扭结式糖果包装机设计说明书

1 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
目前, 国糖果产品的包装形式有扭结式包装、枕式包装、折益信封式包装。

枕式包装在国际上流行于上个世纪60—70年代, 国从80年代开始流行至今。

传统扭结式包装是最老的包装形式, 从发明到现在已有近百年历史。

这种包装形式多用于糖果, 它不仅可以通过现代化高速、自动化的包装机来完成, 也可以通过手工操作完成。

最初的扭结包装机结构简单，功能单一，操作复杂，只能完成最基本的扭结动作，而且生产效率低下又极不卫生。

因此曾一度被枕式包装机的出现所取代。

多年以来, 糖果包装一直是以枕式包装独占鳌头，风靡一时。

直到现在枕式包装机也较扭结包装机普及,。

目前大多数糖果、巧克力生产企业均采用枕式包装。

但随着糖果包装行业的迅猛发展，以及各种先进技术的应用，糖果扭结包装这种古老而有年轻的包装形式越来越受到人们的青睐。

糖果扭结包装机的结构和功能不断完善, 使这种受人们欢迎的包装形式沉寂了一段时期后又走上了舞台[1、2]。

目前大部分扭结裹包产品，如糖果、冰棒、雪糕、巧克力等食品包装都已实现了机械化。

但糖果扭结包装机的设计上存在一些问题，其缺陷是限制生产发展的瓶颈。

例如：由于包装速度过快，糖块会严重偏移，使糖块超前运动，碰着运动零部件；理糖装置与出糖装置不协调、不同步，从而容易出现卡包漏包现象；包装材料制动力太小，拉伸时容易出现松弛，包装材料因飘动而跑偏；糖果通道间隙大，包装材料难以紧贴糖果。

所以此次课题对这方面的研究对于优化糖果扭结包装机的结构、提高生产效率、降低生产成本以及减少机器故障等方面有着重要意义[3、4]。

1.2 扭结式糖果包装机研究现状
用挠性包装材料裹包产品，将末端伸出的裹包材料扭结封闭的机器称为扭结式裹包机。

其裹包方式由单端和双端扭结。

我国糖果包装六七十年代前主要以手工作业为主，这是由我国当时的特殊国情决定的，对糖果扭结包装机的研究很少。

随着市场需求的不断扩大和食品工业的快速发展，改革开放前我国开始从欧美等发达国家引进他们的糖果包装机械设备，并开始有计划的进行仿制和改造，吸收国外糖果包装机械的设计理念和制造经验。

