合的特点如下,
1)冷封合,热效应很小,可得到无收缩,不起皱的封口 ;
2)无噪音,无温升,操作简便,速度较快,若输入功率为 400Ｗ,则封
口 30米 /分 ;
3)封口强度略低于单层材料强度 ;
4)超声波封合尤其适应热封性能差的拉伸薄膜, 如 OPP等 ;
5)对于较厚的薄膜和 1.25mm以下的厚薄片,均可采用超声波封
合 ;
6)设备投资费用较大 。
10.电磁感应封合
向圈状的电阻通上高频电流,就在其周围产生高频磁场,磁场
内如有磁性材料就会根据磁滞损耗而发热,若在薄膜之间加上很
薄的磁性材料,或在塑料中预先掺加一些磁性氧化铁粉,塑料即瞬
时熔化粘合,加热部分可不需直接和塑料袋接触,因此能连续又高
速地进行封合,适合于生产线的生产,这是近几年内热封塑料的新
方法 。
11.红外线封合
将红外线直接照射在薄膜有关位置进行熔化封口,照射源的发热
极高,深色容易加热,对透明薄膜只要在封口层下铺上黑布即可 。
本方法能对一般加热无法封口的聚四氟乙烯和厚度达 5~6毫米以
上的聚乙烯片进行封合, 这亦是近年来国内外研制出热封塑料的
新方法 。
热封常常是包装机械设计中的一个关键问题,热封质量影响着
机器的长期稳定运行和机速的提高。决定热封质量的因素很多,
主要是包装材料的熔点,热稳定性 (耐热分解性与耐热收缩性 )与流
动性,在包装材料己确定的情况下,决定热封质量的条件则是热封
的时间分别为 5× 10,12.9× 10,15.2× 10。显然,双面加热使薄
膜热合所需时间仅为单面金属板的 1/3。因而过热很少。
在制袋包装机上常用棒式和辊式封接器两种,由电阻式加热
封接器加热到一定温度,然后压合 2~4层被封接薄膜,经一定时间,
即形成牢固密合的封面。封接的质量取决于封接温度、压力和
时间等三因素的合理选择。采用聚乙烯等单膜作包装材料时,封
接器表面需涂一层非乙氧甲基型树脂、钛酸脂等,或采用浸有聚
四氟乙烯的织物,以防热合时包装材料与封接器之间产生粘连,
在低速包装机中,采用脉冲加热方式,使薄膜热合,使封接器冷却
到塑料薄膜熔融温度以下后,封接器与薄膜才脱开,这时就不会
粘连,冷却时间一般在 2~3秒钟,因此限制了包装速度,很难超过 20
袋 /分。
二, 热封方法对各种薄膜的难易程度
热封塑料薄膜的方法很多,但每一种方法仅适用于某些种类
的塑料薄膜为设计中选用方便,现列表 5.1供参考。
?3?3 ?3
温度, 压力, 封头形状和加热方式等 。 一般说,温度低点, 压
力小点, 时间长点, 封接质量较好 。 因为温度太高,薄膜易软
化或收缩变形,影响封口美观,甚至烧穿 ;时间太长,有的塑料会
热分解,压力太大,则封口变形增加,封接强度下降 。 上限为收缩
超过 3％,下限为封接强度小于 1kg/cm,上下限间范围越宽,则其
热封性能越好 。
对于单体薄膜,封头表面大都采用光板,上板用不锈钢,下板
用硅橡胶,为了美观,封口宽度一般为 2~3毫米,对于复合薄膜,为
了提高封接强度和增加美观,封头表面常刻有纵横花纹,封口宽
度一般为 10毫米 。
除采用高频和超声波之类内部加热方式外,与其他加热板
接触的表面温度,总高于薄膜之间的封接面温度,封接时间越短,
薄膜越厚,这一温差就大,越易引起接触热板表面的薄膜过热 。
为此,最好采用双面加热方法,例如厚 0.05毫米的聚氯乙烯膜,采
用 204℃ 的封头,在室温为 27℃ 的情况下,对于双面加热, 单面
用硅橡胶和单面用金属板三种加热方式,计算封接面达到 104℃
聚偏二氯乙烯
聚氟化乙烯
聚 乙 烯 醇
聚酯 (双向延伸 )
聚酰胺 (无延伸 )
(双向延伸 )
聚 碳 酸 酯
尼 龙
防潮玻璃纸
乙烯叉二氯
醋酸纤维素
×
×
△
×
×
×
×
× — O
△
△
△
△
×
△
△
△
△
△
O
△
△
△
O
×
△
△
×
△
△
×
△
O
O
△
△
△
△
O
△
△
△
△
△
△
△
O
△
△
△
△
注,O-表示好、△ -一般、× -不行 不明
表 5.1 封口加热方式与各种薄膜的适应关系
表 5.2 封口方法与袋型的关系
表 5.1中可知,各种热封方式不仅局限于一定的薄膜,而且有
的只适用于连续封口,有的只适用于间歇封口,更有的只适用于
间接封口,另外,热封方式的采用与袋子的形态、封口的部位有
关,而且与封口的形状有关,为设计中选用,列表 5.2供参考。
薄 膜 种 类 热 板
脉 冲 高 频 超 声 波 电磁感应 红外线
聚乙烯
(低密度 )
(高密度 )
聚丙烯
(无延伸 )
(双向延伸 )
聚 苯 乙 烯
聚 氯 乙 烯
(硬质 )
(软质 )
× — O
× — O
O
△
×
△
×
O
O
O
O
O
O
△
×
O
×
O
O
O
O
O
×
×
×
×
×
O
O
△
△
△
△
△
三、粘合及粘结剂
包装袋的封口方式很多需要粘封,就是将两个同类或不同
类的固体,由介于二者表面之间的另外一种物质的作用而牢固
结合起来的现象叫粘合,介于两固体表面之间的物质叫粘合剂,
又称胶粘或胶,两边的固体叫被粘合物 。
粘合剂的应用有很久的历史,在古代人们就开始使用天然
粘合剂如粘土, 骨胶, 鱼胶, 淀粉, 松脂等,但使用合成粘合
剂还是近代的事情 。 随着现代化学工业的发展,合成树脂粘合
剂不断增加,合成粘合剂不断增加,合成粘合剂的量己超过天然
粘合剂,粘合剂的生产和使用状况发生了根本的变化,粘结技术
己逐渐发展成现代化科学技术的重要分支,广泛应用于国民经
济各部门,如火箭, 导弹, 人造卫星, 宇宙飞船, 飞机, 汽车
,船舶, 电子工业, 塑料加工, 医疗, 建筑, 包装, 木材加
工等 。
粘合剂在包装工业中占有重要的地位,应用非常广泛,例如
纸和塑料薄膜包装袋的搭接粘合和封口粘合,瓦楞纸板的制造,
纸箱及纸盒的封合,各种包装窗口封缄,制造各种胶带等,粘合剂
在包装中的另一重要应用是制造复合材料,现代包装材料正在向
多层复合方向发展,而在复合材料的封合中,是很重要的原料,新
型粘合剂的开发,将促进新型包装材料的发展。
1.粘合剂的分类及用途
粘合剂的分类及用途如表 5.3所示,
关于溶剂的一些说明,
酮类,由仲醇氧化后制取 。 如丙酮, 甲基乙基酮, 二乙基酮
等 。
芳香烃：由煤焦油蒸溜后制取 。 如苯, 甲苯, 二甲苯与萘
等 。
酯类：由酸与醇缩合脱水后制取。如甲酸甲酯、甲酸乙酯
乙酸乙酯、乙酸丁酯等。
粘 合 剂
溶 剂
粘 结 性 能
木 金 橡 玻 皮 纸 布 陶
材 属 胶 璃 革 张 棉 瓷
合成
高分
子化
合 物
A
酚醛树脂
尿醛树脂
三聚氰胺树脂 呋
喃树脂
乙醇酮
水
水
乙醇、酮类
△ × ◎ × ◇ ◇ ◇ ○
◎ × × × ◎ ◎ ◎ ◇
◎ × × × ○ ◎ ◎ △
○ × ○ ◇ ◇ ◎ ◎ ○
有机磷树脂
醇酸树脂
环氧树脂
胺基甲酯树脂
芳香族碳氰
化合物、酮
酯类、水
不用溶剂
酯、酮类
○ ○ ◎ ○ × ○ ○ ○
○ ◇ ○ ○ ◎ ◎ ◎ ◇
◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
B
维生素衍生物
聚醋酸乙烯
聚氰乙烯
聚乙烯醇
合成橡胶 GR— N
氯乙烯醋酸乙烯
有机溶剂
酯类
醇
水、醇
氯仿
醇、酯、酮
○ — — — ○ ○ — —
◎ ◎ × ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
◎ ◎ ○ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
◇ × × × ○ ◎ ○ ○
○ ◎ ○ ○ ○ ○ ◎ ◇
○ ○ ◇ ○ ◎ ◎ ◎ ○
天然
高分
子化
