制袋成型器的設(shè)計(jì)

1、 自動(dòng)化程度較高的裝袋機(jī)上,經(jīng)常使用卷筒包裝材料,一面由制袋成型器制袋,一面進(jìn)行充填包裝。成型器是一個(gè)關(guān)鍵另件,對(duì)包裝形式、袋的尺寸及產(chǎn)品包裝質(zhì)量等有直接影響。 一、常用的制袋成型器形式及特點(diǎn)一、常用的制袋成型器形式及特點(diǎn) 常用的成型器有翻領(lǐng)成型器、象鼻成型器、三角成型器和型成型器等。如圖5.15所示,在結(jié)構(gòu)、性能上大體有如下一些特點(diǎn): 1.翻領(lǐng)成型器:如圖(a)所示平張薄膜拉過(guò)該成形器后就成搭接或?qū)訄A筒狀。 在常用的幾種成型器中,它的成形阻力較大,易使薄膜產(chǎn)生變形,使之發(fā)皺或撕裂,故對(duì)塑料薄膜適應(yīng)性差,而對(duì)復(fù)合膜適應(yīng)性較好,它常用于立式枕型制袋包裝機(jī)上,包裝粉狀、顆料狀物料。每種規(guī)格的成型

2、器只能成型一種規(guī)格的袋寬,當(dāng)袋寬規(guī)格發(fā)生變化時(shí),就要更換相應(yīng)尺寸的成型器。而且,成型器的設(shè)計(jì)、制造及調(diào)試都較復(fù)雜。 第二節(jié)第二節(jié) 制袋成型器的設(shè)計(jì)計(jì)算制袋成型器的設(shè)計(jì)計(jì)算圖圖3.15 3.15 常見制袋成型器示意圖常見制袋成型器示意圖 2.三角成型器:如圖所示,它由等腰銳角三角形板與平行導(dǎo)輥一起聯(lián)結(jié)在基板上而成的。它是最簡(jiǎn)單的一種成型器,它具有一定的通用性,即能適應(yīng)袋子的尺寸變化較大的需要,此時(shí)只要調(diào)節(jié)基板的上下位置即可。故此種成形器的適用范圍廣泛,不論立式、臥式、間歇運(yùn)動(dòng)或連續(xù)運(yùn)動(dòng)的三面、四面制袋包裝機(jī)上都有應(yīng)用。 3.象鼻成型器:如圖(c)所示,該成型器類似象鼻的形狀,平張薄膜拉過(guò)該成型器

3、時(shí),薄膜變化較平緩,故成型的阻力比翻領(lǐng)成型器的阻力小,適用于塑料單膜的成型,它常用于立式連續(xù)三面封口制袋包裝機(jī)及枕式對(duì)接制袋包裝機(jī)上。但是,對(duì)制造同一尺寸的枕形袋所需對(duì)應(yīng)的成型器,象鼻成形器的結(jié)構(gòu)尺寸比翻領(lǐng)式結(jié)構(gòu)尺寸大,薄膜也易于跑偏,同樣,該成型器只能成型同一寬度的袋形。4.形成型器:如圖(d)所示,它是在三角形成器基礎(chǔ)上改裝而成的,薄膜在卷曲成型中受力狀態(tài)比三角成型器好,其適應(yīng)范圍與三角形成型器一樣,但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。5.直角缺口導(dǎo)板成型器:如圖(e)所示,它由缺口導(dǎo)板、導(dǎo)輥和雙邊縱封輥組成,成型器本身能將平張薄膜對(duì)開后又能自動(dòng)對(duì)折封口呈圓筒形,常應(yīng)用在立式連續(xù)聯(lián)合包裝機(jī)上。 從三角形、型

4、及象鼻成型器可見,它們的共同特點(diǎn)是利用成型器外表面形狀的變化而將平張薄膜折成對(duì)折或近似對(duì)折的形狀,在平張薄膜逐漸變成對(duì)折狀態(tài)的過(guò)程中,被一個(gè)個(gè)三角形圖形所分割,下面就從這些三角形圖形入手來(lái)研究其設(shè)計(jì)的一般方法。 二、制袋成型器的設(shè)計(jì)二、制袋成型器的設(shè)計(jì) 1.三角形成型器 三角形成型器使平張薄膜對(duì)折成型的過(guò)程如圖5.16所示。 設(shè)薄膜的寬度為2a,對(duì)折后的空袋高度為a(立式機(jī)為空袋寬度)，三角形板與水平面間的傾斜角即安裝角為，三角板的頂角為2,薄膜在三角形板上翻折的這一區(qū)段長(zhǎng)為b,若不計(jì)三角形板的厚度,假定薄膜在對(duì)折后兩膜間貼得很緊,則: 在 直 角 三 角 形 D E C中,DE=a,DC=b

