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1、3.4 热封设计塑料薄膜及其复合材料是自动制袋包装机中最常用的包装材料，特别是多层复合薄膜，因为它的气密性良好以及高强度而广泛应用于食品包装中。塑料薄膜的封口采用热融封合的方法，具体操作是：对塑料薄膜的两个接触面加热，使其处于熔融的热塑化状态，再给封接部位施压，使薄膜两个封接面融合密封牢固。影响封合质量的因素主要是加热温度、封合压力和和作用时间。热融封合的方法有多种形式，最常用的是电阻加热法和脉冲加热法，另外还有高频电加热封合、超声波加热封合、电磁加热封合和红外线加热封合等。每种方法均适用于一定品种范围的塑料材料。在自动制袋装填包装机中，广泛应用电阻加热的热融封合方法，因其具有机构简单，调控方
2、便的特点。而且，用于食品包装的薄膜主要是聚乙烯及其复合材料居多，也就是说主要以聚乙烯为热封合材料，因此用电阻加热封合法是完全能满足要求的6。连续制袋包装机中有两个封合装置：纵封装置和横封装置，分别实现包装袋的纵缝封接和横向封合切断。他们均采用电阻加热的封合方法。 纵封滚轮的设计及计算在连续式自动制袋装填包装机中，由于薄膜连续输送，因此其纵缝封接是连续进行的。为此采用一对滚轮式电阻加热的热融封接器来实现连续纵封。在此，热融封接滚轮不仅完成包装薄膜制袋的纵向热封，同时还起到对包装薄膜的牵引输送作用。也就是说，牵引和纵封是同时进行的，牵引滚轮同时也是纵封滚轮。如图示是纵封牵引滚轮的结构。图35 纵封
3、装置1纵封滚轮 2加热器 3螺母 4箱体 5支架 6支杆 7锁紧螺母 8调节套筒 9弹簧10调心球轴承 11齿轮 12轴 13轴承座 14不完全齿轮如图3-5式，纵封装置主要由一对滚轮1组成，滚轮的外圆周表面紧密压合，压合力来自弹簧力的作用。纵封滚轮1分别安装在轴12的左端，由螺母固定，使滚轮可随轴转动。轴12的两端轴承固定安装；而短轴的左边轴承座10可滑动，其右边的固定轴承座装置一个调心轴承，因此轴承座可在箱体4的滑槽内作滑动微调。由于受弹簧力的作用，可调轴承座10受压内移，使两个滚轮紧密压合。两滚轮间的压力可以调整，当拧紧调节套筒8时，弹簧9压缩，使压力增大，放松调节套筒则压力减小。圆螺母
4、7用来锁紧调节套筒。两纵封滚轮的圆筒内均装有加热器，发热元件一般用电阻发热线圈，绕装在支座上，再通过支座安装在轴承座或安装板上。当纵封滚轮随轴旋转时，加热器固定不动，持续的对滚轮的圆筒壁均匀加热。加热温度通过测温器测量，并由温控表控制其变化范围。纵封滚轮的动力来自不完全齿轮14，由传动机构带动齿轮14旋转，通过相互啮合的齿轮同时驱动两个轴，使纵封滚轮实现相对旋转。在纵封滚轮的封合圆柱面上都加工有均匀细密的网纹，以增加封口的牢固度,使热封缝美观而且质量保证。另外，由于纵封滚轮在工作中长时间处于加热状态，并作连续相对滚压运转，因此需要有较好的综合力学性能。在实际生产中可采用合金结构钢加工，如40C
5、r等钢材制造。 横封装置设计横封装置用于复合薄膜包装袋的横向热融封合，在热封的同时起到分切包装袋的作用。当然,有些包装机设有独立的分切装置，但采用横封同时分切的方式是连续式自动制袋装填包装机的共同趋势。因为横封切断合二为一不但简化了传动机构，而且对有色标薄膜带的分切更准确，封切质量更高，生产效率更高。如图3-6式，横封装置的结构，图中的一对横封辊1和2都具有两个封合面，对称布置，相对旋转一周则可封切两次,完成两袋包装。横封辊1的两端装有滑套轴承17，通过轴瓦套16固定在支撑座19和安装板15上。横封辊2两端的滑套轴承装配在滑动轴承座3上，左右两个滑动轴承座可以在支撑座19和安装板15的滑槽内移
