紙尿褲包裝機開袋裝置改進設計

戴文明 黃山富田精工智造股份有限公司

1 引言

隨著我國人口紅利的逐步消失，國內企業生產成本日漸升高，而自動化包裝是眾多企業降本增效的重中之重，企業迫切需要實現包裝的自動化。經過三十多年的高速發展，我國的包裝技術及裝備水平已有很大提升，部分產品處于國際領先地位，但相比歐美發達國家，我國產品的技術水平、智能化、成套性、創新性產品等還存在較大差距[1-2]。

目前，國內的嬰兒紙尿褲等一次性衛生用品的生產已經實現了自動化，但后道的包裝大多采用半自動方式[3]。嬰兒紙尿褲包裝屬于紙品包裝的一部分，國內僅有少數企業能制造低端的全自動包裝機，而歐美國家的紙品包裝智能裝備公司技術領先，世界上的主要紙品包裝行業領軍企業大都位于德國、意大利和美國[4]。

針對國內嬰兒紙尿褲包裝設備穩定性越來越高的需求，改進設計了一種開袋裝置，為紙尿褲包裝機的穩定性運行打下堅實的基礎。

2 紙尿褲包裝機簡介

紙尿褲包裝機主要用來實現紙尿褲等嬰兒一次性衛生用品的自動入袋包裝，主要包括碼垛單元和包裝單元兩部分，布局如圖1所示，該包裝機主要包括碼垛單元和包裝單元。其中，碼垛單元主要包括產品翻轉裝置、堆垛裝置、推出裝置和壓縮裝置；包裝單元主要包括供袋裝置、開袋裝置和封口裝置。

圖1 紙尿褲包裝機

3 包裝單元組成與工作原理

3.1 包裝單元結構與組成

包裝單元主要由機架、推送裝置、供袋裝置、開袋裝置、封口裝置組成。供袋裝置裝有等待打開的一摞摞包裝袋，每摞包裝袋對應一個工位，一般有5個工位，用1備4；開袋裝置負責將包裝袋進行開口操作，以便推送裝置將壓縮后的紙尿褲或拉拉褲等一次性衛生用品推入到包裝袋中；為滿足生產速度要求，推送裝置一般有兩個，來回交替做往返運動，將產品推入到包裝袋后，繼續將其推至封口裝置處；封口裝置將包裝袋封口并排出至下一工位。

開袋裝置主要包括吸袋和撐袋兩個功能裝置。吸袋裝置主要是靠空氣負壓，吸住袋子的上邊緣，之后向上運動，使得袋子上下能夠張開，如圖2所示。等包裝袋上下開口后，撐袋裝置進入包裝袋，從內部撐住包裝袋的四個角，使得包裝袋開口呈矩形，以方便后續產品的進入，如圖3所示。

圖2 吸袋示意圖

圖3 撐袋示意圖

3.2 包裝單元工藝流程

紙尿褲等一次性衛生用品的包裝過程可分為“供袋”、“開袋”、“推送”、“進袋”、“封口”五個工序。

“供袋”主要負責將預先放置好的包裝袋送到“開袋”工位。當包裝袋被送至“開袋”工位后，“開袋”裝置將其打開，使得包裝袋開口呈矩形狀，等待產品的進入。“推送”裝置將壓縮后的產品推入包裝袋，因為包裝袋開口呈矩形，產品能方便地被推入包裝袋中。在推送過程中，產品被推入至包裝袋后，“推送”裝置并不停止，而是繼續將其推送至“封口”處。之后，“推送”裝置退出返回，“封口”裝置將包裝袋進行封口。其工藝流程如圖4所示。

圖4 包裝單元工藝流程

包裝袋在“開袋”工位開口的好壞，會影響后續生產工序的質量，特別是如果出現包裝袋開口不整齊、左右不對稱等現象，會影響包裝封口后兩側插角的整齊性。更進一步，如果包裝袋開口不順暢，會導致產品無法進入包裝袋，在該處出現堵料現象，輕者引起停機影響生產的連續穩定進行，重者甚至會損壞設備。因此，研發可靠的紙尿褲包裝機“開袋”裝置，對于提升整套紙尿褲包裝機的生產穩定性具有重大意義。

4 傳統開袋裝置存在的問題及原因分析

4.1 開袋詳細過程[5]

開袋主要分吸袋和撐袋兩個過程。在吸袋裝置將包裝袋吸開之前，撐袋裝置如圖5（a）所示呈縮回狀態。當吸袋裝置將包裝袋吸開之后，撐袋裝置在驅動裝置作用下沿著箭頭方向運動，進入到包裝袋內部，之后撐件左下、撐件左上、撐件右下、撐件右上在另外一個驅動的作用下全部打開，撐緊包裝袋，如圖5（b）、圖3所示。

圖5 （c） 撐袋裝置（縮回狀態局部詳圖）

圖5 （a） 撐袋裝置（縮回狀態）

圖5（b）撐袋裝置（撐開狀態）

撐袋裝置中，撐件左上、撐件左下為一組，撐件右上、撐件右下為一組，左側與右側的撐件為對稱關系，現以左側撐件說明詳細的撐件打開過程。如圖5（c）所示，撐件左下1、撐件左上2可以繞縱向旋轉軸6旋轉，同時，撐件左上2還可以繞橫向旋轉軸7旋轉。當推桿10在驅動裝置的作用下，使得縱向旋轉軸6旋轉時，撐件左下1跟隨縱向旋轉軸6旋轉，由閉合狀態變為打開狀態；撐件左上2因為擺臂8、連桿9的作用，不僅饒縱向旋轉軸6旋轉，還同時繞橫向旋轉軸7旋轉，撐件左上2也由閉合狀態變為打開狀態。之所以讓撐件左上2同時讓兩個軸旋轉，是因為撐袋裝置在縮回狀態時，左上撐件和右上撐件的頭部要低于尾部，以便能順利地進入包裝袋。