5、,所以有: 圖5.16 三角成型器折疊成型示意圖ab sin (5-1) 在直角三角形ADC或BDC中:AD=DB=a, DC=b,所以有 (3-2) abtg 對(duì)既定的三角形成型器和一定的空袋尺寸,a/b是一個(gè)定值,所以有如下關(guān)系； (5-3) sin tg arctg(sin)即： 由此可見,三角形成型器的頂角與安裝角有相互制約的關(guān)系,而值的大小關(guān)系到三角形板形狀尺寸,所以一定的安裝角必對(duì)應(yīng)著一定形狀尺寸的三角形成型器,否則會(huì)影響成型器正常制袋。 (5-4) 在生產(chǎn)實(shí)踐中,三角形頂角2值是加工后得到的,而安裝角可通過(guò)一定結(jié)構(gòu),并加以調(diào)試來(lái)保證。故最好值是一個(gè)容易測(cè)量的整數(shù),設(shè)計(jì)中通常是選定

6、后,再用關(guān)系式來(lái)求解值。 安裝角實(shí)質(zhì)上就等于三角形成型器在頂角附近薄膜運(yùn)動(dòng)的壓力角,角越大就表示壓力角越大,薄膜翻折所受阻力也就越大,壓力角太大時(shí),薄膜在受力翻折中容易產(chǎn)生拉伸變形,嚴(yán)重的甚至撕裂或拉斷。壓力角小時(shí),成形阻力就小,但壓力角太小,致使結(jié)構(gòu)不緊湊。 根據(jù)壓力角及結(jié)構(gòu)尺寸間的關(guān)系,三角形成型器安裝角的選擇范圍為=2030由此可見,角最適宜的角度不大于30。所以,通常三角形成型器采用頂角22r、QEm。 其中:r縱封輥回轉(zhuǎn)半徑,m所選定的護(hù)邊寬度尺寸。 最后將U型槽余下部分上口并攏,使U型變成如圖5.18右側(cè)視圖那樣的封閉圖形,以利縱封封口,原U型成型器的GHK部分因有薄膜導(dǎo)輥G而可省

7、略被截去。圖圖3.18 3.18 象鼻成型器作圖象鼻成型器作圖 4.翻領(lǐng)成型器 翻領(lǐng)成型器具有內(nèi)外曲面,薄膜與它相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),可強(qiáng)制薄膜按其內(nèi)外曲面形狀變成。使平張薄膜逐漸卷曲成圓筒狀,要求該成型器在拉膜時(shí)使薄膜不產(chǎn)生縱向與橫向拉伸變形,而且使薄膜與成型器之間的摩擦阻力盡量小,不跑偏、不卡塞,制出外形平整美觀,符合尺寸要求的袋。 以加料管截面形狀不同可分為圓形及方形截面料管的翻領(lǐng)成型器。這里介紹用解析作圖法作成型器領(lǐng)口交接曲線的方法,一但有了領(lǐng)口交接曲線,無(wú)疑對(duì)于成型器的設(shè)計(jì)制圖,薄板放樣,成品檢驗(yàn)將帶來(lái)許多有利之處。 在本設(shè)計(jì)計(jì)算中假定:包裝材料走上成型器被卷曲前先在同一平面內(nèi),材料的張緊變形

8、,包裝材料的厚度,成型器與加料管之間的間隙均可忽略不計(jì)；計(jì)算中暫不考慮枕式袋的搭接,對(duì)接封口縫的尺寸。 圖圖3.19 3.19 圓形料管翻領(lǐng)成型器計(jì)算圖圓形料管翻領(lǐng)成型器計(jì)算圖 圖圖3-20 3-20 成型器翻領(lǐng)曲面的展開圖形成型器翻領(lǐng)曲面的展開圖形 (1)圓形料管翻領(lǐng)成型器 圖5.19是這種成型器的計(jì)算圖,以圓形料管的軸線oz為軸,取直角坐標(biāo)oxyz，則料管與xoy平面相交的截交線是以r為半徑的一個(gè)圓,圖中直線AB是包裝材料從最后一根導(dǎo)輥引出后與成型器的接觸線,ABC構(gòu)成平面等腰三角形,它與xoy平面的夾角為,D是AB的中點(diǎn),故ACD=BDC=,ACS與BCS構(gòu)成兩側(cè)的兩個(gè)對(duì)稱曲面,SCS為