6、动。受弹簧力的作用，横封辊2相横封辊1压合，两辊的左右圆环部分的圆周面保持紧密接触。两辊压合力可以调节，当旋紧调节套筒5时，弹簧8压缩，使压力增大,放松调节套筒则压力减小。圆螺母4用来锁紧调节套筒。动力有双联链轮10输入，经中间双联齿轮13带动横封双联齿轮12，然后由相互啮合的齿轮驱动两个横封辊作相对回转，实现封切。横封辊的发热源来自电热管20。电热管从横封辊的轴端穿入，其穿入长度应比横封辊的封切面稍长，以确保封切面受热均匀。由于在运行过程中电热管随横封辊一起旋转，因此需要在横封辊轴端装配电刷环18，通过电刷导入电源。横封辊的温度，通过测温头测定，再由温控表调节，测温头可装配在滑动轴承座3或轴
7、瓦套16上。图36 横封装置1，2横封辊 3滑动轴承座 4横封辊 5齿轮 6键7二联体齿轮 8轴承 9螺栓 10调压支杆 11电热管12隔热套筒 13触电凸台 14绝缘套筒 15导线横封辊的结构有两种形式，分别是整体加工式和装配式。整体加工式的横封辊是将回转轴和热封板加工成一体，如下图所示，切刀3和刀板2分别装嵌在两辊的槽隙内，由螺钉固定。图37 整体加工式横封辊结构1，4辊体 2刀板 3切刀 5电热管横封辊的缝合面同样加工有花纹，样式与纵封辊一致。至于完成分切动作的刀具，加工及材料有一定要求。一般情况下，带刃口的刀具可用T8A材料加工，刀口热处理HRC5560；而平面刀板可用45号钢加工，不
8、处理。整体加工式的横封辊，一般结构尺寸较小，适合小袋的包装机。而装配式的横封辊主要应用于较大包装的机器。3.5 封合调整对于连续式自动制袋装填包装机，纵封滚轮以一定值的速度运转，使纵封连续地进行。因此，包装薄膜通过纵封牵引后被连续送进横封装置。由以上分析可知，横封辊在回转一周的过程中，并非如纵封一样每时每刻保持压合热封状态，它只有在封合面对接的时候才能进行热封分切。在横封辊对接的瞬间，运行的包装薄膜被压合，此时，必须保证横封辊封合面的线速度与薄膜送进速度一致，即横封线速度应等于纵封牵引速度，只有如此，才能保证封切质量。否则，当时，会导致薄膜拉伸撕裂；而当时，会导致薄膜出现皱折。假设纵封牵引速度
9、保证在一个封切周期内送进一个袋长，而横封辊以匀速旋转，并且一周封切两次，于是有 (3-10)式中为横封滚轮最大回转半径。由此可见，要生产不同规格的袋长，横封辊必须要有不同的半径与之对应，这样的设计是非常不合算也不合理的。为此，在设计中，应使横封辊不变，采用一个不等速机构，使横封辊在周期内作不等速回转，以适应不同袋长的生产，从而使机器的通用性更好。借助不等速机构，在热封切瞬时，使横封辊对滚的线速度与薄膜送进速度达到一致。在完成封切后又迅速退离，让包装物料顺利通过，以免干涉。因此，可保证封切质量合包装工作的顺利进行。要实现横封不等速回转运动，所采用的机构有多种，如偏心链轮机构、转动导杆机构、双曲柄
10、机构、变速链轮机构、椭圆齿轮机构等。在实际生产制造中，根据运动特征，考虑其结构特点及制造工艺等，主要采用偏心链轮机构、转动导杆机构和双曲柄机构三种形式。这些不等速机构的运动特性均符合横封工作要求，调整方便，能适应不同的包装工作速度和不同袋长，而且结构简单紧凑，制造方便。偏心链轮不等速机构当主动轴等速回转时，将带动偏心链轮等角速回转。由于偏心的作用，使得通过链条带动的从动链轮1的转速发生周期性的变化。当偏心距增加或减小时，将可改变周期中转速快慢之间的差值。从动链轮1通过齿轮传动带动横封辊旋转，由于其转速周期性变化，因此，可以设计成：当横封辊在热封切时获得与送膜相等的速度，在热封切后则快速分离6。