到八十年代初已经基本完成了对引进的糖果包装机械装置的消化吸收工作，并对糖果包装机开发出自己的新
技术、新设备。

九十年代，我国研制出伺服电机驱动的食品包装机械，食品包装机械行业实现了由机械装置为主向电脑程控为主的技术升级。

在这种情况下，我国糖果包装机取得了长久的发展。

伺服电机驱动的糖果包装机生产速度更快，自动化程度更高，机械性能的柔软性、系统化程度也迅速提高。

中国以糖果包装机、颗粒充填机、液体灌装机等为代表的食品包装机械以其独特性赢得了世界市场广阔的销售空间。

例如久丰食品机械自行研发制造的双扭型糖果包装机处于世界领先水平,申请专利并取得国家级鉴定备案。

目前糖果包装机的研究和开发主要是抓住一个核心技术：计算机技术进入食品包装机械领域。

我国已成功地研发出具有世界领先水品的微电脑程控式扭结包装机，并实现实用化，开始向众多国外食品包装机械厂家提供该设备。

该机采用国际流行的两端扭结式包装,设计合理、结构新颖、经济实用,受到、、、、、、等地及东南亚地区各使用厂家的一致好评。

随着时代的不断发展和科技的不断进步，中国制造的糖果包装机械必将走向世界[5]。

虽然我国的糖果包装机械发展较快，但由于历史原因和我国的一些特殊国情，我国食品包装机械起步较晚，技术水平从整体上看要比先进国家的枝术水平整体落后好几年。

糖果包装机在产品的开发、性能、质量、可靠性等方面有着明显不足。

从质量上看：我国糖果包装机械的生产技术和生产手段较落后，大部分还是采用旧的通用设备加工，产品的规格、型号不全，质量还有待于进一步提高。

糖果类包装机械品种少，配套数量少，缺少高精度和大型化产品，远不能满足市场需求。

自行研发的糖果包装机性能较低，稳定性和可靠性差、外观造型不美观、表面处理粗糙，许多元器件质量差，寿命短、可靠性低，影响了整体的质量。

从产品开发看：我国糖果包装机械主要还是仿制、测绘，稍加国产化改进，谈不上正真意义的开发研究。

目前，国厂家对糖果包装机的研发投入较少，产品开发缺少创新，难上水平，新产品开发不但数量少，而且开发周期长。

在企业管理上，往往重生产加工，轻研究开发，创新不够，不能紧跟市场需求及时更新产品。

我国糖果包装机械行业缺乏知识产权意识，这也是其他行业的通病，往往刚设计出来的产品很快就被仿制出来了，短时间有上千家企业同时投放市场，到最后甚至根本找不到谁是该设备产品的开发者。

许多企业忙于现有产品扩大市场，忙于仿制和抄袭他人的产品，根本不去考虑产品如何升级换代，如何实现技术创新。

从糖果包装机自动化程度看：国外使用的糖果包装机械自动化程度高，单产比我国大。

这不是我国的制造水平达不到，而是需求上的问题。

其原因：一是我国劳动力多、成本低；二是我国制造企业总体规模
不大，而产能大的机型一次性投入大，会给企业带来很大的负担[6、7]。

目前我国糖果类食品包装机械出口额还不足总产值的5%，进口额却与总产值大抵相当，与发达国家相去甚远。

1.3 扭结式糖果包装机的发展趋势
未来扭结式糖果包装机的发展趋势将配合产业自动化、智能化趋势，技术发展将朝着四个方向发展：一是机械功能多元化。

工商业产品已趋向精致化及多元化，在大环境变化形势下，多元化、弹性化且具有多种切换功能的糖果包装机种方能适应市场需求。

二是结构设计标准化、模组化。

充分利用原有机型模组化设计，可在短时间转换新机型。

三是控制智能化。

目前食品包装机械生产厂家普遍使用PLC动力负载控制器，虽然PLC 弹性很大，但仍未具有电脑（含软件）所拥有的强大功能。

四是结构高精度化。

结构设计及结构运动控制等事关包装机械性能的优劣，可通过马达、编码器及数字控制（NC）、动力负载控制（PLC）等高精密控制器来完成，并适度地做产品延伸，朝高科技产业的包装设备方向研发。

糖果包装机械越来越注重开发快速、成本较低的包装设备，未来的发展趋势是设备更小型、更灵活机动、多用途、高效率。

此趋势还包括节约时间、降低成本，因此包装机所追求的是组合化、简洁化、可移动的包装设备[8]。

要快速缩短国糖果制造业与发达国家的差距，只有走技术革新之路。

而今后国糖果包装的发展趋势必然会朝包装机的高速自动化、一机多能化及包装设计的特色化方向发展。

首先，使用机械的目的在于提高生产率，在包装产品时要求效率非常高，强调的是速度和质量，而更换包装结构却是次要的。

在糖果类进行包装时，一般需要高速、自动化的包装机，以追求规模经济的包装成本优化。

在这类包装机上，采用了当今最新的技术，如伺服电机、光电追踪、高速摄影等，以达到包装机效能。

与糖果包装机连接的传送带的自动转向、整理、急停、加速也被广泛应用。

其次，对于非标准化或季节性的产品，包装机应该是灵活的，特点是轻便和小巧。

灵活则是为适应不断变化的市场需求而开发的，糖果就有扭结式、枕式、三角式、异形等，这些产品的包装要求能在一套包装设备上完成，而只需在局部控制或操作上稍加变换便可完成不同结构形式的包装。

