立式袋包裝機可重構模塊化設計

【摘 要】 立式袋包裝機可以自動輸送物料和自動封裝，并可根據要求完成對包裝物料的稱重、打印等一系列包裝工序，廣泛應用于各行各業，因此對其設計與制造的研究有助于提高行業的發展。但是傳統的包裝機設計與制造其互換性差，各個模塊的重組能力不強，而可重構模塊化設計的包裝機，重組的能力與互換性都強于傳統的包裝機設計，達到使用者的一定要求，同時也方便了產品的設計者。

【關鍵詞】 包裝機 可重構 模塊

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2016.01.009

1 模塊化設計的要求

1.1 模塊標準化

模塊標準化是指每個獨立的模塊之間應具有相互聯接或者嚙合的接口，使得模塊之間通過接口可以更換該模塊，所以，為了確保相同功能模塊能夠互換、不同功能模塊能夠重組，此模塊應同時具備可互換性和可重組性兩種結構特點。要想實現這兩種結構特點，只有提高模塊的規格化、通用化程度，實現模塊的標準化，盡量避免非標準化的結合，這樣才能實現模塊化設計應有的效果。

1.2 模塊的劃分

立式袋包裝機的模塊劃分應遵循以下幾個原則：

（1）系統的主要功能不受模塊劃分的影響；

（2）模塊間的連接要便于組合與拆卸；

（3）模塊的功能和結構應具有一定的獨立性與完整性；

（4）保證模塊的互換性以及模塊在系統中的作用。

2 產品介紹

包裝機的種類繁雜多樣。按照包裝機的整體結構特點以及布局需要可分為臥式和立式兩大種類；按照包裝機包裝袋的輸送形式來分，有間歇式和連續式兩個種類。其中立式分為兩邊封、三邊封、四邊封。立式為連續工作，生產效率高，應用普遍；臥式為間歇工作，生產效率低，應用較少。

包裝機是目前應用非常廣泛的一種典型包裝機械，具有功能性強、可以封合紙、聚乙烯、聚丙烯單膜及各種復合薄膜、自動化程度高、體積小、操作簡單、維修方便等優點，素有“明星機種”之譽（如圖1所示）。

3 立式袋包裝機模塊劃分

立式、制袋、充填、封口包裝機其機械系統相對比較復雜，所劃分的模塊應掌握一定的尺度，合理地劃分模塊。雖然己經有成形的產品可供借鑒，但由于過去人們很少從整體的、系統的角度去考慮立式、制袋、充填、封口包裝機的整體形式、組合構造、功能組成、生產制造等一系列問題，導致立式、制袋、充填、封口包裝機的整機結構混亂復雜，造成生產制造困難，在整機的視覺形態上滿足不了人們的需求。但是由于立式、制袋、充填、封口包裝機的結構特點己經基本確定，所以本文將立式、制袋、充填、封口包裝機模塊進行合理的劃分，使它在外觀形式符合現代審美，功能組成合理布局以及在設計生產制造過程中簡便快捷。

立式、制袋、充填、封口包裝機主要機械模塊如下：

（1）機架。主要由角鋼、槽鋼及不銹鋼板組成，用于安裝、固定、支承袋包裝機動力裝置及傳動裝置等所有的零部件，滿足其相互位置和相互運動的需要。因此，機架本身一定要具有足夠的剛度、強度和穩定性。

（2）動力及傳動裝置。動力及傳動裝置主要由伺服電機、正反轉伺服電機、傳動齒輪、聯軸器等組成。用伺服電機代替了以往傳統的鏈輪傳動機構，使結構簡化，設計簡單，提高了設計效率，降低了產品的復雜度。

（3）封合裝置。封合是使用包裝機的最終目的，是把物料封裝在塑料薄膜中，主要有一對橫封裝置與一對縱封裝置構成，內置電氣發熱元件，橫封裝置與縱封裝置相對轉動，在彈簧的彈力作用下使一對橫封相互壓緊，一對縱封相互壓緊，在縱封輥的牽引力作用下使薄膜持續輸出，橫封完成橫向封合，縱封完成縱向封合，橫封輥旋轉一周完成一次或者多次封合動作，縱封輥持續封合。

（4）切斷裝置。切斷裝置主要由縱切裝置和橫切裝置組成，縱切裝置由一個縱切輥及與之相對應的滾輪組成，橫切主要由一對嵌有切斷刀的橫切輥組成。縱切裝置持續切割，橫切裝置與橫封相對應。

（5）物料供給裝置。物料供給裝置是一個料倉及由往復伺服電機控制下料劑量的控制閥組成，并自動將物料充填到成型后的薄膜內。

根據以上立式包裝機進行各個部分的功能介紹與分析，在滿足包裝機正常工作的基礎上，優化各個功能模塊的設計，使各個功能模塊能夠獨立設計，最終形成支撐機架、動力供給裝置、物料供給裝置、電控系統裝置、封合裝置、切斷裝置六大功能模塊（如圖2）。

將立式、制袋、充填、封口包裝機分為上述6個基本功能模塊，然后設計傳動系統，這時可充分利用機、電、光、熱、氣等先進技術對整機進行控制，利用PLC、單片機以及微型計算機等機電一體化技術提高整機的性能，使之具有更高的可靠性以及操作性。

4 建立立式、制袋、充填、封口包裝機模塊庫

通過以上模塊的劃分，利用SolidWorks對每個模塊的零件建模，組合成模塊，對模塊進行編碼，在計算機上分別建立各個模塊的模塊庫，利用VB開發的人機交互界面對該零件模型特征變量進行控制修改等操作，便于設計生產的調用。

5 總結

目前可重構模塊化設計還未應于立式、制袋、充填、封口包裝機當中，其主要應用于機器人與機床領域中，所以研究立式、制袋、充填、封口包裝機的可重夠模塊化設計方法，對立式、制袋、充填、封口包裝機具有極大的推動作用。對于立式、制袋、充填、封口包裝機模塊的劃分，每個設計者所用的劃分方法都會根據不同的意圖通過不同的角度來進行實際考慮，所以不同的方法所得到的設計方案也不同，本文對立式、制袋、充填、封口包裝機的模塊劃分只是其中的一種方法，僅為設計者提供一個參考。

參考文獻

[1]王利民.包裝機模塊化參數化設計方法研究[D].天津大學，2008（8）：10-20.

[2]米良，殷國富，王志宏，尚欣.包裝機械可重構模塊化設計方法與研究展望[J].食品科技，2009 （6）：9-14.

作者簡介

李生元，工程師，現于鐵嶺市特種設備監督檢驗所從事特種設備檢驗工作。

李子奇，助理工程師，現于遼寧陸平機器股份有限公司從事設計及工藝工作。

（責任編輯：張曉明）