合物
骨 胶
酪 素
淀 粉
阿拉伯胶
天然树脂
橡胶糊
水
水
水
水
乙醇
苯
◎ × × ◇ ◎ ◎ ◎ ×
○ × × × ○ ○ ◇ ×
△ × × × ◇ ◇ ◇ ×
○ × × ○ △ ◎ ○ ×
◎ ◎ ○ ◇ ◎ ◎ ◎ △
— — ◎ — — — — —
注,A在液体状态时涂布,粘合后加热固化的粘合剂,B制成乳
液或溶液涂布,粘合后蒸发溶剂使之固化
◎ 最优； ○ 优； ◇ 良； △ 合格； × 不合格
2.包装常用粘合剂
1)聚醋酸乙烯 (PVAC)
聚醋酸乙烯聚合后制成的 。 这种粘合剂的特点,具有中等程
度极性,能使极性差不多的木材, 纸, 布和玻璃等物质,理想地
粘合在一起 。 其优点是凝聚力大,粘结强度高,价格便宜 。 缺点
是不能粘结聚氯乙烯等非极性材料；在永久载荷作用下会发生
蠕变；耐热性差,60~70℃ 即软化 ;低温变脆, 耐水性差等 。 但是
,这些缺点可通过添加改性剂或与其他单体共聚后加以改善 。
2)聚乙烯醇 (PVA)
聚乙烯醇是由聚醋酸乙烯加碱水解后制成的,由于ＯＨ使
分子间氢键结合,所以聚乙烯醇的结晶性高,没有粘结强度,因此
聚乙烯醇不能直接作为粘合剂使用 。
通常所说的聚乙烯醇粘合剂,不是纯粹的聚乙烯醇,是指残
留 2~12％ 醋酸乙烯的聚乙烯醇 。
由于聚乙烯醇有溶于水的特点,适用于木材, 纸与纤维的
粘结 。 其缺点是耐水粘结力差,与固性树脂配合可以提高其耐水
性和耐热性 。
3)丙烯酸树脂
丙烯酸树脂是由丙烯酸酯制成的。这种粘合剂耐老化性、
耐水性、柔软性以及对金属的粘结性等均很优良。不必使用增
塑剂即具有柔性,是这种粘合剂的特点,丙烯酸粘合剂分溶剂型
和乳液型两种。可用于皮革、纤维、木材、橡胶、聚氯乙烯等
各种塑料的粘结。这种粘合剂很少使用单一聚合体。多与其它
物质共聚,改善其性质后使用。
4)酚醛树脂
酚醛树脂是酚类和醛类在酸性或碱性催化剂存在下进行加
成和缩聚反应而制得的,主要应用的酚类原料有苯酚、甲酚、
二甲酚、对叔丁酚、对位苯基苯酚等；醛类主要有甲醛和糠醛
。市售品通常以含有 50~60％的水或乙醇的溶剂型粘合剂形式
出售,使用时加入甲醛或六亚基四胺,即使在常温下也能固化。
因此,常温下耐水持久,耐低温是这种粘合剂的特点。多用于飞
机的层压板, 复合材料, 水胶合板等 。 目前,在橡胶业和汽车轮
胎方面使用的粘合剂,主要是在天然或合成乳胶中,加入水溶性
可溶酚醛树脂制成的粘合剂 。
5)脲醛树脂
脲醛树脂是尿素与甲醛在酸性条件下进行反应后得到的不
溶性无定型线性聚合物次甲基尿素。但是这种不溶聚合物不能
使用,为此需在碱融媒作用下制取水溶性的羟甲基尿素的混合物
。作为粘合剂,可以是水溶液的形式或把水溶液干燥后制成粉末
的形式。为了改善其水溶性,也可以与三聚氰胺树脂、酚醛树脂
、间苯二酚制成混合物或缩合物。这种粘合剂的特点是价格便
宜,粘结力强、常温固化,常用于成型、织物与纸材的加工,也可
用于涂料,但用量最大的是木材粘结。
6)天然橡胶
天然橡胶是从橡胶树上割取的天然胶乳,天然胶乳中含橡
胶 35－ 40％。市售品是用氨将其稳定后,浓缩至含橡胶 60－ 70
％的制品,配以增粘剂、增量剂、填充剂与硫化剂制成天然胶
乳粘合剂。其弹性、拉伸强度、粘结性、耐水性等均甚优异；
耐油性、耐增塑剂性、耐热性 (软化 )与耐老化性较差。此粘合
剂应用于橡胶、织物、皮革、纸张的粘合。
7)淀粉
淀粉的分子式是 以表示多糖类 。 不溶于冷水,在热
水中分散为分子团,呈糊状,淀粉的主要成分是支链淀粉 (α－ 支链
淀粉 20~80％ ),其中包含直链淀粉 (β－ 直链淀粉 20~30％ ),直链淀
粉难溶于水,因此,淀粉在水中不溶解,若与水共同加热,外部的支
链淀粉破裂,里面的直链淀粉才溶于水中成为淀粉糊,加碱可使
糊化温度降低 。 制作工业浆糊时,加入适量苛性钠后加热,再加
入福尔马林 (甲醛水 )。 淀粉常用作瓦楞纸的粘体剂 。
8)糊精
淀粉在酸或淀粉酶的作用下水解为葡萄糖,将其中间产物的
混合物,淀粉加热到 190~230℃ 或加酸加到 110~140℃ 即可制成糊
精 。 糊精是白色或黄色无定形粉末,溶于水或乙醇中成为透明的
粘液,呈阿拉伯树胶状,糊精有高的溶解性,可以制出高固体含量
( )C H O n6 10 5
的, 粘性很稳定的, 低粘度的粘合剂 。 这样就可以满足机械化
大生产上胶流水线的要求,也常用作标签, 卷烟纸, 办公, 信封
用浆糊等 。
9)胶 (明胶 )
胶是从所谓原胶的一种硬蛋白质中得到的蛋白质的总称。
高纯度的叫明胶。胶是把含有原胶的动物的结蒂组织,主要是牛
、猪、水牛的骨、皮、腱、鲸鱼皮、鱼皮等浸渍在石灰乳中,以
水洗、中和,然后与水一起加热制成的,它是一种热塑性胶,熔点
很低,一般在 18~32℃ 。质量越好,熔点越高,动物胶成品是干燥的
、微带褐色的黄色小颗粒,燃烧时有特殊的气味,在水中能吸水
膨胀。溶于热水,冷却后成凝胶。不溶于大多数油及油脂中,能
耐苯、甲苯、氯仿、二硫化碳、乙醇、乙醚等。可用低级脂及
醇沉淀动物胶,能溶于甘油和醋酸中。它的优点是价格便宜,粘
结后短时间内即可达到高强度；粘结力不受气温影响；凝胶化
的胶加热后能重复使用,但老化后的不能再用。缺点是耐水性差
,易霉变,干胶需要经过溶解才能使用,在包装中应用很多,如卷管
迭合、纸箱、再湿性胶带等。
10)水玻璃 (硅酸钠 )
硅酸钠是石英砂与苛性钠共熔后制成,普通的水玻璃含有 1
克分子的 对应于 2~4克分子的 是玻璃状固体,市售品是无
色透明, 浓厚的水溶液,粘结力强,在空气中干燥后成玻璃状,以
前用作瓦楞纸的粘合剂,但现在几乎不用了 。
用于制作玻璃、陶瓷器及其无机物质的粘合剂,耐火和耐
酸涂料,与蛋白质混合还可以做瓦楞纸的防水粘合剂。
NaO2 SiO2
第四节 纵封器的设计
立式连续或间歇运动制袋式袋装机上应用的纵封器主要用来完成制
袋工艺中封合纵缝,两者在运动方式与结构上均有差异 。
连续制袋式袋装机的纵封器是辊筒形的,工作时作反向连续回转,迭
合后的包装材料侧边通过期间,热量由安装在辊筒内的电热丝加热,靠幅
射传递热能并压合薄膜形成纵缝,该纵封器除具有封合作用外,还牵引包
装材料的连续运动 。 间歇运动制袋式袋装机上的纵封器大都是板状的,
多用气 (或油 )缸推动作往复直线运动,向迭合的包装材料侧边进行热压紧
与释放 。
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。
由上式看出,纵封辊半径 R与生产率 Q和纵封辊角速度 ω及袋长 L有关 。
正常生产中 R及 L不变,则生产率的变化由纵封辊角速度起作用,要提高生
产率就得加大纵封辊角速度；在一定的封辊半径及生产率 Q情况下,袋长
L与角速度 ω成正比,这类制袋式包装机一般能进行多规格生产,若袋长改
变时,相应的变换纵封辊输出角速度 ω,而不去改变纵封辊的半径,生产中
用搭配齿轮的办法变更由分配轴输出到纵封辊的角速度,此种改变袋长规
格的调节为粗调节 。
即然纵封器又起输送包装材料的作用,包装材料是按光电色标位置分
切的,分切正确与否,由光电发讯使纵封器在连续回转中作微量的角速度
R QL? 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 。
变化来达到的,即亦是微量改变袋长Ｌ,所以与前述相比,角速度改变为微
调节。
图 5.34 辊式纵封器
1-纵封辊,2-加热线圈,3-轴承
图 5.35 侍服电机控制的
圆柱齿轮差动机构
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 。
