立式袋包裝機(jī)可重構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)

【摘 要】 立式袋包裝機(jī)可以自動(dòng)輸送物料和自動(dòng)封裝，并可根據(jù)要求完成對(duì)包裝物料的稱重、打印等一系列包裝工序，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，因此對(duì)其設(shè)計(jì)與制造的研究有助于提高行業(yè)的發(fā)展。但是傳統(tǒng)的包裝機(jī)設(shè)計(jì)與制造其互換性差，各個(gè)模塊的重組能力不強(qiáng)，而可重構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)的包裝機(jī)，重組的能力與互換性都強(qiáng)于傳統(tǒng)的包裝機(jī)設(shè)計(jì)，達(dá)到使用者的一定要求，同時(shí)也方便了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者。

【關(guān)鍵詞】 包裝機(jī) 可重構(gòu) 模塊

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

1 模塊化設(shè)計(jì)的要求

1.1 模塊標(biāo)準(zhǔn)化

模塊標(biāo)準(zhǔn)化是指每個(gè)獨(dú)立的模塊之間應(yīng)具有相互聯(lián)接或者嚙合的接口，使得模塊之間通過(guò)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(yīng)同時(shí)具備可互換性和可重組性兩種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。要想實(shí)現(xiàn)這兩種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，只有提高模塊的規(guī)格化、通用化程度，實(shí)現(xiàn)模塊的標(biāo)準(zhǔn)化，盡量避免非標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)合，這樣才能實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)應(yīng)有的效果。

1.2 模塊的劃分

立式袋包裝機(jī)的模塊劃分應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則：

（1）系統(tǒng)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(jié)構(gòu)應(yīng)具有一定的獨(dú)立性與完整性；

（4）保證模塊的互換性以及模塊在系統(tǒng)中的作用。

2 產(chǎn)品介紹

包裝機(jī)的種類繁雜多樣。按照包裝機(jī)的整體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及布局需要可分為臥式和立式兩大種類；按照包裝機(jī)包裝袋的輸送形式來(lái)分，有間歇式和連續(xù)式兩個(gè)種類。其中立式分為兩邊封、三邊封、四邊封。立式為連續(xù)工作，生產(chǎn)效率高，應(yīng)用普遍；臥式為間歇工作，生產(chǎn)效率低，應(yīng)用較少。

包裝機(jī)是目前應(yīng)用非常廣泛的一種典型包裝機(jī)械，具有功能性強(qiáng)、可以封合紙、聚乙烯、聚丙烯單膜及各種復(fù)合薄膜、自動(dòng)化程度高、體積小、操作簡(jiǎn)單、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，素有“明星機(jī)種”之譽(yù)（如圖1所示）。

3 立式袋包裝機(jī)模塊劃分

立式、制袋、充填、封口包裝機(jī)其機(jī)械系統(tǒng)相對(duì)比較復(fù)雜，所劃分的模塊應(yīng)掌握一定的尺度，合理地劃分模塊。雖然己經(jīng)有成形的產(chǎn)品可供借鑒，但由于過(guò)去人們很少?gòu)恼w的、系統(tǒng)的角度去考慮立式、制袋、充填、封口包裝機(jī)的整體形式、組合構(gòu)造、功能組成、生產(chǎn)制造等一系列問(wèn)題，導(dǎo)致立式、制袋、充填、封口包裝機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu)混亂復(fù)雜，造成生產(chǎn)制造困難，在整機(jī)的視覺(jué)形態(tài)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(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)己經(jīng)基本確定，所以本文將立式、制袋、充填、封口包裝機(jī)模塊進(jìn)行合理的劃分，使它在外觀形式符合現(xiàn)代審美，功能組成合理布局以及在設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造過(guò)程中簡(jiǎn)便快捷。

立式、制袋、充填、封口包裝機(jī)主要機(jī)械模塊如下：

（1）機(jī)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(jī)動(dòng)力裝置及傳動(dòng)裝置等所有的零部件，滿足其相互位置和相互運(yùn)動(dòng)的需要。因此，機(jī)架本身一定要具有足夠的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

