制袋成型器的设计计算.ppt

自动化程度较高的装袋机上,经常使 用卷筒包装材料,一面由制袋成型器制袋,一 面进行充填包装成型器是一个关键另件, 对包装形式、袋的尺寸及产品包装质量等 有直接影响一、常用的制袋成型器形式及特点常用的成型器有翻领成型器、象鼻成 型器、三角成型器和Ｕ型成型器等如图 5.15所示,在结构、性能上大体有如下一些 特点:1.翻领成型器:如图(a)所示平张薄膜拉 过该成形器后就成搭接或对接圆筒状在常用的几种成型器中,它的成形阻力 较大,易使薄膜产生变形,使之发皱或撕裂, 故对塑料薄膜适应性差,而对复合膜适应性 较好,它常用于立式枕型制袋包装机上,包装 粉状、颗料状物料每种规格的成型器只 能成型一种规格的袋宽,当袋宽规格发生变 化时,就要更换相应尺寸的成型器而且,成 型器的设计、制造及调试都较复杂 第二节 制袋成型器的设计计算图3.15 常见制袋成型器示意图2.三角成型器:如图所 示,它由等腰锐角三角形板 与平行导辊一起联结在基 板上而成的它是最简单 的一种成型器,它具有一定 的通用性,即能适应袋子的 尺寸变化较大的需要,此时 只要调节基板的上下位置 即可故此种成形器的适 用范围广泛,不论立式、卧 式、间歇运动或连续运动 的三面、四面制袋包装机 上都有应用。

3.象鼻成型器:如图(c)所示, 该成型器类似象鼻的形状,平 张薄膜拉过该成型器时,薄膜 变化较平缓,故成型的阻力比 翻领成型器的阻力小,适用于 塑料单膜的成型,它常用于立 式连续三面封口制袋包装机及 枕式对接制袋包装机上但是 ,对制造同一尺寸的枕形袋所 需对应的成型器,象鼻成形器 的结构尺寸比翻领式结构尺寸 大,薄膜也易于跑偏,同样,该 成型器只能成型同一宽度的袋 形4.Ｕ形成型器:如图(d)所 示,它是在三角形成器基础 上改装而成的,薄膜在卷曲 成型中受力状态比三角成 型器好,其适应范围与三角 形成型器一样,但其结构比 较复杂5.直角缺口导板成型器:如图(e) 所示,它由缺口导板、导辊和双 边纵封辊组成,成型器本身能将 平张薄膜对开后又能自动对折 封口呈圆筒形,常应用在立式连 续联合包装机上从三角形、Ｕ型及象鼻成 型器可见,它们的共同特点是利 用成型器外表面形状的变化而 将平张薄膜折成对折或近似对 折的形状,在平张薄膜逐渐变成 对折状态的过程中,被一个个三 角形图形所分割,下面就从这些 三角形图形入手来研究其设计 的一般方法二、制袋成型器的设计设计1.三角形成型器三角形成型器使平张薄膜 对折成型的过程如图5.16所 示。

设薄膜的宽度为2a,对折 后的空袋高度为a(立式机为 空袋宽度)，三角形板与水平 面间的倾斜角即安装角为α ，三角板的顶角为2β,薄膜 在三角形板上翻折的这一区 段长为b,若不计三角形板的 厚度,假定薄膜在对折后两膜 间贴得很紧,则: 在直角三角形DEC中 ,DE=a,DC=b,所以有:图5.16 三角成型器折叠成型示意图(5-1) 在直角三角形ADC或BDC中:AD=DB=a, DC=b,所以有(3-2) 对既定的三角形成型器和一定的空袋尺寸,a/b是一个定值, 所以有如下关系；(5-3) 即：由此可见,三角形成型器的顶角与安装角有相互制约的关系,而 β值的大小关系到三角形板形状尺寸,所以一定的安装角必对应着 一定形状尺寸的三角形成型器,否则会影响成型器正常制袋 (5-4)在生产实践中,三角形顶角2β值是加工后得到的,而安装角α可通过一定 结构,并加以调试来保证故最好α值是一个容易测量的整数,设计中通常是 选定α后,再用关系式来求解β值安装角α实质上就等于三角形成型器在顶角附近薄膜运动的压力角,α 角越大就表示压力角越大,薄膜翻折所受阻力也就越大,压力角太大时,薄膜在 受力翻折中容易产生拉伸变形,严重的甚至撕裂或拉断。

