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０　 引言

自動(dòng)包裝機(jī)是指能完成全部或部分包裝過(guò)程的機(jī)器 ［１］ 。包裝過(guò)程包括成型、 充填、 封口和包裹等主要包裝工序以及清洗、 干燥、 殺菌、 貼標(biāo)、 捆扎、 集裝和拆卸等前后包裝工序， 轉(zhuǎn)送、 送別等其他輔助包裝工序。茶葉自動(dòng)包裝機(jī)是專為茶葉成型或者類似商品包裝而設(shè)計(jì)的包裝機(jī)械， 其基本工藝過(guò)程是：包裝膜經(jīng)袋成型器后變成對(duì)折狀， 裹著塊狀包裝物經(jīng)牽引輪及中縫加熱輪完成縱封過(guò)程， 經(jīng)封切器完成橫封過(guò)程并切斷， 最后由輸送帶送出。

橫封是茶葉自動(dòng)包裝過(guò)程中的一道重要工序，它通常位于縱封工序的后面， 作用是使茶葉經(jīng)過(guò)縱封的袋子橫向密封并切斷。而茶葉自動(dòng)包裝機(jī)的橫封動(dòng)作通常是有橫封機(jī)構(gòu)來(lái)完成的， 隨著包裝機(jī)運(yùn)行速度的提高， 對(duì)橫封機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析， 對(duì)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與校驗(yàn)是非常必要的。

根據(jù)上述要求利用 Pro／Ｅ進(jìn)行三維建模， 再通過(guò)MECHANISM ／ Pro接口導(dǎo)入 ADMS中進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)學(xué)、 動(dòng)力學(xué)仿真， 從而能夠快速的設(shè)計(jì)出產(chǎn)品加工所需要的重要數(shù)據(jù)。

１　 橫封機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

橫封機(jī)構(gòu)是將縱封機(jī)構(gòu)熱封后的包裝材料， 按其工藝要求的長(zhǎng)度規(guī)格進(jìn)行橫向封合的機(jī)構(gòu)。包裝的封口是包裝工藝必不可少的環(huán)節(jié)。封口的好壞會(huì)直接影響包裝產(chǎn)品的外觀質(zhì)量和保質(zhì)期。因此包裝質(zhì)量在很大程度上市取決于封口的質(zhì)量。所以對(duì)于橫封機(jī)構(gòu)的改進(jìn)是非常重要的。根據(jù)實(shí)現(xiàn)功能和運(yùn)動(dòng)形式的不同， 間歇式橫封機(jī)構(gòu)可以分為兩大類： 一類只作封口用， 即只有間歇的橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)； 另一類兼具熱封合和牽引兩種功能， 即除橫向的往復(fù)開(kāi)合運(yùn)動(dòng)， 還完成往復(fù)的間歇牽引運(yùn)動(dòng) ［２］ 。

２　 基于Pro／Ｅ的三維建模

零部件的三維建模技術(shù)， 是建立裝配模型與虛擬樣機(jī)模型的基礎(chǔ)， 利用 Pro／Ｅ 軟件作為虛擬樣機(jī)裝配的平臺(tái)， 它強(qiáng)大的三維零件模型功能使得可以通過(guò)快速而準(zhǔn)確且更加直觀的建立各零部件的模型 ［３］ 。

茶葉制袋充填包裝機(jī)橫封機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械系統(tǒng)總共包括氣缸機(jī)構(gòu)、 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、拉桿機(jī)構(gòu)、 橫封塊機(jī)構(gòu)和機(jī)架 ［４ ］ 。在裝配過(guò)程中根據(jù)系統(tǒng)的各功能單元所實(shí)現(xiàn)的功能不同， 將整個(gè)系統(tǒng)劃分為氣缸機(jī)構(gòu)、 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、 前橫封機(jī)構(gòu)、 后橫封機(jī)構(gòu)和機(jī)架 ５個(gè)組件子裝配， 然后整體裝配以完成整個(gè)系統(tǒng)的裝配。根據(jù)前述層次結(jié)構(gòu)， 經(jīng)過(guò)裝配順序、 裝配約束、 初次裝配及轉(zhuǎn)配更改， 最終形成圖 ２所示的虛擬裝配結(jié)構(gòu)。
 

３　 參數(shù)化建模與分析

為了確定驅(qū)動(dòng)臂和搖臂之間的夾角 θ 對(duì)橫封機(jī)構(gòu)工作性能的影響， 在 ADAMS中建立如圖３所示的參數(shù)化模型后， 確定驅(qū)動(dòng)臂和搖臂之間的夾角 θ為設(shè)計(jì)變 量， 設(shè) 置 夾角 θ＝１０° ， ２０°，３０°，４０°，５０°，６０°，７０°，８０°，９０°， 1００°分別進(jìn)行仿真分析。為滿足工作需求（ 即前后橫封塊間距離Ｌ保持在１２２～２５0之間），給定的驅(qū)動(dòng)方程亦有相應(yīng)的改動(dòng)，主要是通過(guò)改動(dòng) β 的值來(lái)實(shí)現(xiàn)。