如图 5.35所示是圆柱齿轮差动机构的示意图。设由分配轴通过齿轮传
入差动机构的角速度为 ω 1,与轴固联的太阳轮齿数为 Z1,三个行星齿轮的齿
轮数为 Z2,与行星齿轮内啮合的内齿轮齿数 Z3,内齿轮又能被蜗轮所带动作
正反转动,蜗杆受伺服电机驱动,蜗杆头数为 Z0,角速度为 ω 0与内齿轮 Z3固联
的蜗轮的齿数为 Z'3,蜗轮角速度 ω 3,与三只行星轮轴相固联的输出轮对外
输出角速度为 ω 2。
由行星轮传动关系,
(5-35)
亦即 (5-36)
整理后得机构输出角速度值,
i ZZ134 3
1
? ?
1
3
23
21
Z
Z??
?
?
??
??
31
33112 ZZ ZZ ??? ??? (5-37)
0 0
3
0 0
3
0,,' '? ?
z
z
z
z? ?
由上式可见,输出角速度 ω 2与两个分别输入差动机构的角速度 ω 1、
ω 3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 ω 1不变,而伺服电机输入的
角速度 ω 0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 ω
0绝对值不变。这样 ω 3有三个值即,
将 ω 3值分三种情况代入 ω 2的表达式得,
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
)3(
)2(
)1(
31
0
3
03
11
31
11
31
0
3
03
11
2
zz
z
zz
z
zz
z
zz
z
zz
z
??
?
??
?
(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,需要差
动机构比正常值偏小的角速度输出时采用,这时 ω1和 ω3反向回转 。
差动机构由光电管的光电信号控制,使得输出轴忽快忽慢地回转,带动纵
封辊使牵引包装的速度发生变化,保证了薄膜袋的正确封切位置,其纠正输
送材料长度的值为,
式中, R— 纵封辊牵引包装材料部分的半径 ;
— 纵封辊角速度的变化量,它由差动机构输出而获得,其值为
(5-38)中 (2)式分别与 (1),(3)的差的绝对值 。
△ t— 纠正偏差持续的时间 (秒 )。
? ? ?L R t? ? ?? (5-39)
??
光电记号通过印刷标记发讯,较容易做到,而所发讯号要鉴别是超前还是
滞后才能控制伺服电机正转还是反转,才能获得调整效果,图 5.36是鉴别讯
号控制电机正反转的光电定位装置原理图。
运动主电机 9经减速器 10降速后分三路输出：通过不等速机构 11传给纵封
牵引辊 1 4,并由伺服电机 8作补偿性运动实现塑料袋纵封和输送；通过分
配轴使超前与滞后同步凸轮 4,5旋转,控制伺服电机 8正, 反转 。
在正常情况下,当横封和切断器 12接触包装材料的瞬间,商标图案的定
位印刷标记正好通过光电装置 15,遮断光线,光电管发出记号,使光电继电
器 2的常开触头闭合,但在通往伺服电机的控制线路中装有微动开关 3,6,
其时,控制微动开关的两个同步凸轮 4,5不产生推动作用,因而光电讯号送
不到中间继电器 7,可逆电机 10不转 。
当横封器 12在热封与切断被包装材料之后,连续输送的包装材料上的
印刷标记才算通过光电装置 15,同样,发出讯号,其时滞后同步凸轮 4推动微
动开关 3,光电记号经过光电继电器 2,微动开关 3和中间继电器 7带动可逆电
机 8正转,将旋转运动传到差动机构,加速纵封牵引辊 14送进速度。使印刷
标记随着包装材料的快进而逐步前移,纠正定位印刷标记的滞后现象,当印
刷标记超前时,原理相同,超前同步凸轮 5作用,纠正定位印刷标记的超前现
象,这样只要定位印刷标记稍有超前或滞后,光电定位装置即进行调整,保证
被包装对象的热封和切断在预定的允许部位进行 。
在光电发讯到电机正, 反转的线路中,除用光电和中间继电器的控制
方法外,还可采用电压放大器和可控硅放大控制正, 反转离合器来实现,这
时可采用微型电机作原动力 。
二, 板式纵封器设计
生产实践中,经常采用的板式纵封器的结构形式如图 5.37所示,它由
张紧块、压板、电热丝等组成,并将油缸 (或气缸 )产生的往复直线运动直
接或通过扛杆原理,推动板形热封器压向加料管,完成封合。
板式纵封器的设计主要为热封件的结构设计,调压弹簧的设计计算及
驱动气 (或油 )缸的设计计算 。
驱动气 (或油 )缸设计的,活塞的行程一般不大,缸径的设计取用的压缩空
气 (或压力油 )的工作压力和各种不同薄膜, 不同厚度, 不同热封温度经计
算确定,单位面积热合压力可在 1~10kgf/cm的范围内根据实验确定最佳值 。
热封器与加料管一起纵封的加料管部位,嵌一条硅橡胶,使长条封缝
在长度上封缝均匀,热封器与加料管间的距离一般为 12~15mm左右,为补偿
电热丝受热时伸长,在热封器的一端或两端应设计有伸缩装置。
电热丝受热时伸长,在热封器的一端或两端应设计有伸缩装置。
图 5.37 板式纵封器
1-纵封器,2-气缸
第五节 横封器的设计
横封器是将经纵封器进行纵向封合后筒状的包装材料,按照工艺要求
的长度规格进行横向封合,按照横封器工作的运动形式,可分为连续运动和
间歇运动两种形式 。
一, 连续式横封器
因塑料袋装机有连续或间歇运动之分,故横封器在机能, 运动形式,
实现运动的机构及横封的结构方面往往有较大差异,即使是连续式横封器,
若该机仅只需完成单一规格袋的,一般较简单,如要适用多规格可调的袋装
机就较为复杂 。
应用于连续制袋式袋装机上的横封机构有如下一些工艺要求应满足,
一是横封器的热封件与连续运动着的包装料袋热封瞬时应有相同的线速
度。这点若不能满足,热封时就可能造成封口部位起皱、拉伸过度,甚至断
裂；二是袋长规格变化时,横封器热封件回转半径不变下经调节有关部位
能得到所需热封线速度。对此,要求横封器在工作中用不等速回转机构带
动,袋装机上常用偏心链轮及转动导杆机构作横封不等速回转机构。
(一 )偏心链轮机构
图 5.38是能够满足前述工艺要求的偏心链轮不等速回转机构,该机构
由两只齿数相等的链轮,一个张紧轮和链条等组成,其中一只链轮的回转
中心在链轮内可以变化,由分配轴带动作匀角速回转,另一只则是绕固定
轴回转的从动链轮,该轮作变角速回转,并通过中间传动装置可带动横封
器的热封器的热封件作不等速回转。
1.运动规律
图 5.39所示为该偏心链轮机构的工作原理图,分别为两只链轮的回转
中心,两回转中心距离 =g,
链轮半径,偏心轮的偏心距以等角速 ω0作主动回转,某瞬时转角为 θ,从
动链轮在链条带动下作不等速回转,转角用表示。
主动轮节圆上任一点 A转到与链条 AB相切时,则 A点瞬时线速度为,其
大小,方向垂直 AO,AO为该瞬时 A点的回转半径,中使链条向前运动的分速
度为,其方向沿 AB,其值为,
图 5.38 偏心链轮不等速机构
1-滚花手轮,2-主动链轮,3-套筒滚子链,4-从
动链轮,5-张紧链轮
图 5.39 偏心链轮机构工作简图
AO1
? ? ?V V AOA A c o s c o s? ? ?0 1 (5-39)
式中, ω0— 主动轮回转角速度,调定后为一常数 。
－某瞬时主动轮节圆上与链条相切点的回转半径,为瞬变值 。
β－ 切点上线速度方向与该瞬时两轮链条直线之间的夹角,也是
瞬变值 。
在△ AO1O中,令 AO=R,OO1=e,∠ O1AO=β,应用余弦定理可得,
(5-40)
c os ? ? ? ??R AO eR AO2 12 2
12
又令 ∠ O1OO2=α,而 ∠ AOO2是直角,则
仍在 △ AO1O中应用余弦定理得,
? ? ?A O O 1 32 ? ?
