塑料連續封口機設計分析與改進

李獻

摘 要：由于社會的不斷發展，在生產領域中各種塑料封口機起著越來越重要的作用。現如今迫切需要解決的問題就是改善目前的國產產品，使鋁制扭斷蓋滾壓封口機的封口質量提高，使成本降低，使蓋尺寸與瓶尺寸變化的適應能力的提高。該文首先對塑料連續封口機系統的基本構成進行分析，設計了基于自動技術下的塑料連續封口機，而且在進行詳細的設計期間也改進了塑料連續封口機。

關鍵詞：塑料連續封口機 設計 改進

中圖分類號：TQ460.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）07（c）-0101-02

傳統的塑料包裝制品設備生產線的沒有很高的科技含量。技術在某種程度上受到了一定的阻礙，與世界先進水平之間的距離還差很遠，很難達到塑料包裝產量的要求，并且產品的生產不能滿足所有客戶的需求，使我國的塑料包裝的進一步發展受到了阻礙，所以，如果需要不斷的擴大塑料包裝的規模，就急需依靠新技術。

1 塑料包裝封口機概述

包裝封口機是一種包裝產品，內含塑料包裝，然后密封開口的設備，并且不可以使包裝產品的質量和外觀受到影響，具備保護、密封、防潮以及防塵等功能。現如今我國的塑料包裝封口機生產行業的相關龍頭企業非常少，存在很多的問題，比如缺乏產品結構缺，質量表現不佳，美觀不足等，導致國內企業的生產設備和技術形成的主要方式為進口的現象。不過由于我國的傳感技術、信息技術、計算機技術的進一步發展，并且塑料包裝封口機生產企業一直在學習國外先進的技術，不斷有新設備開發出來，國內塑料包裝生產技術也呈現出開始向機電一體化發展的趨勢。在此基礎上，該文研究和開發了全自動封口機設備和控制系統從而用于單層和復合塑料薄膜包裝產品的包裝。

2 塑料包裝封口機系統組成

塑料包裝自動封口機設備具體由下面十個構成：首先是傳動帶，通過電機伺服系統進行控制；其次是密封門，實現塑料薄膜的橫向密封，通過移動電機進行控制；然后是邊封，實現塑料薄膜的側向密封完成，利用電機伺服系統驅動齒輪結構進行控制；接著是送膜架，對折塑料薄膜；余料輥，收集廢棄塑料原料，通過變頻器進行控制；還有送膜輥，實現膜供應，通過變頻器驅動電機進行控制；還包括外置式輸送帶，依然通過變頻器驅動電機進行控制；電眼，在輸送帶上方、側方都安一個，主要是進行生產過程的監控；操作臺，由人機界面（HMI）構成，工作人員進行輸入輸出和顯示操作；最后一個是控制柜，構成部分有繼電器、變頻器、相關組件和控制器等電氣設備。

3 塑料連續封口機的設計改進

3.1 建立連續封口機模塊庫

通過SolidWorks在計算機中輸入全部的模塊，由此進行模塊庫的構建，在進行新產品的設計過程中，需要運用零件編碼圖冊檢索，防止多次設計已經存在或差不多的零件的情況發生，從而使產品的標準化水平、通用化和系列化進一步的提升。

基于分析自動塑杯灌裝封口機的功能上，劃分和設計了大量的功能模塊，模塊劃分的主要目的是通過模塊的選擇和組合實現不同的產品的構成，從而使全自動塑料杯灌裝封口機的設計和試制周期縮短，最終使市場的不同需求得以滿足。

3.2 連續封口機機體其改進的措施

（1）左側機體模塊的改進措施

左側機體模塊默認的質量特性：長度=2 512 mm，寬度=850 mm，高度=780 mm，體積=91 175 334.55 mm3，質量=590.06kg。

（2）結合不可移動的約束，加載“不可移動”的約束該模塊底部四個輪子。

（3）進行壓力的加載，施加每平方米24 000 N向下壓力。在該模塊上部兩個支撐板上表面上。

（4）網格劃分，通過“高”品質單元來進行網格的劃分，結合默認的“單元大小”43.7 832 mm及“公差”2.18 916 mm，其中雅可比高斯點為4。在網格劃分之后的節點數有73694個節點數，單元有37 401個。

