袋式包装机的总体设计—传动系统和横封结构

目 录

摘 要 .................................................................................................................................................. I ABSTRACT ................................................................................................................................. II 1 绪论 ................................................................................................................................................ 1

1.1 国内外包装设备的发展现状 ....................................................................... 1 1.2包装工业的概况及技术方法 ......................................................................... 2

1.2.1包装工业的概况 ............................................................................................. 2 1.2.2包装作业的技术方法.................................................................................. 3

2 包装机的整体认识 .......................................................................................................... 5

2.1包装机械的组成、分类及特点作用 ....................................................... 5

2.1.1 包装机械的组成 ........................................................................................... 5 2.1.2 包装机械的特点 ........................................................................................... 6 2.1.3 包装机械的作用 ........................................................................................... 7

2.2 自动制袋装填包装机分类 ............................................................................. 7

2.2.1 卧式自动制袋装填包装机 ..................................................................... 7 2.2.2 立式自动制袋装填包装机 ..................................................................... 9

2.3 枕式包装机的应用及特点 ........................................................................... 11

3 总体传动系统的设计.................................................................................................. 16

3.1总体方案设计 ........................................................................................................... 16

3.1.1 功能与应用范围 ......................................................................................... 16 3.1.2 工艺分析 .......................................................................................................... 17

3.2 包装工艺方案的拟定 ....................................................................................... 18 3.3 传动系统概述 ......................................................................................................... 19

3.3.1 传动系统的作用 ......................................................................................... 19 3.3.2 传动系统的类型 ......................................................................................... 19

3.4 工作循环过程 ......................................................................................................... 22 3.5 总体传动系统 ......................................................................................................... 22

3.5.1 传动类型的分析 ......................................................................................... 23 3.5.2 对传动系统的分析 .................................................................................... 25 3.5.3 其他结构的运动分析 .............................................................................. 29

3.6 包装机工作部件的结构及传动设计 ......................................................... 30

3.6.1 工作部件的分类和设计要求 ............................................................. 30 3.6.2 带式输送给料的结构及传动设计 .................................................. 32 3.6.3 纵封牵引器的结构及传动设计........................................................ 34 3.6.4端封切断器结构及传动设计 ................................................................... 37

3.7 本章小结 ....................................................................................................................... 42

4 横封横切机构的详细设计 ..................................................................................... 44

4.1 主传动系统设计 ...................................................................................................... 44

4.1.1 链传动设计 ....................................................................................................... 44 4.1.2 齿轮传动设计 .................................................................................................. 49 4.1.3 主传动系统具体方案 .................................................................................. 53

4.2 横封横切机构设计................................................................................................. 54

4.2.1 方案设计 ............................................................................................................ 54

II

4.2.1 具体结构设计 .................................................................................................. 56

5 总体布局 ................................................................................................................................. 57 结 论 .............................................................................................................................................. 59 致 谢 .............................................................................................................................................. 60 参考文献 ........................................................................................................................................ 60

III

袋式包装机的总体设计—传动系统和横封结构

摘 要

卧式枕型自动包装机是一种用于包装产品，使产品增长其保质期，增加产品美观度的一种包装设备，该机械是集自动裹包物品，封口，切断与一体，是一种高效率的连接式的包装机；广泛应用于食品、化工、日用品、医药、小五金等部门。随着人们对包装的需求多样化、个性化，卧式枕型自动包装机的应用愈加普遍。

传动系统设计，作为一个动作执行系统，动力是必不可少的，当然对动力的传递系统也就显得尤其重要了。系统功能中要实现机械手转位、血袋的供送、供纸、制袋、纵封、横封与切断、 成品的输出传送等功能，它们都需要不同大小的动力，这就需要传动系统的调节。

本文在分析卧式枕型自动包装机的包装工艺和使用要求的基础上，通过对关键部件的理论分析，提出一种实用、简单、可靠和通用的传动系统，将单一包装尺寸拓展为袋长和产量可调的结构形式；对供送薄膜结构、中封牵引器结构、端封切断器结构等关键部件的设计原理、结构特点等做了较为详细的研究和设计；本文对零部件建模，通过构建的运动模型，分析各机构的运动学规律，提出可行的优化结构满足包装工艺；对关键部件提出完整的设计方法。

关键词 传动系统／供送薄膜／中封牵引器／端封切断器

I

The overall design of the bag packing

machine—Transmission

system and the transverse seal structure

ABSTRACT

Horizontal Pillow Type Automatic Packing Machine is a product used for packaging, the product increase its shelf life, increase the aesthetics of a product packaging equipment. The machine is a automatic wrapping materials, sealing, cutting and integration, is an efficient connection-style packaging machine: especially used in food, chemical, daily necessities, medicine, hardware and other departments. With the diverse needs of the people on the packaging, personalization, horizontal pillow type automatic packaging machine applications become more widespread.

Transmission system design, as an action execution system, power is essential, of course, also on the power delivery system is especially important. System functions to achieve the mechanical hand translocation, bag of blood for delivery, for paper, bag, vertical and horizontal sealing off, the output of finished products transfer functions, they all require different sized power, which requires the regulation of transmission .

Based on the analysis of horizontal pillow type packing machine automatic packaging processes and usage requirements based on the theory of critical components through analysis, a practical, simple, reliable and versatile drive, to expand the size of a single packaging bag length and adjustable output structure; For the delivery of the film structure, the closure traction device structure, side seal cutting device structure and other key components of the design principles, structural features such as doing a more detailed study and design; In this paper, parts modeling, by constructing the motion model, analysis of the kinematics law of motion of the optimized structure possible to meet the packaging process; of the key components of a complete design method.

II

KEY WORDS： Driving System, Film Feeding, Mid -seam Retractor, End -seam Cutter.

III

1 绪论

1.1 国内外包装设备的发展现状

我国包装机械工业起步较晚, 很长时间都没有形成一个独立的行业。20 世纪80 年代初, 我国政府发布的机械产品目录中还没有包装机械这一门类。70 年代中期以前, 我国商品包装的技术装备相当落后。大多数食品企业都采用作坊式生产、手工包装和散装销售, 仅有糖果、烟草等几个领域使用机械包装。目前, 我国从事包装食品机械生产的县以上企业约有3300 多家, 其中合资企业120 余家, 从业人员55 万人, 科研单位130 余个, 产品品种达3000 多种。产品的技术水平和自动化程度都有很大提高, 许多产品已由单一机械型向机电一体化型转变, 电器控制由普通电器向可编程和计算机控制转变, 并由提供单机向提供成套生产线转变,该行业已成为我国机械工业14 个大行业之一。预计到2005 年, 包装和食品机械年产值达到440 亿元左右, 产品品种达到4000 多种, 基本满足我国食品工业和包装工业的需要。

改革开放以来, 我国包装机械行业的发展取得了很大进步, 但与世界先进水平相比, 还存在较大差距。主要表现在我国包装机械产品控制水平较低, 高新技术应用少, 新材料、新工艺推广慢, 大约只有5% 的产品能达到发达国家20 世纪90 年代初期水平, 总体水平比发达国家落后20 年左右。随着包装机械行业发展, 应重视各种新技术、新材料、新工艺在包装机械上的应用, 如光纤技术、生物工程技术、机电一体化技术、人工智能技术和纳米技术等。要加快在包装机械生产企业中推广计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助生产工艺技术(CA PP) 及计算机集成制造系统(C IM S) ,上述技术的推广应用, 可使产品开发技术准备及制造周期缩短30% 左右。同时可以完成高速机构的运动学和动力学优化设计和精密加工, 使得包装机结构紧凑、造价低、运动平稳、使用寿命长。目前, 国内包装机械产品系列化水平低, 品种少, 缺门产品多, 包装机对包装物的适应性较差。采用模块化设计思想, 可将计量装置、制袋成形器、物料输送、包装材料输送、热封装置和打码装置等设计成多种标准模块, 通过标准模块的合理组合, 以适应不同物料特性、不同材料种类和不同包装容量

