以枕式包装机作为研究对象，对其纵封与横封机构进行了设计。包装机通过供膜装置将包装薄膜
传接到纵封机构。纵封机构由一对等速相向旋转的圆形辊轮构成，通过其等速相向旋转的圆形辊轮对纵向
封口进行加压加热，以达到纵向封口的目的；横封机构由一对等速相向旋转的横封轴和两对热封头组成，
通过一对等速相向旋转的横封轴和相距180°的热封头，使其封缝一边后，旋转180°封缝其另一边，从而实现整个包装过程的封缝。设计的纵封和横封机构具有高效、稳定的封缝效率，有效克服了传统包装机
封口不严、撕拉薄膜等缺陷，使枕式包装机能够整体高效、连续、稳定地工作。
枕式包装机；纵封机构；横封机构
随着现代机械制造业不断发展，包装机械在很多领域中发挥着至关重要的作用[1-2]。国内包装机械领域发展要比其他发达国家晚一些，但是自中国加入世界贸易组织以来，在包装机械领域取得了很大的进步，并逐步缩小与发达国家的差距[3-4]。
枕式包装机是众多包装机械中的一种，是目前国内包装机械中最新型的自动连续包装机械设备[5]。枕式包装机应用广泛，可以用来包装食品、药物、玩具、日用品、工业零件等产品，由于其生产出来的包装袋像一个枕头的形状，故称其为枕式包装机[6]。
目前，许多科研人员在枕式包装机械机构设计方面已进行了相关技术研究。荆萃[7]等对连续式包装机纵封牵引、横封驱动的控制方法进行深入研究，有效解决了不等速传动机构的设计问题。但是，枕式包装机在很多实际生产过程中出现了各式各样的问题，其在纵封机构和横封机构
基金项目：上海市自然科学基金(15ZR1417200)；上海市教委科研创新重点项目(14ZZ169)；闵行区科委产学研项目(2014MH182）；上海电机学院登峰学科建设项目(16DFXK01)收稿日期: 2017-06-14 修回日期: 2017-06-28
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第56卷第3期的机构设计和包装速度等方面还有待优化。本文在熟知枕式包装机工作原理的条件下，提出了枕式包装机整体设计方案和纵封与横封机构的结构设计，并通过UG 建模，利用虚拟样机技术[8-9]设计枕式包装机纵封-横封机构与整机的装配关系，实现枕式包装机高效、连续、稳定地工作。
1 枕式包装机的整体设计方案
枕式包装机的工作流程是：（1）物料沿着
传送带进入理料机构。（2）包装薄膜经由供膜装置向制袋装置输送。（3）物料填充至由制袋装置卷曲成型的包装袋中，由纵封机构实现纵向封缝。（4）纵封后的包装袋由传送带输送至横封机构进行横向封缝。（5）横封完成后经由传送带送到切断装置进行横切。（6）成品输送至规定地方进行检测入库。为了清晰直观地了解制袋装置制袋成型的过程，用UG 制作了如图1所示的制袋装置将包装薄膜制袋成型的瞬间。图2展示了枕式包装机整体的设计方案，图3为枕式包装机整体的工艺路线。
本文设计的枕式包装机主要用于包装袋，长、宽、高尺寸分别为100 mm、60 mm、50 mm 的小物料包装，包装速度为90 r/min，使用的电机功率为3 kW，转速为1 420 r/min。
2 枕式包装机结构设计
一般枕式包装机主要由传输部分、理料机构、供膜机构、制袋机构、纵封机构、横封机构、切断装置、电机、控制柜、机架等部分组成。本文主要对纵封机构和横封机构进行结构设计，该结构有效地改变了以往封口不严、撕拉薄膜等弊端。2.1 纵封机构设计
纵封机构采用两个等速相向旋转的圆形辊轮对包装薄膜进行加压加热，实现包装袋的纵向封缝。通过一对锥形齿轮传动，为保证圆形辊轮的线速度与包装薄膜的进给速度相同，动力由同一根同步带传递获得，以达到纵封机构可靠、连续、稳定工作的目的，纵封机构[10-11]原理示意图如图4所示。
为了避免封口不严的情况，将圆形辊轮的圆
周设计成锯齿形状，如图5所示。
基于UG 三维实体建模软件[12]，设计了纵封
机构的各个零件，并对其进行虚拟装配（如图6所示），以便观察是否符合预期的效果。
图1 制袋装置制袋成型瞬间
Fig.1 Bag forming moment of bag making device
1.理料机构
2.支架
3.传送带
4.传送装置
5.供膜机构
6.纵封机构
7.传送机构 8横封机构 9.制袋装置 10.控制柜
图2 枕式包装机整体设计方案原理图
Fig.2 Overall design scheme of pillow packaging machine
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6
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图3 枕式包装机工艺路线图