压力角小时,成形阻 力就小,但压力角太小,致使结构不紧凑根据压力角及结构尺寸间的关系,三角形成型器安装角的选择范围为 α=20°~30°由此可见,β角最适宜的角度不大于30°所以,通常三角形 成型器采用顶角2β2r、QE>m其中:r—纵封辊回转半径,m—所选定的护边宽度尺寸 最后将U型槽余下部分上口并拢,使U型变成如图5.18右侧视图那样的 封闭图形,以利纵封封口,原U型成型器的GHK部分因有薄膜导辊G而可省 略被截去图3.18 象鼻成型器作图4.翻领成型器翻领成型器具有内外曲面,薄膜与它相对运动时,可强制薄膜 按其内外曲面形状变成使平张薄膜逐渐卷曲成圆筒状,要求该 成型器在拉膜时使薄膜不产生纵向与横向拉伸变形,而且使薄膜 与成型器之间的摩擦阻力尽量小,不跑偏、不卡塞,制出外形平整 美观,符合尺寸要求的袋 以加料管截面形状不同可分为圆形及方形截面料管的翻领成 型器这里介绍用解析作图法作成型器领口交接曲线的方法,一 但有了领口交接曲线,无疑对于成型器的设计制图,薄板放样,成 品检验将带来许多有利之处在本设计计算中假定:包装材料走上成型器被卷曲前先在同 一平面内,材料的张紧变形,包装材料的厚度,成型器与加料管之 间的间隙均可忽略不计；计算中暂不考虑枕式袋的搭接,对接封 口缝的尺寸。

图3.19 圆形料管翻领成型器计算图 图3-20 成型器翻领曲面的展开图形 (1)圆形料管翻领成型器图5.19是这种成型器的计算图,以圆形料管的轴线oz为轴,取 直角坐标oxyz，则料管与xoy平面相交的截交线是以r为半径的 一个圆,图中直线AB是包装材料从最后一根导辊引出后与成型 器的接触线,ABC构成平面等腰三角形,它与xoy平面的夹角为 α,D是AB的中点,故∠ACD=∠BDC=β,ACS与BCS构成两侧的两 个对称曲面,SCS为成型器领口交接曲线,S是该曲线的最低点,位 于x轴上,C为该曲线的最高点,它在xoy平面上的投影是N点,且在 x轴上为推导计算上的需要,使AC延长至T点,DC延长至T',作T'E平 行于ox轴,TT'平行于oy轴,CE平行于oz轴,由此得∠CET'与 ∠CT'T均为直角,且三角形CT'T与三角形ABC在同一平面上,三 角形CET'在xoz平面上,P是领口交接线上任意一点,连PT,令 PT=f,CT'=e,P点在xoy平面上的投影为Q点,弧长NQ=u,P点的高即 为交接线的函数,C点是的中点,C处的高CD=h 成型器交接线上任一点P的坐标可写出:(3-8) 对T的坐标可写成 ：(5-9) 因为f=PT即为P与T两点间的距离,所以有将P及T两点的坐标值代入: (5-10) 若将成型器沿SS‘剪开并展成平面,如图5.20所示,由该图看出 ,PT长可由下式表达: (5-11) 展开前与展形后PT之长不能变,两表达式联立消去f,可谓交 接曲线上任意点P的高的方程式: 此式的边界条件为: (5-13) 令 =0,代入(3-12)式,可得出线段e的长度表达式:(5-14) 由此可见,设计中若能首先确定料管半径r,翻领三角形ABC的 顶角之半β、翻领的后倾角α及成型器领口交接曲线的最大高(5- 12) 度h,则e值可以求得,再利用式(5.12)算出与每一段弧长U对应的在 交接曲线上各点的高度,便不难连出领口交接曲线。