1

的要求。逐步加大包装机标准件与外购部件的比例, 突出包装机械的特殊制造功能, 促进包装机械生产在一定范围内实现标准化、通用化和系列化。同时引进国际上承认的标准来规范企业的生产行为也是提高包装机械产品标准化水平的重要途径。国产高水平高速度的包装机, 为了保证其主机质量和可靠性, 不得不花高价购买进口电器元件和气动元件。这就说明要提高国产包装机械的质量, 必须重视基础件的研制以及配套件的技术水平的提高, 研制与包装机配套的高水平的真空泵、真空阀、灌装高速电磁阀、传感器、变频电机及电器控制元件, 开发各种在线或离线的检测设备,以进行重量检测、异物检测、金属检测和真空度检测等, 提高整体技术水平。

国外包装机械企业成功的经验表明, 企业用于研究与开发的投资如果占销售额的1% , 企业难以生存, 占2% 可勉强维持, 占5% 才有竞争力,而我国包装机械企业的研发平均投资水平不足1%。只有加大科技投入, 鼓励科研院所加入企业集团, 多渠道多层次的增加科研经费, 才能开发出产销对路的高技术产品。根据中国包装网络管理中心对全国包装企业网络及电子商务开展情况调查显示, 有35% 的包装企业经常使用互联网, 15% 的企业建有网站,10% 建有企业内部的电子商务管理系统, 有60%的企业认为需要电子商务服务。在2001 年内使用电子商务平台的企业占40% 以上。调查充分显示电子商务在中国包装业有广阔前景。我国包装机械行业由于产品自身的特点, 非常适合网上贸易。网络经济的发展, 从根本上打破了传统产业的经营运作模式, 建议企业要加强自身的信息化和网络化建设, 将传统的营销模式尽快与网络营销接轨, 利用已有的电子商务平台开展产品的供求信息发布, 利用网络探索新的业务合作伙伴, 提升企业的产品服务和营销水平。

1.2包装工业的概况及技术方法

1.2.1包装工业的概况

包装机工业作为一门新兴工业，具有明显的时代特征，它既是配套工业，是当今的主导产业之一。在日益发展的市场经济中，包装工业对其他工业的发展起到了推动作用。主要表现在相关工业的发展方面：从所用包装材料看，它

2

推动了造纸工业、塑料工业、冶金工业和化学工业等部门的发展；从包装技术方面看，它对机械工业、电子工业、印刷工业、新材料工业以及装潢设计等方面提出了更高的要求；从消费领域看，对食品、饮料、粮食、医药及日用化工品等，起到了重要的促进作用。

中国的包装工业，由上世纪80年代开始腾飞，经过了十几年时间的发展而初具规模，特别是食品包装业，更是飞速发展，取得了长足的进步。这一切主要表现在包装工业不断完善，包装技术不断改进，包装材料不断创新。

对于食品包装，其产品已呈现出多品种、多样式及多层次的特点。所谓多品种，包括金属罐、玻璃瓶；塑料制品的多类成型袋及瓶、罐容器；纸制品的多瓦楞纸箱机纸盒软包装、纸袋包装；另外还有一些丰富有特色的木、竹、瓷制品的包装。所谓多式样是指包装品结构造型紧跟时代潮流，新颖多样、彩鲜艳、装潢精美。而多层次是指包装品的高、中、低档并存，以适应市场需求。

随着我国经济的日益发展壮大，包装工业也以年均18%的速度快速发展，但是在我国包装工业快速发展的进程中，大量技术含量高的成套设备仍依靠进口。如塑料薄膜双向拉伸设备，一条生产线就近1亿元，从上世纪70年代开始引进，到目前为止，国内相继进口此类生产线110条。还有乳品业大量使用的无菌包装盒、灌装设备几乎都为瑞典利乐公司一家提供。我国包装机械对国外高端技术的过度依赖，已成为严重制约我国包装工业持续、稳定发展的隐忧。

因为大多数包装产品的技术含量体现在加工工艺和技术装备上，工艺是核心，装备是关键，而包装设备在包装工艺中居于主导地位。虽然大量先进设备的引进大大加快了我国包装工业的发展速度，缩小了我国包装工业与发达国家的差距，但是，我们不能依赖国外的高端技术与技术装备，这是因为国外的技术装备价格昂贵，一些中小企业无力引进，不利于我国包装行业技术水平的整体提高;不利于发展自己的知识产权，不利于培育自己的专业设计人员，长此以往我们只能跟在别人后面，这将丧失发展的控制权和市场的主动权。

1.2.2包装作业的技术方法

3

包装技术方法可谓形式多样，并且不断有创新技术的出现，但较常用的方法概括有以下几种：

1） 充填 2） 灌装 3） 裹包 4） 装盒与装箱 5） 收缩包装 6） 拉伸包装 7） 真空和充气包装 8） 泡罩包装盒贴体包装 9）

热封

10） 粘合剂粘合 11） 加盖、卷边接缝 12） 捆扎 13） 贴标和打印

4

2 包装机的整体认识

2.1包装机械的组成、分类及特点作用

包装机械是指完成全部或部分包装过程的机器。包装过程包括成型、充填封、口裹、包等主要包装工序以及清洗、干燥、杀菌、贴标、困扎、集装、拆卸等前后包装工序，转送、选别等其他辅助包装工序。它是包装工业的一大门类产品，在包装工业中有着举足轻重的地位和作用，它给行业提供必要的技术设备，以完成所要求的产品包装工艺过程。

2.1.1 包装机械的组成

包装机械属于自动机范畴，它的种类繁多，结构复杂，新型包装机械不断涌现，很难将它们的组成分类。但通过对大量包装机械的工作原理和结构性能的分析，可找出其组件的共同点。包装机械由动力系统、传动系统和执行系统组成。为了便于掌握和研究包装机械的工作原理和结构性能，通常又将包装机械分成下列组成部分。

（1）包装材料的整理与供送系统 该系统是将包装材料（包括刚性、半刚性、刚性包装材料和包装容器及辅助物）进行定长切断或整理排列，并逐个输送到预定工位系统，如糖果包装机中包装纸的供送、切断机构。

（2）被包装物品的计量与供送系统 该系统是将被包装物品进行计量、整理、排列，并输送到预定工位的系统。有的还可完成被包装物品的定型、分割。

（3）主传动系统 该系统是将包转材料和被包装物品由一个包装工位顺序传送到下一个包装工位的系统。单工位包装机没有传送系统。

全部包装工序在包装机上往往分散成几个工位来协同完成供送包装材料和被包装物品，直到把产品输出。主传送机构的形式影响其外形，所以必须有专门的机构来传送包装材料和被包装物品，直到把产品输出。

（4）包装执行机构 包装执行机构是直接完成包装操作的机构，即完成裹包、灌装、封口、贴标、捆扎等操作的机构。

（5）成品输出机构 成品输出机构是把包装好的产品从包装机上卸下、定向排列并输出的机构。

5

（6）动力机与传动系统 动力机是机械工作的原动力，在现代工业生产中通常为电动机，传动系统是指将动力机的动力与运动传给执行机构和控制系统，使其实现预定动作的装置。

通常由传动零件，如带轮、齿轮、链轮、凸轮等组成，或者由机、电、液、气等多种形式的传动组成。

（7）控制系统 控制系统由各种手动自动装置组成。在包装机中，从动力的输出、传动机构的运转、包装执行机构的动作及相互配合以及包装产品的输 出，都是由控制系统指令操纵的。它包括包装过程、包装质量、故障与安全的控制。