Fig.3 Pillow packaging machine routing
1.包装薄膜
2.辊轮
3.封合缝
图4 纵封机构原理图
Fig.4 Schematic diagram of longitudinal sealing mechanism
1
23
2
图5 圆形辊轮局部放大示意图
Fig.5 Local enlargement of circular roller
孟康 等：枕式包装机的纵封-横封机构设计
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农业装备与车辆工程 2018年
2.2 横封机构设计
横封机构采用回转式辊形，通过齿轮传动实现横封轴的相向旋转，现在大多数的横封机构多是安装一对热封头进行横向缝合，因此大部分行程都处于空运行状态。根据本文所设计的包装袋大小要求，在纵向相距180°的横封轴两侧安装两对加热电极和刀刃，实现包装薄膜横向封缝和切断，以提高横向缝合的效率。如图7横封横切示意图所示，刀刃从M 点开始与包装薄膜表面接触并加热，至中点T 处加压，封缝并切断。
用伺服驱动器分别驱动横封轴和供膜轴上的伺服电机，使其速度达到同步的要求，同时保证了刀刃由M 至T，再由T 至M 离开的整个过程中的线速度与包装薄膜的进给速度相同，否则会产生撕拉包装薄膜的现象。封口刀刃所需要的力则由横封机构上端的锁紧螺纹进行适当的调整。图8为横封机构三维装配模型。
2.3 纵封-横封机构与整体包装机的装配
将设计的纵封机构与横封机构通过螺栓、螺
母、垫片、轴承等零件与整体机架进行装配，装配效果如图9所示。从装配的效果来看，所设计的纵封机构和横封机构与整体机架装配合理。
3 结语
采用UG 三维建模软件对纵封-横封机构的各个零件进行设计，并通过虚拟样机技术实现与枕式包装机整体机架进行装配。装配效果证明，所设计的纵封-横封机构能够有效地与整体机架配合。同时，在设计主要零件时考虑到以往出现封口不严、撕拉薄膜等现象，将纵封辊轮圆周设计成锯齿状以及对辊轮、横封轴、包装薄膜的速度做了要求，以解决以往出现的不良状况。
全自动枕式包装机用变频无段调速电机的运转, 通过三角皮带驱动齿链式无级变速器转动。变速箱内通过变速链条的调速, 得到了不同的运转速度 , 使纸膜输送长度的调整、变速箱的输出轴经过链条传动，带动纸膜压辊转动输送纸膜, 纸膜输出长度的设置可在齿链调速器上施行手工操作。
在包装过程中由光电跟踪色标进行监控。同时变速箱还通过多组链传动, 实现了包装物件。输送带、拉纸轮、压合轮、横封刀及成品输送带的运动。
输送带自动将被包装物件输送到包装位置, 包装在纸膜中然后经过加热后压合成型, 送至横封切刀处热合横封, 切断。再由输送带输出成品。
全自动枕式包装机是一种自动连续收缩包装设备，采用石英远红外管加热，节电高效（节电15%以上）；收缩温度和电机传动速度稳定可调，且调节范围广；独创滚筒自转装置，可连续工作。是针对固型物的包装而设计的，适合于包装各类固态有规则的物体，如食品类的饼干、面包、月饼、糖果等，以及日用品、工业零件等。
对于散状物或个体分离的物体，则须将被包物先置于盒内，或将之绑束成一体，使之形成一个整体后，才可在本机上包装，至于其它非固态的被包物亦须准此要领。
1、开机：
(1)开机前应排除设备周围影响安全作业的障碍和人员，检查调速旋钮是否在“零”位。
(2)整套设备的开机顺序依次为：振动筛----（供料系统）---（输送皮带）---清袋机---顺袋机---卸袋机---包装机---给料机。
(3)顺时针调整调速旋钮，逐渐加速到工作转速，一般3-5r/min,如无异常可以插袋作业。
2、停机：首先停止供料，然后按以下顺序停机：给料机---（排空旋转筒中的物料）---包装机---卸袋机---顺袋机---清袋机---振动筛。清扫和检修设备。
3、临时停机和紧急停机：
(1)临时停机：如需临时停机可旋回调速钮到“零”位，使包装机停止，同时按下旋转停止按钮。
(2)紧急停机：当发现意外事故，应采取紧急停机措施，按下急停按钮，此时除振动筛外， 其它设备均停止工作，停机后，应将调速旋钮旋回“零”位。
4、工作前应首先检查设备情况，并察看设备安全运转范围内有无障碍和其他人员，操作人员要有安全意识，并经培训上岗。
5、插袋工作时，操作人员身体尽量远离设备，应扎好工作服袖口和衣报，以防刮碰。
6、设备临时停机，人员不得靠近包装机，如确需靠近时，应切断旋转电机电源。
7、检修时应切断电源，如需带电检查，应挂警示牌或专人监护。
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