【正文】 帶輕便、使用便利、保鮮和可 密封 性等諸多方面占有優(yōu)勢(shì)。自立袋由 PET、 foil、 PE、 紙等材料復(fù)合而成，可以有 2 層， 3 層等其他規(guī)格材質(zhì)，具體視包裝的產(chǎn)品而定。也可根據(jù)需要增加隔氧保護(hù)層，降低透氧率，延長產(chǎn) 品的貨架壽命期。 據(jù)英國市場(chǎng)研究和營銷公司 PCI 薄膜咨詢公司最新的調(diào)查報(bào)告顯示，歐洲對(duì)自立袋的需求將在 2021 年增長 50%左右。報(bào)告的撰寫人 PaulGaster 指出：“近年來，隨著品牌持有者、零售商和 消費(fèi)者逐漸意識(shí)到自立袋所具有的成本效率、便利性和環(huán)保優(yōu)勢(shì)，人們對(duì)這種包裝的態(tài)度也發(fā)生了變化?！? 所以說用自立袋來取代一些傳統(tǒng)軟包裝已成為一種必然的趨勢(shì)，相應(yīng)的自立袋包裝機(jī)械就進(jìn)入我們的研究中。 袋成型通常是包裝設(shè)備的一部分，但也有單獨(dú)的袋成型機(jī)，例如我國佛山市天正機(jī)械有限公司研發(fā)的三邊封袋、自立袋拉鏈袋加閥制袋機(jī)，它可以制作常規(guī)的三邊封袋和自立袋，正常速度每分鐘 30100 袋，在包裝速度上國外同類型的設(shè)備要高于國內(nèi)水平。 袋成型機(jī)械屬于包裝機(jī)械系列，我國的包裝機(jī)械發(fā)展較晚，目前處于起步應(yīng)用階段。近幾年通過參 考國外產(chǎn)品，進(jìn)行消化、吸收及自主開發(fā)研制，技術(shù)上有了很大的提高。但是與世界包裝機(jī)械四強(qiáng)（日、德、美、意）相比仍有較大差距。我國生產(chǎn)的包裝機(jī)械通常是集制袋 — 充填 — 封口 — 切斷 — 輸出為一體的綜合設(shè)備，機(jī)型有立式和臥式兩種。 隨著自立袋得到消費(fèi)者廣泛的認(rèn)可，并且能滿足多種產(chǎn)品的包裝，這就使得對(duì)自立袋的需求日益增加。那么能夠設(shè)計(jì)一臺(tái)高效率、高產(chǎn)量的自立袋成型機(jī)則迫在眉睫。本次設(shè)計(jì)的目的就是在目前市場(chǎng)上已有的自立袋成型機(jī)上進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)更高效的成型機(jī)。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 我國的包裝機(jī)械發(fā)展較晚，目前正處于 起步應(yīng)用階段。近幾年通過參考國外產(chǎn)品，進(jìn)行消化、吸收及自主開發(fā)、研制，技術(shù)上有了很大的提高。但是與世界包裝機(jī)械四強(qiáng)（日、德、美、意）相比，仍有較大差距，其中美國包裝機(jī)械的品種和產(chǎn)量均居世界之首，其產(chǎn)品以高、大、精、尖產(chǎn)品居多，復(fù)雜產(chǎn)品居多；德國包裝設(shè)備在計(jì)量、制造、技術(shù)性能等方面均居領(lǐng)先地位；意大利包裝機(jī)械 40%左右是食品包裝機(jī)械，主要特點(diǎn)是性能優(yōu)良、外觀考究、價(jià)格便宜；日本的包裝機(jī)械素以技術(shù)先進(jìn)、性能優(yōu)良、質(zhì)量可靠聞名于世，體積小、精密度高、安裝容易、操作方便，自動(dòng)化程度較高是其主要特點(diǎn)。 外包裝機(jī)械的特點(diǎn)： （ 1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、模組化。用一臺(tái)包裝機(jī)可以完成對(duì)不同物料的包裝，只需利用原有機(jī)型的模組化設(shè)計(jì)，在短時(shí)間內(nèi)迅速進(jìn)行規(guī)格更換即可實(shí)現(xiàn)。 （ 2）運(yùn)動(dòng)精度高。采用各種新技術(shù)，通過伺服電機(jī)、編碼器及數(shù)字控制 ,可編程控制器 PLC等高精密執(zhí)行機(jī)構(gòu)去控制各種動(dòng)作，使得整機(jī)的制袋精度提高。 （ 3）包裝速度快。目前，國外小袋包裝機(jī)單列包裝速度一般為 3080 袋 /分，很多公司推出的多列式包裝機(jī) (從 2 列到 10 列 )，使得包裝速度有了很大提高。如意大利 ILAPAK公司的 300 和 400 系列 枕型包裝機(jī)，包裝速度達(dá)到 120 袋 /分；日本二光機(jī)械的 FC1000型小袋枕型包裝機(jī)，有 12 列，速度可達(dá)到 1000 袋 /分。 （ 4）包裝形式多樣化。國外的袋包裝目前有二邊封合袋、四邊封合袋、枕形袋、風(fēng)琴式和自立袋等。用戶根據(jù)市場(chǎng)的需要有很大的選擇空間。 （ 5）控制智能化、彈性化。國外大多機(jī)器，都能夠通過智能型控制儀表，觸摸屏上的菜單式應(yīng)用軟件，進(jìn)行跟蹤調(diào)整機(jī)器的各種參數(shù)。 ： 由于用戶的技術(shù)水平和各種環(huán)境因素的限制，我國包裝機(jī)械呈現(xiàn)這樣一種局面，對(duì)高端的設(shè)備需求量較小，對(duì)中低檔的設(shè) 備需求量大。在滿足中小型包裝機(jī)械要求的基礎(chǔ)上，打開市場(chǎng)，擴(kuò)大需求，大力發(fā)展高端包裝設(shè)備。在技術(shù)水平方面，我們的差距在于： （ 1）速度較低且結(jié)構(gòu)單一品種少； （ 2）精度水平較低； （ 3）可靠性較低； （ 4）自動(dòng)化水平和智能化有待提高。 隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人們生活水平的日益提高，對(duì)包裝多樣化的要求越來越多，改革迫在眉睫，我們應(yīng)大力發(fā)展改進(jìn)新技術(shù)，進(jìn)行技術(shù)革新，發(fā)展高端技術(shù)，加快技術(shù)自主創(chuàng)新，提高包裝機(jī)械的品質(zhì)和生產(chǎn)效率。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 3 課題研究的內(nèi)容 在調(diào)研的基礎(chǔ)上，根據(jù)對(duì)幾種不 同類型的自立袋成型機(jī)的特點(diǎn)和總體方案的分析，將分析主要工作機(jī)構(gòu) (供送、成型、牽引、封切、傳動(dòng) )之間的相互配合關(guān)系，完成對(duì)自立袋成型機(jī)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)和理論分析及其主要參數(shù)的確定。整體的設(shè)計(jì)思路和結(jié)構(gòu)如圖 所示： 圖 整體的設(shè)計(jì)思路和結(jié)構(gòu)圖 自立袋成型機(jī)的工藝流程，復(fù)合薄膜材料經(jīng)導(dǎo)膜輥傳送至成型器，再經(jīng)過底部折疊裝置折出自立袋袋底，經(jīng)導(dǎo)膜輥壓平整傳送至底部橫封器，實(shí)現(xiàn)對(duì)自立袋底部熱封，再經(jīng)縱封裝置封合，經(jīng)水冷裝置冷卻后由易撕口裝置開口，光電檢測(cè)確定制袋的精度，伺服牽袋裝置是保證袋傳送運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，最 后剪切裝置裁切成型，經(jīng)輸送帶運(yùn)送。 本課題研究內(nèi)容和設(shè)計(jì)工作主要包括以下幾個(gè)方面 : （ 1）電機(jī)的選擇，傳動(dòng)系統(tǒng)方案的擬定，運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)的確定。 （ 2）送膜裝置的組成，力學(xué)分析及定位控制方式。 （ 3）袋成型器的設(shè)計(jì)。 （ 4）橫封、縱封裝置熱封形式的選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 （ 5）剪切裝置的選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 （ 6）控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)， PLC、人機(jī)界面的應(yīng)用。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 4 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)參數(shù) 設(shè)計(jì)的袋成型機(jī)的方案滿足如下性能、性質(zhì)要求： （ 1）制袋類型：自立袋 （ 2）制袋速度： 7090 個(gè) /分鐘 （ 3）成型袋規(guī)格：長 100200mm，寬 50150mm （ 4）整機(jī)外形尺寸 : 2021mm 1000mm 1000mm （ 5）機(jī)身重量 : 約 1500kg （ 6）電壓三相 : 380V 50Hz 技術(shù)要求： 。 ，便于調(diào)整。 、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠。 