现代包装机械的控制方法除机械形式外，还有电气控制、气动控制、光电控制、电子控制和射流控制，可根据包装机械的自动化水平和生产要求选择。

（8）机身 机身用于安装、固定、支承包装机所有的零件，满足相互运动和相互位置的要求。因此，机身必须具有足够的强度、刚度和稳定性。

2.1.2 包装机械的特点

包装机械具有一般自动机的共性，也具有其自身的特性。包装机械的主要特点如下：

①大多数包装机械结构复杂，运动速度快，动作精度高。为满足性能要求对零部件的刚度和表面质量等都有较高的要求。

②用于食品和药品的包装机要便于清洗，与食品和药品接触的部位要用不锈钢或经过化学处理的无毒材料制成。

③进行包装时的作用力一般都较小，所以包装机的电动机功率较小。 ④包装机一般都采用无极变速装置，以便灵活调整包装速度、调节包装机的生产能力。

因为影响包装质量的因素很多，诸如包装机的工作状态（机构的运动状态，工作环境的温度、湿度等）、包装材料和包装物的质量等，所以，为便于机器的调整，满足质量和生产能力的需要，往往把包装机设计成无极可调的，即采用无极变速装置。

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⑤包装机械是特使类型的专业机械，种类繁多，生产数量有限。为便于制造和维修，减少设备投资，在各种包装机的设计中应注意标准化、通用性及多功能性。

2.1.3 包装机械的作用

包装行业是一个新兴的行业,随着市场竞争的日益激烈白热化,产品形象广告效应对包装行业提出了越来越高的要求和越来越多的需求。包装机械大致有四种作用:

(1) 保护被包装的商品，防止风险和损坏，诸如渗漏、浪费、偷盗、损耗、散落、掺杂、收缩和变色等。产品从生产出来到使用之前这段时间，保护措施是很重要的，包装如不能保护好里面的物品，这种包装则是一种的失败。

(2) 提供方便。制造者、营销者及顾客要把产品从一个地方搬到另一个地方，牙膏或钉子放在纸盒内可以很容易在库房里搬动，酱菜和洗衣粉的不方便包装，已被现在的小包装所取代，这时消费者采购和带回家非常方便。

(3) 为了辨别，包装上必须注明产品型号、数量、品牌以及制造厂家或零售商的名称。包装能帮助库房管理人员准确地找到产品，也可帮助消费者找到他的想头的东西。

(4) 促进某种品牌的销售，特别是在自选商店里更是如此。在商店里，包

装吸引着顾客的注意力， 并能把他的注意力转化为兴趣。有人认为，\每个包装箱都是一幅广告牌。 \良好、的包装能够提高新产品的吸引力，包装本身的价值也能引起消费者购买某项产品的动机。此外，提高包装的吸引力要比提高产品单位售价的代价要低。

2.2 自动制袋装填包装机分类

自动制袋装填包装机的类型有多种多样，按总体布局分为立式和卧式两大类：按制袋的运动形式来分，有连续式和间歇式两大类。以下介绍几种具体的机型。

2.2.1 卧式自动制袋装填包装机

7

2.2.1.1卧式间歇制袋三边封口包装机

此类机型的包装原理如下图2-1所示。卷筒塑料薄膜1经导辊2引入成型器3，在成型器3及导杆4的作用下形成U形并由张开器5撑开。当加料器7下行进入加料位置时，横封器6闭合，同时装填物料；随后，横封器6和加料器7复位；紧接着，纵封器8闭合热封并牵引薄膜移动一个袋位；最后由切刀9把包装袋切断。

图2-1卧式间歇制袋三边封口包装原理

1-卷筒薄膜 2-导辊 3-成型器 4-导杆 5-张口器 6-横封器 7-加料器 8-纵封牵引器 9-分切刀 10-成品袋

2.2.1.2横枕式自动制袋装填包装机

图2-2所示是一种卧式枕型包装机的工作原理。该机集自动裹包物品，封口，切断于一体，是一种高效率的连接式的包装机，广泛用于饼干、速食面等的自动包装上。其包装材料为塑料或复合材料，采用卷盘式薄膜供料，由牵引辊松卷，经导辊的的导向进入成型器，受成型器的作用，薄膜自然形成卷包的形式。同时，待包物品由供送输送链送入至薄膜卷包的空间。卷包的薄膜在牵引轮的作用下向前运行并被纵封轮实施纵封热融封合。物品随薄膜同步运行。包装物品在最后经横封辊刀封合切断，形成一个成品包装，由卸料传送带输出，由于其包装形式呈枕状，故成为枕式裹包或中缝包装。

这种包装机采用有色标袋包装时，需要随时对纸长进行调整，因此需配备光电检测控制系统，以实现光标的正确定位。

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2-2横枕式自动包装机工作原理

1-卷膜 2-牵引辊 3-成型器 4-物品 5-供料传送链 6-牵引轮 7-中封轮 8-横封辊刀 9-卸料传送带

2.2.2 立式自动制袋装填包装机

2.2.2.1 立式间歇制袋中缝封口包装机

此类机型包装原理如2-3所示，卷筒塑料薄膜3经导辊2被引入成型器4，通过成型器4和加料管5以及成型筒6的作用，形成中缝搭接的圆筒形。其中加料管5的作用为：外作制袋管，内为输料管。

封合时，纵封器7垂直压合在套于内筒5外壁的薄膜搭接处，加热形成牢固的纵封。其后，纵封器回退复位，由横封器8闭合对薄膜进行横封同时向下牵引一个袋的距离，并在最终位置加压切断。可见，每一个横封可以同时完成上袋的下口和下袋的上口封合。而物料的充填是在薄膜受牵引下移时完成的。

图2-3 立式间歇制袋中缝封口包装原理

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2.2.2.2 立式双卷膜制袋和单卷膜等切对合成型制袋四边封口包装机 此类包装机可制造四边封口的包装袋型。双卷膜制袋包装机采用两卷薄膜进行连续制袋，左右薄膜卷料对称配置，经各自的导辊被纵封滚轮牵引，进入引导管处汇合。薄膜在牵引的同时被封合两边缘，形成两条纵封缝。在横封辊闭合后，物料由加料器进入，随后完成横封切断分离上下包装袋。

单卷膜等切对合成型制袋包装机只采用一卷薄膜制袋，其制袋过程是先将

薄膜对中等切分离，然后两半材料复合成型。其成型原理及性能比前者更优异。

2.2.2.3立式连续制袋三边封口包装

此种包装机的包装原理如图2-4所示。卷筒薄膜1在纵封滚轮5的牵引下，经导辊进入制袋成型器3形成纸管状。纵封滚轮在牵引的同时封合纸管对接两边缘。随后由横封辊6闭合实行横封切断。同样，每次横封动作可以完成上袋的下口和下袋的上口封合，并切断分离。物料的填充是在纸管受纵封牵引下行至横封闭合前完成的。

图2-4 立式连续制袋三边封口包装原理

1-卷筒薄膜 2-导辊 3-成型器 4-加料器 5-纵封滚轮 6-横封辊 7-成品袋

这种机型是一种广泛应用的机型，因其包装原理的合理性的科学性而成为较多采用的设计方案。根据这一包装原理可设计出多种袋型。例如，在如图2-4所示的基础上增加一对纵封滚轮，使两队纵封滚轮对称布置在纸管边缘，同时进行牵引纵封则形成两条纵封缝，经横封后产生的袋型则为四边封口袋。采用这种制袋方法主要是以美观为出发点，因为增加的一条纵封缝在包装袋结构上是“多余”的，称作“假封”，但它却起到一种对称美的作用。

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另外，把图2-4中横封辊旋转900布置，使纵封的封合面与横封的封合面成垂直状态，则可生产另一袋型（需配套合适的成型器），如图2-5所示。包装薄膜1经成型器被纵封滚轮2牵引纵封，随后经过导向板3并被与纵封面成垂直布置的横封辊4封合切断，形成一个中缝对折两端封合的包装袋，也就是平常所说的“枕式包装”。

图2-5 中缝对接两端封口包装原理

1-薄膜 2-纵封滚轮 3-导向板 4-横封辊 5-成品袋

2.3 枕式包装机的应用及特点

现代经济生活中，绝大多数产品都需要经过包装成为商品，才能进入流通领域，商品的包装要借助包装技术及设备。所以包装设备在包装过程中是不可缺少的工艺手段。

枕式包装机由于进行包装的袋的形状成枕状，像蛋黄派、米饼、饼干、方便面等，所以通常称作枕式包装，枕式包装机大致分为水平枕式与竖向纵式型，包装工序水平进行，因此称作枕式包装机。枕式包装机主要使用于固形物的个装及多个物品等的包装。包装工程从上向下进行的装置则称作纵式包装机，纵式包装机使用于年糕、糖果、液体、粉袋、流体等的包装。

