基于超薄膜的高速精準自動拉膜成型裝置設計*

張秋容，陳勝利，唐 善，呂和軍

(1.河源職業技術學院 機電工程學院，廣東 河源 517000；2.歐華包裝設備(河源)有限公司，廣東 河源 517000)

0 引言

目前日常生活中各種塑料袋包裝產品越來越多，使得自動化包裝機的需求量也越來越大。當前采用包裝膜的自動包裝工藝流程主要分為拉膜成型、縱封、橫封切、成品自檢等4個方面，其中拉膜成型工藝在當前的自動包裝設備中大多采用供膜和拉膜雙動力實現拉膜，存在著拉膜時包裝膜容易跑偏且容易打滑、拉膜成型效率低等不足，故本文主要針對能實現厚度為8 μm～100 μm包裝膜的高速精準自動拉膜成型裝置展開機械結構及其控制系統研究。

1 自動拉膜成型裝置機械結構方案設計

本自動拉膜成型裝置主要包括包裝膜的供膜機構、導模機構、筒狀成型及糾膜機構、拉膜機構等4個部分，裝置總體結構方案如圖1所示。先根據穿膜順序將供膜機構氣脹軸上的包裝膜引入筒狀成型機構的成型器完成包裝膜安裝；然后在拉膜機構電機的動力下，包裝膜經導膜機構、糾膜機構到達筒狀成型機構，片狀的包裝膜經成型機構變為筒狀，再經縱封機構將筒狀膜進行熱粘封邊，在拉膜機構的拉動下進入下一個橫封及切片工序。

圖1 自動拉膜成型裝置整體機械結構方案

1.1 供膜機構設計

供膜機構的結構如圖2所示，主要由氣脹軸、氣動剎車盤、緩沖滾筒組、扭力彈簧等組成。滾筒狀的微米級包裝膜原料安裝在氣脹軸上，并依靠氣脹軸膨脹使得包裝膜相對于氣脹軸無旋轉位移，從而當拉膜機構拉膜時由氣脹軸與包裝膜同步旋轉完成供膜。相比于普通立式包裝機靠O型帶摩擦剎車，帶剎車盤的氣動剎車機構更精準可靠。帶扭力彈簧的緩沖滾筒組可以根據不同需求調節張力進而實現緩沖包裝膜的目的，不僅可以配合拉膜機構實現連續式高速拉膜，還使得供膜機構具備了結構簡單、方便實用、降低成本等優點。

圖2 供膜機構

1.2 包裝膜成型及糾膜機構設計

包裝膜成型及糾膜機構如圖3所示。包裝膜經供膜機構、導膜機構，再由導膜機構后端的導膜滾筒1和導膜滾筒2送入成型器，由于片狀包裝膜從供膜處到成型器的過程中容易發生位置偏移，故設計了一種糾膜機構，由糾偏電眼、糾偏電機及絲杠等組成。當糾偏電眼檢測到包裝膜的位置發生偏移則發出信號控制糾偏電機帶動絲杠控制導膜滾筒1實現相對應的偏移，達到糾偏的目的。相比較現有包裝機靠電機推動整個導紙部分移動來實現糾偏，本糾膜機構糾偏更簡潔，更節省成本。

圖3 包裝膜成型及糾膜機構

1.3 拉膜機構設計

拉膜機構如圖4所示，主要由雙伺服電機、行星減速器、同步帶輪、真空拉膜皮帶、真空吸盤、帶輪組運動氣缸等組成。當裝置中的縱封機構位置調整好后，雙向帶輪組運動氣缸推動拉膜皮帶組器件在精密導軌導向下實現對中靠近，當雙拉膜真空帶組快速且精準到達拉膜工作位置時，雙伺服電機配上行星減速器通過同步帶輪帶動真空拉膜皮帶實現高速拉膜，拉膜速度可達1 m/s。拉膜皮帶采用真空同步帶，在拉膜過程中通過真空吸盤吸住膜卷，避免拉膜過程中出現膜卷打滑，從而提高了制袋的精準度。

圖4 拉膜機構

2 自動拉膜裝置控制系統設計

自動拉膜裝置運行時，伺服電機、糾偏電機、運動氣缸等按照預設的程序先后順序動作，具有運行效率高、響應速度快、穩定性好等特點。其氣動系統原理圖和電氣控制系統原理圖分別如圖5和圖6所示。

圖5 氣動系統原理圖

圖6 電氣控制系統原理圖

2.1 氣動控制系統

氣動系統中電磁閥線圈的通斷由PLC程序控制，可自動實現由每個氣缸所帶的工作機構完成相應的直線往復運動。而真空吸盤則是利用真空發生器將正壓轉為負壓來吸住包裝膜，使得包裝膜隨著真空帶的垂直移動而向下拉伸。

2.2 電氣控制系統

本裝置的電氣控制系統主要由主電路和控制電路兩部分組成。主電路主要包含拉膜機構的雙伺服電機、糾膜電機、真空泵電機等電機的電路以及控制電路的直流24 V電源供給。控制電路采用PLC控制，雙伺服驅動器采用速度控制模式，其I/O分配表如表1所示，控制流程如圖7所示。

圖7 電氣控制系統控制流程

表1 控制系統I/O分配表

3 自動拉膜成型裝置實測結果

自動拉膜成型裝置實驗測試數據如表2所示。

表2 自動拉膜成型裝置實驗測試數據

4 結論

針對市場需求以及當前自動包裝設備在拉膜工序存在的不足，本文從優化拉膜裝置機械結構、控制系統等方面進行了研究分析，并實施了自動拉膜成型裝置的性能測驗，測驗結果表明，本裝置可以實現聚丙烯、紙、鋁等材質包裝膜的高精度及高速拉膜成型，效果良好。