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1、第一节 卷封的基本原理及机 构的设计 第二节 卷封机构的运动设计,第七章 卷封机械,人既尽其才， 则百事俱举； 百事举矣， 则富强不足谋也。,第七章 卷封机械 第一节 卷封的基本原理,一、刚性、半刚性容器的几种封口形式 前已述及,采用柔性材料包装物品,除手工袋装以外,多在有关设备的封口工位上完成粘封或热封,不需另设封口机。而采用刚性、半刚性包装容器(如金属罐、玻璃瓶、塑料瓶等),在完成物品的灌装、充填之后,一般需借助相应的封口机械进行封口,以使产品得以密封保存,并便于流通、销售和使用。 根据刚性、半刚性容器的种类及其对产品的密封要求, 常见的封口形式大体上有下列几种,如图7.1所示(前四种属于
2、有封口材料的封口)：,图7.1 刚性、半刚性容器的几种封口形式,(1)卷边封:将翻边的罐身与涂有密封填料的罐盖内侧周边互相钩合、卷曲并压紧而使容器密封。这种封口形式主要用于马口铁罐、铝罐等金属容器以及新近开发的复合罐。 (2)压盖封:将内侧涂有密封填料的外盖压紧并咬住瓶身或罐身而使其密封。这种封口形式多用于玻璃瓶与金属盖组合的容器,如瓶装啤酒、瓶装酱菜等。 (3)旋盖封:将螺纹盖旋紧容器口而使其密封。这种封口形式主要用于盖子为塑料或金属件,而罐身为玻璃、陶瓷、塑料或金属件组合的容器,如瓶装奶粉、牙膏管等。螺旋盖容易开启和密封,并能重复使用,应用相当广泛。,(4)压塞封:将内塞压在容器口内而使其
3、密封。这种封口形式主要用于软木塞或塑料塞与玻璃瓶密封的容器,如瓶装酒、瓶装麦乳精等。因内塞难以达到完全密封,通常还要辅以蜡封、旋盖封或压盖封。,(5)折叠封:将包装容器的开口处压扁再进行多次折叠而使其密封。这种封口形式主要用于半刚性容器,如装填膏状物料的铝管等。通常折叠封口后常需压痕,以增强其密封效果。 为了可靠地实现上述各种形式的封口作业,应根据具体条件适当地选用相应的专用机械。限于篇幅,本章仅着重阐述用于马口铁罐的卷边封口机(即通常所说的封罐机)。实际上,它已成为罐头食品工业的重要生产设备之一。,图7.2 GT4B2型卷边封口机示意图 l-压盖杆,2-套简,3-弹簧,4-上压头固定支座,5
4、、6-差动齿轮 7-封盘,8-卷边滚轮,9-罐体,10-托罐盘,11-六槽转盘,12-盖仓13-分盖器,14-推盖板,15-推头,图7.2所示为国内目前通用的GT4B2型卷边封口机的示意图。充填有物料的罐体,借装在推送链上的等间距推头15间歇地将其送入六槽转盘11的进罐工位()。盖仓12内的罐盖由连续转动的分盖器13逐个拨出,并由往复运动的推盖板14有节奏地送至进罐工位罐体的上方。接着,罐体和罐盖被间歇地传送到卷封工位()。这时,先由托罐盘10、压盖杆l将其抬起,直至固定的上压头定位后,用头道和二道卷边滚轮8依次进行卷封。然后,托罐盘和压盖杆恢复原位,已卷封好的罐头降下,六槽转盘再送至出罐工位
5、()。为了避免降罐时的吊罐现象,在压盖杆1与移动的套筒2间装有弹簧3,以便降罐前给压盖杆一定预压力。由于卷封工位没有孔道与真空稳定器和真空泵相通。因此,卷封作业可在真空状态下进行。,本机的传动系统为电动机经三角带驱动主传动轴,经蜗杆蜗轮驱动垂直分配轴,经螺旋齿轮驱动两对差动齿轮(即图7.2中件5、6),进而使卷封机构完成卷封运动。垂直分配轴下端再经螺旋齿轮驱动与水平分配轴相连的罐体、罐盖供送机构及六槽转盘。托罐盘与压盖杆的运动则分别由垂直分配轴的下、上糟凸轮控制。在垂直分配轴上端的蜗轮处配置一安全离合器,一旦出现卡罐等故障,则会使两分配轴停止运转。另外,从动三角带轮与主分配轴之间采用摩擦片传动
6、(图中未示),它对整机起超载保护作用。,图7.3更详细地表示了该机卷封机构的结构,长杆1的下端与压盖杆36钩形联接,必要时便于更换。压架2、压帽3分别与长杆l、滑套5固连,滑套由凸轮机构(图中未示)控制作上下运动。弹簧4的作用前已叙述。压头轴17由下顶帽11、上顶帽7、铜套9支承在机架8上,使上压头37固定不动。,若需调节上压头的高低位置,可松开螺帽6,扳动压头轴上端方头部分即可。齿轮13经花健轴16、花键帽38使封盘28旋转。花键帽与封盘间为端面凹凸联接, 只要松开螺帽34、压帽35,就能方便地取下封盘。齿轮15直接与中心齿轮22成端面凹凸联接,使中心齿轮以不同于封盘的速度旋转。卷封机构整个