(5-41)
AO R e R e1 2 2 2 2 22 32 2? ? ? ? ? ? ?Re cos ( ) Re s in? ? ?
(5-42)
2
在 △ OO1O2中,与 α角的对边为 O1O2,令 O1O2=g,连 OO2,并令 OO2=L,它
∠ OO1O2相对,而 ∠ OO1O2正是主动链轮在该瞬时的转角,应用正弦定理得,
sin sin? ?? gL
(5-43)
在 ∠ OO1O2中应用余弦定理得,
L e g eg
L e g eg
2 2 2
2 2
2
2
? ? ?
? ? ?
c o s
c o s
?
?
(5-44)
将 L值代入得,
s i n s i n c o s? ? ?? ? ?ge g eg2 2 2
(5-45)
将此式代入 AO 式中,
AO R e ge g eg1 2 2 2 2 2 2? ? ? ? ?s i n c o s? ?
(5-46)
则链条向前运动的瞬时分速度,
? ? ? ? ? ? ? ? ?V AO R AO eR R ege g egA ? ? ? ? ? ?0 1 0
2
1
2 2
0 2 22 2c o s (
s i n
c o s )
(5-47)
在同一根链条上的同一方向,链条即不能伸长又不能缩短,故,
V VB A? ?
V RB ??
? ? ? ?R R ege g eg? ? ? ?0 2 2 2( s i n c o s )
而 VB是从动轮 O2上与 AB链条相切点 B处的瞬时线速度,令 O2轮在该
瞬时的角速度 ω,则
所以
(5-48)
(5-49)
(5-50)
则从动轮 O2某瞬时的角速度为,
? ? ? ?? ? ? ?0 2 21 2( s i n c o s )egR e g eg(5-51)
VA'
显然,随着主动轮转角 θ的变化而变化的 。
从动链轮角速度 ω随主动链轮转角变化的特性曲线如图 5.40所示 。
为求特性曲线的最高最低点,只要对该曲线函数表达式 (5-51)求极值
使可得,
即当主动偏心轮以 ω0匀角速回转时,该偏心链轮机构的链轮按式 (5-
51)作非匀角速转动 。
在 的表达式中可,AO及 cosβ这两个值是时刻改变着的,其值
AO R ege g egc o s s i n c o s? ? ?? ? ? ?2 2 2(5-52)
? ?f ( )? 0
(5-53)
?
? ?
1
2 2
?
? ?
a r c c o s
a r c c o s
e
g
e
g
分别将 θ 1,θ 2值代入式 (3－ 51),可求得函数曲线的极大值与极小值。
? ?
? ?
m ax
m in
( )
( )
? ?
? ?
0
0
1
1
e
R
e
R
(5-54)
立式连续制袋式袋装机上的
横封机构正是利用从动轮能
有规律的快慢交替的输出角
速度的特性来满足使用要求
的 。
图 5.40中,点 θ 1,θ 2处是使
从动链轮具有极大、极小角
速度时主动轮的瞬时转角,称
为速度极限角,由该图看出 θ 1
在 0~π /2区间并靠近 π /2,θ 2
在 3π /2~2π 之间并靠近 3π /2
。
图 5.40 偏心链轮机构 θ -ω特性曲线
2.应用
根据不同袋长需要,输出满足工艺要求的角速度带动横封器,是设计
偏心链轮机构时必须考虑的可调问题,欲得到所需的角速度,在实际应用
中有两个不同的途径：一为直接调节选用热合瞬时角,二为调解主动链轮
上的偏心距 。
调节选用热合瞬时的 θ 角,即是利用式 (3－ 51)或图 5.40特性曲线,使其
中偏心距 e,链轮半径 R及两轮回转中心距 g不变的条件下,根据输出的角
速度 ω,找到相应的主动轮瞬时转角 θ,在该瞬时使横封器的热封件与料
袋上的光电色标处在封合状态 。 由此可见,当袋长变化时应先打开不等速
回转机构从动轮到横封器转轴间的传动链 。 待偏心轮上 OO1连线与两回
转中心连线 O1O2调到应有的 θ 夹角时,让横封器的热封件相啮合,再合上暂
时打开了的传动链,横封传动时开时合,且找准 θ 夹角也十分麻烦,一般采
用甚少 。
调节主动链轮的偏心距同样亦可达到改变输出角速度满足热封的
需要,图 5.41所示为调节偏心距 e时,不等速回转机构特性曲线的变化的
情况 。
这种方法是利用特性曲线的两个极值点作为专门的热封点,偏心
? 0 1( )? eR
?0? 0 1( )? eR
?0距的改变可使输出的极大角速度在 到 间改变,同样也可
使极小角速度在 到 间改变,
与此同时,速度极限角 θ 1,θ 2分别有
向 π /2,3π /2靠拢的微小变化,袋装机
在规定的袋长范围内,其中偏小规格利
用 ω min的极点进行热合,偏大规格利用
ω max这一极点输出角速度进行热合。
这样,若将经换算后袋长值刻在相应的
偏心距的标尺上,只要调节偏心距到预
定的袋长刻度上并加以固定,就能立即
5.41 偏心距变化对输出特性曲线
的影响
使用,因此本方法调整方便,得到广泛应用。
3.设计参数的取用
由式 (5-51)可知,偏心链轮不等速回转机构输出角速度的大小与偏心距
e,链轮半径 R,两轮轴中心距 g各参数有关,设计偏心链轮不等 速机构时,e、
R,g也是必须计算确定的重要参数,
(1)偏心距 e
将式 (5-54)的等式两边分别同除以 ω0后可得
?
?
?
?
m ax
m in
0
0
1
1
? ?
? ?
e
R
e
R
(5-55)
?
?
?
?m ax m in0 0、
两式左端 为从动轮与主动轮的角速度之比,用字母 i表示,
为区别这仅在极限角速度情况下的值,均分别加下角标,改写成,
i e
R
i e
R
m ax
m in
? ?
? ?