在市场上可以见到各种包装商品，包装形态多种多样。众多枕式包装品是由枕式包装机包装的商品，枕式包装机于1930 年代在美国得到开发，在日本国内真正开始生产已有46年的历史，这些包装机投入到了各种市场，得到了广泛利用。

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枕式自动包装机是包装设备中较为重要的一种形式，用于包装块状物件，形状可以规则，也可以不规则。因此，实际包装中要求其适应范围广、工作平稳可靠、噪声低、生产率高。可以满足：小到糖果，大到家电；软到纸巾类日用品、硬的到轴承小五金等商品的包装需要。

枕式自动包装机也称为卧式自动包装机，是将包装薄膜裹包在内装物的外面，制作成枕形袋的包装机。该机型从出现至今，已经历了数十年考验，仍然保持较强的生命力。它具有独特的包装形式：先进的包装工艺；通用的包装功能；巧妙的结构设计和美观的总体造型。可采用的卷筒薄膜材料包括：玻璃纸、涂塑纸、复合材料、聚乙烯、聚丙烯、袋包纸等。

在该机型中，卷筒状的包装材料被逐步制成一个一个包装袋。袋子可有折进凹角，也可没有折进凹角，如图2-6 ，折进凹角可使袋子两端显得光整利落，无喇叭口，厚度在25mm以上的袋子通常要有折进凹角。可是高速制袋时常没有折进凹角。

图2-6枕型袋

如图2-7所示，薄膜从背架引到成型器而制成管筒状，管筒状薄膜的边被翼封轮（即纵封牵引轮）拉着，匀速平稳地前进。有些不易拉动的薄膜，需要背架上装上一个牵引辊，或在进膜轴上装一个送膜电机（图中未表示）来帮助送进（详细参见制袋设计的引棍设计）。

用弹簧张紧辊、导向辊、离合辊和牵引辊来调节薄膜的张力及薄膜的送进方向，各滚筒的调整必须要适当，如果薄膜的进角太小的话，薄膜就会越过成型器而不成为管筒状。

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薄膜经过成型器被卷成卷筒状，欲包装的物品在传送带的输送下被送到管筒状薄膜的中间，管筒膜的两边则重叠成翼鳍状，接下去封合后，就成为袋子的背封。

图2-7卧式枕型包装

薄膜的两边经过中封滚轮的时候相互封合就成中封边，如图2-8。两个中封滚轮上有着相互啮合的滚花纹，同时向滚轮加热加压薄膜在纹中轧过，封口上

轧出花纹。

图2-8边翼封

用一个封口切断装置即端封切断器进行端封，并将袋子切断成如图2-9。端封切断器有回转式和往复式两种，封口上面刻有与中封轮表面一样的花纹。端封器咬合后就在袋子的端封处制出花纹，同时向袋子加热加压。切断刀一般都装在端封器上，如图2-10。因此端封封口与切断是同时进行的。封口封合时的滚合速度、封合温度、封合位置、封合压力都是可以调整的。

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图2-9回转式端封切断器

图2-10端封封口

中国包装机械起步较晚，起于上个世纪70年代，北京市商业机械研究所在研究了日本的包装机械后，完成制造了中国第一台包装机，经过20多年的发展，中国包装机械已成为机械工业中十大行业之一，为中国包装工业快速发展提供了有力的保障，有些包装机械填补了国内空白，已能基本满足国内市场的需求，部分产品还有出口。

但在目前，中国包装机械出口额还不足总产值的5%，进口额却与总产值大抵相当，与发达国家相去甚远。

在行业快速发展的同时也存在一系列的问题，现阶段中国包装机械行业水平还不够高。包装机械市场日趋垄断化，除了瓦楞纸箱包装机械和一些小型包装机有一定规模和优势外，其它包装机械几乎不成体系和规模，特别是市场上需求量大的一些成套包装生产线，如液体灌装生产线、饮料包装容器成套设备、无菌包装生产线等，在世界包装机械市场中均被几家大包装机械企业集团所垄断，面对国外品牌强劲冲击国内企业应该采取积极对策。

从现阶段情况看，全球的包装机械需求以每年5.3%的速度增长。美国拥有

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设导杆的角速度

曲柄的角速度

（3.23）

对时间求一次倒数，最终得

（3.22）

（3.24）

选取不同的e/R值，可以作出不同的W—θ曲线，如下图所示。

图3-13 W—θ曲线图

当θ=0时，w有最小值，Wmin=W0(1 – e/R) 当θ=180o时，w有最大值，Wmax=W0(1 + e/R) 当e由R→0时Wmin由0→W0 Wmax由2W0→W0

要消除转动导杆机构在高速运转时产生惯性力，就要对机构进行平衡设计。目前平衡惯性力的方法主要有：对称布置法，即利用对称机构实现完全或部分平衡，平衡效果好，但整个机构庞大，仅适用于某此特定场合；还有就是加平衡质量法，利用平衡重平衡。

考虑到包装机的传动链及机构形式已确定，因此在设计时采用加或减平衡质量法，合理地确定曲柄和导杆的结构形状，使回转件的质心位于转动中心，达到消除惯性力的目的。

40

由于曲柄始终是做绕定点的圆周运动，曲柄长度不大。所以可将曲柄的结构做成圆盘的偏心轮形状。在导杆槽中滚动小滑轮在运动中始终随曲柄做圆周运动。所以它的平衡与曲柄一同考虑。导杆在设计中采用传统的配重法进行平衡设计。

图3-14 转动导杆机构驱动横封滚刀示意图

图3-15 横封切断工艺过程示意图

图4-8所示为横封切断的工艺过程示意图，横封切断刀在点P开始与包装袋筒接触并加热，至中点Q施压、封合和切断。

当包装袋较厚时，为了达到两者的同步运动要求，务必保证热封头由P至Q，再由Q至P′的水平分线速度始终与包装袋筒的运动速度接近一致。

因此，横封切断滚刀在PP′区间内必须作不等速回转，并且在Q点的角速度为最小。

横封切断的传动图如下所示

41

图3-16 横封切断的传动图

3.7 本章小结

（1） 本章是本文设计的重点，从结构设计原理到参数的确定都作了详细分析和研

究。

（2） 本章分析了枕式包装机的功能：高速、多功能、包装范围大，提出包装工艺路

线图和合理的传动。

（3） 重点分析高速枕式自动包装机的传动系统，提出将单一包装袋长的传动系统拓

展到袋长可调节、范围广的传动系统，从包装单一产品到可以包装系列产品。 （4） 详细分析供送薄膜、中封牵引、端封切断的传动系统及确定相互关系参数。 （5） 分析了中封牵引器中的差动机构及其类型，选取锥齿轮差动机构作为研究重

点。

（6） 重点研究供送带、中封牵引、端封切断三大部件的结构，在多个方案分析的基

础上提出本文的设计和结构。

（7） 在供送薄膜结构设计中，分析了薄膜牵引张力及牵引张力对包装件包装质量的

影响。

（8） 在中封牵引器的结构设计中，深入探讨了差动机构在卷筒包装材料补偿中的应

用并给出设计参数。

（9） 关于端封切断器的结构设计，着重分析了双曲柄连杆、转动导杆和偏心链轮的

运动学规律，确定三种机构的适用场合：大尺寸包装宜选用转动导杆机构、小

42

尺寸高速包装宜选用双曲柄连杆机构、中低速包装宜选用偏心链轮机构。

43

4 横封横切机构的详细设计

袋式包装机所能用到的常用传动机构包括链传动机构、齿轮传动机构、杆传动机构。

4.1 主传动系统设计

4.1.1 链传动设计

4.1.1.1 链传动的特点

（1）链传动是在两个或多于两个链轮之间用链作为挠性拉曳元件的一种啮合传动；

（2）链传动是一种应用较为广泛的机械传动，他的特点介于齿轮传动和皮带传动之间。

（3）它是由链条和主、从动链轮所组成。

（4）链传动的主要优点是：没有滑动；工况相同时，传动尺寸比较紧凑；不需要很大的张紧力，作用在轴上的载荷较小；效率较高，可以达到η≈98% ；能在温度较高、湿度较大的环境中使用等；需要时轴间距离可以很大。