7、旋,1-长杆,2-压架,3、35-压帽,4-弹簧,5-滑套,6、23、34-螺帽,7-上顶帽,8-机架,9-铜套,10-导向键,11-下顶帽,12、14、21-轴承,13、15-齿轮,16-花键轴,17-压头轴,18-上盖,19-托盘,20-顶盘,22-中心齿轮,24-调节蜗轮,25-封盘盖,26-行星齿轮,27-小轴,28-封盘,29-下盖,30-卷边滚轮,31-底盘,32铜盘,33-滚针,36-压盖杆,37-上压头,38-花键帽,图7.3 GT4B2型卷边封口机卷封机构结构图,二、马口铁罐的卷边封口 (一)二重卷边的形成过程 使罐体与罐盖的周边牢固地紧密钩合而形成的五层(罐盖三层、罐体两层
8、)马口铁皮的卷边缝的过程,称作二重卷边。为了提高罐体与罐盖的密封性,在盖子内侧预先涂上一层弹性胶膜(如硫化乳胶)或其它填充材料。二重卷边大都采用滚轮进行两次滚压作业来完成。第一次作业又称头道卷边,如图7.4所示。在未卷边前的位置如实线所示,头道卷边结束后则如虚线所示。开始时,头道卷边滚轮首先靠拢并接近罐盖,接着压迫罐盖与罐体的周边逐渐卷曲并相互逐渐钩合。当沿径向进给3.2mm左右时,头道卷边滚轮立即离开,其时二道卷边滚轮继续沿罐盖的边缘移动,如图7.5所示。二道卷边开始位置如图(a)示,结束位置如图(b)示。二道卷边能使罐盖和罐体的钩合部分进一步受压变形紧密封合,其沿径向进给量为0.8mm左右
9、。两次进给量共约4mm。,由此可见头道和二道卷边滚轮的结构形状显然不同。通常,头道卷边滚轮的沟槽窄而深,而二道卷边滚轮的沟槽则宽而浅。,图7.4 头道卷边,图7.5 二道卷边,为了形成二重卷边缝,作为执行构件的卷边滚轮,相对于罐身必须完成某种特定的运动。若卷封圆形罐,卷边滚轮相对罐身应同时完成两种运动,即周向旋转运动和径向进给运动。 若卷封异形罐,卷边滚轮相对罐身应同时完成三种话动,即周向旋转运动、径向进给运动和按异形罐的外形轮廓作的仿型运动。 为使罐盖与罐体的周边逐渐卷曲变形,每封一只罐身卷边滚轮需绕罐身旋转多圈(如GT4B2型的卷边滚轮每封一罐绕罐身转18圈),而实际的有效圈数(从触及罐盖
10、开始真正用于卷封工艺的圈数)应由单位径向进给量来确定,一般取头道为每圈lmm左右,二道为每圈0.5mm左右 。,(二)卷边滚轮的运动分析,(三)卷封机构的结构类型,两道卷边滚轮相对罐身所作的卷边运动是由卷封机构来实现的,由于实现这种运动有多种组合方式,因而出现不同结构的卷封机构。 1.完成周向旋转运动的两种结构形式 (1)罐体与罐盖被固定不动,卷边滚轮绕其旋转。目前的卷边封口机大都属于这种结构形式,如GT4B2型卷封口机等。,图7.6 GT4B13型卷边封口机 卷封机构示意图 1-中心齿轮,2-行星齿轮,3-上转盘,4-摆杆 5-固定凸轮,6-卷边滚轮,7-上压头 8-下压头,9-下转盘,(2
11、)罐体与罐盖绕轴自转,而卷边滚轮不绕罐作周向旋转。如图7.6所示GT4B13型卷边封口机,罐体被紧夹在上、下压头7、8之间,并由行星齿轮2带动自转,从而完成相对于卷边滚轮6的周向旋转运动。这种结构虽较简单紧凑,但因罐体既有自转又有公转,若用于实罐卷封则其内装的液料形成旋转抛物面,易从罐口流出,从而限制了它的自转速度以及生产能力的提高。 为简化分析,暂不考虑罐身加盖及其公转等的影响,欲保证内装液料不外溢,可根据流体力学的有关理论近似求出罐身的最高自转转速 ,供设计估算参考,即 式中: 罐身的内半径; h罐内的顶隙高度； g重力常数。,相应的最高生产能力Qmax近似可取为 式中:j卷边封口机的头数