。 ，盡量使用標(biāo)準(zhǔn)件、通用件，以降低制造成本。 工藝流程分 析 機(jī)器類型選擇如下： 分為單工位和多工位。單工位包裝機(jī)的所有包裝操作都集中在一個(gè)工位上完成，當(dāng)一件 (組 )物品完成全部包裝并輸出之后，下一件 (組 )物品才能進(jìn)入機(jī)器開 始包裝。多工位包裝機(jī)，物品從輸入到輸出，必須經(jīng)過多個(gè)工位，而且在不同的工位上依次完成各個(gè)包裝操作。由于袋成型機(jī)制袋過程比較復(fù)雜，需要較多的執(zhí)行機(jī)構(gòu) (供膜、封合、切斷等 )，將包裝操作分散在不同的工位上同時(shí)進(jìn)行，能夠提高生產(chǎn)效率，所以選擇多工位。 運(yùn)動(dòng)形式分為間歇運(yùn)動(dòng)和連續(xù)運(yùn)動(dòng)。間歇運(yùn) 動(dòng)指物品由一個(gè)工位轉(zhuǎn)移到另一個(gè)工位作間歇步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，主要包裝操作可在物品靜止時(shí)完成。一般適用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較多的機(jī)器，但其慣性力和沖擊現(xiàn)象不利于提高生產(chǎn)率。連續(xù)運(yùn)動(dòng)是物品及傳送系統(tǒng)均作連續(xù)等速運(yùn)動(dòng)。在包裝機(jī)進(jìn)行工作時(shí)，各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是并行工作的，這樣既能夠提高生產(chǎn)率，縮短生產(chǎn)周期，也能減小機(jī)器空間。根據(jù)分析，本設(shè)計(jì)采用間歇式運(yùn)動(dòng)。 綜上分析，本課題研究的自立袋成型機(jī)采用多工位、間歇運(yùn)動(dòng)型。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 5 圖 袋成型機(jī)一般工藝流程圖 如圖 是臥式自立袋成型機(jī)的一般工藝流程簡圖，復(fù)合薄膜材料經(jīng)導(dǎo)膜輥組傳送至袋 成型器，再經(jīng)過底部折疊裝置折出自立袋袋底，經(jīng)導(dǎo)膜輥壓平整傳送至底部橫封器，實(shí)現(xiàn)對(duì)自立袋底部熱封，再經(jīng)縱封裝置封合，經(jīng)水冷裝置冷卻后由易撕口裝置開口，光電檢測(cè)確定制袋的精度，伺服牽袋裝置是保證袋傳送運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，最后剪切裝置裁切成型，經(jīng)輸送帶運(yùn)送。 確定主要執(zhí)行構(gòu)件 供送系統(tǒng) 膜的預(yù)牽引功能是將卷筒上的膜經(jīng)過放膜機(jī)構(gòu)預(yù)先儲(chǔ)存到儲(chǔ)膜機(jī)構(gòu)上，使膜在制袋區(qū)域保持恒張力，由放膜機(jī)構(gòu)、導(dǎo)膜機(jī)構(gòu)、和儲(chǔ)膜機(jī)構(gòu)組成。 放膜機(jī)構(gòu)由驅(qū)動(dòng)輥和壓力輥組成，驅(qū)動(dòng)輥同向轉(zhuǎn)動(dòng)，在壓力 輥的作用下與薄膜形成較大的摩擦力，由于摩擦薄膜會(huì)被牽引著運(yùn)動(dòng)。在膜的預(yù)牽引過程中，預(yù)牽引速度和驅(qū)動(dòng)輥的線速度有關(guān)，不受卷膜大小變化影響；導(dǎo)膜機(jī)構(gòu)由多個(gè)導(dǎo)向輥組成，作用是根據(jù)設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)，使膜的走向合理，釋放膜的應(yīng)力；儲(chǔ)膜機(jī)構(gòu)由多個(gè)固定導(dǎo)輥和移動(dòng)導(dǎo)輥、導(dǎo)輥支架、檢測(cè)開關(guān)組成。作用是釋放膜的張力和靜電，儲(chǔ)備張力基本恒定地展開膜。保障了膜在袋子成型過程中平穩(wěn)、不跑偏、成型效果好。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 6 圖 膜預(yù)牽引機(jī)構(gòu) 如圖 ，儲(chǔ)膜機(jī)構(gòu)由機(jī)械擋塊限位，結(jié)合檢測(cè)開關(guān)進(jìn)行控制，檢 測(cè)開關(guān) SQ1， SQ2，SQ3 和 SQ4 檢測(cè)移動(dòng)輥的位置，控制預(yù)牽引電機(jī)運(yùn)行。