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卷簧式紧膜包装机械设计研究

孙杰 2022/9/13 20:22:07

   (泰州技师学院,江苏泰州,225300)
  
   摘要:包装薄膜预紧作为自动化及电气化操作主要工艺,成为了包装印刷工业领域重点研究内容。目前,紧膜包装机械设备性能存在较大提升空间,作业期间表现出的问题较多。为了达到优化紧膜方法,改善紧膜包装机械设备性能的目的,以预紧力提升、噪声控制、机械化效率提升作为研究要点,提出一种卷簧式紧膜包装机械设计研究。研究方法:该设计方案以机械传动能量作为主要控制对象,利用卷簧运动控制薄膜张力,使得薄膜张紧能量输入与传动能量输出保持一致,实现高效稳定紧膜包装控制。其中,轴及轴上零件运动关系作为机械传动控制设计基础,通过分析传动部分和动力部分在机械传动期间发挥的作用及操作方法,掌握卷簧式紧膜包装机械传动原理。在此基础上,利用卷簧运动控制薄膜张力参数数值变化,从而达到控制机械传动能量的目的,根据薄膜张紧能量输入与传动能量输出数值变化,对控制方案做出调整,直至两者数值达到一致。测试结果显示,卷簧式紧膜包装机械设备最小达标率为96.32%,作业超出标准噪声最大比例仅有0.20%,作业机械化效率达到了97.47%,与预期设计目标相符。通过本文内容的探究,可以加深对卷簧式紧膜包装机械作业原理的探究,优化紧膜包装控制方案,提高机械作业效率及质量,改善噪音问题。所以,此设计方案的提出,对膜材包装机械设计具有较大的研究意义。
   关键词:卷簧式;机械设计;薄膜预紧;机械传动能量
  
   包装薄膜预紧作为自动化、电气化的重要工艺之一,对包装印刷工业发展的影响较大[1]。虽然我国已经研发了一些预紧法,例如链条式、手动式、多辊式等,这些方法虽然实现了包装膜预紧,但是作业噪声较大,并且作业期间产生的预紧力与预期目标相差较大,作业效率存在较大提升空间[2]。由于薄膜材料横向张力对膜抗冲击能量的影响较大,所以想要改善装模预紧性能,可以从该机械装置入手,重点讨论紧膜包装机械设计方案[3]。卷簧运动能够产生薄膜所需张力,能够根据预紧处理需求,施加相应的张力,从而达到改善紧膜包装机械作业性能的目的。因此,本文提出一种卷簧式紧膜包装机械设计研究。
   一、薄膜收卷机结构及常见的预紧方法分析
   目前,应用比较多的预紧方法有链条式、手动式、多辊式,本文以多辊式为例,介绍薄膜收卷机结构,讨论其作业原理。该预紧方法采用的薄膜收卷机为BASTIA,该装置主要由空卷芯、转盘、机架、滚轮、收卷辊、跟踪辊、导向辊、展平辊、薄膜、张力检测辊组成。该装置的作业原理是通过调整辊子的角度和高度两项参数,形成一定角度和高度差,以此控制薄膜的张紧。由于该方法难以均匀控制张紧力,很难保证薄膜的抗冲击能量,导致预紧力未能达到操控标准。
   链条式预紧方法对运输要求较高,运输期间容易出现牵引链磨损问题,链条伸长,节距随着磨损的加剧而变大,局部出现松弛现象。为了正常使用该链条式预紧装置,保证链轮轮齿与链条达到啮合标准,需要配备螺旋机构或者重锤共同作业,加大了作业条件要求[4]。
   手动式预紧方法的包装机械设备结构较为简单,虽然能够实现薄膜预紧处理,但是操控精度较低,主要体现在手动张膜作业连续性较差,无法长期保持薄膜预紧力不变[5]。与此同时,该方法应用下的张力测定难度也很大,很难满足机械模型的构建需求。
   针对上述3种薄膜预紧方法存在的不足,本文尝试提出一种卷簧式预紧方法,以张力稳定控制作为突破口,提出卷簧式紧膜包装机械设计研究。
   二、卷簧式紧膜包装机械设计
   1、卷簧式紧膜包装机械结构设计
   根据薄膜预紧操控需求,结合抗冲击能量变化特点,施加相应的张力加以预紧控制,便可以改善薄膜预紧效果。按照此研究思想,本研究以机械传动能量作为主要控制对象,使得薄膜张紧能量输入与传动能量输出保持一致。以卷簧运动作为薄膜张力控制核心,设计如图1所示的机械结构。
  


   图1 卷簧式紧膜包装机械结构
   该结构中,卷簧作用下输出的变力作为裹卷运动的动力,施加在齿轮与轴联动装置上,实现该装置中设备的传动,此部分传动产生的张力将作为紧膜的关键。对于不同薄膜张力需求,本机械结构通过调节卷簧作业参数来控制张力大小。其中,单向控制力的驱动装置为棘轮,当其达到一定数值后,恢复到初始状态。本机械结构中布设了2个棘轮,作为轴控制工具,分别作用在2根轴上,实现传动轴I和控制轴IV的操控。在这两个轴的控制下,包装机械装置的整体作业得以有效控制。
   2、机械轴与轴上零件运动关系分析
   卷簧式紧膜包装机械作业期间,借助旋扩机械设备,(未完,下一页

  

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