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0. 引言

粉末包裝機(jī)是一種使用包裝紙將粉末，如： 咖啡粉、奶粉、豆粉等進(jìn)行小量包裝的自動化包裝機(jī)器[1,2]。

目前，學(xué)者們已經(jīng)對纏繞包裝機(jī)做了很多工作，如：荊萃等對連續(xù)式包裝機(jī)縱封牽引、橫封驅(qū)動的控制方法進(jìn)行深入研究，有效地解決了不等速傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)問題[3]。尚欣等分析了包裝機(jī)械快速設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境、組織結(jié)構(gòu)、功能以及一些典型模型和子系統(tǒng)，建立了包裝機(jī)快速設(shè)計(jì)支持模塊，開發(fā)了一個(gè)包裝機(jī)產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)制造集成平臺的原型系統(tǒng)[4]。王吉岱等利用智能高速型PLC、伺服系統(tǒng)與人機(jī)界面技術(shù)，去除原有機(jī)械凸輪機(jī)構(gòu)，改由電子凸輪功能控制橫封切刀，解決了傳統(tǒng)機(jī)械凸輪安裝困難、響應(yīng)滯后、量測性差等問題，使橫封切刀的運(yùn)動曲線可以即時(shí)改變[5]。李占賢等對包裝機(jī)橫封凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動分析，得到擺桿角速度和角加速度的變化規(guī)律及其存在的缺陷。推導(dǎo)樹出滿足工作要求和運(yùn)動特性的凸輪輪廓方程，利用MATLAB得出優(yōu)化后的凸輪輪廓曲線[6]。然而，粉末包裝機(jī)在實(shí)際使用中出現(xiàn)了很多問題，其在縱封機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、橫封機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)封合方法和包裝速度等方面還需要進(jìn)一步研究與完善。

本文在充分了解粉末包裝機(jī)基本工作原理的基礎(chǔ)上，提出了粉末包裝機(jī)的整機(jī)方案與結(jié)構(gòu)， 設(shè)計(jì)了包裝機(jī)的縱封機(jī)構(gòu)與橫封機(jī)構(gòu)。采用凸輪與圓柱滾子的配合來實(shí)現(xiàn)縱封機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并使用鉸鏈連接縱封頭與兩夾臂接桿。使用凸輪機(jī)構(gòu)與彈簧設(shè)計(jì)橫封機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)能夠有效地完成包裝紙的縱封與橫封。

1. 粉末包裝機(jī)的整機(jī)方案

粉末包裝機(jī)的主要工作流程為：1）物料經(jīng)由料斗送入，輸送至料盤。2）包裝紙由牽引輥牽引從卷筒向縱封頭輸運(yùn)。3）物料被包裝紙包卷，在縱封頭處實(shí)現(xiàn)縱封。4）經(jīng)縱封后的物料繼續(xù)向前輸運(yùn)，在橫封頭處橫封。5）橫封后，送至物盤， 完成包裝。圖1和圖2分別為粉末包裝機(jī)的方案原理示意圖，工藝路線圖。

本文設(shè)計(jì)的包裝機(jī)適用于咖啡粉、奶粉、豆粉等粉末狀物料的小量包裝。適用的參數(shù)條件為：生產(chǎn)能力為30袋/分，紙盒規(guī)格(長×寬)為50×50mm；使用的電機(jī)功率為0.75KW，電機(jī)轉(zhuǎn)速為1390r/min。

2. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

粉末包裝機(jī)主要有由縱封機(jī)構(gòu)、橫封機(jī)構(gòu)、

1.電機(jī)；2.蝸輪軸；3.V帶；4.蝸輪；5.凸輪；6.卷筒；7.牽引輥；8.料斗；9.料盤； 10.送料器；11.縱封頭；12.V帶；13.物盤；14.橫封頭；15.操作面板

圖1 粉末包裝機(jī)方案原理示意圖

2.2 橫封機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

橫封機(jī)構(gòu)也采用凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。此外，使用彈簧來實(shí)現(xiàn)橫封時(shí)的過渡和緩沖。其中， 凸輪基圓半徑為60mm，升程為40mm，凸輪厚度為16mm，推程角為0~110°，遠(yuǎn)休止角為110°~140°，回程角為140°~250°，停止角為250°~360°。橫封機(jī)構(gòu)由橫封凸輪、橫封桿、橫封頭、橫封銷、橫封支架、橫封彈簧、蓋形螺母、底板等零件組成。圖4為橫封機(jī)構(gòu)的裝配示意圖。

料盤裝置，走袋裝置，料卷裝置，V帶、軸、軸承、電機(jī)、端蓋、機(jī)架等組成。本文主要對縱封機(jī)構(gòu)與橫封機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.1 縱封機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

縱封機(jī)構(gòu)采用凸輪與圓柱滾子的配合來實(shí)現(xiàn)，使用鉸鏈連接縱封頭與兩夾臂接桿。其中，凸輪基圓半徑為40mm，升程為40mm，凸輪厚度為15mm，推程角為0~110°，遠(yuǎn)休止角為110°~140°，回程角為140°~250°，停止角為250°~360°?？v封機(jī)構(gòu)由縱封凸輪、縱封桿、縱封頭、縱封銷、縱封支架等零件組成?；赟olidWorks三維實(shí)體建模軟件，設(shè)計(jì)了各個(gè)零件。采用自下而上的裝配方式， 完成縱封機(jī)構(gòu)的裝配，如圖3所示。