该类型糖果包装机不追求速度，而是寻求个性化的包装和灵活适应性。

总体来说，今后我国的糖果包装设备将会向着多功能、高性能、自动化和智能化的方向发展。

加入WTO 以后，我国的食品包装机械行业既面临机遇，也将受到挑战。

我们将在基本同等的世界市场环境里同国外企业竞争。

所有的相关企业应研究适合自身的发展对策，找准有潜力的发展方向，争取与世界同步，并到世界市场上一争高低。

只有这样，我国的糖果包装机械才能在激烈的全球竞争中找到立足之地，并最终获得巨大的发展[9、10]。

2糖果扭结包装机总体方案设计
2.1 功能、参数及应用围分析
用途：包装已成型的蛋白糖和乳脂糖。

生产能力：每分钟200—350块。

糖块规格：圆柱形和长方体形两种糖块。

圆柱形糖块规格为长26—30mm，直径Φ为12—16mm，长方体形糖块规格为长25—30mm，高12—18mm，厚10—14mm。

包装材料：用卷筒式外两层纸裹包。

衬纸为淀粉纸或防油脂纸，宽30—40mm，外商标纸为蜡纸或玻璃纸，宽85—90mm。

裹包方式：双端扭结式裹包。

电动机：理糖电动机0.37kW，主电动机0.75kW。

外形尺寸：。

2.2 工艺分析
2.2.1 扭结包装机类型的确定
扭结式糖果裹包机有间歇运动和连续运动两种类型。

连续运动型一般用于一层纸包装，包装速度较间歇运动型要快。

但它如果用两层纸包装糖果时要求衬纸与外商标纸一样宽，这样会造成衬纸的很大浪费。

间歇运动型既可用于一层纸包装，也可用于两层纸包装，用两层纸时衬纸和外商标纸可以不一样宽，这样可以节约成本。

根据本次课题的设计要求选用间歇运动型包装机。

又由于糖果生产批量大，扭结式裹包动作也较多，故选用多工位裹包机。

2.2.2 包装工艺流程、工艺路线和工位数的确定
（1）包装程序和工艺流程图
糖果被理糖机构、推搪机构送到工序盘的指定位置后，衬纸和外商标纸同时围绕糖块进行裹包动作，将糖块裹包成呈筒状。

然后糖块两端伸出包装纸被扭结机械手扭结，糖果被封闭完成裹包，最后糖果被打糖杆打出。

整个包装过程结束，下个包装过程开始。

包装工艺流程图[11]如下图2.1所示：
图2.1 包装工艺流程图
1—送糖；2—糖钳手开、送纸；3—夹糖；4—切纸；
5—纸、糖进入糖钳手； 6—接、送糖杆离开；
7—下折纸； 8—上折纸；9—扭结；10—打糖（2）包装扭结工艺路线图如下图2.2所示：
图2.2 包装扭结工艺路线图
1—扭结手；2—工序盘；3—打糖杆；
4—活动折纸板； 5—接糖杆；6—包装纸；
7—送糖杆；8—输送带；10—固定折纸板（3）工位数及描述
从上图2.2的扭结工艺路线图分析，糖果需经过夹持、下折纸、上折纸、扭结、打糖这几个阶段，为了减少工位数可将扭结和成品输出分别安排在工位Ⅲ、Ⅳ完成，这样只需四个工位即可。

但为改善槽轮机构的动力特性，并使总体布局合理，扭结和成品输出还是分别布置在工位Ⅳ、Ⅵ为佳，这样可简化传动，并且操作人员还可兼顾成品装盒工作。

如图2.2所示，在第Ⅰ工位，送糖杆7、接糖杆5将糖果9和包装纸一起送入工序盘上的一对糖钳手，并被夹持形成“U”形。

然后，活动折纸板4将下部伸出的包装纸（U形的一边）向上折叠。

当工序盘转到第Ⅱ工位时，固定折纸板10已将上部伸出的包装纸（U形的另一边）向下折叠成筒状。

固定折纸板10沿圆周方向一直延续到第Ⅳ工位。

在第Ⅳ工位，连续回转的两只扭结手夹紧糖果两端的包装纸，并完成扭结，在第Ⅵ工位，钳手开，打糖杆3将已完成裹包的糖果成品打出，裹包过程全部结束。

2.2.3 对执行构件的运动要求
如下图2.3所示，对各执行构件的运动要求，结合以下五个部分说明[12、13]。

图2.3 工艺流程图
1—衬纸；2—商标纸；3—送纸辊；4—切纸刀；5—糖块；
6—推糖杆；7—送糖带；8—折纸板；9—接糖杆；10—工序盘；
11—糖钳；12—打糖杆；13—固定折纸板
（1）包装材料供送
为了将衬纸1和商标纸2连续等速地供送到工位Ⅰ，并将其定长切断，需配置一对
等速转动的送纸辊3和切纸刀4。

