?；冯p層包裝袋內(nèi)袋扎口裝置的設(shè)計(jì)

王　帆，黎厚斌，張國全，王　孌 ，王北海

(1.武漢輕工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，武漢 430023；2.武漢大學(xué)，武漢 430072)

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?；冯p層包裝袋內(nèi)袋扎口裝置的設(shè)計(jì)

王帆1，黎厚斌2，張國全1，王孌1，王北海1

(1.武漢輕工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，武漢 430023；2.武漢大學(xué)，武漢 430072)

摘要：為提高?；冯p層包裝袋封裝的自動化程度，分析雙層包裝袋扎口裝置的工作原理，建立雙層包裝袋扎口裝置主要部件的設(shè)計(jì)思路和結(jié)構(gòu)模型，并對關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理。最終得出雙層包裝袋扎口裝置設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：?；罚浑p層包裝袋；內(nèi)袋；扎口裝置

0引言

近些年，我國易爆品的包裝技術(shù)發(fā)展非常的迅速，最大的體現(xiàn)就是包裝機(jī)種類的增多以及包裝性能的卓越。除銨梯炸藥外，炸藥生產(chǎn)工藝從原材料投放到制成炸藥(包裝前)已逐步實(shí)現(xiàn)半連續(xù)化或全連續(xù)化作業(yè)，尤其是乳化炸藥和固體粉狀乳化炸藥已實(shí)現(xiàn)了微機(jī)監(jiān)控全連續(xù)自動化生產(chǎn)工藝技術(shù)[1-3]。

相比較而言，某些特種行業(yè)小顆粒狀?；返陌b工藝較為落后，包裝過程大部分還采用人工完成，機(jī)械化程度低、工藝比較落后，勞動強(qiáng)度大，且存在較大的安全隱患。隨著技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，必須對其生產(chǎn)過程進(jìn)行改造和提高，以適應(yīng)和匹配大生產(chǎn)要求的連續(xù)自動化作業(yè)，以期全面提高小顆粒狀?；返纳a(chǎn)水平[4-5]。所以本文著重研究小顆粒狀?；贩庋b雙層包裝袋內(nèi)袋扎口裝置的工作原理及設(shè)計(jì)思路。

1雙層包裝袋扎口工作原理

1.1處理對象基本參數(shù)(袋、桶模型)

包裝袋:包裝袋尺寸為502×926mm，采用兩層塑料袋充填，袋口半徑160mm。

包裝桶:桶的材料為紙桶，桶內(nèi)腔尺寸：深度420mm，直徑340mm。

1.2現(xiàn)有手工扎口方式

現(xiàn)有的扎口方式先將裝好袋的物料裝入包裝桶內(nèi)，然后將包裝袋進(jìn)行一次纏繞扎口，然后將扎口位置對折后用塑料繩進(jìn)行二次扎口。

1.3扎口原理

1.3.1袋口分離策略

為了使該雙層包裝袋的內(nèi)層袋和外層袋分離，便于內(nèi)層袋的扎口。設(shè)計(jì)內(nèi)層袋比外層袋高出一定距離，使內(nèi)層袋高出部分被夾塊夾住后，外層袋可以被順利下拉至桶口處，便于內(nèi)層袋的扎口。

1.3.2收袋口方式

收袋口分兩次收口，第一次收口后進(jìn)行排氣，然后再次收口并扎口。第一次收口時，袋口由圓形變成一條直線，由于袋口的直徑為320mm，當(dāng)收成一條直線時，袋口長度達(dá)到502mm，長度較長影響二次收口，此處，將第一次收口夾內(nèi)側(cè)改成波浪形，如圖1所示(圖中波浪曲線的長度約為502mm)，盡量縮短夾塊的長度，方便二次收口。第二次收口時，要盡量使袋口收成一個圓形，并要使圓形直徑越小越好。因此，二次收口夾做成如圖2所示，可將袋口收成一簇直徑不超過60mm的圓形，便于扎口裝置扎口。