4.2 存在的問題

按此種工藝流程，產品進入包裝袋后，兩側的產品會滯后于中間的產品，如圖6所示。包裝袋開口處兩側產品不整齊，會影響后續的封口工藝。為了避免封口時壓住產品，導致封口不牢，封口線往往會靠近包裝袋的矩形開口，一方面會導致封口的產品在包裝袋中松松垮垮，另一方面會增加包裝袋的長度尺寸，引起浪費。

圖6 進袋產品兩側不整齊

4.3 原因分析

進入包裝袋的產品兩側不整齊，而中間部分均整齊一致，應該是兩側的產品在被推送進入包裝袋的過程中，與中間產品受到的與前進方向相反的摩擦力不同所致。撐件左上與撐件左下在撐開時，中間存在一個縫隙，此縫隙會阻礙產品進入包裝袋。

因為產品是在碼垛單元被壓縮后進入包裝單元的，當產品被壓縮前后的尺寸變化越大，產品越有向兩側膨脹的趨勢，當被壓縮的產品在撐袋裝置的前導向板內側進入撐件區域時，如圖5（b）所示，由于撐件左上與撐件左下之間縫隙的存在，導致最左側的產品突然受到一個摩擦力的作用，該摩擦力阻礙了產品進一步進入包裝袋的趨勢，雖然由于推送裝置的作用，兩側的產品最終能進入包裝袋，但紙尿褲、拉拉褲等一次性衛生用品的原材料主要為非織造布，產品柔軟，因此最終導致兩側的產品不整齊。

5 開袋裝置的改進

5.1 改進原理分析

由以上分析可知，兩側產品不整齊的原因，是上撐件與下撐件之間的縫隙，對兩側產品進入包裝袋起到了阻擋作用，解決這種問題最好的辦法是去除該縫隙。

如圖7所示，如果將左、右兩側的上撐件與下撐件分別合并成一個撐件，就能消除上撐件與下撐件之間的縫隙，從而解決兩側產品進入包裝袋后不整齊的問題。

圖7 撐袋裝置新思路

5.2 改進后的工藝流程

如圖8、9、10、11、12所示，以產品前進方向為Y軸，袋子張開的方向為Z軸。

①包裝袋4在預定工位，等待吸袋裝置3將包裝袋開口打開。此時，左撐件1和右撐件2沿X軸方向相互靠近，并沿Y軸方向縮回，如圖8所示。

圖8 開袋工藝流程1

② 吸袋裝置3沿Z軸方向向下運動，到達包裝袋4后，內部負壓打開，因為負壓的存在，吸袋裝置3能牢牢吸住包裝袋4的上側，如圖9所示。

圖9 開袋工藝流程2

③吸袋裝置3沿Z軸方向向上運動，包裝袋4上側被拉開，并且，吸袋裝置3的運動距離要滿足左撐件1和右撐件2能沿Y軸方向進入包裝袋4內部，如圖10所示。

圖10 開袋工藝流程3

④ 左撐件1和右撐件2沿Y軸同時進入包裝袋4內部，此時，吸袋裝置3仍然吸住包裝袋4的上側，如圖11所示。

圖11 開袋工藝流程4

⑤ 左撐件1和右撐件2沿X軸做背離運動，將包裝袋4的兩側撐緊，此時吸袋裝置3已經脫離包裝袋4的上側，如圖12所示。

圖12 開袋工藝流程5

⑥ 產品被推送至包裝袋4內部，然后左撐件1和右撐件2同時沿X軸、Y軸回到初始位置。

如此反復過程①～⑥，產品即能不斷地被推送至包裝袋4內部，且不會引起兩側產品的不整齊。

5.3 開袋裝置的詳細設計

某紙尿褲碼垛機開袋裝置布局如圖13、圖14所示。左撐件1、右撐件2通過連接件分別固定在橫移導軌7的兩個滑塊上，連接件同時與同步帶3相連，通過橫移驅動5的作用，使得左撐件1和右撐件2能沿著橫移導軌7做相向運動或背離運動。前進導軌6與橫移導軌7呈十字交叉分布，使得左撐件1、右撐件2及相應的橫移驅動5、橫移導軌7等整體能同時沿著前進導軌6運動。

圖13 開袋裝置結構1

圖14 輔助支撐布局

左撐件1和右撐件2沿著前進導軌6運動的驅動為曲柄滑塊機構，如圖14所示。前進驅動7上裝有擺臂5，擺臂5與連桿4相連，連桿4又與球形軸承3相連，球形軸承3連接在橫移導軌的底座上。

通過橫移驅動與前進驅動的相互配合，即能滿足前述開袋的工藝流程。

6 結束語

通過將撐袋裝置的左、右兩側上撐件與下撐件分別合并成一個撐件，能消除上撐件與下撐件之間的縫隙，從而解決兩側產品進入包裝袋后不整齊的問題。經測試，該種方案可在600m/min的生產速度下穩定生產，較傳統張袋方式能將產品入袋不整齊現象減少約70%，市場前景廣闊。