（2）動(dòng)力及傳動(dòng)裝置。動(dòng)力及傳動(dòng)裝置主要由伺服電機(jī)、正反轉(zhuǎn)伺服電機(jī)、傳動(dòng)齒輪、聯(lián)軸器等組成。用伺服電機(jī)代替了以往傳統(tǒng)的鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，提高了設(shè)計(jì)效率，降低了產(chǎn)品的復(fù)雜度。

（3）封合裝置。封合是使用包裝機(jī)的最終目的，是把物料封裝在塑料薄膜中，主要有一對(duì)橫封裝置與一對(duì)縱封裝置構(gòu)成，內(nèi)置電氣發(fā)熱元件，橫封裝置與縱封裝置相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，在彈簧的彈力作用下使一對(duì)橫封相互壓緊，一對(duì)縱封相互壓緊，在縱封輥的牽引力作用下使薄膜持續(xù)輸出，橫封完成橫向封合，縱封完成縱向封合，橫封輥旋轉(zhuǎn)一周完成一次或者多次封合動(dòng)作，縱封輥持續(xù)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(gè)縱切輥及與之相對(duì)應(yīng)的滾輪組成，橫切主要由一對(duì)嵌有切斷刀的橫切輥組成。縱切裝置持續(xù)切割，橫切裝置與橫封相對(duì)應(yīng)。

（5）物料供給裝置。物料供給裝置是一個(gè)料倉(cāng)及由往復(fù)伺服電機(jī)控制下料劑量的控制閥組成，并自動(dòng)將物料充填到成型后的薄膜內(nèi)。

根據(jù)以上立式包裝機(jī)進(jìn)行各個(gè)部分的功能介紹與分析，在滿足包裝機(jī)正常工作的基礎(chǔ)上，優(yōu)化各個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)，使各個(gè)功能模塊能夠獨(dú)立設(shè)計(jì)，最終形成支撐機(jī)架、動(dòng)力供給裝置、物料供給裝置、電控系統(tǒng)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(jī)分為上述6個(gè)基本功能模塊，然后設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)，這時(shí)可充分利用機(jī)、電、光、熱、氣等先進(jìn)技術(shù)對(duì)整機(jī)進(jìn)行控制，利用PLC、單片機(jī)以及微型計(jì)算機(jī)等機(jī)電一體化技術(shù)提高整機(jī)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(jī)模塊庫(kù)

通過(guò)以上模塊的劃分，利用SolidWorks對(duì)每個(gè)模塊的零件建模，組合成模塊，對(duì)模塊進(jìn)行編碼，在計(jì)算機(jī)上分別建立各個(gè)模塊的模塊庫(kù)，利用VB開(kāi)發(fā)的人機(jī)交互界面對(duì)該零件模型特征變量進(jìn)行控制修改等操作，便于設(shè)計(jì)生產(chǎn)的調(diào)用。

5 總結(jié)

目前可重構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)還未應(yīng)于立式、制袋、充填、封口包裝機(jī)當(dāng)中，其主要應(yīng)用于機(jī)器人與機(jī)床領(lǐng)域中，所以研究立式、制袋、充填、封口包裝機(jī)的可重夠模塊化設(shè)計(jì)方法，對(duì)立式、制袋、充填、封口包裝機(jī)具有極大的推動(dòng)作用。對(duì)于立式、制袋、充填、封口包裝機(jī)模塊的劃分，每個(gè)設(shè)計(jì)者所用的劃分方法都會(huì)根據(jù)不同的意圖通過(guò)不同的角度來(lái)進(jìn)行實(shí)際考慮，所以不同的方法所得到的設(shè)計(jì)方案也不同，本文對(duì)立式、制袋、充填、封口包裝機(jī)的模塊劃分只是其中的一種方法，僅為設(shè)計(jì)者提供一個(gè)參考。

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作者簡(jiǎn)介

李生元，工程師，現(xiàn)于鐵嶺市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所從事特種設(shè)備檢驗(yàn)工作。

李子奇，助理工程師，現(xiàn)于遼寧陸平機(jī)器股份有限公司從事設(shè)計(jì)及工藝工作。

（責(zé)任編輯：張曉明）