淺析卷簧式緊膜包裝機(jī)械設(shè)計(jì)

張曉龍

摘? 要：保障機(jī)械對(duì)于企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)有著重要意義。在過去，包裝機(jī)械對(duì)包裝膜預(yù)緊領(lǐng)域中，主要有多輥式、手動(dòng)式、鏈條式設(shè)施，但是漸增裝置與方法研究相對(duì)較少。而卷簧回旋力設(shè)計(jì)裹卷運(yùn)動(dòng)可以有效實(shí)現(xiàn)變力輸出，之后利用齒輪的相互傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞。卷簧運(yùn)行中給薄膜一定張力，并且也是卷簧施加力的部分。通過將機(jī)械每個(gè)軸之間的齒輪相互配合即可實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)。基于此，該文首先提出包裝膜預(yù)緊機(jī)械種類，進(jìn)而提出卷簧式緊膜包裝機(jī)設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：緊膜包裝機(jī);卷簧;設(shè)計(jì);方案

中圖分類號(hào)：TB486? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，當(dāng)今電氣自動(dòng)化、電子化技術(shù)在各行各業(yè)中的應(yīng)用愈加廣泛。包裝印刷膜預(yù)緊效率是包裝印刷工業(yè)發(fā)展中的巨大阻礙之一?，F(xiàn)有的預(yù)緊漸增張力方案預(yù)緊力不足、噪聲大、效率低，整體功能還不夠完善。因此，行業(yè)急需一種新的取標(biāo)方法，從而突破包裝印刷工藝中包裝膜預(yù)緊領(lǐng)域技術(shù)瓶頸。而卷簧式緊膜包裝機(jī)的出現(xiàn)在很大程度上解決了這一問題，其不僅能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)包裝機(jī)的不足，并且還可以保證包裝質(zhì)量，這對(duì)提高企業(yè)生產(chǎn)效益有著重要意義。

1 緊膜包裝機(jī)的種類

1.1 多輥式張緊式

多滾張緊式包裝機(jī)最常見的就是BASTIA薄膜收卷機(jī)，也是包裝企業(yè)應(yīng)用最常見的方案。該方案張緊式利用輥?zhàn)痈叨?、角度差?shí)現(xiàn)薄膜張緊，這種單純利用輥?zhàn)痈叨?、角度張緊方法會(huì)導(dǎo)致張緊力不均衡，隨著張緊時(shí)間延長(zhǎng)，不同部位的張緊程度也不同，這些差異導(dǎo)致包裝膜預(yù)緊質(zhì)量不足。

1.2 手動(dòng)式

手動(dòng)式最大的缺陷就是難以測(cè)量張緊膜張力參數(shù)，再加上手動(dòng)式張緊膜缺乏連續(xù)性，無法滿足Hooke，s law規(guī)則，難以在線彈性模型當(dāng)中分析膜張力大小，不能滿足工藝生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，手動(dòng)張緊力難以測(cè)定意識(shí)一大技術(shù)難題，后續(xù)采用微積分更多分析的是更加煩瑣的數(shù)學(xué)模型，難以做到張緊力的實(shí)時(shí)追蹤。

1.3 鏈條式

顧名思義，鏈條式就是通過鏈條傳動(dòng)力矩實(shí)現(xiàn)預(yù)緊作用，但是鏈條牽引運(yùn)行中會(huì)受到較大的磨損，節(jié)距會(huì)持續(xù)增加，使鏈條變長(zhǎng)，出現(xiàn)松動(dòng)下垂現(xiàn)象。為了保證鏈條、鏈輪輪齒完全嚙合，保證鏈條可以正常運(yùn)行，還必須要設(shè)置鏈條的張緊裝置。無論是采用張緊輪還是移動(dòng)從鏈輪支撐座張緊，都要采用重錘、螺旋機(jī)構(gòu)。

1.4 卷簧式

卷簧式緊膜裝置的運(yùn)行原理為，同一種膜在不同張力下抗沖擊能量不同，主要功能是滿足根據(jù)膜張力大小確定施加力，通過機(jī)械傳動(dòng)能量輸出、膜張緊能量輸入機(jī)械。所輸入的力可以測(cè)量和變化，利用卷簧你那卷力生成動(dòng)力，從而達(dá)實(shí)現(xiàn)變力輸出的功能，隨后采用軸、齒輪間的相互傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)張緊功能。卷簧作用可以提供相應(yīng)的張力作用，并且這種張力可以使卷簧包裹部分可以根據(jù)不同膜張力施加相對(duì)應(yīng)的力。在整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中，單項(xiàng)控制力主要是由棘輪帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)，可以在一定范圍內(nèi)自動(dòng)復(fù)位，自動(dòng)復(fù)位功能可以讓各個(gè)軸之間回位到下一次作用。2個(gè)棘輪分別控制2個(gè)軸，實(shí)現(xiàn)控制軸、傳動(dòng)軸的單獨(dú)控制，從而精準(zhǔn)地賦予張力。

