制袋成型器的设计计算

成型器交接线上任一点P的坐标可写出:
u x = r cos r u y = r sin r z = ψ (u)
对T的坐标可写成 ：
(3-8)
x T = − ( e cos α − r ) y T = − ( etgβ ) z T = e sin α + h
(5-9)
因为f=PT即为P与T两点间的距离,所以有
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
r=
a
π
(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
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。
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2β<60°的等腰三角形,取极限时,则呈等边三角形。 决定三角形成型器的尺寸除顶角外,还有三角形板的高h,它和制袋的最 大尺寸有关:
图5.16 三角成型器折叠成型示意图
a = sin α b
(5-1)
在直角三角形ADC或BDC中:AD=DB=a, DC=b,所以有 a = tgβ (3-2) b 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) sin α = tgβ
β = arctg(sin α ) (5-4) 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。
3.象鼻成型器
象鼻成型器可看作是在Ｕ型成型器的设计基础上,结构方面作了一 些修改而形成的,它的安装角α比三角形及Ｕ型成型器都要小得多,它的 成型阻力比较小,而制同样的一个袋,成型器结构尺寸倒要大得多。象鼻 成型器设计时建议按α＝5°~12°选用三角形板的安装角,并计算三角 形顶角2β值,根据所制作空袋袋宽a计算三角形板的高b。按Ｕ形成型器 的设计方法找准圆弧槽装接位置L,并取用圆弧部分半径Ｒ=(0.1~0.2)a。 象鼻成型器的形成还需加装薄膜护边,以利控制包装材料跑偏, 常取护边宽HK=m=10~20mm。见图5.18所示。实际使用中又截去三角形板 的GHK部分,减少成型器尺寸,在原三角形板的底边G处设置一薄膜导辊, 让包装材料经这一导辊后直接拉上成型器的M—M截面处。 在图3.18中右端U型槽处,应截去PQEF部分,其中应使PQ>2r、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。
a max h= + ∆h sin α
(5-5)
式中: a max —能制作最大空袋的高(立式机为袋宽)； ∆h—放出的余量,取30~50毫米。
2.Ｕ形成型器 Ｕ形成型器可看做是在三角形成型器的三角形板上装接了圆 弧导槽及薄膜导板并用圆弧过渡后得到的。三角形板安装角α ＝20°~30°,设装接的圆弧导槽的圆弧半径为Ｒ,如将Ｕ形成型 器展开成平面,它与薄膜宽度2a相当,否则说明成型器在某处多了 或少了一块,为此Ｕ形槽与三角形板的装接部位有一定位置要求, 它以圆弧槽中心线与三角形板的顶点C间距离用L来表示。 若满足上述成型器展开平面宽度处处为2a,则圆弧槽中心线 装接位置应有:
第二节 制袋成型器的设计计算
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 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。
(5-12) 此式的边界条件为: u = 0,ψ ( u ) = h; u = πr ,ψ ( u ) = 0 (5-13) 令ψ ( u ) =0,代入(3-12)式,可得出线段e的长度表达式: 1 2 a − 2r 2 2 e= (5-14) h(1 + sin α ) − atgβ − 2 r cos α 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
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。
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。 a a tgβ = = 则 (5-16) b h 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
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。
f
2
= ( xT − x )2 + ( yT − y )2 + ( zT − z )2
u 2 u ) + ( − etg β − r sin ) 2 + [ e sin α + h − ψ ( u )] 2 r r
将P及T两点的坐标值代入:
f
2
= ( − e cos α + r − r cos
(5-10)
二、制袋成型器的设计 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 ຫໍສະໝຸດ Baidu 角 三 角 形 DEC 中,DE=a,DC=b,所以有:
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。
L1 =
π
2
R
(5-6)
图5.17 U形板成型器作图
但这时圆弧槽与三角形板的边线并不相切,也就难以装接,要 相切只有使，见图5.17所示。 实际使用中,圆弧槽装接即考虑展开面的宽度与2a基本相符, 又考虑与三角形板能顺利装接,故只好采用圆弧过渡来解决,取
2R < L <
π
2
R
(5-7)
式中: R—U型槽圆弧部分的半径,可根据工艺上需要来取值,亦可 按R=(0.1~0.4)a推荐取用； a—空袋高度(立式为宽度)。
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:
f 2 = ( etgβ + u ) 2 + [ h − e − ψ ( u )]2
(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:
u u 1 etgβ ( u − r sin ) + r ( e cos α − r )(1 − cos ) + u 2 r r 2 ψ ( u) = h − e(1 + sin α )