1.3.3排氣原理

為了使扎口前袋內(nèi)盡量不存在空氣，需要在第一次夾口后，排出袋中剩余空氣。排氣方式采用氣囊充氣擠出包裝袋內(nèi)的空氣。

1.3.4扎口方式選擇

為了達(dá)到消除靜電的要求，以及結(jié)構(gòu)的盡量簡化，擬采用自鎖式尼龍?jiān)鷰нM(jìn)行扎口，且對本雙層包裝袋進(jìn)行3次扎口，內(nèi)層袋扎口2次，外層袋扎口1次。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成及關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化

2.1主要結(jié)構(gòu)組成

(1)夾塊組件。夾塊組件主要完成夾住內(nèi)層包裝袋的功能。當(dāng)傳感器檢測到雙層包裝袋運(yùn)動到指定位置時，夾塊組件的兩個夾塊在兩個夾袋氣缸的作用下夾住內(nèi)層包裝袋的上部。在夾內(nèi)層袋時，方便第二次收口，第一次夾袋的夾塊(圖1)采用了波浪形狀；同時，為了防止排氣時，內(nèi)層包裝袋袋內(nèi)的物料飛出，在夾塊的上方加入了收氣口，采用負(fù)壓抽走物料回收。

(2)下拉外袋組件。當(dāng)夾塊組件夾住內(nèi)層袋后，分布在包裝袋袋口4個對頂角位置的下拉外袋組件開始工作。如圖3，每個下拉外袋組件，先在雙桿氣缸1的作用下，將夾指氣缸2的夾指3伸入到外層包裝袋內(nèi)；然后夾指氣缸夾住外包裝層袋袋口；隨后，一個小氣缸向后拉動雙桿氣缸，使外層包裝袋被拉緊；最后，在向下拉袋氣缸的作用下，拉動整個外層包裝袋下移。在該過程中，為了實(shí)現(xiàn)下拉外袋的穩(wěn)定性，采用在袋口圓形外接正方形4個對頂角的位置安裝4個下拉組件同時下拉的方法。

(3)排氣組件。當(dāng)外層包裝袋被拉下后，2個推氣囊氣缸推動2個充氣氣囊從兩側(cè)靠近內(nèi)層包裝袋，然后，開始對氣囊緩慢充氣，緩慢擠出內(nèi)層包裝袋內(nèi)的空氣。

(4)夾口組件。夾口組件位于夾塊組件的下方。首先，在側(cè)夾袋氣缸的作用下，將夾口組件推到包裝袋袋口軸線位置；然后，夾口組件中的2個收袋口夾(圖2)在2個夾口氣缸的作用下，將內(nèi)層袋口收攏。

(5)扎口組件。如圖4所示，首先，送扎帶氣缸將扎帶送至拉扎條進(jìn)座1，同時夾扎帶夾指氣缸2夾住扎帶的一頭；然后，在下移扎帶氣缸的作用下，推動扎口組件向下移動，使收好口的內(nèi)層包裝袋口通過扎口導(dǎo)向套3穿過扎帶；最后，在拉緊扎帶氣缸的作用下，拉緊扎帶，從而扎緊袋口。

由上可知，通過對氣缸的協(xié)調(diào)控制，完成了扎口的各個動作。本裝置有結(jié)構(gòu)緊湊、動作連貫、穩(wěn)定性與可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。為了保證本裝置具有較高的工作效率、可靠性和穩(wěn)定性，需要對本裝置的兩個關(guān)鍵組件，夾塊組件和扎口組件的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行分析和優(yōu)化。

2.2關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化

假設(shè)扎口裝置從雙層包裝袋運(yùn)動到該工位到完成扎口的最大運(yùn)行時間為T；內(nèi)層袋比外層袋高L1；夾塊組件中夾塊的長度為L2；扎帶扎口位置離扎帶存放初始位置的距離為L3；為簡化計(jì)算，袋子厚度不作為主要參數(shù)考慮；在運(yùn)行過程中，夾塊組件中夾塊運(yùn)行速度為v1，下拉外袋組件中外袋被下拉的速度為v2，夾口組件中收袋口夾運(yùn)行速度為v3，扎口組件中扎帶下移速度為v4，拉緊扎帶時拉動速度為v5，假設(shè)排氣組件排氣所需時間為T1。同時，定義雙層包裝袋袋寬為N，內(nèi)袋高為L，木桶深度為H，扎帶初始半徑為r1，扎緊后半徑為r2。相關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸如圖5所示。