参数r、β、α、h的确定必须满足包装工艺上的要求,分述 如下 1.圆形料管的半径r设:a为折后的包装空袋宽度,则2a=2πr,所以(5-15) b.翻领的后角α 与三角成型器安装α角一样,α角度大则薄膜通过成型器的成 型阻力亦大,但结构尺寸小,包装机总体尺寸就紧凑,α角度小则相 反,生产实践中翻领成型器的后倾角α取用范围较大,在0°~60° 之间c.翻领三角形平面的形状尺寸 由图3.19中可见,三角形ABC的形状尺寸由三角形底边AB和高CD或顶角∠ACB来决定,底边AB=AD+DB=2a与袋子的尺寸有关 ,DC是包装材料在三角形平面上的长度,三角形成型器设计中曾假 定DC=b,这三角形平面从导辊到成型器最高点C开始翻折成型之 前用来引导及承载包装材料的b的长短反映了引导面的大小,b 太短起不了引导与承载薄膜的作用,造成薄膜在交接曲线附近成 型阻力过大,易拉伸变形,b太长又导致成型器结构不紧凑,且不一 定全能用来承载薄膜,反而因引导面的过大而增加了薄膜与成型 器表面间摩擦面长度,设计中建议取b=h则 (5-16) d.领口交接曲线的最大高度h领口交接曲线是一条空间曲线,它的最低点到最高点之间在z轴 方向的距离称为最大高度h。

对某一既定r、α和β参数的翻领成 型器,它的领口交接线最大高度h与线段的长度具有函数关系,参见 式(3-14)当e值由0→∞变化时,h则由较大值逐步变小,起初h随e的由此可见,图5.21上线段e的长 短直接关系到交接线最大高度h 的大小,当e值取得较大时,h较小, 成型器较矮,但使包装材料在成型 时变形急剧,成型阻力较大,不利 于制袋,当值取得较小时,h较大,成 型阻力较小,但成型器较高,结构 不紧凑加料管悬壁越长,受力情 况恶化,这给制造及使用都带来困 难 变化较大,随后h随e的增加变化越来越小,以至趋向一定值h与e 的关系如图5.21所示 图5.21 h-e关系曲线 由图5.21上可见,e－h关系曲线,当 e=2r/cosα时,h的变化已极为缓慢,e值无需取得比 还大所以线段e的取用范围为020~40时,超椭圆图 形就逐渐过 渡到带圆 角的长方形或正方形如图5.22所示这里设:短半轴为p,长半轴为q,半径为,超椭圆图形上任一点 Q的极坐标: (5-19) 将x、y均代入超椭圆方程得极坐标式的超椭圆方程(5-20) 改写成: (5-21) 因为图形有对称性,所以 ,由方程(5-21)可得:(5-22) 这样,我们也可以利用圆形料管成型器的计算图原理来进行 方形料管成型器的计算。

作出的计算图如图3.23所示 用极坐标形式表示领口曲线上任一点p的位置: (5-23) 同理,对Ｔ点也可写出: (5-24) 图5.22 超椭圆图形1-n=1,2-n=10,3-n=15,4-n=20,5-n=30 图5-23 方形料管翻领成型器计算图 设直线PT=f,可写成: (5-25) 同样剪开计算图展开,PT长仍保持不变,在平面图形里: (5-26) 两式联立,消去f,也可得交接曲线上任一点p的高的方程式: 此式的边界条件为: (5-27) 当 (5-28) 由式(5-27)可看出,要得出成型器领口交接曲线函数 , 只有首先确定或求算出 等参数 其中 是超椭圆在其转角位置时到起始点Ｎ的曲线长,是变量 的函数,而且极坐标表示的弧微分式为:(5-29)求弧长必须积分: (5-30)式(5-30)中 的应对式(5-21)的 求导,但积分式内的被积函数不是初等函数,难以积出,为工程上应用方便起见,可以用近似 计算方法来解决。

当超椭圆截面指数n>20时,超椭圆即变为倒圆角的长方形,其 倒角半径可近似地由下式来表示: (5-31) 这样 与对应的 。