1
1
(5-56)
对采用调节偏心距获得热封封口所需的瞬时角速度比 imax,imin均是热
封封口的角速比,将上列两式合并可写成
i eRF ? ?1 (5-57)
由式 (5-57)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 IF值,且 IF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,
立式连续制袋式袋装机横封机构的传动关系如图 5,42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=1~4之间,此
不等速机构输入的角速度是,输出的角速度为,横封辊回转角速度为,?0 F? ??0
图 5.42 横封机构传动关系
-显然也作周期性变化,也可写
成
所以有,亦即
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,
式中,r-横封辊上热封件的回转半径,
亦可写成,
0??
?
? F
z z
z z q? ?
?
? ?0 2 41 3 ? ?F q? ? ?0
??0 r QL? 60
??0 ?QLr60
? F q QLr? 60
(5-58)
式 (5-58)表示不同袋长在热合瞬间要
求不等速机构输出角速度的大小,
当主动链轮不偏心工作时,这时的
偏心距 e=0,i=1偏心链轮机构输出的
输出的角速度 亦即,
由此式可得热封件的回转关系表达式
? ?F ? 0
? ?F zzq QL r? ?60 0 (5-59)
r QL qz? 60
0?
由式 (5-61)可通过已给定袋长规格范围求得每一袋长要求不等速回转机构
? ?F
z
L
L? 0
i LLF
z
?
将式 (5-60)代入式 (5-59)得
输出角速度的值,将式 (5-23)两过同除以 ω0可得,
式 (5-62)与式 (5-57)联立，就可求出各种袋长下对应的偏心距。
(5-61)
(5-62)
(5-60)
(2)链轮半径 R
链轮 R为节圆半径,与选用的链节距 t及
所定的齿数 Z有关,齿数 Z过多,R太大,导
致结构不紧凑,尤其本处主动轮在偏心情
况下工作,半径越大,工作情况越不利,若 Z
过小, 在链传动上也怕带来传动的不均
匀性,这里 R过小,在设计安排偏心调节结
构上将会遇到麻烦,不得不从满足制袋工
艺要求与调节结构设置的可能性同时兼
顾考虑 。
图 5.43所示是偏心链轮机构制作最小
袋长 L时偏心调节位置的情况,分配轴心
O被调在偏心刻度的极端位置,回转中心
O与链轮中心 O1间的偏心量 OO1=emax,
从设置偏心调节结构的可能性考虑,图 5.43 偏心距调节装置
工艺与结构同时满足要求有,
整理后得,
式中, d--分配轴安装偏心链轮处的轴径大小 ;
n--与调节结构设置有关的尺寸,可取 n=15~25毫米,从满足制袋长
度工艺要求考虑,由式 (5-57)变化成
e R d nm a x ( )? ? ?2
e R i F? ?( )m in1
)2()1( m i n ndRiR F ????
R
d n
iF?
?12
min
(5-63)
(5-64)
(5-65)
(5-66)
由式 (5-62)可得,
代入前式有,
这里 RJ仅是理论上计算出的链轮节圆半径,而链轮分度圆的实际尺
寸还要受链节距 t及齿数的约束,即,
最后实际取用的链轮半径应满足
由此可见,只要知道应满足的袋长范围各种规格和安装偏心链轮
的分配轴结构尺寸,就可通过式 (5-68),(5-70)求算链轮的尺寸。
i LLF
z
m in m in?
R d n LLJ z? ?( )
m in
1
2
ZtR
?? 1 8 0c s c
2
1
R RJ?
(5-67)
(5-68)
(5-69)
(5-70)
(3)两轮回转中心距 g
两轮回转中心距 g可由两种方法来确定 。
① 从结构上考虑来确定
仅只要保证两轮回转时可靠地工作,则该机构的最小中心距离
g D Lam i n m a x? ? ? ? (5-71)
式中,Da— 链轮顶圆直径 ;
Δ— 两转动件不相碰的最小安全距离可取 ≥10毫米 。
② 从运动特性考虑确定
由式 (5-54)可知,从动链轮输出的最大,最小角速度极值与中心距
g值无关,亦即变速范围仅与链轮大小尺寸和偏心量有关 。
由式 (5-51)看出,中心距 g的大小对从动轮输出角速度 ω的变化有关 。
由式 (5-53)可见,g的大小影响不等速回转机构的速度极限角 θ的取得 。
考察以上几组公式可得出结论,中心距的改变不影响不等速偏心链轮
机构输出角速度极大、极小值的取得,而会影响取得极大、极小值的时
刻。
若在式 (5-51)中令 e,R,ω为
定值,取不同的 g值代入,作出 θ-ω曲
线变化图 。
如图 5.40所示,明显可见
发生的位置有了变化,当 g值由小
变大时,大小两极点分别向 π/2及
3 π/2 逐渐靠拢,但总是 θ1<π/2、
θ2<3π/2,当 g值由大变小时,两极点
分别离 π/2,3π/2越来越远,说明上
升曲线越来越趋平缓,这对运
图 5.44 转动导杆机构
1-导杆,2-曲柄
动平稳性是不利的,故取中心距 g值在结构上不显得庞大的前提下,取大些
为好,一般推荐取用 g=(5~7)R。
（ 二 ） 转动导杆机构
转动导杆机构如图 5.44所示,BC杆长为 a,两转动轴心 A与 B距离 AB=e,且
e<a,BC称曲柄,AC部分为导杆,若两杆间以任一者为主动件匀角速回转,
则另一杆作非匀速回转,但它们非匀速回转的运动规律并不相同。
1.曲柄为原动件的运动规律
以两轴心连线 AB为基准,曲柄 BC在某瞬时的转角为时,相应的导杆转
角为 θ,在图 5.44中,由三角形 ABC得与 θ 的关系为,
a e
si n ( ) si n ( )180 ?? ? ?? ? ?
ea s in s in ( )? ? ?? ?所以有
(5-72)
(5-73)
将上式对时间微分得,
式中, — 导杆角速度,用表示 ;
— 曲柄角速度,用表示 。
将 ωA,ωB分别代入式 (5-74)中整理后得,
将式 (5-73),(5-75)联立并消去 θ后得,
ea ddt ddt ddtc o s c o s ( )( )? ? ? ? ?? ? ?
ddt?
ddt?
? ?
?
? ?B A
e
a? ?
?[
c o s
c o s ( ) ]1
? ?
?
?
A B
e
a
e
a
e
a
?
?
? ?
1
1 22
c o s
( ) c o s
(5-74)
(5-75)
(5-76)
( ) ( ) ( )
( )
m i n m a x m i n
m a x
?
?
?
?
?
?
?
?
A
B
A
B
B
A
B
A
e
a
,及,
与 关系曲线
2
2
图 5.45 由max)( A?
若 a,e,为定值,显然当
ω =0°,180° 时,可分别达到最大
值及最小值，即 ( )
( )
m i n
max
? ?
? ?
A B
A B
e
a
e
a
?
?
?
?
1
1
1
1
上式可见, 调整两转轴轴心 AB
间距离可以就改变不等速回转机构
输出角速度的极大, 极小值 。 当 e值
由 0→ a时,相应的
。 的无穷大意味着
它不能运转,故必须 e<a,由于从动件
导杆输出的最小角速度只 能在
(5-78)
( ),m i n? ? ?A B B由 ? 12
?B ?? ?A
12 ? ? ?B A B? ? 范围内变化,它只能适用于袋长 L的变化范围 Lmax/Lmin<2的
情况 。 从导杆的角加速度为,
? ?
?
?
A B
e
a
e
a
e
a
e
a
?
?
? ?
2
2
2 2
1
1 2
[( ) ] s i n
[ ( ) c o s ]
? ?
? ? ? ?
a r c c os
[ ( ) ] ( ) [( ) ]1 32 1
4
2 2 2 2e
a
e
a
e
a
e
a
a
e
B
A
B
A 值与,2m a xm i n )()( ????
ea?06,( )max?A
?B?A
?
当 时,ε 为最大值。
图 5.45表示了导杆的 值的关系图 。 从图中可
从图中可见,,上升很快 。
2.导杆为原动件的运动规律
导杆以作匀角速 回转,则曲柄轴以 作不等速回转,将式 (5-73),(5-
75)联立并消去 后得,
(5-79)
当 θ =0°,最小； θ =180° 时,最大,即
? ?
?
?
B A
e
a
e
a
? ?
?
[
c o s
( c o s )
]1
1 2
?B ?B
( ) ( )
( ) ( )
m in
m a x
? ?
