包裝行業是一個新興的行業,隨著市場競爭的日益激烈白熱化,產品形象廣告效應對包裝行業提出了越來越高的要求和越來越多的需求。
1小型包裝機的現狀
縱觀國內現有的包裝機械,除大型生產包裝線外(許多是從國外引進,產品生產後隨即包裝,如奶粉、洗衣粉之類,耗資大,占地麵積大,物料多品種適應性差)大都處於一種落後的局麵,如一些家庭個人小作坊,買一些現成的包裝袋(包裝袋有人專業生產,也十分精致、漂亮)將需要包裝的粉狀、顆粒狀食品或其它商品用量杯類器具灌裝在袋中,用熱膜封口機封口後流通於市場.這種包裝作業方式不僅不符合衛生條例,產品計量無法保障,也為產品摻假、製假大開了方便之門,是目前產品升級、上檔次必須嚴格杜絕的包裝作業方式。
80年代末,國內陸續引進並迅速發展生產了一係列機械傳動的小型全自動包(灌)裝機,因能基本上滿足小袋物品包裝從有計量的落料到製袋、灌裝、分割等動作的自動化作業,生產效率和包裝質量得到了很大程度的提高,克服了眾多作業環節中人為因素的影響.加上投資少(每台售價3～5萬元),占地麵積小,適應於個體小作坊的作業生產,因而深受用戶的歡迎,也使包裝機械的成長有了新的發展目標和前景,小袋物品的包裝質量也有了質的飛躍。
2小型包裝機存在的問題
盡管小型全自動包裝機的出現,給日益繁榮的市場經濟帶來了新的氣象與生機,但人們很快發現目前市場上現有的包裝機傳動鏈長,傳動機構複雜,其傳動原理[1](見圖1).

一台驅動電機通過多級傳動齒輪、離合器的組合,將主運動分解,進而實現包裝的各種動作要求,當所包裝物品發生變化,製袋材料及尺寸發生變化或機械傳動鏈本身的動態誤差發生變化時,各部分動作的協調調整十分困難.為說明問題,我們以100g小包裝廣告宣傳用奧妙贈品洗衣粉的自動化包裝為例加以說明:
散裝的洗衣粉經過包裝機分裝成100g的小袋,需要經過以下三步動作:
自動落料——製袋——分割切斷
現有包裝機通常采用一台電機為驅動元件,經過許多齒輪、凸輪機構、離合器的組合,將主運動分解為三個執行機構的單獨動作,然後按一定的協調動作要求同步完成.
如果包裝機的生產效率是60袋/min,那麽自動落料時間應該盡可能小於0.6s,否則可能會出現計量不準(頂封切斷時,落料仍在延續)或落料粉塵造成封口不嚴.
製袋可以連續勻速進行,如果每個包裝袋的長度為150mm,那麽製袋兩側的牽伸、熱封輪就應以150mm/s的線速度勻速轉動,把一卷(也可以是兩卷)包裝膜擠壓成規定的筒狀,以便於物料的灌裝.
包裝袋的底封可以與分割切斷同步進行,也可以分開進行.如果是同步進行,則要求底封切斷機構,在兩側牽伸熱封輪每轉過150mm時,迅速準確地實現底封與切斷動作.假設底封寬度為10mm,切刀位置在底封中間,則切斷後的底封寬度,一半為已包裝袋的頂封,另一半為未包裝袋的底封.
采用現有純機械傳動方案的包裝機,要實現上述動作的理想狀態,存在以下問題:
2.1包裝袋長的誤差無法隨機補償、調整
在機械傳動的製袋過程中,袋長動態誤差產生的原因是多方麵的,如包裝袋材料的均勻性,牽伸力變化引起牽伸量的變化,機械磨損機械振動產生的誤差等等,假設包裝袋的印刷尺寸與機械傳動產生的實際誤差為0.1mm,按包裝袋光電檢測標記允許的誤差為10mm,那麽現有的包裝機每包裝100袋就必須停機調整一次,這就大大影響了生產效率.
2.2包裝物料的計量誤差調整困難
現有包裝機所包裝物料計量檢測後的調整,以目前的傳動方式必須在停機條件下進行.不論采用容積量杯式落料方案,還是螺旋推進式落料方案,都無法實現動態檢測、隨機調整.這樣,調整非常麻煩,調整時間長(很難在短時間內實現理想的計量誤差)調整期間廢品量大,計量精度難以提高[2].
2.3袋長變化十分困難
當所包裝物料品種、比重、計量要求發生變化時,目前傳動方案要實現袋長變化,必須按傳動協調性要求,更換大量的中間傳動零件(齒輪、凸輪等),這樣就限製了現有包裝機針對包裝物料的通用性.
3新型包裝機的傳動方案設計構想
針對目前小型包裝機存在的上述缺陷,筆者提出了用三台步進電機分別實現落料、製袋、切斷獨立動作的設計方案,其原理(見圖2).

用一台步進電機驅動螺旋推進器自動落料,假設一袋物料需用1500個脈衝信號完成,按60袋/min的生產效率,可在0.4s內完成1400個脈衝的快速落料,再用0.2s實現100個脈衝的慢速落料,通過電子秤的動態計量,將計量誤差信號反饋到計算機係統,隨機調整落料步進電機的驅動脈衝數,即可實現十分準確的包裝計量要求.另外,在所包裝物料品種、比重、計量發生變化時,相應的隨機調整通過加減脈衝數實現,也十分快捷方便.這是原有純機械傳動方案無法實現的.
製袋與分割也用兩台步進電機分別驅動,製袋電機以每分鍾60個袋長的線速度勻速轉動(按步距角確定每個袋長對應的脈衝當量數,由驅動電源均勻提供驅動脈衝電流)或循環間歇式轉動.底封分割的驅動步進電機,按對應袋長的轉角要求間歇轉動,實現底封切斷的同步動作要求.當袋長出現動態誤差,並超出光電檢測標記允許的誤差範圍時,檢測信號反饋到計算機係統,並隨機調整切斷步進電機的延時間隔(包裝袋的切斷分割是在瞬間完成的,每次切斷動作轉角對應的電機驅動脈衝數也是固定不變的,切斷後的實際袋長取決於兩次切割動作的時間間隔,也就是延時間隔),就可以十分方便地克服袋長的動態誤差影響,使包裝機一直連續地工作,保持穩定的生產效率.當包裝物料的品種變化,要求包裝袋尺寸相應改變時,通過延時間隔的調整,即可十分方便快捷地滿足要求.
4改進設想及結論
筆者按此設計方案,經過一年多的試製調試,基本上實現了預期的目標要求,克服了原有機械傳動包裝機傳動鏈長、結構複雜、調整困難的弊端,同時也提出了下一步的改進設想:
(1)在生產效率一定(如60袋/min)包裝袋長度尺寸變化不大的情況下,製袋采用普通減速電機(型號TYPE、CF28)驅動,雖然製袋的線速度無法調整,但用減速電機代替步進電機可明顯降低成本.
落料與切斷采用同一台驅動電源順序控製兩台步進電機的動作,也可顯著降低成本。
盡管在新型包裝機試製調試中還存在著不少問題,但筆者深信,步進電機驅動的包裝機是小型全自動包裝機的一個發展方向,隨著科技進步的發展,步進電機成本的降低,電機性能(矩頻特性)的改善,新型包裝機一定會更加理想完善。
 

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