包装机内袋成型机构的设计及理论分析

邓援超，陈 华

（湖北工业大学机械工程学院，湖北 武汉430068）

包装袋翻边成型机构是包装机械的重要组成部分.常见包装机成型机构的翻边成型方式包括：连续导轨翻边成型、渐变导轨翻边成型、导向轮翻边成型等［1］.不同的翻边整形方式分别针对不同包装袋的翻边要求，但从现有的文献来看，尚无就包装袋的渐变导轨翻边成型装置进行的理论分析.

1 渐变导轨翻边成型装置工作原理

渐变导轨翻边成型装置主要由导向机构、牵引机构、成型机构和固定压平机构等组成［2］，其中的关键机构为成型机构.在包装袋翻边成型过程中，首先导向机构将待翻边的包装袋导入成型机构的入口处，接着牵引机构抓住袋子中间位置，沿着导轨方向，经过成型机构进行多次渐变.成型机构设计中，通常使用渐变整形机构有两次渐变导轨翻边和四次渐变导轨翻边［3］，本文以常用的四次渐变为例进行分析.在四次渐变的成型机构中，每次渐变角度呈45°，在经过翻边的袋子退出导轨时，两侧边翻起接近180°，最后通过压平机构定型，从而完成全部翻边整形的动作［2］.整个翻边整形过程中，主动拉力、渐变角度、渐变次数以及内袋运动速度等因素影响翻边成型的效果.

四次渐变翻边机构，每次渐变45°（图1）.渐变的顺序程度与斜边角度α1，α2，α3，α4有关，而α1，α2，α3，α4的确定分别与ι1，ι2，ι3，ι4，h1，h2，h3，h4有关.斜边角度α为ι与h的夹角.同时，倾斜角α1，α2，α3，α4的确定取决于袋子的材料性质和袋子运动的速度.塑料薄膜袋和硬纸质袋子在同一成型机构中，硬质纸袋更容易实现高效翻边.塑料薄膜材料的袋子使用的塑料薄膜较为柔软，在翻边整形过程中，容易变形，因此倾斜角α1，α2，α3，α4须通过具体的材质来确定.

图1 包装机成型机构

2 渐变导轨的分析

图2 包装机成型机构A向示意图

如图2所示，已知要求内袋要能顺利通过成型机构，使得内袋翻边（180°翻边），因此要求导轨间隙δ1、δ2、δ3不宜过小，否则待翻边的包装袋可能出现卡死状态.例如：塑料薄膜袋的厚度为0.06mm，纸袋厚度为0.06mm，塑料薄膜与纸的双层袋的厚度为0.06＋0.06＝0.12（mm），但δ1、δ2、δ3绝对应比上述厚度大.间隙的大小与袋子的材质、成型机构的制作精度和表面光洁度有关，需通过试验确定.

3 主动力分析

如图3所示：F为主动拉力，S为袋子翻边折痕到袋子中心的距离.包装袋材料的力学性质，与渐变角度（α1，α2，α3，α4），以及包装袋的运动速度V之间存在联系.主动拉力F主要受渐变角度α1，α2，α3，α4以及袋子运动速度V影响.尺寸由袋子的袋口大小决定.在不影响翻边效率的基础上，应选择合适的S.一般来讲，S的值越小，翻边成型的效率越高，效果越好.

图3 包装袋B向受主动拉力过程示意图

4 渐变角度分析

图3、4中：α为渐变角，β为倾斜斜边与Z轴的夹角.

图6 β＝90°时内袋与渐变导轨的夹角

而

当β＝90°时，如果忽略渐变板的厚度，

因此

将式（1）对x求导可得：

由

可知：随着x值越大越小.因此，当x∈ ［0，l］时，可以得到x＝0时的极值.

当β＝45°时，

由式（3）可得出

式（4）两边对x求导可得

由式（5）可知：随着x增大逐渐减小.因此，当x∈［0，l］时，可以得到x＝0时的极值：

综上所述，同样在x＝0处，出现了角度变化的最大值，同时此处受力最大，也限制了包装袋的运动速度v.而渐变程度的最大值与渐变角度α和δ3有关.

当α增大，δ3减小时增大；当α减小，

因此，δ3值既不能太小也不能太大，应该使δ3先大，然后变小，衬板设计如图7所示，即δ3从逐渐变为

图7 B向示意图

5 结论

使用四次渐变导轨整形机构，经过反复的试验，该机构可以顺利而准确地将包装袋翻边成型，满足包装袋包装过程中翻边整形的一般要求.经过试验可知，四次渐变整形机构对于小翻边具有极大优势，而对于大翻边，由于其总长l很大，因此使用导向轮翻边更为合适.

［1］许林成.包装机械［M］.长沙：湖南大学出版社，1989.

［2］孙凤兰，马喜川.包装机械概论［M］.北京：印刷工业出版社，2005：233－234.

［3］潘松年，戴宏民，许文才.包装工艺学［M］.北京：印刷工业出版社，2007.