（5）链传动的缺点是：只能用于平行轴间的传动；瞬时速度不均匀，高速运转时不如带传动平稳；不宜在载荷变化很大和急促反向的传动中应用；工作时有噪声；制造费用比带传动高等。

4.1.1.2 链传动的应用

（1）链传动主要用于要求工作可靠，且两轴相距较远，以及其它不宜采用齿轮传动的场合。广泛用于农业、采矿、冶金、起重、运输、石油、化工、纺织等各种机械的动力传动中。

44

最大的包装设备生产商，其次是日本，其他主要生产商还包括德国、意大利和中国。但未来包装设备生产增长最快的是在发展中的国家和地区。

发达国家将从刺激国内需求中获利，并在发展中国家寻找当地合适的生产厂家，特别是在食品加工厂进行投资，提供包装机械设备。而中国自加入世贸组织以来取得了长足的进步，中国的包装机械水平提升非常快，与世界的先进水平差距逐渐缩小。随着中国的日益开放，中国的包装机械也将进一步打开国际市场。据调查，现有包装机存在以下问题：

（1）包装机长期存在着包装材料(薄膜)输送速度难以控制的问题，薄膜输送速度不稳，对包装袋长精度和袋形质量的影响很大:工作初期和末期，带膜卷的直径变化很大，转动惯量变化，造成包装材料输送时拉力不均匀，使得封袋长度变化，包装袋长控制精度不高。

（2）包装精度(充填精度)低且工作时不稳定。

（3）包装速度低:目前国产包装机的包装速度，小袋包装在60~120袋/分之间，包装速度超过80袋/分时包装质量将下降;中袋包装为35~60袋/分。国外设备的包装速度已达到小袋包装为1200袋/分，中袋包装为160袋/分。

（4）封口质量难以保证。

①外观质量。国家规定，包装袋的封口处应平整、网纹清晰，不得有灼化和压穿现象。而现有的包装机不能很好的达到国家的标准;

②包装成品的封口强度低;

③由于塑料包装材料与被包装物之间的静电作用，在塑料袋内壁上会吸附细小的被包装物粉粒，若不除去会造成横封口处封口不牢，严重影响包装袋封口质量。

④自动包装机的横封机构运动形式的不合理，将导致封口质量问题。 传统的包装机的封口机构，其左右封块是扇形开合，封口部位热封时间不同，导致封口处不平滑，部分灼化或者部分强度不够。两横封块机构采用左横封块运动时，两横封块对包装袋的作用力不同，会造成其封口不匀。而且封口周期长，包装速度慢。

15

3 总体传动系统的设计

3.1总体方案设计

3.1.1 功能与应用范围

枕式自动包装机自上世纪五十年代开发到现在已有数十年了，当时开发出的机种功能单一，应用范围窄，但是容易实现、可靠，如图3-1所示。可以看到，电动机的动力和运动通过三角带（或称为V 形带）或平皮带输送给分配轴，再由分配轴分给供送内装物、纵封牵引器、端封切断器、输出包装物等，只能对单一内装物及同一尺寸的内装物进行包装。

这样就存在有如下几个问题： （1）包装机的生产能力不可改变；

（2）包装机对内装物尺寸变化的适应性差；

（3）端封封切时的线速度与纵封牵引供送的速度应该一致，但必须改变端封封切的运动规律来实现端封切断的运动规律问题；

（4）供送内装物、供送薄膜、纵封牵引、端封切断等的最佳配合问题。 （5）是否要配备离合器，对调试是至关重要的； （6）对刀的调整问题；

（7）当有印刷图案时，保证图案的完整性的问题。

考虑到市场的深入，人们对产品追求多元化、个性化。故产品的包装范围要广、功能要齐全、速度要快。加上我国超市的发展，推动高速枕式自动包装机的发展，也提出了相适性的功能与适用范围的需求问题。

适用的范围如下：

（1）包装材料：防潮玻璃纸、涂塑玻璃纸、聚乙烯、聚丙烯、袋包纸、铝箔以及其他复合材料

（2）包装物品：面包、糕点、蔬菜、加工食品、医药品、机械零件、通心粉及其他等快状物品（快速食品、冰淇淋、小饰物、药品、小五金和其它许多轻量小块状物品）。

（3）包装规格：长20～520mm（20～50mm）;宽10～150mm(10～50mm)

16

（4）生产能力：20～800pcs/min(125～300)

（5）附属装置：光电跟踪补偿装置、计数装置、温度控制装置、工控装置等

（6）电能消耗：1.2Kw

3.1.2 工艺分析

枕式自动包装机是针对块状物件进行外包装的一种手段。在工艺分析中，首先对内装物物件的特性、包装材料和包装过程作详细的分析和研究，并对单功能机的分析，进行扩展其它功能，如扩展它的包装尺寸范围、扩展它的包装物件、扩展它的包装材料、扩展它的包装生产力等。这些扩展涉及到的主要部件的分析比较，以便得出可靠的机构。

3.1.2.1 内装物物件的特性工艺分析

前面提到，内装物件是一些块状物体，可以是很硬的五金零件和很柔软的纸巾。一般来说在设计时，为了简化结构，针对类型范围相近的物件进行设计，因此就会选择一些相近的物件在同一台机上包装。另一方面，内装物的变化，只需简单更改零件就可以了。如尺寸大小变更可以调整成型器或更换成型器，其它的可以只是简单调整。易碎的物件可以在中封牵引、端封切断器上粘贴一些缓冲的物料，而无需更换零件就可以使机械适应范围广。总而言之，高速枕式自动包装机的适用范围极广，只要是成块状物件一般都可以包装。

3.1.2.2 包装材料的要求

包装纸的选择在包装机设计中也是重要的。塑料包装的问世，引起了包装机的革命。使包装工艺、包装技术发生了巨大变化。如塑料包装，可以采用高频加热热封包装、或电热丝脉冲热封包装。如袋装的快食面、饼干、糖果等，目前食品、医药行业采用聚乙烯薄膜包装是很广泛的；纸张经涂塑料后的复合材料包装也被广泛使用，如冰淇淋、面包等。

高速枕式自动包装机多采用热封玻璃纸、聚乙烯和玻璃纸复合材料、铝箔复合材料等。考虑到在薄膜牵引时，薄膜要受较大的张力，一般说来，包装的速度越高，纸越容易被拉断。如果包装纸的拉力强度不够，势必影响包装速度

17

的提高。因此，选择包装纸的质量是十分重要的。

3.2 包装工艺方案的拟定

由第二章的图2-7所示，包装工艺路线是：薄膜经牵引辊牵引由导向辊进入成形器，再经纵封牵引器牵引并封边使薄膜成型袋筒形。

图3-1工艺路线图

1-供送链推头 2-内装物件 3-光电传感器 4-备用卷筒薄膜 5-牵引辊 6-卷筒薄膜 7-成型器 8-牵引滚轮 9-排气输送带 10-纵封牵引滚轮 11-横封切断刀 12-输出毛刷 13-输出皮带

再如图3-2所示，是枕式自动包装机的完整工艺路线图。卷筒薄膜6在成对牵引辊5 ，牵引滚轮8和纵封牵引滚轮10的联合牵引下匀速前进，在通过成型器7 时被折成筒状，供送链上的推头1将内装物2 推送入成型器中的筒状材料内，物品便随同材料一起前进，端封切断器11热封左面袋的后端和右面袋的前端，同时在中间切断分开，输出皮带13将成品输出。

从工艺上分析可知，为达到高速，要优化端封切断器11的运动规律。由于11构件作非匀速圆周运动，是否适宜高速运行，要对端封切断器进行详细分析（参考端封切断器结构设计）。

