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      基于連續(xù)回轉(zhuǎn)式充填方案的開袋補(bǔ)償分析

      發(fā)布時間:2021-03-24 15:58:39 |來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

      0引言
      多功能袋包裝是集制袋、充填、封口、分切于一體的包裝機(jī)[1-2]。20 世紀(jì) 90 年代以來,隨著包裝材料的不斷更新,商品的軟包裝領(lǐng)導(dǎo)著包裝的主要潮流,多功能袋包裝機(jī)得到了迅速發(fā)展。袋成型—充填—封口包裝機(jī)作為一種高效的、優(yōu)秀的軟包裝機(jī)械,適用于各種塑料復(fù)合薄膜袋和鋁箔復(fù)合薄膜袋,在我國輕工、食品、藥物、化工等行業(yè)的產(chǎn)品包裝中應(yīng)用非常廣泛[3-4]。然而,目前此類包裝機(jī)基本是以間歇式制袋充填包裝的形式,包裝的速度和產(chǎn)能受到很大限制,影響了包裝效率和水平的發(fā)揮,急需開發(fā)高速高效的自動化包裝設(shè)備,實現(xiàn)規(guī)?;a(chǎn)[5-7]。
      多功能袋包裝機(jī)的包裝工藝一般由制袋、開袋、充填、封口等工序組成,制袋完成后再分切成獨立的單袋進(jìn)入充填,充填裝置通常需要停頓以便接袋、開袋及充填,這些停頓時間相對較長,限制了包裝機(jī)的生產(chǎn)效率[8-9]。因此,研究設(shè)計適合連續(xù)多功能袋包裝的包裝袋形式及開袋充填方式,對于實現(xiàn)包裝的連續(xù)高速化作業(yè)具有重要意義。
      1連續(xù)回轉(zhuǎn)式充填工藝方案研究
      1.1連續(xù)包裝袋
      包裝袋形式對制袋、開袋充填工藝有很大影響。多功能袋包裝機(jī)主要用于小袋包裝。在線制袋小袋的包裝形式有很多,按袋的形狀和成袋工藝主要分為枕形袋、四面封口袋、三面封口袋和直立袋。其中在臥式多功能袋包裝機(jī)中, 以三面封口和四面封口制袋充填封口包裝機(jī)為主[10]。
      傳統(tǒng)的臥式四面封袋成型 - 充填 - 封口包裝機(jī)中,薄膜經(jīng)制袋裝置成型后由切斷裝置將其分切為一個個獨立的未封口的包裝袋,再由充填裝置進(jìn)行接袋、開袋、充填完成包裝[11]。
      單個包裝袋進(jìn)入充填裝置后,接袋、開袋、充填等各動作都是針對單個包裝獨立完成,充填裝置通常需要停頓以便接袋、開袋及充填,這些停頓時間相對較長,限制了包裝機(jī)的工作效率。為解決這一問題,設(shè)計一種連續(xù)包裝袋形式及其接袋、開袋,充填包裝工藝方法,連續(xù)包裝袋進(jìn)入充填裝置時的狀態(tài),所有的包裝袋作為一個相互連接的整體。
      1.2連續(xù)回轉(zhuǎn)式充填工藝
      如上所述,欲提高包裝機(jī)生產(chǎn)效率,必需同時對多個包裝袋同時進(jìn)行充填。所有的包裝袋作為一個相互連接的整體,包裝袋一個接一個連續(xù)進(jìn)入充填裝置完成開袋、充填動作。借鑒飲料灌裝生產(chǎn)線的運作形式,采用回轉(zhuǎn)式開袋充填方式,在充填裝置回轉(zhuǎn)的過程中,完成開袋、充填動作。