2 卷簧式緊膜包裝機(jī)械設(shè)計(jì)

卷簧可以在狹小的空間中提供較大的恢復(fù)能力。也就是在機(jī)械部件一次行程完成之后，可以將部件恢復(fù)到原位上，以準(zhǔn)備下一次行程。

2.1 整體運(yùn)行與傳動(dòng)

想要實(shí)現(xiàn)力矩輸出必須要保證膜材和軸之間的摩擦力，這也是實(shí)現(xiàn)機(jī)械動(dòng)力輸出的重要因素。也正是由于膜材、軸間相互作用運(yùn)動(dòng)才可以賦予機(jī)械傳動(dòng)力，膜材、軸之間相互摩擦?xí)?dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而軸通過鍵連接可以讓軸齒輪相互嚙合，進(jìn)而產(chǎn)生相互作用力，并保證膜上作用力的穩(wěn)定性。由于軸運(yùn)動(dòng)是定向形式，連接軸鍵可以代用軸定量運(yùn)行，根據(jù)上部分棘輪反作用，即可實(shí)現(xiàn)定向傳動(dòng)，而不會(huì)產(chǎn)生軸間的反向回轉(zhuǎn)。軸運(yùn)動(dòng)會(huì)根據(jù)驅(qū)動(dòng)力定向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)繞輪轉(zhuǎn)動(dòng)，作為卷簧連接器，是一種非標(biāo)準(zhǔn)件，會(huì)通過螺釘和卷簧緊固配合運(yùn)行，帶動(dòng)卷簧運(yùn)動(dòng)。另一個(gè)軸在棘輪帶動(dòng)下單獨(dú)運(yùn)動(dòng)，一個(gè)軸上繞輪運(yùn)動(dòng)會(huì)驅(qū)動(dòng)卷簧從而帶動(dòng)另一個(gè)軸卷輪產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，此時(shí)可以將卷簧變力反作用在膜材上。在受力條件下，軸的繞輪帶動(dòng)產(chǎn)生單向運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)緊控制的效果。

軸運(yùn)動(dòng)可以劃分為2個(gè)部分，包括控制軸、傳動(dòng)軸?？刂戚S有1個(gè)，傳動(dòng)軸有3個(gè)（設(shè)定為軸1、軸2、軸3）。傳動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為：膜材卷動(dòng)→軸1→軸2→軸3，之后帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。并且傳動(dòng)軸上有3個(gè)反饋機(jī)制，表示膜材、軸的運(yùn)動(dòng)相互反饋機(jī)制，通過和棘輪帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)軸和齒輪之間的配合。膜材、軸運(yùn)動(dòng)反饋軸運(yùn)動(dòng)機(jī)制為膜材與軸相互摩擦產(chǎn)生動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)軸的運(yùn)動(dòng)，并且軸運(yùn)動(dòng)會(huì)反作用于膜材和軸的摩擦，軸運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)棘輪運(yùn)動(dòng)，棘輪運(yùn)動(dòng)會(huì)反作用于軸運(yùn)動(dòng)。整個(gè)機(jī)械中軸作為核心部件，可以避免軸反轉(zhuǎn)即可確保設(shè)備的正常運(yùn)行。軸運(yùn)動(dòng)反饋軸和齒輪配合機(jī)制帶動(dòng)軸、齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)，在沒有齒輪作用下或齒輪齒數(shù)不同都會(huì)對(duì)整體運(yùn)行情況造成影響。

2.2 卷簧和控制機(jī)構(gòu)