为满足其多功能，可以调整7尺寸和8、11的速度等构件，来适应不同内装物的尺寸，达到满足大范围包装。简单更改成形器7，可以使其满足包装内装物尺寸的变化，如宽度和高度。简单调整纵封牵引器速度，可以满足内装物长度的变化。

因此，要完成其多功能、范围广、高速度等，就必须设计出更为合理的机

18

构来满足要求

3.3 传动系统概述

传动系统的作用是将动力机的动力传递给执行机构，以满足执行机构对转矩和转速的要求。

3.3.1 传动系统的作用

1）把动力机输出的速度降低或增高，以适应执行机构的需要。 2）实现变速传动以满足执行机构的经常变速要求。

3）把动力机输出的转矩，变换为执行机构所需要的转矩或力

4）把动力机输出的等速运动，转变为执行机构所要求的、其速度按某种规律变化的旋转或其他类型的运动。

5）实现由一个或多个动力机驱动若干个相同或不同速度的执行机构。 6）受机体外形尺寸的限制或为了安全和操作方便，执行机构不宜与动力机直接联接时，也需要用传动装置来联接。

3.3.2 传动系统的类型

传动系统的类型因机械种类的不同而不同。按传动比或输出速度能否变化分为：定比传动和变速传动系统。按动力机驱动执行机构的数目分：独立驱动、集中驱动和联合驱动传动系统。

（1）定比传动系统

定比传动系统执行机构的速度或转速是固定的，即其传动系统具有固定的传动比，组成传动链的各个环节也应有固定的传动比。

（2）变速传动系统

变速传动系统执行机构的转速可在预定范围内改变，即其传动系统具有可调的传动比。变速传动系统分为有级变速和无级变速传动系统。有级变速传动系统只能在一定转速范围内输出有限的几种转速，而无级传动的输出转速在一定转速范围内任意改变。

（3）独立驱动传动系统系统的各执行机构分别由动力机单独进行驱动独立驱动系统有下列三种情况：

19

时需要张紧，带对带轮轴有很大的压轴力；⑥带传动装置外廓尺寸大，结构不够紧凑；⑦带的寿命较短，需经常更换。

由于带传动存在上述特点，一般情况下，带传动传动的功率P≤100KW，带速v=5-25m/s，平均传动比i≤5，传动效率为94%-97%。同步齿形带的带速为40-50m/s，传动比i≤10，传递功率可达200KW,效率高达98%-99%。

(4) 链传动

链传动是由装在平行轴上的主、从动链轮和绕在链轮上的环形链条所组成，以链条作中间挠性件，靠链条与链轮轮齿的啮合来传递运动和动力。

链传动的特点:①和齿轮传动比较,它可以在两轴中心相距较远的情况下传递运动和动力;②能在低速、重载和高温条件下及灰土飞扬的不良环境中工作;③和带传动比较,它能保证准确的平均传动比,传递功率较大,且作用在轴和轴承上的力较小;④传递效率较高,一般可达0.95～0.97;⑤链条的铰链磨损后,使得节距变大造成脱落现象;⑥安装和维修要求较高.链轮材料一般是结构钢等.

(5) 轮系

由一系列齿轮组成的传动系统统称为轮系，广泛应用于各种机械设备中。轮系分为定轴轮系和周转轮系两种类型。

轮系的主要特点：适用于相距较远的两轴之间的传动；可作为变速器实现变速传动；可获得较大的传动比；实现运动的合成与分解。

比较上面不同传动类型的优缺点，结合本文所设计的包装机需要远距离的传输，若主要采用齿轮传动，需要多级惰轮，结构复杂，安装要求高，而采用链轮传动，既可以实现较远距离的传输，结构大大简化，而且，工作环境要求不高，易于安装。

3.5.2 对传动系统的分析

对于牵引辊、主传送滚轮和中缝热封滚轮，它们的运动首先要保持材料在整个运动过程中有适宜的张紧力；其次它们的运动速度应与供送袋长相适应。当包装薄膜材料印有商标图案，并要求图案与物品始终保持相对位置时，则需要自动补偿供送长度与图案间距不一致所造成的积累误差

25

下面就接缝式自动包装机的传动系统进行分析，分析如图3-1所示传动系统，可以得到如图3-4所示的传动系统图。

。

图3-4枕式包装机的传动系统图

图中各符号的含义是：

n－－电动机或终端传动轴的转速。 D、d－－带轮的计算直径。 Z－－齿轮的齿数。 z’－－链轮的齿数。 i－－传动比

在设计中，确定该传动系统的传动比及生产能力，进而给出整个传动装置选型和分配齿数。按照传动要求对有关传动链进行必要的分析计算。

依此到出各传动链传动比的关系式，令

（3.1） （3.2）

则供送内装物每分钟供送的件数：

（3.3）

26

（3.4）

中封牵引每分钟牵引的长度及每个袋长度：

（3.5）

（3.6）

则对应每袋长度为：

（3.7）

供送薄膜每分钟长度为：

（3.8）

（3.9）

则对应每袋长度为：

（3.10）

端封切断器的传动关系：

（3.11） （3.12）

端封切断器的线速度与中封牵引的线速度必须一致，故端封切断器的线速度 为：

（3.13）

要求：

（3.14）

27

则：

（3.15）

输出包装物输送带的传动：

（3.16）

（3.17）

（3.18）

要求：

（3.19）

通过以上分析，可以知道这一简单的工艺路线，只能生产单一产品。对于内装物的变化，就不能适应。为了达到高速、多功能、大范围内进行枕式自动包装，可以从以下儿方面进行设置配置：

（1）

配置多功能：为使能包装不同尺寸的内装物，可以在不改变的端封切

断机构基础上，使中封牵引加快速度（包装长度大的内装物）和减慢速度（包装长度小的内装物）。因此，在中封牵引器传动机构前加装一个变速装置。 （2）

由于配置了中封牵引器的速度可调，从而引发了薄膜输送速度的变

化，故要求端封切断器在封装切断的瞬间速度与中封牵引器输送薄膜的速度相当。因此，在端封切断器传动之前加装一个非匀速传动装置（使其旋转一周时，会时快时慢）。在时间不变的情况下，圆周上的线速度是变化的，使其封切的瞬间速度与中封牵引速度相当。 （3）

为了实现大范围包装，在分配轴前输入级中，对整机进行调速控制,

以实现可以包装速度的调节。 （4） （5）

为实现高速包装，对端封切断器的变速机构进行深入的探讨。 当包装薄膜材料印商标图案，并要求图案与物品始终保持相对位置

28

时，则需要自动补偿供送长度与图案间距不一致所造成的积累误差。在中封牵引前加装补偿机构。 （6）

为了端封切断器封切位置正好在头尾两袋子中间，在端封切断器前装

有调整机构。

3.5.3 其他结构的运动分析

3.5.3.1 供送薄膜的传动系统分析

现代裹包机采用卷筒材料日趋增多。因此，与预先裁切好的平张材料相比，卷筒材料更适宜于包装机连续化、高速化和自动化。故高速接缝式自动包装机是采用卷筒式包装材料。

3.5.3.2 纵封牵引器的传动分析

一般来说，差动补偿机构较为常用，也有直接采用伺服电机进行直接驱动的中封牵引器。这对电气控制系统要求极高，故较为少用。而在此只考虑用差动补偿的方法，在轮系的传动中，存在两个自由度的机构如图3-6所示

图3-5 差动机构

就图可知，当微型电机不进行跟踪补偿时（即微型电机不动），微型电机被制动。图中齿轮a 不动，因而可以通过上面的式子确定差速机构 。也可以由上面这些式子进行分配链轮的齿数和齿轮的齿数。

3.5.3.3 横封切断器的传动分析

由于包装袋子长度的变化，而在其他不变的情况下，要考虑端封切断器在封切瞬间的线速度，满足包装薄膜牵引供送线速度相一致的要求。有必要使端封切断器的转速作非匀速变速运动，实现非匀速变速运动。