      連續(xù)包裝袋回轉(zhuǎn)式充填工藝示意圖

      圖 1 所示為連續(xù)包裝袋回轉(zhuǎn)式充填工藝示意圖,一個包裝袋對應(yīng)一個工位,I 為接袋位置, II 為開袋位置,III 為開袋完成位置,IV 為充填完成位置。制袋裝置制成的連續(xù)包裝袋經(jīng)導(dǎo)向輥在位置 I 由接袋夾袋手夾持進(jìn)入充填裝置,夾袋手夾持連續(xù)包裝袋繞主軸旋轉(zhuǎn),包裝袋由位置 II 旋轉(zhuǎn)到位置 III 的過程中由夾袋手和真空吸頭協(xié)同完成開袋,開袋完成后充填頭下降伸入袋內(nèi)開始進(jìn)行充填,包裝袋隨著主軸旋轉(zhuǎn)過程中持續(xù)充填,到達(dá)位置 IV 時充填完成,然后由牽引裝置牽引離開充填裝置。
      圖2 所示為連續(xù)包裝袋開袋充填工位分配圖。傳統(tǒng)的獨立單袋開袋充填裝置通常有 6 個或 8 工位,對于連續(xù)包裝袋開袋充填,由于其整個過程是連續(xù)無停頓,必須充分保證其充填時間,借鑒飲料灌裝生產(chǎn)工藝與裝置,將連續(xù)袋開袋充填裝置設(shè)計為 12 個工位,其中接袋部位 A、開袋部位 B 各占一個工位,充填部位 C 占 7 個工位,部位 D 占3 個工位用于夾袋手接袋準(zhǔn)備和真空吸頭開袋準(zhǔn)備,各個工位緊密配合,連續(xù)工作。

      連續(xù)包裝袋開袋充填工位分配圖

      在該連續(xù)包裝袋開袋充填工藝中,包裝袋在充填裝置回轉(zhuǎn)過程中連續(xù)完成接袋、開袋、充填動作,中間無停頓,減少了傳統(tǒng)的臥式四面封袋成型 - 充填 - 封口包裝機(jī)接袋、開袋及充填的等待時間,且包裝袋是連續(xù)的,充填后可直接牽引后端的袋子來實現(xiàn)袋體的傳送。包裝袋充填完成后再進(jìn)入封口裝置進(jìn)行封口,再由分切裝置將其切斷為獨立的包裝袋,大大提高了包裝機(jī)的工作效率。
      2開袋補(bǔ)償技術(shù)研究
      2.1開袋補(bǔ)償技術(shù)方案
      對于連續(xù)包裝袋,包裝袋在開袋的過程中將在長度和寬度方向上尺寸出現(xiàn)減小,尤其是袋口寬度方向尺寸的減小對開袋充填的同步性有很大影響。為消除這種減小量,需要在開袋前道或后道工序給予寬度補(bǔ)償,由于旋轉(zhuǎn)式開袋方式,開袋完成后需繼續(xù)保持袋口形狀以方便充填,后道工序不便給予寬度補(bǔ)償,因此應(yīng)在開袋過程中由開袋前道工序進(jìn)行寬度補(bǔ)償。圖 3 所示為連續(xù)包裝袋開袋前后的狀態(tài),連續(xù)包裝袋開袋后在寬度方向出現(xiàn)減少,由開袋前道工序提供寬度補(bǔ)償。

      連續(xù)包裝袋開袋前后狀態(tài)示意圖

      圖 4 所示為連續(xù)袋開袋補(bǔ)償工藝示意圖,主軸旋轉(zhuǎn),連續(xù)包裝袋由接袋夾袋手夾持依次進(jìn)入充填裝置接袋工位 A、開袋工位 B 及充填工位 C 以完成開袋充填,工位 A 和工位 B 協(xié)同完成開袋與補(bǔ)償。

      包裝機(jī)開袋補(bǔ)償工藝示意圖

      由于開袋造成包裝袋寬度方向尺寸減少,必須給予補(bǔ)償,因此接袋夾袋手除了隨主軸旋轉(zhuǎn)外, 還需通過額外的旋轉(zhuǎn)拉扯后面的包裝袋給予開袋補(bǔ)償,即開袋夾袋手通過在活動槽內(nèi)繞主軸中心額外旋轉(zhuǎn)夾持連續(xù)包裝袋由位置 I 旋轉(zhuǎn)到位置 II 的過程中完成拉袋補(bǔ)償,夾袋手由位置 II 旋轉(zhuǎn)到位置 III 的過程中開袋完成,包裝袋通過調(diào)整補(bǔ)償輥的松放和角速度來提供所需補(bǔ)償長度。
      2.2開袋補(bǔ)償參數(shù)分析
      通過對拉袋補(bǔ)償量與補(bǔ)償時間之間關(guān)系進(jìn)行參數(shù)分析,對于協(xié)調(diào)開袋與補(bǔ)償及充填的同步性[12],提高包裝機(jī)生產(chǎn)效率具有重要意義。