每纸长为56—65mm，当纸长改变时，须更换送纸部件。

（2）糖块整理与供送
为将糖块整理成列开供送到工位Ⅰ，需配置理糖与送糖机构，它们的运动形式与所选机构类型密切相关。

（3）主传送
为将糖块和包装纸由工位Ⅰ间歇地依次传送到工位Ⅵ，需配置工序盘10，在盘上设置六对糖钳11，以便夹紧糖块和包装纸作转位运动。

每对糖钳在工位Ⅵ、Ⅰ停留期间都须作开和闭合运动，以便糖块和包装纸在工位Ⅰ进入糖钳，成品从工位Ⅵ输出。

工序盘采用有六个槽的糟轮机构驱动，这样就可将槽轮与工序盘布置在一根轴上以简化主传送系统和提高传动精度。

（4）裹包执行机构
1)推糖与接糖
采用推糖杆6和接糖杆9将糖块和包装纸夹紧后移送到工位Ⅰ，本设计设定移距为32mm。

2)折纸
包装纸在由工位Ⅰ转位别工位Ⅱ的过程中被折成“Ｕ”形，在工位Ⅰ由折纸板8向上折叠而成为“”形，然后由工位Ⅰ转位到工位Ⅱ时被固定折纸板13折叠而形成筒状。

折纸板8作往复摆动。

3)扭结
为将伸出糖块两端的包装纸扭紧封闭，需在工位Ⅴ配置两个扭结机械手扭结时作开闭、旋转和轴向移动三种配合运动。

（5）成品输出
在工位Ⅵ配置作往复摆动的打糖杆12，将包装成品输出机外。

2.2.4 机构选型及结构设计
（1）供纸机构
采用卷筒纸连续供纸方式，图2.4为供纸机构原理图。

它主要由供纸辊l、供纸辊2、导向辊3、橡胶拉纸辊4及切纸刀等组成。

两个供纸辊分别装有商标纸和衬纸，经导向辊后，由一对拉纸辊4拉下井送到包装工位。

当送糖杆、接糖杆将糖果和包装纸一起夹住时，包装纸被切纸刀切断。

为使操作方便，将卷筒衬纸和商标纸的纸架就近设置在
机器的上方。

图2.4 供纸机构原理图
1，2—供纸辊；3—导向辊；4—拉纸辊；
5—旋转切纸刀；6—皮带；7—固定销；8—弹簧；
9—固定切纸刀；10—送糖杆；11—推糖杆；12—糖果
供纸辊的结构如图2.5所示。

当商标纸和衬纸的位置不对中时，通过调节螺杆10进行调整。

当纸的力变化或由于纸辊转动惯量的变化引起供纸速度不稳定时，通过拉簧12、皮带7阻止纸速和力的突变，从而保持稳定供纸[14、15]。

图2.5 供纸辊结构示意图
1—轴；2—铜套；3—套筒；4、5—夹纸盘；6—调节滑轮；
7—皮带；8—螺钉；9—拉簧；10—调节螺杆；11—滚动轴承；
12—拉簧；13—紧定螺钉；14—油杯
（2）切纸机构
常用的切纸机构有三种基本形式，如图2.6所示，图中(a)为剪刀机构。

驱动凸轮使剪刀开，而弹簧回力使刀刃闭合实现剪切。

两刀接触面要求加工精密，压力可调。

这种机构多用于间歇供料的包装机上。

图中(b)为单滚刀机构，卷纸由固定后刀片供送，
当滚刀旋转通过后刀片刃口时，将卷纸切断。

该刀刃口与刀辊轴线成1．5°—2．5°的螺旋角，使动刀刃与定刀刃在切割过程中逐步接触，以减小剪切力和刀刃的磨损，并有利提高对包材的剪切质量。

图中(c)为双滚刀机构，适于连续式高速包装机。

与上同理，两刀刃都具有相对于各自轴线1.5°—2.5°的螺旋角。

图中(d)为双刀盘机构(切割原理与剪刀机构相似)，两片扇形刀盘轴线相同，其中一片与转细相连，而另一片与转轴抽套相连，动力通过不同的传动路线，使两刀盘反向、等速旋转，两刀刃在交错过程中实现对包材的切割。