12、； n根据卷封工艺要求,确定每封一罐所需的罐身自转数 (如GT4B13型约为16r/pc.)。 2.完成径向进给运动的三种结构形式 (1)偏心套筒作原动件 图7.7所示为GT4Bl型卷边封口机的卷封机构原理图。齿轮3、4在同轴齿轮2、1的带 动下,以相同方向不同转速分别带动偏心套筒7和轴套5转动。轴套5又通过滑键10带动封盘6一起转动。封盘上装有头道卷边滚轮8和二道卷边滚轮9。由于封盘与偏心套筒有速差,使得封盘上的卷边滚轮相对于转轴(即罐体中心线)的距离不断变化,从而使卷边滚轮 也产生了相应的径向进给运动。,图7.7 GT4Bl型卷边封口机卷封机构原理图 1,2,3,4-齿轮,5-轴套,6-封
13、盘,7-偏心套筒,8-头道卷边滚轮 9-二道卷边滚轮,10-滑键,图7.8 GT4B2型卷边封口机卷封机构原理理 l,2,3,4-齿轮,5-中心齿轮,6-行星齿轮,7-封盘,8-偏心销轴 9-头道卷边滚轮,10-二道卷边滚轮,(2)行星齿轮偏心销轴作原动件 图7.8所示为GT4B2型卷边封口机的卷封机构原理图。齿轮3、4在同轴齿轮2、1的带动下,以相同方向不同转速分别带动中心齿轮5和封盘7转动。该封盘上均布着四只行星齿轮6,与封盘一起绕中心齿轮公转。由于封盘与中心齿轮存在速差,故形成差动轮系,遂使行星齿轮连同与其固联的偏心销轴8在公转的同时又作自转,从而使与偏心销轴铰支的卷边滚轮既能绕罐体作周
14、向旋转,同时又能产生径向进给运动。其中,两只头道卷边滚轮9和两只二道卷边滚轮10,分别呈对称分布状态。 (3)凸轮作原动件 见前图7.6所示的GT4B13型卷边封口机,在卷边滚轮6随罐体绕中心齿轮l公转的过程中,由固定凸轮5通过 摆杆4驱使卷边滚轮相对于罐体作径向进给运动。,对于罐体被固定的卷边封口机,为使卷边滚轮能完成相对罐体的周向旋转及径向进给的复合运动,则不能再单独采用固定凸轮与摆杆作原动件,而得改用差速凸轮机构。其结构形式又可分为两种：,盘形凸轮摆动从动杆结构 图7.9所示为GT4B6型卷边封口机的卷封机构原理图。齿轮3、4在同轴齿轮2、l的带动下,以相同方向不同转速分别带动封盘9及叠
15、放的四只盘形凸轮5、6、7、8转动。,图7.9 GT4B6型卷边封口机卷封机构原理图 l,2,3,4-齿轮,5-头道共额进给凸轮,6-二道共扼进给凸轮 7-头道进给凸轮,8-二道进给凸轮,9-封盘,10-摆杆 11-头道卷边滚轮,12-二道卷边滚轮,其中5、6分别为头道、二道的共扼进给凸轮,7、8分别为头道、二道的进给凸轮。封盘上对称安装着一对头道卷边滚轮11和一对二道卷边滚轮12。由于封盘与凸轮有速差,凸轮就通过摆杆10驱动卷边滚轮作径向进给运动。 端面凸轮直动从动杆结构 图7.10所示为GT4B7型卷边封口机的卷封机构原理图。该机共有四组卷封机构,图中除中心轴14、中心齿轮1和大转盘6外,
16、仅表示了一组卷封机构。其中行星齿轮2由大转盘6带动绕中心轴14公转,在旋转轨道旁装一固定端面凸轮4,控制从动杆5作上、下往复运动,从而使轴套7沿滑键3也作上、下往复运动。通过凸轮斜块9控制摆杆10摆动,从而使卷边滚轮12完成径向进给运动。由于中心齿轮1与大转盘6之间存在速差,因此卷边滚轮又能完成绕罐的周向旋转运动。,1-中心齿轮,2-行星齿轮,3-滑键,4-固定端面凸轮,5-直动从动杆,6-大转盘,7-轴套,8-封盘,9-凸轮斜块,10,11-摆杆 12-卷边滚轮,13-靠摸凸轮,14-中心轴,图7.10 GT4B7型卷边封口机卷封机构原理图,3.完成仿型运动的两种结构形式 (1)以罐型靠模为
17、作用件 上图所示的GT4B7型卷边封口机,罐型靠模凸轮13固定不动,其周边形状与所要封口的异形罐相似或相同。当封盘8绕罐体旋转时,摆杆11受靠模凸轮13的控制而产生摆动。由于该摆杆铰支在封盘上又与另一摆杆10铰支在一起,从而使卷边滚轮12能完成确定的仿型运动。又如图7.11所示GT4B4型卷边封口机的卷封机构原理图,它也采用罐型靠模为作用件,以完成仿型运动。齿轮3、4在同轴齿轮2、1的带动下,以相同方向不同转速转动,并分别带动封盘6和盘形凸轮组5转动。该凸轮组共有四只凸轮,其中一对为头道共轭的进给凸轮,另一对为二道共轭的进给凸轮。当封盘相对凸轮转动时,由于两者有速差,从而使进给凸轮摆杆14产生摆动,并通过连杆11、卷边滚轮摆杆10驱动卷边滚轮9作径 向进给运动。,