為提高設(shè)備生產(chǎn)效率，以該工位各組件運(yùn)行最大工作時間T的最小值為目標(biāo)函數(shù)，建立其優(yōu)化模型如下：

目標(biāo)函數(shù)：

(1)

約束條件：

2πR=2N

(2)

L1<100

(3)

L2<2R

(4)

r1<30

(5)

50

(6)

(7)

式中N=502；L=926；H=420。

目標(biāo)函數(shù)式(1)由6項(xiàng)組成，是雙層包裝袋運(yùn)動到該工位到完成扎口的最大運(yùn)行時間，不是系統(tǒng)的工作周期。式(3)和式(4)因結(jié)構(gòu)需要，對取值范圍進(jìn)行限制。對上述模型進(jìn)行優(yōu)化處理后，可得出L1，L2，L3的近似最優(yōu)解。

2.3各組件運(yùn)動循環(huán)圖

根據(jù)各組件之間運(yùn)動的配合，將5個組件按驅(qū)動件的推程(拉程)與回程段和一個移動件在一個周期時間內(nèi)對各件所需的時間與起、停點(diǎn)與等待時間繪制成表1所示的各工作組件運(yùn)動循環(huán)圖，表1中循環(huán)周期T為整個扎口裝置完成扎口所需時間。

表1各組件運(yùn)動循環(huán)圖

在表1中，推程段表示驅(qū)動件(如氣缸)從初始位到終止位(下拉外袋組件的初始位置為氣缸推桿的伸長狀態(tài)，終止位為氣缸推桿收縮狀態(tài))，回程段表示驅(qū)動件從終止位返回初始位。粗線表示各組件推程與回程所需的時間，空白處為組件停止運(yùn)行的時間。

3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

按上面得出的結(jié)構(gòu)近似最優(yōu)解與各組件動作循環(huán)圖,物化出如圖6所示的三維模型圖。

為了消除生產(chǎn)過程中粉塵和靜電可能引發(fā)的危險(xiǎn)，在該裝置中對各運(yùn)動件和連接件采用防塵密封技術(shù)的設(shè)計(jì)，并對容易產(chǎn)生粉塵的部位采用負(fù)壓除塵技術(shù)；同時采用非接觸式靜電消除技術(shù)，并對每個工位都采取接地保護(hù)設(shè)計(jì)。

4結(jié)束語

基于傳統(tǒng)的手工扎口方式，本文構(gòu)造出自動完成雙層包裝袋內(nèi)袋扎口的機(jī)械設(shè)備。該設(shè)備能自動完成外袋的下拉、內(nèi)袋的收口和扎口工作。為提高系統(tǒng)運(yùn)行效率,優(yōu)化處理了扎口裝置的關(guān)

鍵結(jié)構(gòu)參數(shù),提出了各組件運(yùn)動循環(huán)圖。

參考文獻(xiàn)：

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Design on Inside Bag Enlaceing Device of Hazardous Chemicals in Double Bags

WANG Fan1LI Hou-bin2ZHANG Guo-quan1WANG Luan1WANG Bei-hai1

(1.School of Mechanical Engineering Wuhan Polytechnic University ,Wuhan 430023,China;2. Wuhan University,Wuhan 430072,China)

Abstract:In order to improve the automation level of double bag packaging for hazardous chemicals, the working theory of enlaceing device of double bags was analyzed, Design ideas and structural model of main components were established to double bag enlaceing device,and the key parameters were optimized. Finally, the design of double bags enlaceing device was gained.

Key words:hazardous chemicals;double bag;inside bag;enlaceing device

doi:10.3969/j.issn.1005-1295.2016.01.010

中圖分類號：TB486.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1005-1295(2016)01-0038-03

作者簡介：王帆(1991- ) ，男，碩士，研究方向?yàn)榘b機(jī)械設(shè)計(jì)、智能控制。通信作者： 張國全(1962- )，男，博士，教授 研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)及理論、包裝工藝，

通信地址：430072 湖北武漢市東西湖區(qū)馬池路特1號 武漢輕工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，E-mail:gquanzh@sina.com。

收稿日期：2015-08-07;修稿日期： 2015-08-27