通過(guò)對(duì)在不同夾角 θ 和相應(yīng)的 β 值下的機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真分析， 測(cè)得前后橫封塊之間的距離 Ｌ 的曲線圖。

 前后橫封塊之間的距離 Ｌ 在規(guī)定的范圍內(nèi)， 說(shuō)明了橫封機(jī)構(gòu)的仿真符合生產(chǎn)實(shí)際， 達(dá)到了預(yù)期的工作要求。

４　 橫封機(jī)構(gòu)的仿真分析

在Pro／Ｅ中將其實(shí)體模型裝配好， 然后通過(guò)ＭＥＣＨＡＮＩＳＭ／Ｐｒｏ接 口 模塊導(dǎo)入ADAMS 軟件中。茶葉制袋充填包裝機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真主要是通過(guò)給定氣缸的運(yùn)動(dòng)規(guī)律， 驗(yàn)證設(shè)計(jì)的包裝機(jī)結(jié)構(gòu)是否能滿足工作要求， 達(dá)到預(yù)定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)， 成功地完成封口作用 ［５］ 。同時(shí)， 檢測(cè)包裝機(jī)機(jī)構(gòu)中各鉸鏈和各部件的運(yùn)動(dòng)軌跡是否合理以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否正確，使設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)不會(huì)發(fā)生干涉、 碰撞等問(wèn)題， 以期實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)。

在ＡＤＡＭＳ中， 給定茶葉制袋充填包裝機(jī)的氣缸運(yùn)動(dòng)方程是關(guān)于其活塞桿做活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)的驅(qū)動(dòng)方程， 總共設(shè)置了２個(gè)周期的方程。

活塞桿驅(qū)動(dòng)方程如下：

Tra　Ｘ disp（time） ＝０ ；Tra　Ｚ　disp（time） ＝０ ；

Tra?。?nbsp;disp（time） ＝ IF（ ２－ＴＩＭＥ ：（0.6－ＤＩＭ（２．６ ，TIME）－Ｄ ＩＭ（ＴＩＭＥ，２．６）＋ＤＩＭ（ＴＩＭＥ ，３．２））＊β，０，（０.６－ＤＩＭ（０.６ ， ＴＩＭＥ）－ＤＩＭ（ＴＩＭＥ，０．６）＋ＤＩＭ（ＴＩＭＥ，１．２））＊β）

在ＡＤＡＭＳ／Ｖｉｅｗ中進(jìn)行２周期４s２００步的仿真。
 

 表明各構(gòu)件在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能夠承受相應(yīng)的負(fù)載， 說(shuō)明茶葉制袋充填包裝機(jī)的機(jī)構(gòu)模型能夠滿足工作需要。同時(shí)， 相比較其他的包裝機(jī)構(gòu)， 所受到的力或力矩較小， 表明設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)性能好。

５　 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)茶葉包裝機(jī)的橫封機(jī)構(gòu)進(jìn)行理論分析與設(shè)計(jì)及動(dòng)力學(xué)仿真， 結(jié)果表明， 所設(shè)計(jì)的橫封機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)基本功能， 同時(shí)其工作性能好、 效率高。整個(gè)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與仿真利用虛擬樣機(jī)技術(shù)進(jìn)行， 過(guò)程簡(jiǎn)單， 縮小了機(jī)械傳動(dòng)的分析工作量， 提高了機(jī)械傳動(dòng)的設(shè)計(jì)效率， 是今后機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn) ：

［１］ 許林成 ．包裝機(jī)原理與設(shè)計(jì)［ Ｍ ］ ． 上海： 科學(xué)技術(shù)出版社， １９８８．

［２］ 湯  瑞 ．輕工自動(dòng)機(jī)［ Ｍ ］ ． 上海： 上海交通大學(xué)出版社，１９８６．

［３］ 詹啟賢 ．自 動(dòng) 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) ［ Ｍ ］ ． 北京： 輕工業(yè)出版社，１９８ ７．

［４］ 編寫(xiě)組． 包裝機(jī)械結(jié)構(gòu)圖冊(cè)［ Ｍ ］ ． 上海： 科學(xué)技術(shù)出版社， １９８１．

［５］ 喬峰麗 ．包裝機(jī)橫封機(jī)構(gòu)仿真研究 ［ Ｊ ］．包 裝工程，２０８ ，（１）：７５－７６．

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