淺析卷簧式緊膜包裝機械設計

張曉龍

摘? 要：保障機械對于企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)有著重要意義。在過去，包裝機械對包裝膜預緊領(lǐng)域中，主要有多輥式、手動式、鏈條式設施，但是漸增裝置與方法研究相對較少。而卷簧回旋力設計裹卷運動可以有效實現(xiàn)變力輸出，之后利用齒輪的相互傳動實現(xiàn)動力傳遞。卷簧運行中給薄膜一定張力，并且也是卷簧施加力的部分。通過將機械每個軸之間的齒輪相互配合即可實現(xiàn)機械傳動。基于此，該文首先提出包裝膜預緊機械種類，進而提出卷簧式緊膜包裝機設計方案。

關(guān)鍵詞：緊膜包裝機;卷簧;設計;方案

中圖分類號：TB486? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

隨著我國社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，當今電氣自動化、電子化技術(shù)在各行各業(yè)中的應用愈加廣泛。包裝印刷膜預緊效率是包裝印刷工業(yè)發(fā)展中的巨大阻礙之一。現(xiàn)有的預緊漸增張力方案預緊力不足、噪聲大、效率低，整體功能還不夠完善。因此，行業(yè)急需一種新的取標方法，從而突破包裝印刷工藝中包裝膜預緊領(lǐng)域技術(shù)瓶頸。而卷簧式緊膜包裝機的出現(xiàn)在很大程度上解決了這一問題，其不僅能夠彌補傳統(tǒng)包裝機的不足，并且還可以保證包裝質(zhì)量，這對提高企業(yè)生產(chǎn)效益有著重要意義。

1 緊膜包裝機的種類

1.1 多輥式張緊式

多滾張緊式包裝機最常見的就是BASTIA薄膜收卷機，也是包裝企業(yè)應用最常見的方案。該方案張緊式利用輥子高度、角度差實現(xiàn)薄膜張緊，這種單純利用輥子高度、角度張緊方法會導致張緊力不均衡，隨著張緊時間延長，不同部位的張緊程度也不同，這些差異導致包裝膜預緊質(zhì)量不足。

1.2 手動式

手動式最大的缺陷就是難以測量張緊膜張力參數(shù)，再加上手動式張緊膜缺乏連續(xù)性，無法滿足Hooke，s law規(guī)則，難以在線彈性模型當中分析膜張力大小，不能滿足工藝生產(chǎn)標準。同時，手動張緊力難以測定意識一大技術(shù)難題，后續(xù)采用微積分更多分析的是更加煩瑣的數(shù)學模型，難以做到張緊力的實時追蹤。

1.3 鏈條式

顧名思義，鏈條式就是通過鏈條傳動力矩實現(xiàn)預緊作用，但是鏈條牽引運行中會受到較大的磨損，節(jié)距會持續(xù)增加，使鏈條變長，出現(xiàn)松動下垂現(xiàn)象。為了保證鏈條、鏈輪輪齒完全嚙合，保證鏈條可以正常運行，還必須要設置鏈條的張緊裝置。無論是采用張緊輪還是移動從鏈輪支撐座張緊，都要采用重錘、螺旋機構(gòu)。

1.4 卷簧式

卷簧式緊膜裝置的運行原理為，同一種膜在不同張力下抗沖擊能量不同，主要功能是滿足根據(jù)膜張力大小確定施加力，通過機械傳動能量輸出、膜張緊能量輸入機械。所輸入的力可以測量和變化，利用卷簧你那卷力生成動力，從而達實現(xiàn)變力輸出的功能，隨后采用軸、齒輪間的相互傳動實現(xiàn)張緊功能。卷簧作用可以提供相應的張力作用，并且這種張力可以使卷簧包裹部分可以根據(jù)不同膜張力施加相對應的力。在整個系統(tǒng)當中，單項控制力主要是由棘輪帶動實現(xiàn)，可以在一定范圍內(nèi)自動復位，自動復位功能可以讓各個軸之間回位到下一次作用。2個棘輪分別控制2個軸，實現(xiàn)控制軸、傳動軸的單獨控制，從而精準地賦予張力。

2 卷簧式緊膜包裝機械設計

卷簧可以在狹小的空間中提供較大的恢復能力。也就是在機械部件一次行程完成之后，可以將部件恢復到原位上，以準備下一次行程。

2.1 整體運行與傳動

想要實現(xiàn)力矩輸出必須要保證膜材和軸之間的摩擦力，這也是實現(xiàn)機械動力輸出的重要因素。也正是由于膜材、軸間相互作用運動才可以賦予機械傳動力，膜材、軸之間相互摩擦會帶動軸轉(zhuǎn)動，而軸通過鍵連接可以讓軸齒輪相互嚙合，進而產(chǎn)生相互作用力，并保證膜上作用力的穩(wěn)定性。由于軸運動是定向形式，連接軸鍵可以代用軸定量運行，根據(jù)上部分棘輪反作用，即可實現(xiàn)定向傳動，而不會產(chǎn)生軸間的反向回轉(zhuǎn)。軸運動會根據(jù)驅(qū)動力定向轉(zhuǎn)動，帶動繞輪轉(zhuǎn)動，作為卷簧連接器，是一種非標準件，會通過螺釘和卷簧緊固配合運行，帶動卷簧運動。另一個軸在棘輪帶動下單獨運動，一個軸上繞輪運動會驅(qū)動卷簧從而帶動另一個軸卷輪產(chǎn)生運動，此時可以將卷簧變力反作用在膜材上。在受力條件下，軸的繞輪帶動產(chǎn)生單向運動，從而實現(xiàn)預緊控制的效果。