9、成型器領(lǐng)口交接曲線,S是該曲線的最低點(diǎn),位于x軸上,C為該曲線的最高點(diǎn),它在xoy平面上的投影是N點(diǎn),且在x軸上。 為推導(dǎo)計(jì)算上的需要,使AC延長(zhǎng)至T點(diǎn),DC延長(zhǎng)至T,作TE平行于ox軸,TT平行于oy軸,CE平行于oz軸,由此得CET與CTT均為直角,且三角形CTT與三角形ABC在同一平面上,三角形CET在xoz平面上,P是領(lǐng)口交接線上任意一點(diǎn),連PT,令PT=f,CT=e,P點(diǎn)在xoy平面上的投影為Q點(diǎn),弧長(zhǎng)NQ=u,P點(diǎn)的高即為交接線的函數(shù),C點(diǎn)是的中點(diǎn),C處的高CD=h。 成型器交接線上任一點(diǎn)P的坐標(biāo)可寫出: (3-8) xruryrurzcossin(u) 對(duì)T的坐標(biāo)可寫成 ： (5

10、-9) xeryetgzehTTT ( cos)()sin 因?yàn)閒=PT即為P與T兩點(diǎn)間的距離,所以有 將P及T兩點(diǎn)的坐標(biāo)值代入: (5-10) fxxyyzzTTT2222()()()ferruretgrurehu2222 (coscos)(sin) sin( ) 若將成型器沿SS剪開并展成平面,如圖5.20所示,由該圖看出,PT長(zhǎng)可由下式表達(dá): (5-11) fetguheu222()( ) 展開前與展形后PT之長(zhǎng)不能變,兩表達(dá)式聯(lián)立消去f,可謂交接曲線上任意點(diǎn)P的高的方程式: ( )(sin)( cos)(cos)(sin)uhetgururr erurue11212uuh uru00,

11、( );,( ) ( )u此式的邊界條件為: (5-13) 令 =0,代入(3-12)式,可得出線段e的長(zhǎng)度表達(dá)式: (5-14) earhatgr1221222(sin)cos 由此可見,設(shè)計(jì)中若能首先確定料管半徑r,翻領(lǐng)三角形ABC的頂角之半、翻領(lǐng)的后傾角及成型器領(lǐng)口交接曲線的最大高 (5-12) 度h,則e值可以求得,再利用式(5.12)算出與每一段弧長(zhǎng)U對(duì)應(yīng)的在交接曲線上各點(diǎn)的高度,便不難連出領(lǐng)口交接曲線。 參數(shù)r、h的確定必須滿足包裝工藝上的要求,分述如下。 1.圓形料管的半徑r 設(shè):a為折后的包裝空袋寬度,則2a=2r,所以 (5-15) ra b.翻領(lǐng)的后角 與三角成型器安裝角一

12、樣,角度大則薄膜通過(guò)成型器的成型阻力亦大,但結(jié)構(gòu)尺寸小,包裝機(jī)總體尺寸就緊湊,角度小則相反,生產(chǎn)實(shí)踐中翻領(lǐng)成型器的后傾角取用范圍較大,在060之間。 c.翻領(lǐng)三角形平面的形狀尺寸由圖3.19中可見,三角形ABC的形狀尺寸由三角形底邊AB和高 CD或頂角ACB來(lái)決定,底邊AB=AD+DB=2a與袋子的尺寸有關(guān),DC是包裝材料在三角形平面上的長(zhǎng)度,三角形成型器設(shè)計(jì)中曾假定DC=b,這三角形平面從導(dǎo)輥到成型器最高點(diǎn)C開始翻折成型之前用來(lái)引導(dǎo)及承載包裝材料的。b的長(zhǎng)短反映了引導(dǎo)面的大小,b太短起不了引導(dǎo)與承載薄膜的作用,造成薄膜在交接曲線附近成型阻力過(guò)大,易拉伸變形,b太長(zhǎng)又導(dǎo)致成型器結(jié)構(gòu)不緊湊,且不