? ?
B A
B A
e
a
e
a
? ?
? ?
1
1
? ?
?
?
B A
e
a
e
a
e
a
?
?
?
2
2
2
2
3
1
1
[ ( ) ] sin
[ ( c os ) ]
( )min?B
( ),( )m i n m a x? ? ? ? ?B A B A A由 由0 2? ?同理,当 e值由 a→ 0时,相应的 。可见
值的调节范围比以曲柄为主动的导杆机构大得多。
将式 (5-80)对时间微分,求得从动曲柄的角加速度为,
(5-81)
(5-81)
(5-80)
?B
( )
( )
m a x? ?B A
e
a
e
a
?
?
2
21
( ) ( )min max?
?
?
?B A B A
e
a,值与2
ea
B? 0 8.,( ) m ax?
ea
B? 0 9.,( ) m ax?
显然,当 θ =90° 时,为最大值。
图 5.45表示了 值的关系图 。 从图中可见,
的变化比较平缓, 上升很快 。
3.应用
由上述两种情况分析可得出如下结论,
两种情况的从动件都作不等速回转,并且改变 e/a值时,从动件的最
小角速度都随之改变,但是用导杆为原动件时,从动件的最小角速度只
能 0~ 范围内调节,若用曲柄为原动件时，从动件的最小角速度只能 ?A
(5-82)
在 /2~ 范围内调节,故前者调节范围大。从运动平稳性看,若要求从动件
的最小角速度为原动件角速度的 2/3,两种情况都能满足,以导杆为原动件,查
图 5.45得 e/a=1/3;,若用曲柄为原动件,则,显然
后者情况的从动件最大角加速度是前者的 3.4倍。
?B ?B
( ) /max? ?B A2 e
a A B? ?0 5 1 352.,( ) /,m a x? ?
生产实践中是以导杆作为
原动件,曲柄作为从动件带动制
袋式袋装机横封机构的,如图
5.46所示,
若用该不等速回转机构应
用于卧式袋装机,横封工艺过程
示意图如图 5.47所示,包装袋在
此被横封 (封口与封底 )与切断 。
热封切断件在 P位置开始与包装
材料接触后即进行加热并在 Q
位置进一步实施加压并切断 。
图 5.46 转动导杆机构带动的横封机构
1-主动导杆 2-曲柄 3-链轮 4-张紧链轮 5-热封头及滚刀
图 5.47 横封工艺过程示意图
1-包装袋筒,2-包装物品,3,4-横封辊刀
图 5.48 转动导杆机构的 θ-ω曲线
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,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 θ为横坐标,从动曲柄输出角速度 ω为纵坐
标 θ-ω曲线如图 5.48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 θ=0,及 θ=180° 处的最低,最高可适应短袋
及长袋的热封需要 。
袋长规格变化是靠调节两转轴中心距离 L来实现输出角速度改变
的机架上有标尺,一定袋长也对应着某一刻度,袋长与偏心距 e间对应关
系由下式表示,
式中, a-从动曲柄的长度, 毫米；
L-袋长尺寸, 毫米；
-从转动导感机构传到热封件转轴间传动装置传动比；
热封切断件回转半径由下式计算,
R-热封件回转半径, 毫米 。
(三 )横封器结构
图 5.50为立式连续式袋装机上进行横封热合的典型回转辊形横
封器结构,每一只横封辊上有对称分布的两只热封件,热件由电热丝
加热并恒温控制。热封所需压力由调节套通过压缩弹簧进行调节,
e a Li R? ?( )1 2 34?
R L? (, ~, ) m a x1 1 1 2 2?
i34
(5-84)
(5-83)
图 5.51为卧式连续制袋式袋装机上用于横封热合并切断的典型结
构,每一只横封辊上仅有一只热封件,加热与温控形式与立式上用的几
乎一样,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,参见表 5.2。
图 5.49 转动导杆机构调节两转轴中心距 e的结构型式
1-定位手柄,2-调节手轮,3-曲柄,4-导杆,5-输入链轮,6-输出链轮,7-机架
二, 间歇式横封器
立式间歇制袋式袋装
机横封机构按功能和运动
形式可分为两类,一类只作
封口用,即只有间歇的往复
运动 ;另一类除作封口热合
外,还牵引料袋由上而下地
移动,故往往作开合与上下
运动合在一起的复合运动,
显然后者结构较为复杂。
图 5.51中 (a)所示是气缸
(或油缸 )1,3、在同一水
平面内做往复直线运动带
动横封器合拢及离开,从
而完成横封工序,气缸 (油
图 5.50 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
缸 )1,3、在同一水平面内做往复直线运动带动横封器合拢及离开,从而完
成横封工序,气缸 (油缸 )3带动整个横封装置及气缸 (或油缸 )作上、下往复
运动,将横封器夹持着的薄膜筒向下拉出一个袋的长度。
图 5.51 间歇式横封机构工作示意图
图 5.51(b)所示只是用一只气缸 (或油缸 )带动横封器运动,因横封两部
分是同时动作的,使用一只气缸则通过支点及扛杆的作用使横封器两部分
合拢及离开,上下拉薄膜运动与 (a)相似 。
图 5.51(c)所示,带动横封器作开合热封的气缸只是一只,原理与 (b)相
似,但上下拉膜运动不是用气缸来实现的,而是由电动机经变速后,驱动曲
柄连杆机构来带动横封器作上下往复直线运动,回转曲柄的长度可以根据
需要进行调节,从而改变拉膜的长度 。
图 5.51(d)所示与图 (c)有许多相似之处,横封动作靠气缸与杠杆滑块机
构来完成 。 拉膜的动作是由一套六杆机构来完成的,六杆机构是由电机通
过变速后驱动曲柄作原动件的,在这种六杆机构作用下,横封器不作上,
下直线运动而是一圆弧摆动 。
从以上可以看出间歇式横封机构的运动形式是多种多样的,结构也有
简单、复杂,各有利弊,选型时要给予适当考虑。如 (a)中结构及动作简单,
但横封时要求两只气缸动作配合好,这是气液压较难达到的,最好能避免
使用。图 (b),(c),(d)中就避免了上述问题,用一只气缸使横封器两部分
同时分开和合拢,但也造成结构复杂。图 (a),(b)中,拉膜运动是气缸来带
动的,行程难以调节,薄膜带长度发生变化时就难以适应。在 (c),(d)中袋
长变化时调节曲柄长度就能适当,尤其在食品行业中,包装规格变化多,调
节要求比较突出,就 (c),(d)两种比较,前者拉膜部分比较简单,后者显得复杂,
且拉膜过程中袋子作圆弧运动,摆动较大,袋长调节后袋子不可能在两横
封器中间被热封,造成薄膜前后张力不均。
若制袋充填机的拉膜动作不要横封器承担,而有另外专门的一套机构
去完成,则横封器的运动要简单得多,当然整机的传动机构也许稍为复杂
些。
图 5.52所示为摆动气缸带动的摆杆滑块机构,两横封块的开合就是滑
块往复运动的结果,
设计中应解决的问题是,从满足横封块最大开合行程的情况下,确定各杆
长度及摆动气缸活塞杆的行程,提供设计气缸的依据。
1.摆杆滑块部分
滑块的行程应由包装尺寸决定,设滑块的行程为 L,则两只滑块开合的总
行程为,
2 1 5 2L D? (, ~ )
式中,D— 圆形料管成型器的直径,若为方形料管 D=2P,其中 P为超椭
圆短半轴之长 。
拖动两滑块的摆杆、连杆杆长上下各自对应相等,这样摆杆只能在
与滑道垂直的位置作左右对称摆动,如图 5.53所示。
设摆杆长为 a,连杆长为 b,滑块 C运动最远点与转轴中心 A间距离
AC1=c,摆杆摆角为,摆杆与 AC滑道间原始夹角为起始角 α。
摆杆与连杆的铰销在 B起始、中间及终了三个位置分别以 B1,B2,B3
表示,这三个位置各杆长度间关系由下式表示,在△ AB1C1中
(5-85)
图 5.52 由摆动气缸带动的摆杆滑块机构 图 5.53 摆杆滑块的工作位置及参数关系
b a c ac2 2 2 2? ? ? c o s ?
