一种基于毫秒封切的不间断包装机设计

龙淑嫔

（河源职业技术学院，广东 河源517000）

一种基于毫秒封切的不间断包装机设计

龙淑嫔

（河源职业技术学院，广东 河源517000）

针对目前封切包装机效率低、质量差、设备稳定性差、产品适应性差等问题，通过对设备送料机械结构进行优化设计、利用伺服电机与PLC和触屏控制，设计开发了一种能够连续进料包装、包装定位精度高、封口质量平整光滑且无故障时间长的不间断包装机。

毫秒封切；不间断；包装机

1　封切包装机发展现状

封切包装机是一种广泛应用于批量生产包装的流水作业、工作效率高、加工产品质量好的自动化机器［1］。目前国内封切包装市场较大，但是产品质量良莠不齐，其落后性主要体现在以下几个方面：（1）封切速度慢。目前国内市场的封切包装机由于机械结构设计难点不能突破，控制系统不够先进，封切包装的速度较低，本设计的同类设备封切速度最高为750 ms/次；（2）包装质量低。目前国内开发及生产封切包装机由于传送设备与驱动装置及系统之间的各类误差，导致传送精度较低、封切产品的切口质量较差，如粘合不稳、熔热不均匀，导致包装封口不平整、没有密封好、封口破损等；（3）设备稳定性差。由于设备技术缺陷，很多封切包装机的稳定性差、故障多发，平均无故障时间短。

本文通过对封切包装机工作情况和具体流程进行分析，对其机械结构进行改进设计，同时研发出与之配合使用的全自动控制系统，使封切机在封切速度、包装质量和设备稳定性等方面能得到更大的提高。

2　封切包装机的性能需求分析及工作流程

2.1封切包装机设计开发先进性需求分析

由于目前国内市场上封切包装机普遍存在封切速度慢、封切质量差、设备稳定性差等问题［2］，因此进行该设备的设计时要求在封切速度上能够大于750 ms/次，封切产品的切口平整、质量好，同时设备的平均无故障时间达到连续运行时间为70～90 h.

图1　封切包装机工作流程

2.2封切包装机的工作流程

封切包装机的一个工作循环包括送膜、封切情况判断、封切等动作，具体流程图1所示。

封切机开始操作可以为新工作任务启动，也可为承接上一次操作的循环操作；启动后送料模式有两种，一种为提前送膜，一种为输送带送膜，模式的选择由工作人员在系统进行选定；当选择模式为输送带送料时，系统进行高低速和封切物品单个还是多个判断；单进行低速运行时，系统静待货物过完再进行下一个动作，当设备为高速运行时，系统过完一个货物即进行下一个动作；过完系统设定的货物后输送带停止；当封切台检测到货物到达时，延时启动出货输送带，同时封切台下降到位，出货带延时停止，设备进行封切包装，设备控制进行延时热熔封口，设定时间到达后完成封切，封切缸退回位置，封切台上升回到原位，一次封切工作结束，若为多次封切则自动进入下一个循环。

在进行封切包装的过程中，设备可以进行货物的连续包装，实现快速封切。在封切包装时若要改变包装货物的长度尺寸，可改变出料延时来进行时间控制。

3　封切包装机的结构优化设计

通过对封切机的功能进行分析，与控制系统进行综合优化设计，整体结构主要包括包括机架、直线电机、封合机构、输送机构、推动装置，其结构简图如图2所示，各个组成部分的结构如下：

图2　封切机构结构示意图

3.1机架设计

机架包括固定条和左右两个滑杆，滑杆分别和左右直线轴承相连。

3.2封合机构设计

封合机构由传动机构、刀架和发热装置组成，其中传动机构包括小齿轮、大齿轮、连接块以及两个摆臂，其中摆臂一与下刀架相连，摆臂二与固定条相连，小齿轮与电机连接；刀架包括上刀架和下刀架，上刀架上安装有刀座、水平调整装置和弯曲调整装置；发热装置由发热元件和控制元件构成。

3.3输送机构设计

输送机构由固定板、第一固定块、第二固定块和导轨组成。

3.4推动装置设计

推动装置由滑座、滑板、安装板和推动拉杆构成，其中推动拉杆的一端与电机相连，另一端连接安装板。

通过优化结构设计，可以实现快速送料及高质量封装，能保证送料定位精度，同时调整刀架上的水平和弯曲调整装置可以适应不同尺寸和形状的包装物品。

3.5封切包装机的工作过程和原理

本设计的工作过程和原理为：包装膜处于上刀架和下刀架之间，发热装置发热并且达到设定温度时，电机开始工作［3］，然后齿轮机构带动摆臂机构旋转，其中摆臂二带动下刀架上下活动。当上刀架与下刀架重合时，上刀架会施加一个作用力给下刀架，这时双层包装膜就会受到一定的力和适当的温度，双层包装膜会被切断且被切断的两端会在温度作用下融合粘结在一起，双层包装膜切断和粘合完成后，电机会带动上下刀架回到原始位置。