13、一定全能用來(lái)承載薄膜,反而因引導(dǎo)面的過(guò)大而增加了薄膜與成型器表面間摩擦面長(zhǎng)度,設(shè)計(jì)中建議取b=h。則 (5-16) d.領(lǐng)口交接曲線的最大高度h 領(lǐng)口交接曲線是一條空間曲線,它的最低點(diǎn)到最高點(diǎn)之間在z軸方向的距離稱為最大高度h。對(duì)某一既定r、和參數(shù)的翻領(lǐng)成型器,它的領(lǐng)口交接線最大高度h與線段的長(zhǎng)度具有函數(shù)關(guān)系,參見式(3-14)當(dāng)e值由0變化時(shí),h則由較大值逐步變小,起初h隨e的tgabah 由此可見,圖5.21上線段e的長(zhǎng)短直接關(guān)系到交接線最大高度h的大小,當(dāng)e值取得較大時(shí),h較小,成型器較矮,但使包裝材料在成型時(shí)變形急劇,成型阻力較大,不利于制袋,當(dāng)值取得較小時(shí),h較大,成型阻力較小,但成

14、型器較高,結(jié)構(gòu)不緊湊。加料管懸壁越長(zhǎng),受力情況惡化,這給制造及使用都帶來(lái)困難。 變化較大,隨后h隨e的增加變化越來(lái)越小,以至趨向一定值。h與e的關(guān)系如圖5.21所示。 hatgr121cossin圖圖5.21 5.21 h-e關(guān)系曲線關(guān)系曲線 由圖5.21上可見,eh關(guān)系曲線,當(dāng) e=2r/cos時(shí),h的變化已極為緩慢,e值無(wú)需取得比 還大。所以線段e的取用范圍為0e2040時(shí),超橢圓圖形就逐漸過(guò)渡到帶圓角的長(zhǎng)方形或正方形如圖5.22所示。 這里設(shè):短半軸為p,長(zhǎng)半軸為q,半徑為,超橢圓圖形上任一點(diǎn)Q的極坐標(biāo): (5-19) 將x、y均代入超橢圓方程得極坐標(biāo)式的超橢圓方程 (5-20) 改寫成

15、: (5-21) xryr()()cossincossin()()rprqnn1(cos)(sin)()pqrnnn1因?yàn)閳D形有對(duì)稱性,所以 ,由方程(5-21)可得: (5-22) 這樣,我們也可以利用圓形料管成型器的計(jì)算圖原理來(lái)進(jìn)行方形料管成型器的計(jì)算。作出的計(jì)算圖如圖3.23所示。 用極坐標(biāo)形式表示領(lǐng)口曲線上任一點(diǎn)p的位置: (5-23) 同理,對(duì)點(diǎn)也可寫出: (5-24) rrr()()() rp rq( )(),02xryrzu( )( )( )cossin, xpeyetgzehTTT cossin圖圖5.22 超橢圓圖形超橢圓圖形1-n=1,2-n=10,3-n=15,4-n=2

16、0,5-n=30 圖圖5-23 方形料管翻領(lǐng)成型器計(jì)算圖方形料管翻領(lǐng)成型器計(jì)算圖 設(shè)直線PT=f,可寫成: (5-25) 同樣剪開計(jì)算圖展開,PT長(zhǎng)仍保持不變,在平面圖形里: (5-26) 兩式聯(lián)立,消去f,也可得交接曲線上任一點(diǎn)p的高的方程式: 此式的邊界條件為: (5-27) 當(dāng) (5-28) fxxyyzzTTT2222()()() coscos sin sin(, )( )( )( )ep retgrehu222fetguheu222(, )()(), cos ( cos)sincos(sin)()()()()()()uhprurepetgruepe1212220000, , ()()()()uuhuuurdrdd()()()22由式(5-27)可看出,要得出成型器領(lǐng)口交接曲線函數(shù) ,只有首先確定或求算出 等參數(shù)。其中 是超橢圓在其轉(zhuǎn)角位置時(shí)到起始點(diǎn)的曲線長(zhǎng),是變量的函數(shù),而且極坐標(biāo)表示的弧微分式為: (5-29) 求弧長(zhǎng)必須積分: (5-30) 式(5-30)中 的應(yīng)對(duì)式(5-21)的 求導(dǎo),但積分式內(nèi)的被積函數(shù)不是初等函數(shù),難以積出,為工程上應(yīng)用方便起見,可以用近似計(jì)算方法來(lái)解決。 , ()urptguhe( )( )、 、 、 、u()du