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在现有的条件下，本文可以推算出每分钟端封切断器封切的件数，这一件数与供送内装物每分钟供送的件数一致。

3.6 包装机工作部件的结构及传动设计

随着人类社会的进步，国民经济的发展，人民生活水平的提高，人们对商品的包装越来越重视，商品包装对其造型，结构，材料以及包装技术与方法等方面的要求是多种多样的。由于包装机必须适应商品包装的要求，导致其种类繁多，类型各异，专业化情况、自动化程度、生产率水平也大相径庭，但完成的主要包装工序如成型、充填、封口、裹包以及清洗、干燥、杀菌、贴标、捆扎、集装等却有相近之处。

无论它适应于何种物品的包装，根据其工作原理、结构设计和功能特点，我们把包装机的工作部件分为包装机的结构及其组成中完成各有关包装操作的自动机械装置，即包装物品的供料装置、计数装置、包装材料和容器的供送装置、装填灌注装置、封口执行装置、转位及定位装置等。本章着重分析研究这些装置在包装机中的作用、工作原理、结构形式和设计等方面的问题。

3.6.1 工作部件的分类和设计要求

3.6.1.1 工作部件的分类

包装机械工作部件的分类方法很多，这里仅按包装功能进行分类，它们可以分为如下几类： ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧

供送系统 用于被包装物品和包装材料、容器的整理和供送。 清洗系统 主要用于包装容器的清洗工序。

消毒系统 用于包装物品和容器（材料）的消毒灭菌工序。 计量系统 用于各种被包装物料的计量。 成型及裹包系统 将包装材料加工成容器。 灌装、充填系统 用于物料的灌装与充填工序。 封口系统 用于包装材料和容器的封口。

检测系统 用于质量、颜色、异物、次品等的合格检测。

30

3.6.1.2 工作部件的设计要求

机械零部件设计是机械设计的重要组成部分，机械运动方案中的机构和构件只有通过零部件设计才能得到用于加工的零件工作图和部件装配图，同时它也是机械总体设计的基础。机械零部件设计的主要内容包括：根据运动方案设计和总体设计的要求，明确零部件的工作要求、性能、参数等，选择零部件的结构构形、材料、精度等，进行失效分析和工作能力计算。

机械产品整机应满足的要求是由零部件设计所决定的，机械零部件设计应满足的要求为：

①

工作能力要求 具体有强度、刚度、寿命、耐磨性、耐热性、振动稳定性及精度等；

② ③

工艺性要求 加工、装配具有良好的工艺性及维修方便； 经济性要求 主要指生产成本要低。

此外，还要满足噪声控制、防腐性能、不污染环境等环境保护要求和安全要求等。以上要求往往互相牵制，需全面综合考虑。

这里只能提出工作部件应具有的共同部分的要求，具体的要求在各系统中分别提出。主要有如下几方面：

① 可靠性 对包装机械要求中要的工作部件，尤其是高速工作部件，没有可靠性是不能使用的，但部件在高速下的可靠性限制了包装机械生产能力的提高。

② 适应性 从加工工艺角度来看，很难保证被包物品、包装材料、容器等在物理、机械等方面的一致性，这就要求环境的温度、湿度、粉尘量的变化及尺寸质量等要有一定的适应范围。

③ 方便性 组成包装机的各部件应具有相应的方便性，且具有较低的制造成本。

④ 安全性 包装机械的运动，执行环节多，薄弱件多，负载变化大，特别是在高速运转下，对重要机械和薄弱件的保护十分重要，应设相应的安全环节，对食品、药品和其他商品的卫生、防护安全也很重要，应使用不锈钢容器和严格的防护措施。

31

包装过程中商品自身的安全十分重要，特别是易碎的物品，尤其应该引起重视。对包装过程的商品损坏率应加以限制。

3.6.2 带式输送给料的结构及传动设计

带式输送机是一种广泛应用的连续输送机，可用于散粒、块状及成件物品的输送。包装机械系统中带式输送机广泛用于物品的给料和输送，其形式多种多样，如单条输送带的输送装置，用多条带组合的输送装置，串联或并列组合式带式输送装置等，用于实现包装工作中的连续或周期间歇性给料输送及其他用途。

带式输送装置所用输送带有棉花帆布带、化纤织物带、钢带、金属丝网带等，有些输送带进行了浸渍或涂敷表面防护层处理，用于改善输送带的性能。如帆布带浸渍氯丁橡胶后，防潮，能抗酸、碱、油脂或石油的侵蚀，无味，无毒，能耐120oC的高温，非常适宜于食品加工工业应用。而未经处理的帆布带防潮、抗磨及耐酸、碱、油脂侵蚀的能力很差，只能耐受75oC的温度，适用于输送干燥物品，但因它柔软性良好，能用较小直径的辊轴，因而结构紧凑。

（1）输送带宽度的选取 输送松散状态物品时，根据输送速度、生产能力及物品特性等进行计算后选取。输送成件物品的输送带，按所输送的最大物品的对角线长度，再加约100mm的余量确定所需的输送带宽度，选取相近的标准宽度。

（2）输送带的厚度 自动包装机所用带式输送装置多为轻载或特轻载荷类型，要求其结构紧凑、轻巧，所以，输送带厚度多取2或3层结构的橡胶帆布带，个别的也有用4或5层结构的。带的厚度影响其强度、抗冲击性能和挠曲性。

正确选择输送带能使结构紧凑，使用寿命长，并能得到良好的工作效果。选取输送带时应考虑：

① 能适应所输送物品性能的要求： ② 具有足够的强度； ③ 具有适当合理的厚度;

④ 其敷面层材料的厚度应能适应运转过程中遇到的冲击、磨损和侵蚀等机械性作用和化学性作用。

（3）带式输送机输送带的接头 带式输送机输送带的接头有搭接铆接、皮带

32

扣连接、硫化胶粘接等方式，不同的连接方式，接头效率不同。橡胶帆布带以优质硫化胶粘接最好，皮带扣连接次之，搭接铆接连接最差。接头效率等于接头处最大破坏强度与输送带的极限强度的比值。

（4）带式输送机各棍子直径的选取 驱动辊直径对输送带的使用寿命有直接影响。输送带厚度一定时，减小驱动辊直径将使输送带绕经辊子时的弯曲应力增大，从而严重缩短输送带的使用寿命。 通常驱动辊直径为; D驱=KZo 其中 Zo——输送带的断面层数；

（5）张紧装置 张紧装置给输送带一定的初始张紧力，并在运转中始终使输送带保持一定的张紧程度。张紧装置有自动调节的重锤式、定期调节的螺旋式两种。重锤式张紧装置性能较好，螺旋式主要用于短行程的输送机。 送料带的传动系统如下图所示，

图3-6 送料带的传动图

图3-7 输出带的传动图

33

3.6.3 纵封牵引器的结构及传动设计

高速枕式自动包装机的中封牵引是包装封口的需要。封口是包装操作中一道不可缺少的工序。只有封口后才能密封保存被包装物并符合卫生要求，且便于运输销售。由于包装材料、包装方法、密封要求的不同，封口形式亦各不相同。例如：塑料薄膜采用电热丝加热使表面熔化而粘住的热封方法来封口；纸张裹包糖块则采用机械手扭结或滚轮压纹的方法进行封口等。

热封广泛使用在塑料薄膜（包括复合塑料薄膜）的封口上，大多采用电热丝加热，加热温度在130C ～150C 之间，有常热式、脉冲加热式、油热式等。对于卷筒塑料薄膜来说，制成袋形尚需要经过中封和端封操作。

高速枕式自动包装上配置的中封牵引器，主要用来完成袋筒成型后的纵边封合。由于热封器的运动方式不同，中封牵引器分为连续和间歇式两种，而本文设计中的高速枕式包装机采用连续式。

连续式中封牵引器的热封执行是作等速相向回转的一对辊筒，它对袋简兼有施压、牵引及加热封边的作用。在热封期间，热量由辊筒内的电热丝通电后供给，常热式辐射加热，使热熔性塑料进入两辊简的热合接触面相互粘合而形成一道密合的纵封。