      包裝機(jī)開袋補(bǔ)償原理圖

      由圖 5 所示為連續(xù)袋開袋和補(bǔ)償部分原理圖,主軸以等角速度ω 0 作主動回轉(zhuǎn),ω 1 為夾袋手在位置 V 時夾袋手繞中心點旋轉(zhuǎn)的角速度,ω 2為夾袋手在位置 I 時的角速度,ω 3 為夾袋手在位置 II 時的角速度。包裝袋在位置 IV 充填完成后夾袋手松開包裝袋到達(dá)位置 V,位置 I 為包裝袋進(jìn)入充填裝置由接袋夾袋手夾住包裝袋的初始位置,位置 II 為包裝袋完全完成開袋時左側(cè)夾袋手所處位置,夾袋手由 I 旋轉(zhuǎn)到位置 II 的過程中,完成拉袋補(bǔ)償動作。
      夾袋手要實現(xiàn)拉袋補(bǔ)償,則要求后面夾袋手旋轉(zhuǎn)速度大于前面夾袋手旋轉(zhuǎn)速度,實現(xiàn)差速補(bǔ)償,因此需要給予后面夾袋手額外的動力,使夾袋手在 I 位置時已達(dá)到合適的速度。為滿足這一要求,夾袋手需在位置 V 時開始加速,設(shè)其角加速度為β 1;在 I 位置時達(dá)到合適速度完成接袋,同時夾袋手到達(dá)位置 II 完成開袋后夾袋手速度與主轉(zhuǎn)盤速度大小一致,則要求接袋夾袋手在 I 到II 的過程中減速旋轉(zhuǎn),設(shè)其角加速度為β 2。則有以下關(guān)系:

      包裝袋位置關(guān)系圖

      式中V0——充填夾袋手繞主軸旋轉(zhuǎn)速度/m·s-1
      V1——夾袋手在位置Ⅴ時速度 / m·s-1
      V3——夾袋手在位置Ⅱ時速度 / m·s-1
      包裝袋速度關(guān)系圖
      設(shè)包裝袋初始寬度為L1,開袋后包裝袋寬度為L2,在圖6所述開袋補(bǔ)償方案中,實際包裝袋寬度為夾袋手夾持長度d 與夾袋手外部包裝袋部分寬度之和,開袋補(bǔ)償量為包裝袋初始寬度與開袋完成后包裝袋寬度之差,即開袋補(bǔ)償量為:

      開袋補(bǔ)償量圖

      由公式(12)可知,連續(xù)包裝袋開袋補(bǔ)償量與主軸角速度、夾袋手接袋端額外補(bǔ)償加速度及夾持端軌跡半徑有關(guān)。實際上,在充填裝置外徑一定的條件下,環(huán)繞充填裝置的連續(xù)袋的總寬度是確定的,因此這時其開袋補(bǔ)償量與包裝袋充填時所需開口大小有關(guān)。對于規(guī)格在一定范圍內(nèi)的包裝袋,在保證生產(chǎn)速度的前提下,可通過適當(dāng)調(diào)整活動槽7(見圖 4)的活動范圍來改變夾袋手在接袋端的活動位置,或調(diào)整夾袋手在接袋端額外補(bǔ)償加速度大小來適應(yīng)不同規(guī)格的包裝袋的開袋補(bǔ)償,以滿足不同規(guī)格的包裝袋充填時所需開口大小的要求。
      通過對拉袋補(bǔ)償量與補(bǔ)償時間之間關(guān)系進(jìn)行參數(shù)分析,對于后續(xù)充填裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計和空間布局具有參考作用,要順利完成連續(xù)袋開袋充填動作,必須保證開袋與補(bǔ)償、開袋與充填的同步性。
      3結(jié)束語
      本文基于臥式回轉(zhuǎn)式充填結(jié)構(gòu),通過對連續(xù)包裝袋的特性分析,詳細(xì)研究了連續(xù)包裝袋開袋及補(bǔ)償?shù)奶攸c與要求,設(shè)計了連續(xù)包裝袋開袋充填工藝及補(bǔ)償技術(shù)方案,保證接袋、開袋及充填動作連續(xù)完成,減少了傳統(tǒng)袋包裝機(jī)中開袋充填的停頓等待時間,提高了袋包裝機(jī)工作效率。對拉袋補(bǔ)償進(jìn)行了參數(shù)分析,探討了開袋補(bǔ)償量與補(bǔ)償時間的關(guān)系,有利于協(xié)調(diào)實現(xiàn)開袋與補(bǔ)償及充填動作的同步性。連續(xù)包裝袋開袋充填工藝與補(bǔ)償技術(shù)方案的.

       

       

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