比较这四种机构和根据要求对于扭结糖果包装机我们选择（b）方案作为切纸机构。

图2.6 常用切纸机构示意图
（3）糖块整理与供送系统
可供本机选用的整理供送方案有：1)如图 2.7(a)所示的闸板式理糖，借闸板的上下往复运动将糖块整理成列，由送糖带将糖块送往包装工位，结构简单，工作可靠，但速度较慢。

2)如图 (b)所示的孔盘式理糖，孔盘作间歇运动，其上的糖块在惯性力的作用下落入孔槽，向左至箭头所示位置被直接送入工序盘，省去送糖机构，但整理圆柱形和长方形两种糖形时空位较多。

3)如图 (c)所示的振动料斗理糖，比较简单，但对整理长方体糖块的把握不大。

4)转盘式理糖，如图 (d)所示，转盘作等速转动，使其锥面上的糖块落入环形槽，再由送糖带将糖块送住包装工位，它结构简单，理糖速度快，对给
定的两种糖形都适用[13]。

（a）闸板式（b）孔盘式
（c）振动料斗式（d）转盘式
图2.7 理糖方案简图
比较这4种方案，并根据实际需要选用第4种方案，并在此基础上附加一些装置：在转盘上方设置贮糖料斗，并用槽式电磁振动给料器定期将糖块送到理糖转盘上，而在转盘出口处设置一等速转动的毛刷以将竖立的和重叠的糖块拔掉。

图2.8所示为间歇式糖果包装机供糖机构的示意图。

动力由螺旋齿轮2传入，通过主轴l使装糖盘盖10旋转，同时，经双联齿轮3、齿轮4、双头螺纹轴5、空心轴6使导糖盘9以低于装糖盘盖10的转速旋转(导糖盘转速为装糖盘的)。

糖块从振动料斗落下(图中未画出)堆聚于装糖盘盖10上，具有锥形的装糖盘盖高速旋转时，糖块因离心力的作用，易滑落入导糖盘9的等分格，并大部分处于平卧状态。

旋转毛刷A的作用是刷去重叠的糖块保证每一糖格只充填糖块一粒。

格的糖块随导糖盘作等速转动，当它转至法兰圈8的落口时，糖块因自重而通过落糖口落入输出槽11，然后被送至包装部分。

更换具有不同形状、尺寸的导糖盘，便能适应供送不同形状糖块的要求。

这种机构供糖速度高，并能有效地使糖块布满糖盘的分糖格，减少格缺糖现象。

此外，在落糖口前面一分糖格的上方，可设置触杆式或光电式传感器，当分糖格缺糖时，传感器可控制送纸机构停止送纸，实观无糖不供纸[17]。

图2.8 旋转供糖机构示意图
1—主轴；2—螺旋齿轮；3—双联齿轮；4—齿轮；
5—双头螺纹轴；6—空心轴；7—落糖盘；8—法兰圈；
9—导糖盘； 10—装糖盘盖；11—输出槽
（4）惠包机构
图2.9为裹包机构示意图，裹包机构主要由六钳夹糖盘23、送糖杆15、接糖杆20、活动折纸板17、固定折纸板及摆动凸轮24、连杆等组成。

装有6对糖钳手的工序盘23装在轴Ⅱ上，由槽轮机构驱动，每次转l／6圈。

装在分配轴Ⅱ上的偏心轮3，经连杆4驱动凸轮24摆动一定角度，凸轮24空套在轴Ⅲ上，当凸轮24往复摆动时，驱动滚子25，经一对啮合的扇形齿轮使糖钳手19、21开或闭合；偏心轮l经连杆2及摆杆9使轴I往复摆动，通过扇形齿轮16带动送糖杆15往复移动，实现送糖；同时，偏心轮3经连杆4及摆杆10使轴IV往复摆动，带动摆杆10摆动，进而带动接糖杆20往复摆动实现接糖；送糖杆15、接糖杆20共同作用，将糖和纸送入糖钳手19、21夹住，由于钳口的阻挡，使包装纸实现对糖果的三面裹包，随后送糖杆和接糖杆返回。