下图3-8所示是纵封牵引器中的一种。

它主要由纵封辊（1），加热线圈（2）和轴承（3）等组成。纵封牵引器的辊面宽度通常为10—20mm ，工作表面上开有直纹、斜纹或网纹，以适应各种薄膜热封的需要。

辊筒所用材料常用中碳钢，40Cr 钢及“金属塑料”（聚四氟乙烯渗入金属粉末烧结成型的微内孔的新材料）等。

这种结构虽然简单，但牵引质量不好。因为纵封辊（1）既是牵引、加热又是压封，所以本文设计不采用这种结构。

o

o

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图3-8 辊式纵封牵引器（第一种方案）

如下图3-9，图所示是中封牵引器中的另一种。

它与以上一种不同的是发热部分不在辊轮内，而是在牵引轮（1）与封合轮（7）之间。其工作原理是：卷筒薄膜经成型器成筒状进入牵引轮（1）牵引；经过发热区（5）和（6）加热；再进入封合轮（7）滚纹压封；起封合中封的作用。在停机或失电时，电磁铁（2）断电，弹簧（3）通过摆杆（4）使活动加热板（5）离开固定加热板（6），从而，使薄膜与加热板分离，不至于烧焦塑料薄膜。

图3-9 纵封牵引器（第二种方案）

这种结构的特点是，制造简单、实用、可靠性也比较高。结构上要求加热板能在停电、停机等应急的情况下能自动分离。

由于第二种方案的加热、牵引、封合三者分离，能满足本文设计的高速接缝式自动包装机要求，所以结构设计采用第二种方案。以上两种结构中的中封牵引辊的半径由下式确定：

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R2=

QL （3.20） 60W2式中：Q——设备的生产能力； L——袋子的长度尺寸； W2——纵封牵引辊轮的角速度。

由上式可见，纵封牵引辊轮半径取决于生产能力，袋子长度及辊轮角速度。在正常生产中，欲保持纵封牵引辊轮半径不变，而要增加生产能力或加大袋子长度尺寸，就得相应增加纵封牵引辊轮的转速。在这种情况下，还得调整加热温度以保证封口质量。

在高速枕式自动包装机中采用预先印刷好商标图案的卷筒包装材料，为了得到精美的包装，一般都采用连续供送定位切断的随机补偿机构。

为使印有商标图案的卷筒包装材料连续供送中在准确位置切断，需要随机微调牵引辊轮的速度。依靠带有光电传感器的自动控制装置控制，并在传动系统中配置一套齿轮差动机构来实现。

常用的齿轮差动机构，如图3-10所示。图中显示了中心轴和补偿电机（微电机）作为输入端。其中，中心轴是由分配轴传动。补偿电机控制正反转，与行星轮和对称的十字齿轮相连接，输出轴则通过外部的串联齿轮组和链轮组驱动牵引轮作牵引作用。

图3-10 齿轮差动机构

一般需考虑以下问题：

① 当卷筒包装薄膜上色标超前滞后时，补偿电机的转向；

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② 在一定的补偿量下，补偿电机的转数； ③ 在一定的生产率下，补偿电机转速的问题。

以上问题的分析和解决，为电气的设计提供理论依据。当卷筒包装薄膜上色标滞后时，光电传感器自动控制装置控制差动机构的速度比正常输出的速度偏大些，此时输入轴与微电机作同向回转。

当色标没有误差，差动机构没有信号输入，微电机不转动，仅由分配轴的动力传动给差动机构，纵封牵引器牵引轮的转速仅是传动系统的输入转速。

当卷筒包装材料上色标超前时，光电传感器自动控制装置又控制差动机构，使其比正常输出的速度偏小些，此时微电机的转向与输入轴的转向相反。

实际上，现在常利用光电传感器跟踪卷筒包装材料上的等距色标而进行多种形式的自动控制。

因此，要求印刷卷带的图案标记必须满足一定条件：使标记与底面色差明显，或者让标记部位具有足够的透明度，甚至用冲孔来代替色标，以便配备相适应的反射式或透射式光电传感器；再有，根据包装内装物的大小，卷筒包装材料供送速度的快慢及检测方法的不同，定位色标还应有适当的形式，面积和足够准确的间距。

牵引与纵封的传动系统图如下所示：

3-11纵封与牵引的传动图

1—牵引轮 2—齿轮 3—链 4—纵封轮

3.6.4端封切断器结构及传动设计

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随着人民生活水平的日益提高，人们对商品及包装的要求也越来越高，包装业因此得以迅速发展。目前包装机械正向高速化、自动化方向发展。

枕式自动包装机是一种常见的包装机械，在食品、医药、化工等行业得到了广泛的应用。横封是枕式包装的一道重要工序，它通常位于纵封工序的后面，作用是使物料经过纵封的袋子横向密封并切断。

枕式包装机的横封机构需要满足如下工艺条件：热封时，热封头的线速度在袋筒运动方向上的分量与连续运动的袋筒必须具有同步的线速度。否则，封口部位可能发生起皱或者拉长，甚至出现断裂或碰坏包装袋等不良现象。

当用户包装袋长规格变化时，其纵封的送进速度产生变化，若采用回转型的热封头，由于半径固定不变；通常采用转动导杆不等速运动机构来带动，以调节其封合速度，满足热封要求。

因而，对横封机构有着特殊的要求：

（1）横封的传动必须采用不等速传动。即横封的传动机构传递给横封刀辊的平均转速不变（横封刀辊旋转一圈纵封送进一个袋长），但瞬时转速必须按一定规律变化以满足V刀=V膜的要求（实际生产中，总是让V刀＞V膜）。

（2）横封机构的不等速传动还能在一定范围内调节以满足封切不同的袋长时 V刀=V膜（或V刀略微大于V膜）。

（3）①横封机构的传动须采用不等速传动，因而会有角加速度存在，势必会带来一定冲击；

②为适应不同厚度的包装膜、被包装物的封切； ③考虑刀具的磨损。

因此，横封机构的上、下刀辊的两个支承座中，必须有一个是可调节的，并用弹簧锁紧。

这就引出一个新问题：上下刀辊必须同步反向传动，然而两辊间的中心距又必须在一定范围内可调节，如果采用普通齿轮传动，当中心距调大时，会出现齿隙过大，造成冲击，中心距过小，齿轮会卡死，无法传动。

（4）现行的横封刀具有直刀、锯齿刀，这些刀刃的几何中心线都是一条平行于刀辊回转轴线的直线，这样封切是在一瞬间完成的，且刀辊本身是不等速转动，有角

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速度存在，因而冲击作用在所难免，能否改变刀刃的结构形状减小冲击，是个值得探讨的问题。

下面我选用的是转动导杆机构，这种曲柄导杆机构具有结构简单，零件数量少，调节方便，实现的不等速运动规律变化较平缓，且包装袋长与偏移量的大小成正比，刻度尺的标定和查看都很方便。

因此，这种曲柄导杆机构在横封机构中比较适合。

每一只横封辊上均对称分布两只封头，由电热丝加热并自动进行恒温控制，热封所需的压力可借助两侧的压缩弹簧加以适当调节。

热封头的工作表面大都具有花纹，以加强包装袋的密封强度并增加美观，花纹的样式依据所用包装材料的性质、厚薄而定。

在包装机横封机构中。采用转动导杆不等速运动机构会产生惯性力及惯性力偶。随着包装机速度的提高，该惯性力及惯性力偶对机构的影响不容忽视。

转动导杆机构实现不等速运动，有两种不同的驱动方式。当曲柄作为原动件时，其杆的角速度变化范围小，因而袋长调节范围受限制。

因此，本文以导为原动件进行计算分析。见图3-12，导杆AC为原动件，等速转动，曲柄BC为从动件，变速转动。

图3-12 转动导杆机构简图

如图，以两轴心连线AB为基准：设某时导杆的转角为θ，相应曲柄转角，在△ABC中由

（3.21）

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