軸運動可以劃分為2個部分，包括控制軸、傳動軸?？刂戚S有1個，傳動軸有3個（設定為軸1、軸2、軸3）。傳動軸運動狀態(tài)為：膜材卷動→軸1→軸2→軸3，之后帶動齒輪轉(zhuǎn)動。并且傳動軸上有3個反饋機制，表示膜材、軸的運動相互反饋機制，通過和棘輪帶動實現(xiàn)軸和齒輪之間的配合。膜材、軸運動反饋軸運動機制為膜材與軸相互摩擦產(chǎn)生動力，實現(xiàn)軸的運動，并且軸運動會反作用于膜材和軸的摩擦，軸運動帶動棘輪運動，棘輪運動會反作用于軸運動。整個機械中軸作為核心部件，可以避免軸反轉(zhuǎn)即可確保設備的正常運行。軸運動反饋軸和齒輪配合機制帶動軸、齒輪運轉(zhuǎn)，在沒有齒輪作用下或齒輪齒數(shù)不同都會對整體運行情況造成影響。

2.2 卷簧和控制機構(gòu)

卷簧上有2根軸以及2個繞輪，軸會帶動繞輪轉(zhuǎn)動，此時會抽動拉卷造導致卷簧長度變化，也就是力的變化，采用該方法可以實現(xiàn)相關(guān)軸轉(zhuǎn)動關(guān)聯(lián)性，由于軸轉(zhuǎn)動數(shù)值增加也會導致控制轉(zhuǎn)動輥膜張力增加，從而實現(xiàn)包裹效果。在此條件下，2個棘輪通過軸鍵連接軸實現(xiàn)了同步驅(qū)動，通過棘輪控制實現(xiàn)相應軸單向轉(zhuǎn)動，棘輪單向轉(zhuǎn)動以及卷簧自身的恢復性，可以避免處理不當造成的機械裝置倒置問題。一旦產(chǎn)生機械運行倒置情況，會導致機械作業(yè)過程失效，響應的零部件也會產(chǎn)生機械損傷問題，所以在控制軸和傳動軸運動運行中必須要加強棘輪控制。加強棘輪控制不僅可以實現(xiàn)單向性運動，也有助于控制卷簧帶動軸的傳動作用。3個傳動軸之間相互配合，而控制軸不會產(chǎn)生傳動作用，主要是負責傳動軸控制功能。

2.3 供膜供料與包裹單元設計

供膜系統(tǒng)采用步進電機帶動支撐薄膜的輥軸轉(zhuǎn)動，在薄膜張緊系統(tǒng)中圓桿在豎直方向為自由狀態(tài)，在此桿重力作用下，使薄膜處于舒展狀態(tài)，并且包裝動作還保留一定余量。如果塑料薄膜余量較少，此時自由桿位置也會提升，自動觸發(fā)電動機調(diào)速功能，此時電動機帶動供膜輥軸轉(zhuǎn)動，提供足夠的包裝材料。

卷簧采用臥式放置，利用卷簧的自身重力，通過自行滾動原理設計自動供料系統(tǒng)。整個結(jié)構(gòu)可以分為斜面供料架、塑性擋板、弧形推送裝置。弧形推送結(jié)構(gòu)會推堵往下料口，保證斜面料板彈簧自動儲料。弧形推動機完成一個過程工作之后會自動復位，儲存下料口卷簧會滾到下托裝前端凹槽內(nèi)待定。自動供料結(jié)構(gòu)通過自動執(zhí)行該程序即可實現(xiàn)連續(xù)包裝，實現(xiàn)包裝工序。

機車在卷簧帶動下會隨著下托機構(gòu)下降，從而帶動薄膜下移為U形態(tài)，在氣缸推動下會帶動“U”型槽托板運行，退料結(jié)構(gòu)處承接彈簧，此時卷簧會被裹包1/2，之后熱封板會將薄膜做成條形熱風，之后將薄膜壓緊、橫向切封，這樣就實現(xiàn)了裹包流程。輸送結(jié)構(gòu)傳動機構(gòu)可以在步進電機帶動下實現(xiàn)無級調(diào)速功能，保證和其他運行結(jié)構(gòu)實現(xiàn)同步調(diào)速。為了確保包裝中其他卷簧不會進入包裝單元，可以在進料口位置設置擋板，避免在包裝時產(chǎn)生紊亂情況。

3 結(jié)語

綜上所述，在緊膜包裝機當中采用卷簧，可以利用膜張力特性，實現(xiàn)不同的懸浮包裝件。在應用輕載零件使用中，要全面加強機械設置方法的研究工作，緩沖包裝、常用裹包機械轉(zhuǎn)化為緩沖包裝加工形式，可以有效降低生產(chǎn)成本，也可以讓緩沖包裝工藝更加簡便，將緩沖實用性提升到90%，實現(xiàn)了緩沖包裝設計要求。

參考文獻

[1]陳寧，張功學，鞏桂芬.卷簧式緊膜包裝機械設計[J].包裝工程，2017（7）：165-168.

[2]單文澤，潘孝斌，陳元泰.渦卷彈簧式制動能量回收裝置研究[J].機械設計與制造工程，2015，44（10）：73-77.

[3]謝亞.機車彈簧在線包膜技術(shù)研究與開發(fā)[D].天津：天津科技大學，2014.