送糖时，为避免把糖果夹碎或变形，在摆杆2l和接糖杆20之间设有缓冲压簧28。

偏心轮5通过连杆
6驱动活动折纸板17向上摆动．把下部伸出的包装纸向上折叠。

工序盘13在槽轮机构的驱动下转位，在转为过程中，由于安装工序盘钳口外圈的固定折纸板（图中未画出）的阻挡，使上部伸出的包装纸向下折叠，从而完成对糖果的四面裹包。

糖钳手可以是一对活动钳手，也可以是一只活动钳手，一只固定钳手。

本机采用一只活动钳手，一只固定钳手，可用于包装部同宽度的糖果。

在扭结时对准
手的中心线，包装质量较好[18]。

图2-9裹包机构示意图
1、3、5、7—偏心轮；
2、4、6、8、10—连杆；9—曲柄；
11—双销曲柄； 12、16—扇形齿轮；13—后冲滑块；14、24—凸轮；
15—送糖杆； 17—活动折纸板； 18—挡板；19、21—夹钳； 20—接糖杆；
22—拉簧； 23—六钳夹糖盘； 25—滚柱；26—打糖杆；27—缓冲杆；28—弹簧（5）工序盘
为使工序盘作间歇转位运动，可供选择的机构主要有：1)槽轮拨销转位机构(简称槽轮机构)，结构简单紧凑且容易制造，但从动件的运动有柔性冲击(即角加速度曲线不连续)，可用于中高速轻负；2)端面槽轮摇杆转位机构，从动件的运动规律与前述机构相同，但它的结构要复杂一些，由于主从动件是面接触，可用于负载比较大的场合； 3)蜗形凸轮转位机构，能任选从动件的运动规律，动力特性好，可用于高速重负载，但制
造比较困难。

考虑到本机工序盘转动惯量较小，决定选用槽轮机构驱动。

工序盘的组成及工作原理。

如图2.10所示为工序盘的结构简图。

6个固定钳手成盘状用圆锥销固定在转盘轴7上，由槽轮机构驱动间歇转动， 6对糖钳手根据包装动作要求，在不同工位上开或闭合(夹紧)。

铜套6通过四杆机构带动往复摆动，凸轮8用键5和铜套6连接，随铜套摆动。

活动糖钳手2到出糖工位时，凸轮8的曲线最高点与滚子4接触，活动糖钳手转动，使糖钳手开，打糖杆将糖打出。

转盘继续转动直至进糖工位时，仍保持开，糖果顺利地送入糖钳手，在送、接糖杆即将离开时，滚子4脱离凸轮曲线最高点，依靠拉簧3、糖钳手将糖果夹紧。

凸轮7可设计成由两片组成，以便调节曲线最高点的弧长，即调整糖钳手开的持续时间[19]。

图2.10 工序盘结构简图
1—固定钳手；2—活动钳手；3—弹簧；4—滚子；
5—键； 6—套筒；7—轴；8—凸轮
（6）扭结机构
从图2.11所示的三种扭结机械手简图分析，从满足运转要求看(c)方案最佳，(b)方案次之，(a)方案最差。

(a)方案中扭手指部夹紧时凸轮会与滚子脱离接触；（b）方案中两凸轮不在一个零件上，因此在此选择(c)方案。

图2.11 扭结机械手简图
1—扭手指部；2—齿轮；3—轴向位移凸轮；4—扭手开闭凸轮糖果经包装纸四面裹包后，两端需扭结封闭。

扭结机构由左右对称两部分组成，图2.12为单端扭结手机构的传动示意图：
图2.12 扭结手结构示意图
1—输入轴；2—扭结手；3—伞齿轮齿条；4、5、6、7、13、14—齿轮，
8、9—拨轮； 10—摆杆；11—弹簧；12—凸轮；15—手盘；16—调节螺杆
它主要由扭结手、槽凸轮、摆杆、拨轮、齿轮及传动轴等组成。

为满足包装纸扭结的要求，扭结机构在扭结过程中完成扭结手的转动、轴向移动和扭结手的开、闭合等三种运动。

输入轴1的运动经齿轮4、5、6、7传动后，带动扭结手2实现扭结转动；输入轴1的运动经齿轮4、5带动槽凸轮12转动，经过摆杆10、拨轮8、伞齿轮齿条3带动扭结手的、合运动；输入轴1的运动经齿轮4、5带动槽凸轮12转动，经过摆杆10、拨轮9实现扭结手的轴向位移运动。

扭结手开和闭合的角度大小与进退距离的协调，由。