枕式包装机横封结构设计

袋式包装机的传动系统设计

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

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） 2） 3） 4） 5） 6） 7） 8） 9）

充填 灌装 裹包 装盒与装箱 收缩包装 拉伸包装 真空和充气包装 泡罩包装盒贴体包装 热封

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

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。

（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。

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

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。

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

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。

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。

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。

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。

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

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