包裝機(jī)內(nèi)袋成型機(jī)構(gòu)的設(shè)計及理論分析

鄧援超，陳 華

（湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖北 武漢430068）

包裝袋翻邊成型機(jī)構(gòu)是包裝機(jī)械的重要組成部分.常見包裝機(jī)成型機(jī)構(gòu)的翻邊成型方式包括：連續(xù)導(dǎo)軌翻邊成型、漸變導(dǎo)軌翻邊成型、導(dǎo)向輪翻邊成型等［1］.不同的翻邊整形方式分別針對不同包裝袋的翻邊要求，但從現(xiàn)有的文獻(xiàn)來看，尚無就包裝袋的漸變導(dǎo)軌翻邊成型裝置進(jìn)行的理論分析.

1 漸變導(dǎo)軌翻邊成型裝置工作原理

漸變導(dǎo)軌翻邊成型裝置主要由導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、牽引機(jī)構(gòu)、成型機(jī)構(gòu)和固定壓平機(jī)構(gòu)等組成［2］，其中的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)為成型機(jī)構(gòu).在包裝袋翻邊成型過程中，首先導(dǎo)向機(jī)構(gòu)將待翻邊的包裝袋導(dǎo)入成型機(jī)構(gòu)的入口處，接著牽引機(jī)構(gòu)抓住袋子中間位置，沿著導(dǎo)軌方向，經(jīng)過成型機(jī)構(gòu)進(jìn)行多次漸變.成型機(jī)構(gòu)設(shè)計中，通常使用漸變整形機(jī)構(gòu)有兩次漸變導(dǎo)軌翻邊和四次漸變導(dǎo)軌翻邊［3］，本文以常用的四次漸變?yōu)槔M(jìn)行分析.在四次漸變的成型機(jī)構(gòu)中，每次漸變角度呈45°，在經(jīng)過翻邊的袋子退出導(dǎo)軌時，兩側(cè)邊翻起接近180°，最后通過壓平機(jī)構(gòu)定型，從而完成全部翻邊整形的動作［2］.整個翻邊整形過程中，主動拉力、漸變角度、漸變次數(shù)以及內(nèi)袋運動速度等因素影響翻邊成型的效果.

四次漸變翻邊機(jī)構(gòu)，每次漸變45°（圖1）.漸變的順序程度與斜邊角度α1，α2，α3，α4有關(guān)，而α1，α2，α3，α4的確定分別與ι1，ι2，ι3，ι4，h1，h2，h3，h4有關(guān).斜邊角度α為ι與h的夾角.同時，傾斜角α1，α2，α3，α4的確定取決于袋子的材料性質(zhì)和袋子運動的速度.塑料薄膜袋和硬紙質(zhì)袋子在同一成型機(jī)構(gòu)中，硬質(zhì)紙袋更容易實現(xiàn)高效翻邊.塑料薄膜材料的袋子使用的塑料薄膜較為柔軟，在翻邊整形過程中，容易變形，因此傾斜角α1，α2，α3，α4須通過具體的材質(zhì)來確定.

圖1 包裝機(jī)成型機(jī)構(gòu)

2 漸變導(dǎo)軌的分析

圖2 包裝機(jī)成型機(jī)構(gòu)A向示意圖

如圖2所示，已知要求內(nèi)袋要能順利通過成型機(jī)構(gòu)，使得內(nèi)袋翻邊（180°翻邊），因此要求導(dǎo)軌間隙δ1、δ2、δ3不宜過小，否則待翻邊的包裝袋可能出現(xiàn)卡死狀態(tài).例如：塑料薄膜袋的厚度為0.06mm，紙袋厚度為0.06mm，塑料薄膜與紙的雙層袋的厚度為0.06＋0.06＝0.12（mm），但δ1、δ2、δ3絕對應(yīng)比上述厚度大.間隙的大小與袋子的材質(zhì)、成型機(jī)構(gòu)的制作精度和表面光潔度有關(guān)，需通過試驗確定.

3 主動力分析

如圖3所示：F為主動拉力，S為袋子翻邊折痕到袋子中心的距離.包裝袋材料的力學(xué)性質(zhì)，與漸變角度（α1，α2，α3，α4），以及包裝袋的運動速度V之間存在聯(lián)系.主動拉力F主要受漸變角度α1，α2，α3，α4以及袋子運動速度V影響.尺寸由袋子的袋口大小決定.在不影響翻邊效率的基礎(chǔ)上，應(yīng)選擇合適的S.一般來講，S的值越小，翻邊成型的效率越高，效果越好.

圖3 包裝袋B向受主動拉力過程示意圖

4 漸變角度分析

圖3、4中：α為漸變角，β為傾斜斜邊與Z軸的夾角.

圖6 β＝90°時內(nèi)袋與漸變導(dǎo)軌的夾角

而

當(dāng)β＝90°時，如果忽略漸變板的厚度，

因此

將式（1）對x求導(dǎo)可得：

由

可知：隨著x值越大越小.因此，當(dāng)x∈ ［0，l］時，可以得到x＝0時的極值.

當(dāng)β＝45°時，

由式（3）可得出

式（4）兩邊對x求導(dǎo)可得

由式（5）可知：隨著x增大逐漸減小.因此，當(dāng)x∈［0，l］時，可以得到x＝0時的極值：

綜上所述，同樣在x＝0處，出現(xiàn)了角度變化的最大值，同時此處受力最大，也限制了包裝袋的運動速度v.而漸變程度的最大值與漸變角度α和δ3有關(guān).

當(dāng)α增大，δ3減小時增大；當(dāng)α減小，

因此，δ3值既不能太小也不能太大，應(yīng)該使δ3先大，然后變小，襯板設(shè)計如圖7所示，即δ3從逐漸變?yōu)?/p>

圖7 B向示意圖

5 結(jié)論

使用四次漸變導(dǎo)軌整形機(jī)構(gòu)，經(jīng)過反復(fù)的試驗，該機(jī)構(gòu)可以順利而準(zhǔn)確地將包裝袋翻邊成型，滿足包裝袋包裝過程中翻邊整形的一般要求.經(jīng)過試驗可知，四次漸變整形機(jī)構(gòu)對于小翻邊具有極大優(yōu)勢，而對于大翻邊，由于其總長l很大，因此使用導(dǎo)向輪翻邊更為合適.

［1］許林成.包裝機(jī)械［M］.長沙：湖南大學(xué)出版社，1989.

［2］孫鳳蘭，馬喜川.包裝機(jī)械概論［M］.北京：印刷工業(yè)出版社，2005：233－234.

［3］潘松年，戴宏民，許文才.包裝工藝學(xué)［M］.北京：印刷工業(yè)出版社，2007.