在△ AB2C2中,∠ B2AC2是直角
b a c L2 2 22? ? ?( )
在△ AB3C3中
b a c L2 2 2? ? ? ?( ) c o s ( )? ?(5-88)
(5-87)
(5-86)
a c L? ?36 2( )
由图 5.54可见,本机压力角为 ∠ ACB,且是时刻改变的,为使机构轻巧,
应使 ∠ ACB≤ 30°,因此设计中可取 b≥ 2a。 将其代入式 (5-87)可得
? ? ? ?a r c c o s a b cac2 2 22
由式 (5-87),(5-86)得起始角 α 的表达式,
则此摆杆滑块部分要使滑块开合总行程达 2L的摆杆摆角应为
上列各式中 C值应根据袋装机总体布局设定 。
2.摆动气缸部分
它是摆杆滑块机构部分的原动件,摆动气缸活塞杆推动摆杆绕 A轴
摆动,摆杆 AD,AB,AB＇ 均与轴 A固联,它们具有同一摆角,若摆动气
缸摆杆起始位置不同,对同一摆角,气缸活塞杆的行程 L将不同,摆杆起
? ?? ??180 2
(5-90)
(5-89)
始位置必须慎重确定,从机械
原理知道,机构的压力角在 0°
处效率最高,本摆动气缸推动
摆杆 AD使 A轴回摆,属摇块机
构,则 D处的压力角小者为好 。
设摆杆长为 m,摆杆与 AE
两点连线的最小夹角为起始
角 β,DE长为 d,AE长为 e,其值 图 5.54 摆动气缸的工作位置
的确定也由袋装机总体布局考虑 。
铰销 D点在工作中亦有 D1,D2,D3三个位置,分别为起始、中间及
终了,如图 5.55所示。
为使工作轻巧,常取 m>a,则起始角 β 由下式可求,
? ?? ? ? ? ? ??D AE D AD m
e2 2 1 1 2c o s
(5-91)
DE之长 d在起始及终了两位置相应长度为,
这样,气缸活塞杆的伸缩行程为,L=
L值求出后还得验算两个方面,
(1)气缸活塞杆伸出的稳定性验算应使
若不能满足,可适当增大 e的取值 。
(2)压力角的验算应使
d m e me
d m e me
1
2 2
3
2 2
2
2
? ? ?
? ? ? ?
c o s
c o s ( )
?
? ?
d d3 1?
? ? ?dd3
1
1 7.
? ? ?? ? ? ? ?90 2 5032 2 2
3
a r c c o s d m emd(5-94)
(5-93)
(5-92)
若不能满足时,可适当增大 m的取值,
该横封装置机构下半部分,采用的是曲柄带动的大杆机构,设计中滑块行
程应满足,
式中,Lmax为应制作的最大袋长,毫米,
具体设计可通过杆机构的设计方法去解决,这里不再复述,
3.横封器结构
用于间歇制袋式袋装机横封器上的加热封口方法有脉冲、热板熔断和
高频等,可按不同包装材料选用,热封体都为板状的。
图 5.55电热丝脉冲加热的横封器,纵封缝对面的一只热封体 1,上, 下共
装有两条扁形镍铬合金电热丝,电热丝根据宽度选择,一般取 2~5mm左右,
电热丝与热封体之间有酚醛层压板或聚四氟乙烯薄膜 4作隔离层,防止热
封薄膜被粘牢,与纵封缝同一面的热封体面上对着两根扁电热丝之间,装有
圆电热丝 5作切割薄膜带用,热封体 8的主要作用是与对面热封器共同配合
H L? (, ~, ) max1 3 1 5 (5-95)
时对薄膜加热时加压,为使加压均匀,并不使加压薄膜变薄,在圆电热丝与
热封体 8之间有一层耐热橡胶 7与聚四氟乙烯织物 6,考虑电热丝的热胀冷
缩,在热封器的两端均设计有伸缩结构如图中 9所示,避免在气缸作用下热
封体的刚性接触,设计有弹簧装置 10,脉冲热封器连续工作过长时,热封
体上热量会逐渐积累,而影响封口质量,设计时考虑到冷却措施,或通过
冷却水,或用压缩空气吹向热封完成后的薄膜及电热丝,使其冷却。
横封时,要使尽可能少的空气留在袋内,若袋内空气较多,对袋内的
物品储存不利运输中也容易损坏袋子,横封器结构设计时要加以考虑,在
横封器体下方设计袋的夹持器,夹持器与袋接触部分有泡沫塑料或泡沫
橡胶等柔软制品或几根拉伸弹簧,即起到排气,又起到夹持物品,减少横
封缝在受热时不利的拉力。
用冷却水强制的结构如图 5.56所示,热板加热式横封器如图 5.57所
示,每只热封体上、下两个热板平面,并装有两只加热元件,一只测温元
件,专门对热板进行恒温控制。
图 5.55电热丝脉冲加热的横封器
1-电热丝伸缩补偿装置,2-弹性伸缩装
置,3-冷风喷嘴,4-绝缘片,5-热封扁丝,6-聚
四氟乙烯片,7-切割圆丝,8-排气夹板
图 5.56 冷却水冷却横封器
1-夹板,2-热封扁丝,3-切割圆丝,4-冷却
水孔,5-耐热橡胶
高频加热式横封器如图 5.58所示,分左右两只电极,可在两只电极间通以
高频电流进行加热加压封合,电极上, 下各有一对弹簧夹具,以减少电极
合拢时的刚性冲击及对封缝的拉力,电极表面胶粘着环氧板,环氧板表面
又粘着聚四氟乙烯织物作耐热绝缘材料,这样除防止薄膜粘上电极外,还
可防止薄膜偶而被热穿时,高频切刀与另一电极直接接触而产生的打火
现象 。
图 5.57 热板加热式横封器
1-切刀,2-热板,3-测温元件,4-加热元件,5-绝缘体
图 5.58 高频加热式横封器
1-弹性夹板,2,4-封合电极,3-加热切刀
第六节 料袋的切断与牵引装置
一, 切断装置
在制袋式袋装机上,当制成袋后或装袋封口结束时,应用切断刀将相
互连接着的薄膜料袋分割成单个和包装产品 。 切断的方式有热切和冷切
等 。 可根据热封的方法,包装料袋在制袋过程中运动形式和切口的形式等
要求选择 。
1.热切
它是靠薄膜受热熔化和施加一定压力而使薄膜分开的一种方法 。 采
用热切的切断机构可与横封机构合在一起,在横封同时,进行热切断 。
热切中有高频加热刀,电热丝熔断及电加热切刀等 。 其中高频加热刀
用在间歇式袋装机上,对聚氟乙烯薄膜袋进行封口,同时完成切断,实际是
一只具有刃口的电极；电热丝中间的一根 1－ 2毫米左右直径的圆电热丝,
根据需要可选择断续或连续通入脉冲电流,电热丝与薄膜直接接触使熔化
的薄膜切断；电加热切刀是具有刃及热量可使薄膜切断 。
2.冷切及其机构
冷切是利用金属刀刃的锋利度使薄膜在横截面上受剪切力而分开薄
膜的料袋方法 。
(1)回转刀
回转刀切断机构如图 5.59所示,由转刀与固定组合而成,两刀的形状尺
寸完全相同,仅安装方向相反,回转刀顺料袋前进方向作等速回转,每袋一
周,动刀与定刀间有微隙,保证无袋时不会打坏刀尖 。 有袋时顺利分切 。
工作时 。 回转刀刃与定刀刃间不是全线同时相遇的,而是在刀刃的的全长
上按 1~2左右的倾角依次相遇的,这样似剪刀一般,更有利于将薄膜分割开 。
刀的有效回转半径 r可由下式确定
r V? ?15,材 式中,ω— 刀轴回转的角度 ;
V— 纵封辊牵引包装材料前进的线速度。
(5-96)
由此可见,回转刀切断包装袋的速度应大于薄膜前进的速度。为保
持切刀锋利,两刃间有微隙,这样切断薄膜袋时,并不是靠两把金属刀刃完