當(dāng) SQ2 檢測(cè)到信號(hào)后，預(yù)牽引電機(jī)慢速啟動(dòng)運(yùn)行，移動(dòng)輥在重力作用下向下移動(dòng)， SQ1 檢測(cè)到信號(hào)后預(yù)牽引電機(jī)加速運(yùn)行。移動(dòng)輥下降過程中， SQ3 檢測(cè)到信號(hào)后預(yù)牽引電機(jī)減速運(yùn)行， SQ4 檢測(cè)到信號(hào)后預(yù)牽引電機(jī)停止。隨著制袋機(jī)構(gòu)對(duì)膜的牽引，移動(dòng)輥開始上升。設(shè)置 SQ2 和 SQ3 檢測(cè)開關(guān)的目的是預(yù)牽引電機(jī)有一個(gè)慢速運(yùn)行段，移動(dòng)輥比較長時(shí)間保持在某一個(gè)移動(dòng)范圍內(nèi)，減少預(yù)牽引電機(jī)的起停次數(shù)。 袋成型裝置 制袋成型器是使塑料薄膜材料卷折成各種 袋型的專用裝置，對(duì)包裝的形式、尺寸、產(chǎn)品質(zhì)量等均有直接影響。通過對(duì)制袋成型器的改進(jìn)使其能夠適應(yīng)不同包裝材料的寬度。 常用的制袋成型器有：翻領(lǐng)成型器、象鼻成型器、三角板成型器、 U 形板成型器和缺口導(dǎo)板成型器五種。如圖 所示，不同成型器的結(jié)構(gòu)、性能各有優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用場(chǎng)合也各不相同。 圖 常用制袋成型器 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 7 正確設(shè)計(jì)和制造成型器的關(guān)鍵點(diǎn)為： ，使薄膜不產(chǎn)生縱向或縱向的拉伸變形以及皺折等。 、無拉伸、無騰空地通過成型器，自然卷合，正確成型。 ，制造方便，調(diào)試容易。 本次設(shè)計(jì)制袋成型器選用三角板成型器。 三角板成型器：由等腰銳角三角形板和 U 形立桿 (或平行導(dǎo)輥 )連接在基板上形成，利用成型器的形狀，迫使平張薄膜近似對(duì)折成型。三角成型器結(jié)構(gòu)簡單，對(duì)機(jī)型、袋形規(guī)格及材料的適應(yīng)性好，能適應(yīng)包裝袋尺寸變化較大的情況，調(diào)整時(shí)只需調(diào)節(jié)基板的上下位置即可。適用范圍廣泛，立式、臥式的間歇或連續(xù)的三面、四面制袋包裝機(jī)上都有應(yīng)用。 橫封裝置 塑料薄膜及其復(fù)合材料是自動(dòng)制 袋包裝機(jī)中最常用的包裝材料，特別是多層復(fù)合薄膜，因?yàn)樗臍饷苄粤己靡约案邚?qiáng)度而廣泛應(yīng)用于各類包裝中。 塑料薄膜的封口采用熱融封合的方法，利用薄膜材料的熱塑性，對(duì)薄膜進(jìn)行加熱加壓，使袋口密封。薄膜熱封原理是，在加熱條件下，對(duì)兩層以上的薄膜施加一定的壓力，使薄膜的熱合部位局部達(dá)到熔融狀態(tài)，經(jīng)過一段時(shí)間后，兩層薄膜的分子相互滲透，經(jīng)過冷卻、定型后實(shí)現(xiàn)熱封合。有以下幾種封合方式： （ 1)熱板式加壓封合：該封口方式結(jié)構(gòu)簡單，封合速度快，適用于聚乙烯類薄膜，但對(duì)遇熱易收縮或易分解的聚丙烯及聚氯乙烯 薄膜不適用。 （ 2)環(huán)帶式熱壓封合：該封合方式能連續(xù)工作，效率高，封口質(zhì)量好，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，適用于易熱變形的塑料薄膜及復(fù)合材料的封口。 （ 3)熱輥式加壓封合：由于熱輥式加熱能連續(xù)工作，因此生產(chǎn)率較高，可用于復(fù)合薄膜的袋成型，適用于枕式包裝機(jī)。 （ 4)高頻加熱封合由于是內(nèi)部加熱，中心溫度高，薄膜表而不會(huì)被過熱，所得封口強(qiáng)度高，主要適用于聚氯乙烯類感應(yīng)阻抗大的薄膜材料，不適用于低阻抗薄膜。 （ 5)脈沖加熱封合該方法的特點(diǎn)是封口質(zhì)量高，適于易受熱變形、易受熱分解的薄膜，但冷卻時(shí)間長，封合速 度較慢。 （ 6)電熱絲熔斷封合這種封口沒有較寬的封合帶，封口強(qiáng)度低，適用于氣密性要求不高的包裝袋封口。 經(jīng)過上述分析，考慮本次設(shè)計(jì)所采用包裝材料為紙 /聚乙烯復(fù)合薄膜材料，且運(yùn)動(dòng)形式為間歇運(yùn)動(dòng)，所以封口形式采用熱板式加壓封合方式。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 8