11、机构中设置有张紧轮，通过弹簧保持链条的张紧。图38 偏心链轮传动示意图图3-8示是偏心链轮不等速机构的传动示意图。令主动链轮和从动链轮的节圆半径为，两轮回转的中心距为，主动链轮的偏心距为，为主动链轮的转角。主动链轮以等角速匀速旋转，则从动力链轮的角速度可通过下式计算： (3-11)对上式求极值可 w2max=w1即 imax=1+ w2min=w1即 imin=因此变速范围为（3-12）图39偏心轮机构的输出速度特性曲线上式表3-9明，变速范围决定于偏心距和链轮节圆半径，而与中心距无关。当一定时，调整即可获得不同的变速范围。若不断调整值，可得到图示的曲线簇。由图可见，调整偏心距，当其值由大到小
12、变化时，所反应的特性曲线越来越平坦，直到变成匀角速为止。随着值的变小，速度极限角和分别向和趋近，直到时，而。只要横封辊在角度位置处进行封切动作，则可满足包装工艺要求。由于值的改变，使得在封切位置处的发生变化，而的变化正好适应不同袋长的变化。具体推导如下：薄膜运动的线速为 (313) 式中为薄膜运行线速（mm/s），为薄膜袋的袋长（mm），为包装机生产率（袋/min）。而横封辊封切的瞬时角速为（314）式中为横封辊最大回转半径（mm），为由从动链轮到横封辊的传动比（定值）。以带两个封合面的横封辊为例，当从动链轮转一周时，横封辊应转半周，即封切一次，此时。因此由上式可得（315）把（3-13）式代
13、入（3-15）式得（316）上式所示正是同一生产率下不同袋长所要求的输出角速度。可见在封切位置处，值由最大值变到最小值时，亦由最大值变到最小值。而随着的变化，由式（316）可见，袋长同样由最大值变到最小值。因此，袋长可以通过改变值的大小来适应。若将值用袋长量标刻在偏心链轮半径上，就能直观地进行调整。为了合理实际机械机构，在偏心链轮上采取偏心值的调整方法。这样当时，不等速机构的输出角速度刚好能满足不同袋长规格中薄膜袋的中间长度的调整要求。偏心链轮随着转角的变化，其输出的角速度在发生有规律的变化。如果在调整偏心距时，主从两链轮处于任意啮合位置，显然不能满足工艺要求。正确的方法应在横封辊处于封切位置
14、，即偏心链轮处于极限角处时进行调整。在装配和调整不等速机构时，可遵循以下方法：1）首先把偏心链轮调节在处，即链轮中心和主轴中心重合。转动偏心链轮使其偏心线（即调节螺杆轴线）垂直于两链轮轴的中心连线，同时使最小袋长值的一边靠近链条主动边。2）确保横封辊正处于热合状态，即封切刀相互接合状态。3）配上链条，完成安装。4）按要求调节偏心值到需要的袋长值，如此即可启动机器工作。偏心链轮不等速机构的有点在于结构简单，精度要求较低，使用调整方便。但其调速范围因为取决于链轮偏心值，因此受到结构的限制。而且值大侧链条张紧轮摆动范围大，其张力波动大，对运动不利。另外，此结构步适于告诉运动合可逆传动，速度越高，链条
15、跳动越历害。3.6 引导装置引导装置主要是一系列导辊组，通过导辊的作用，使包装材料带平展输送，并起到自由转向，校正纠偏的作用。导辊的机构很简单，主要由心轴、辊筒和轴承组成（如图3-9所示）。图39 导辊结构1螺母 2弹簧挡圈 3轴承 4心轴 5辊筒心轴固定安装在支座上，使辊筒在轴上能灵活转动。辊筒一般用不锈钢管表面抛光制作，也可用工程塑料管等材料制造。无论用何种材料，辊筒外表面应保持光洁圆滑，以便使薄膜带输送平滑稳定。一台包装机一般有若干支导辊，安装时须确保平行，并且按薄膜带的走向设定安装位置。导辊的数量与薄膜带输送速度有关，对于牵引速度高的包装机，薄膜带高速输送，则需要较多数量的导辊以提高薄膜带输送的稳定性。反之，牵引速度较低的包装机，配置较少的导辊即可满足要求。
