枕式包装机的工作原理
枕式包装机是一种包装能力非常强,且能适合
多种规格用于食品和非食品包装的连续式包装机。
它不但能用于无商标包装材料的包装,而且能够使
用预先印有商标图案的卷筒材料进行高速包装 。
在包装生产中,由于包装材料上印刷的定位色
标之间存在误差,包装材料的拉伸以及机械传动等
因素的影响,包装材料上预定的封切部位有可能偏
离正确的位置,而产生误差 。为了消除误差而达到
正确封切的目的,包装设计必须考虑自动定位问题,
解决这一问题大都是根据包装材料的定位标完成连
续式光电自动定位系统设计。而连续式光电定位系
统按误差补偿工作方式分为进退式、制动式和两传
动系统同步式 。本文着重介绍进退制动式光电自动
定位系统的设计 。
1 制动式光电自动定位系统的基本原理
包装纸在自动包装机上连续进给,成形制袋,充
填和封口的过程中,由于定位色标的印刷误差,机器
运转的偶然波动以及操作等综合因素,使包装纸的
输送速度与横封 、切纸速度不同步而产生封 、切位置
的偏差,因此需要随时予以校正,连续地进行误差补
偿。综合误差是个变量,但由于具较高质量和印刷
精度的包装材料来说在一定的包装速度下,这个误
差在检测的各个周期内应保持在很小的范围内 。这
样就能通过光电定位系统定期地(每两个包一次)测
量和比较送纸速度和封切速度 。如果包装纸过快,
正误差系统给出一个负的补偿量,也就是送纸机构
减速来达到补偿;如果包装纸过慢,是一个负误差,
系统给出一个正的补偿量,使送纸机构增速。但是
给定的补偿值不可能完全消除误差,可能补偿过头,
也可能不足。即使误差被消除了,下次还会出现 。
因此设计总是使系统给予补偿过头一点,给定一个
稍大于绝对误差值的补偿量,人为地使它超差 。当
这次测定误差为负,则补偿一个过量的正值。下一
次测定、比较之后必定出现正的误差 。定位系统自
动地补偿一个给定的负值之后,又恢复出现负误差 。
如此循环,正负交替使误差控制在一定范围内。这
样包装纸的切断部位就在正确的位置附近跳动 。这
种包装纸一进一退来达到连续定位的方式称为“进
退式”自动定位方式 。因为它的补偿量是超越离合
器工作,把机械送纸机构进入工作时设计成具有包
装纸滞后效果来给出的,所以采用这种原理定位的
系统称为“制动进退式 ”自动光电定位系统。以决定
包装纸速度的横向封 、切速度作为参考基准,以调整
送纸速度与之同步来控制包装纸的封切位置误差,
这就是连续定位系统最基本的原理 。
2 制动进退式定位系统的分析
下面分析制动进退式光电定位系统,包装机传
动系统图1 。
包装过程如下:片状包装纸由卷筒1引出,经光
电检测器2再由成形器5成形和牵引辊6,纵封辊7
制成包装。已充填包装物的包装袋上下整形输出,
经输送带送到横封头8横封并切断排出成品 。传动
部分是:主电机M1将运动传入横封传动轴,再经不
等速机构9带动横封头传动,不等速机构是用来调
整横封头8的封切瞬时速度,使之与包装袋移动速
度同步的 。另一路则经无级变速差动机构13的调
节,可以手动或通过单相伺服电机控制完成。调节
无级变速差动机构13可以得到所需袋长。最后一
路经差动机构18到勾爪输送链 。差动机构18为自
动调整机构,主要用来调节勾爪输送链与横封头同
步 。
在包装过程中,用光电传感器检测包装纸移动
速度与横封速度作比较,判别它是慢是快,通过超越
离合器电气系统控制超越电机M3动作使之运转或
制动停止,以达到误差补偿的目的。
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图1 传动系统间图
1·纸卷 2·反射光电头 3·包装物 4·下纸辊轮 5·成行器 6·牵引辊轮 7·纵封辊轮 8·横封头
9·不等速机构 10·超越离合器 11·主电机 12·无级变速器 13·伺服电机 14·输送机构 15·调速
机构 16·送纸光电传感器 17·横封光电传感器 18·成品 19·勾爪差动机构
3 速度检测与包装纸长度测量
为保证包装过程中的精确定位,送纸速度与横
封切口速度是必需准确的测量两个参数,同时生产
过程中包装纸(每张)有长有短,从而如何在定位过
程中自动测定包装纸长度使之与我们生产设定相符
合,也是非常重要的 。
纸速的测量是由光电接近开关17来完成的,我
们把测量纸速的光电接近开关输出的脉冲周期记为
T纸它的导数1/T纸即为送纸辊的传动速度 。横封
切口速度是由光电接近开关来测量的。我们把刀切
速度光电接近开关输出的脉冲周期记为T刀,它的
倒数1/T刀即为横封速度间接计算得到的 。在包装
设计中,包装纸被紧压在送纸辊上,压辊的线速度则
为包装纸的送纸速度V纸=πD/T纸,式中的D为送
纸辊直径 。经过横封切口后的被切长度L纸=
V纸T刀=πDT刀/T纸
4 色标对标方法与调整
为保证包装全自动定位,需要控制伺服电机
M2使送纸速度与横封头切口速度同步。然而对设
计为同步的系统,由于运转的偶然波动以及操作扰
动等方面因素都会使原来同步系统失步 。从而需要
在基本同步的系统中加入色标检测与控制电路,随
时校正,连续进行误差补偿 。保证切封位置不变,这
就需要借助包装纸上的色标来定位完成。色标定位
对标对包装材料 、光电检测方法、色标的印刷等都提
出一定的要求 。就包装材料而言,要求有较高的密
度,滑度厚度均匀 、而且要有一定的抗拉伸能力 。光
电检测方法随不同的包装材料有透射式和反射式两
种。透射多用于透明包装材料的检测,而反射式则
用于难以透光或不能透光的包装材料的检测。通常
高速度的包装机设计,大多采用反射式光电检测方
法,因为它具有较高的检测灵敏度 。对色标印刷要
求,定位色标必须能有遮光或通光的作用,同时随包
装产品的大小和检测方法的不同,定位色标要有足
够的遮光面积,以保证光电检测时信号的可靠性 。
有了良好的包装材料,合适定位色标与正确的光电
遮光反射式传感器测量色标方法,就可以进行色标
对标与调整。
按上述原理与方法设计的枕式多功能包装机,
配上微电脑控制的纸长设定调节以及色标定位系
统,彻底解决了全自动光电定位问题 。系统高速运
平稳可靠,封切准确,是目前最先进 、最理想的机
型之一 。
参 考 文 献
1 许林成·包装机械原理与设计·上海科技出版社,
1998·19~21
2 彭国勋·自动包装机的设计原理·西安:西北轻工业学
院,1983·85~88
3 刘云霞·自动包装机定位系统分析·包装与食品机械,
2000(2)·8~11
4 蒋需忠·枕式糖果包装机光电自动定位系统分析·机电
工程,2001·(5)(208~210)
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