3.3 右側機體模塊改進措施

右側機體模塊默認的質量特性包括：長度=2 792 mm，寬度=850 mm，高度=1 166 mm，體積=83 900 222.60 mm3，質量=507.90 kg。

分析第3步可以發現，模塊的結構是絕對安全的，然后使用的材料太多，使得支出的成本增加，因此需要繼續修改和整理，然后返回右側機體模塊，使模塊右上支撐機體實現從10 mm到8 mm和6 mm兩次改進的厚度，并且右下機體的肋板長度從67 mm減少到40 mm和20 mm兩次改進，而寬度由45 mm減少到30 mm和20 mm兩次改進。

在整改右側機體模塊完成后，有如下幾個方面的改進。

（1）在結構經過一次改進后，仍然存在23的安全系數，還比非常高的，表示依然出現的浪費材料的情況；為了使重量減輕，并且降低成本，就需要二次改進。在結構經過兩次改進之后有一定的合適性。

（2）在經過兩次改進之后，強度有所下降，結構改進之后的最大應力值增加了59%，也就是下降了59%的強度，然而相比起其材料的屈服強度有一定的安全性。

（3）結構在經過二次改進之后實現了1.278的合成位移最大值，然而在允許的范圍內。

（4）在經過二次改進之后，材料節省了大約30 kg，使得重量減輕，因此降低了成本。

3.4 灌裝裝置改進措施

右側機體模塊默認的質量特性包括：長度=720 mm，寬度=500 mm，高度=794 mm，體積=1 1039 864.42 mm3，質量=86.11 kg。

分析第3步可以發現，模塊的結構是絕對安全的， 然而使用的材料太多，使得支出的成本增加，因此需要繼續修改和整理， 然后返回灌裝裝置模塊，使模塊灌裝桶的厚度實現從5 mm減少到3.5 mm和2 mm。

在整改完成灌裝裝置模塊的結構之后，有如下幾個方面的改進。

（1）在結構經過一次改進后，仍然存在20的安全系數，還比非常高的，表示依然出現的浪費材料的情況；為了使重量減輕，并且降低成本，就需要二次改進。在結構經過兩次改進之后的結果為2.4，說明有一定的合適性。

（2）在經過兩次改進之后，強度有所下降，結構改進之后增加了最大應力值，也就是降低了強度，然而相比起其材料的屈服強度有絕對的安全性。

（3）結構在經過改進之后實現了0.331 mm的合成位移最大值，然而還是在允許的范圍內。

（4）在經過二次改進之后，材料節省了大約50 kg，使得重量減輕，因此成本有所降低。

4 設計創新

（1）基于模塊化設計的理論方面，首先分析產品的結構和功能，進而劃分全自動塑杯灌裝封口機的模塊，然后將這些模塊重新組合。

（2）使參數化設計技術結合模塊化設計，通過Solid Works的方程式驅動參數化的設計方法，基于參數化來構建全自動塑杯灌裝封口機每個模塊和整機，由此使其設計效率進一步提高。

（3）通過Solid Works中的COSMOS有限元分析插件，有限元分析全自動塑杯灌裝封口機的灌裝裝置模塊和機體模塊，并且結合有限元分析的結果，制定相應的改善措施，由此使其設計的相關費用減少，以及使其開發周期縮短。

5 結語

該文結合CAD/CAE 技術，對全自動塑杯灌裝封口機的結構分析計算技術、參數化及其模塊化設計進行了相關的研究

具體的研究工作分為以下幾個方面。

（1）首先是基于模塊化設計的理論，利用結構簡介和功能分析來劃分全自動塑杯灌裝封口機的模塊。

（2）然后使參數化設計技術結合模塊化設計，通過Solid Works 方程式驅動參數化的設計方法，基于參數化來構建全自動塑杯灌裝封口機每個模塊和整機，由此使其設計效率進一步提高。

（3）通過Solid Works中的COSMOS有限元分析插件，有限元分析全自動塑杯灌裝封口機的灌裝裝置模塊和機體模塊，由此使全自動塑杯灌裝封口機設計的相關費用減少，以及使其開發周期縮短。

參考文獻

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