卷簧上有2根軸以及2個(gè)繞輪，軸會(huì)帶動(dòng)繞輪轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)會(huì)抽動(dòng)拉卷造導(dǎo)致卷簧長(zhǎng)度變化，也就是力的變化，采用該方法可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)軸轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)聯(lián)性，由于軸轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)值增加也會(huì)導(dǎo)致控制轉(zhuǎn)動(dòng)輥膜張力增加，從而實(shí)現(xiàn)包裹效果。在此條件下，2個(gè)棘輪通過軸鍵連接軸實(shí)現(xiàn)了同步驅(qū)動(dòng)，通過棘輪控制實(shí)現(xiàn)相應(yīng)軸單向轉(zhuǎn)動(dòng)，棘輪單向轉(zhuǎn)動(dòng)以及卷簧自身的恢復(fù)性，可以避免處理不當(dāng)造成的機(jī)械裝置倒置問題。一旦產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)行倒置情況，會(huì)導(dǎo)致機(jī)械作業(yè)過程失效，響應(yīng)的零部件也會(huì)產(chǎn)生機(jī)械損傷問題，所以在控制軸和傳動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)運(yùn)行中必須要加強(qiáng)棘輪控制。加強(qiáng)棘輪控制不僅可以實(shí)現(xiàn)單向性運(yùn)動(dòng)，也有助于控制卷簧帶動(dòng)軸的傳動(dòng)作用。3個(gè)傳動(dòng)軸之間相互配合，而控制軸不會(huì)產(chǎn)生傳動(dòng)作用，主要是負(fù)責(zé)傳動(dòng)軸控制功能。

2.3 供膜供料與包裹單元設(shè)計(jì)

供膜系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)支撐薄膜的輥軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在薄膜張緊系統(tǒng)中圓桿在豎直方向?yàn)樽杂蔂顟B(tài)，在此桿重力作用下，使薄膜處于舒展?fàn)顟B(tài)，并且包裝動(dòng)作還保留一定余量。如果塑料薄膜余量較少，此時(shí)自由桿位置也會(huì)提升，自動(dòng)觸發(fā)電動(dòng)機(jī)調(diào)速功能，此時(shí)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)供膜輥軸轉(zhuǎn)動(dòng)，提供足夠的包裝材料。

卷簧采用臥式放置，利用卷簧的自身重力，通過自行滾動(dòng)原理設(shè)計(jì)自動(dòng)供料系統(tǒng)。整個(gè)結(jié)構(gòu)可以分為斜面供料架、塑性擋板、弧形推送裝置?；⌒瓮扑徒Y(jié)構(gòu)會(huì)推堵往下料口，保證斜面料板彈簧自動(dòng)儲(chǔ)料?；⌒瓮苿?dòng)機(jī)完成一個(gè)過程工作之后會(huì)自動(dòng)復(fù)位，儲(chǔ)存下料口卷簧會(huì)滾到下托裝前端凹槽內(nèi)待定。自動(dòng)供料結(jié)構(gòu)通過自動(dòng)執(zhí)行該程序即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)包裝，實(shí)現(xiàn)包裝工序。

機(jī)車在卷簧帶動(dòng)下會(huì)隨著下托機(jī)構(gòu)下降，從而帶動(dòng)薄膜下移為U形態(tài)，在氣缸推動(dòng)下會(huì)帶動(dòng)“U”型槽托板運(yùn)行，退料結(jié)構(gòu)處承接彈簧，此時(shí)卷簧會(huì)被裹包1/2，之后熱封板會(huì)將薄膜做成條形熱風(fēng)，之后將薄膜壓緊、橫向切封，這樣就實(shí)現(xiàn)了裹包流程。輸送結(jié)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以在步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速功能，保證和其他運(yùn)行結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)同步調(diào)速。為了確保包裝中其他卷簧不會(huì)進(jìn)入包裝單元，可以在進(jìn)料口位置設(shè)置擋板，避免在包裝時(shí)產(chǎn)生紊亂情況。

3 結(jié)語

綜上所述，在緊膜包裝機(jī)當(dāng)中采用卷簧，可以利用膜張力特性，實(shí)現(xiàn)不同的懸浮包裝件。在應(yīng)用輕載零件使用中，要全面加強(qiáng)機(jī)械設(shè)置方法的研究工作，緩沖包裝、常用裹包機(jī)械轉(zhuǎn)化為緩沖包裝加工形式，可以有效降低生產(chǎn)成本，也可以讓緩沖包裝工藝更加簡(jiǎn)便，將緩沖實(shí)用性提升到90%，實(shí)現(xiàn)了緩沖包裝設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)

[1]陳寧，張功學(xué)，鞏桂芬.卷簧式緊膜包裝機(jī)械設(shè)計(jì)[J].包裝工程，2017（7）：165-168.

[2]單文澤，潘孝斌，陳元泰.渦卷彈簧式制動(dòng)能量回收裝置研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2015，44（10）：73-77.

[3]謝亞.機(jī)車彈簧在線包膜技術(shù)研究與開發(fā)[D].天津：天津科技大學(xué)，2014.