图 5.59 辊刀式切断装置
1-转刀,2-定刀
图 5.60 辊刀相位调节装置
1-辊刀,2-主轴,3-轴承,4-弹簧,5-键
6-从动齿轮,7-主动齿轮
全相遇来完成的,而是靠活动刀刃线速度大于薄膜袋运动速度,产生的挤
与拉相结合将薄膜分割开 。 所以,刀的回转线速度小于薄膜前进速度是
不行的,即使等于薄膜前进的线速度的话, 也是切而不断 。 只有回转刀
比薄膜有较高的线速度,将薄膜剪切变形 。 强度大大削弱,然后使前一包
装袋赶快离开本体到拉断作用 。
因该回转刀切断机构不是与横封机构设计在一起的,而切断时必须
切在横封接缝正中,才能使薄膜袋外形美观 。 因而切断在机构横封器的
下面,有一切断刀与横封器间的同步问题,解决同步问题就必须设计切断
机构的相位调节装置 。
相位调节装置可通过调节两齿轮的相对位置来实现 。 如图 5.59所示,
带动回转刀轴回转的齿轮 6的轴向固定靠弹簧 4的推力,当切断刀工作不
与横封器同步时,只要用手按图示箭头方向推动齿轮 6,则齿轮 6沿轴 7上的
滑键 5克服弹簧力,离开主动齿轮,并根据滞后或超前的情况分别对齿轮 6
作逆或顺时针回转一定角度后再将齿轮 6送回原处,与主动轮 8啮合,即能
满足同步要求 。
(2)铡刀 (或剪刀 )
铡刀或剪刀切断机构不能适应连续制
袋包袋机的切断工作要求,只能用于间歇
运动制袋充填包袋机上,在薄膜袋停止运
动的瞬时进行断切工作 。
图 5.61所示是一种铡刀切断机构,由气
缸 1驱动活动刀架 6可绕支点作摆动,活动
刀 4用螺钉弹簧压在刀架 6上,与固定刀 3
为弹性接触,活动刀并由上,下两个定位
块 10限定上、下、左、右的串动。固定
刀用螺钉拧紧在固定刀架子上,刀架与机
架相固定,活动刀与固定刀之间的相对位
置,靠活动刀下的导向部分 11保持不至发
生咬刀而损坏刀具,薄膜袋 8在弹簧金属
片的引导下,经两个刀口的相对运动而被
切断。
图 5.61 侧刀式切断装置
1-动力气缸 2-定刀 3-动刀 4-压力弹簧 5-引
导板 6-包装料袋 7-转轴支承 8-动刀定位块
这种铡刀在卧式对折薄膜制袋包装机上应用较多,常用在制袋装置以后,将
连续的空袋一个个切断分离,然后变由后面开袋充填机构去完成充填等工
艺过程 。
(3)锯齿刀
采用热板加热封口的间歇制袋式袋
装机上切断方式,也有应用锯齿刀的 。 如
图 5.62所示 。
锯齿刀安装在热封件中间。相对应
的另一只横封器中间是一边凹槽,在板状
加热热封的同时,锯齿刀齿尖插入薄膜内,
使上下两只袋得以切断。图中 1.4分别为
横封器上、下板式热封块,3为锯齿刀。
锯齿刀的形状：齿距 t=6mm,齿尖角
=60,每个齿的齿侧均磨成刃口 。
图 5.62 锯齿刀
1-上热封器,2-锯齿刀,3-下热封器
二, 料袋牵引装置
制袋式袋装机工作时,使包装材料与制袋成型器产生相对运动而造成
包装材料卷折的是料袋牵引装置 。 此外,它又能使料袋顺序地通过一个个
工位,使料袋完成加料,整形,排气,封口和切断等工序 。
1.类型
包装工艺上对料袋牵引装置的要求是：能按时,按预定量拉过定长的
料袋,根据需要并能在一定范围内任意调节拉过料袋的长度,料袋的速度应
能控制,前述的翻领成型器制袋式袋装机及象鼻成型连续制袋式袋装机中
的料袋牵引装置均非专设的,往往与其它机构结合在一起,有的与横封机构
合一；有的与纵封机构结合 。 但均能符合上述提出的一些工艺要求,此外
还有如下介绍的一些结构类型 。
(1)滚轮牵引式
图 5.63所示,用于连续式袋装机,纵封辊与牵引辊各司其职,机能分开,并且
图 5.63 滚轮式牵引示意图
1-牵引辊 2-锥辊齿形带微调无级
变速器 3-纵封辊
图 5.64夹板牵引式示意图
1-料袋夹持气缸 2-料袋横封气缸
3-料袋牵引气缸
两辊都是冷辊,包装薄膜首先受牵引辊牵引,被热板或吹出的热空气加热
封合,这样的牵引装置使单层塑料薄膜也有可能在连续运动制袋式袋装
机上得到使用 。
(2)夹持牵引式
图 5.64所示该牵引装置的夹, 放及上, 下运动,横封热封件仅作张开
与闭合的动作,使热封与牵引错开进行,避免了横封缝受热后怕受拉力的
不利情况,且使横封与纵封时间重合,可统一考虑加热时间,有利提高生产
能力,保证封缝质量 。
(3)气吸牵引式
图 5.65所示,利用真空吸头的吸力吸住成型器料管外壁薄膜,拉料袋向
下运动达预定长度后真空解除,吸头向上返回,这样吸头吸袋牵引的工作
区间都在料袋长度范围之内,横封器就可较近的设置在料管下端附近,使
整机总体高度降低 。
(4)摩擦牵引式
图 5.66所示,利用间歇运动的摩擦将包装薄膜压紧在方形料管上,靠摩擦
图 5.66 吸头牵引式
1-料袋牵引气缸,2-真空吸头板
3-横封气缸,4-纵封器
图 5.67 摩擦带牵引式示意图
1-纵封器,2-摩擦带,3-横封器
带与薄膜间产生摩擦力推送料袋向下运动,主动带轮间歇回转可用步进
电机或伺服电机驱动,也可由普通电机采用电磁离合器控制配合的驱动 。
2.牵引计算
(1)真空吸引力
真空吸头可产生的真空吸引力由下式表达
F P P Sx ? ?( )0
式中, P0— 标准气压 ;
P— 吸头内压强 ;
S— 吸头总吸附面积 。
真空吸头吸附着料袋靠两者间产生的摩擦力克服成型器,导辊等对
包装材料运动的总阻力,则有,
F fF PM x Z? ?
式中, FM— 料袋与真空吸头间产生的摩擦力 ;
(5-98)
(5-97)
f— 料袋与吸头间材料系数；
PZ— 对料袋运动产生阻力的合力,可通过估算或具体测试获得。
如果在刚性内圆周面上的吸嘴,应考虑吸嘴吸住料袋部分失效情况。加
入利用系数 k,实际应用中还得考虑安全系数 n,则有,
kf P P S nP Z( )0 ? ?
式中, k— 利用系数, 取 0.5~0.8;
n— 安全系数, 取 2~3。
(2)摩擦牵引力
摩擦带工作时紧边拉力可由下式计算
P Nv eeL ff? ?102 1?? (5-100)
(5-99)
摩擦带对料袋的摩擦力满足下式才能牵引料袋与包装材料
2 21 2? ? ? ?N f P N fZ ?
式中, f1— 摩擦带与料袋间摩擦系数；
f2— 料袋与料管管壁之间摩擦系数；
N＇ — 调压装置通过带施加料管的正压力 ;
PZ— 成型器, 导辊等对料袋运动的阻力 ;
则所需正压力
? ? ?N Pf fZ2
1 2( )
P N fL ? ?2 1只有 摩擦带才能转动自如,亦即
102 1 2 1Nv ee N fff ?? ? ? ? (5-103)
(5-102)
(5-101)
由此式可求出皮带传递功率的大小 。
考虑到皮带传动的效率 η 所需输入磨擦带使之正常工作的功率。
N N f v ee N fff? ? ? ? ?1 151 1 2? ??
式中, α— 摩擦带在轮上的包角；
f— 摩擦带与轮子之间的摩擦系数 ;
v— 摩擦带线速度 。
实际使用中也应考虑安全系数 n=2～ 3左右 。
(5-104)