4　封切包装机的控制系统设计

4.1封切包装机电气控制系统图设计

封切包装机要实现多样化、高速、不间断、高精度封切，需要解决送料位置精确、送料速度可调、封刀尺寸及相对位置可调、封刀温度可调可控等难题［4］。针对以上问题，本设备采用伺服电机进行驱动，对需要调速的电机采用变频器控制，系统采用PLC加上触摸屏实现其功能控制和操作控制。

封切包装机电气控制系统入网电源为AC380V、50 Hz，为了满足电气控制系统变频器等电气元件的需求，采用了变压器进行变压，开关电源提供直流电源。封切包装机的炉风机不需要进行变速等操作，直接用接触器控制其启停。炉输送带电机采用变频器控制，进行速度的调节。系统发热装置由发热管提供热能进行融合封切。封切包装的进料电机、出料电机、侧边拉膜电机均由变频器进行控制，回收废料电机、送膜电机、刀架电机则直接由断路器及按钮进行控制。封切包装机电气原理图如图3、图4所示。

图3　封切包装机电气原理图1

图4　封切包装机电气原理图2

4.2封切包装机控制程序设计

封切包装机采用PLC进行控制，操作界面采用触摸屏。根据其工作流程进行分析，综合电气控制要求和触摸屏设计，对PLC输入输出点进行定义，具体如表1所示。

表1　I/O分配编排

根据设备自动控制功能及工艺要求，进行PLC程序编制。编制程序能够实现封切包装机的送料、定位、加热、封切、复位等动作功能。通过对系统进行测试，设计PLC程序能够实现所需功能和要求。

5　封切包装机的实际应用情况

对封切机进行设计和改进后，本设备经过调试及运行检测已经成批生产并投入市场，因为其优异的性能，产品在欧美地区及中国大陆均取得了很好的销售业绩，图5为本设计产品的实物产品图，图6为本设备封切包装产品示范。

图5　封切包装机实物图

图6　封切包装机包装物品示范

6　结束语

通过对封切包装机的机械结构进行优化设计，采用PLC与伺服结合触摸屏控制，达到了以下效果：

（1）提高了封切速度。通过改进传送设备和控制系统，封切机可以在一分钟完成30～36个物品的运送、定位及封切包装，也就是其封切速度可以达到每分钟500 ms/次至600 ms/次。此速度可能在国内处于领先状态，且与国际最高水平非常接近（如德国的同类设备的最高速度为430 ms/次）。如对技术的推广，可以提高国内同类产品的平均封切速度水平，对行业发展起到促进作用［5］。

（2）提高了产品精度。通过设计改进后，设备不仅提高了传送封切速度，同时封切质量得到了很大的提高，其平均废品率远远低于国内平均水平。

（3）提高设备运行稳定性。本设备运行稳定性，通过对产品进行测试及售出产品进行回访，产品的平均无故障时间可达72 h，接近国际先进水平。

综上所述，基于毫秒封切的不间断封切包装机的投入使用将对封切行业起道积极的作用。

［1］朱家诚，赵松丽，胡智勇，等.微柱凝胶卡自动封切机的设计与研究［J］.机械工程与自动化，2015，（2）:133-134.

［2］余冠洲.薄膜封切机同步跟踪方法［J］.电气自动化，2000，（3）：66-68.

［3］薛 雷，孙以泽，李培兴，孙志军.基于模糊PID的裤袜包装机热封切刀温度控制的研究［J］.包装工程，2013，（3）：16-20.

［4］郭志强，朱茹敏，李冬龙.袋式包装机横封切杆机构的设计与特性分析［J］.机械传动，2013，（10）：65-68

［5］方玉莹.热收缩包装机与封切机的结构设计［J］.农机与食品机械，1997，（6）：10-12.

Uninterrupted Package Design on Millisecond Seal-Cutting Operation

LONG Shu-ping
（Heyuan Polytechnic，Heyuan Guangdong 517000，China）

With current seal-cutting machine featuring low efficiency and quality，poor stability and product adaptation，by optimizing and designing structures of feeder machine and with controlled tough between servo motor，PLC and tough screen，uninterrupted package machine is devised and invented with characteristics of continual feeding and package，high degree of package positioning，smooth and neat seal and lasting trouble-free package machine.

millisecond seal-cutting；uninterrupted；package machine

TB486

A

1672-545X（2016）07-0039-03

2016-04-26

项目来源：广东省科技厅项目、欧华包装设备（河源）有限公司研发项目（编号：2016A070715002、2016 oyyz-03）

龙淑嫔（1982-），女，湖南涟源人，讲师，硕士学位，主要研究方向：机电一体化控制，智能控制，数控机床电气控制技术，数控机床装调。