0. 引言

粉末包裝機是一種使用包裝紙將粉末，如： 咖啡粉、奶粉、豆粉等進行小量包裝的自動化包裝機器[1,2]。

目前，學者們已經對纏繞包裝機做了很多工作，如：荊萃等對連續式包裝機縱封牽引、橫封驅動的控製方法進行深入研究，有效地解決了不等速傳動機構的設計問題[3]。尚欣等分析了包裝機械快速設計製造係統的開發環境、組織結構、功能以及一些典型模型和子係統，建立了包裝機快速設計支持模塊，開發了一個包裝機產品快速設計製造集成平台的原型係統[4]。王吉岱等利用智能高速型PLC、伺服係統與人機界麵技術，去除原有機械凸輪機構，改由電子凸輪功能控製橫封切刀，解決了傳統機械凸輪安裝困難、響應滯後、量測性差等問題，使橫封切刀的運動曲線可以即時改變[5]。李占賢等對包裝機橫封凸輪機構進行了運動分析，得到擺杆角速度和角加速度的變化規律及其存在的缺陷。推導樹出滿足工作要求和運動特性的凸輪輪廓方程，利用MATLAB得出優化後的凸輪輪廓曲線[6]。然而，粉末包裝機在實際使用中出現了很多問題，其在縱封機構的結構設計、橫封機構的結構設計封合方法和包裝速度等方麵還需要進一步研究與完善。

本文在充分了解粉末包裝機基本工作原理的基礎上，提出了粉末包裝機的整機方案與結構， 設計了包裝機的縱封機構與橫封機構。采用凸輪與圓柱滾子的配合來實現縱封機構的設計，並使用鉸鏈連接縱封頭與兩夾臂接杆。使用凸輪機構與彈簧設計橫封機構，設計的機構能夠有效地完成包裝紙的縱封與橫封。

1. 粉末包裝機的整機方案

粉末包裝機的主要工作流程為：1）物料經由料鬥送入，輸送至料盤。2）包裝紙由牽引輥牽引從卷筒向縱封頭輸運。3）物料被包裝紙包卷，在縱封頭處實現縱封。4）經縱封後的物料繼續向前輸運，在橫封頭處橫封。5）橫封後，送至物盤， 完成包裝。圖1和圖2分別為粉末包裝機的方案原理示意圖，工藝路線圖。

本文設計的包裝機適用於咖啡粉、奶粉、豆粉等粉末狀物料的小量包裝。適用的參數條件為：生產能力為30袋/分，紙盒規格(長×寬)為50×50mm；使用的電機功率為0.75KW，電機轉速為1390r/min。

2. 結構設計

粉末包裝機主要有由縱封機構、橫封機構、

1.電機；2.蝸輪軸；3.V帶；4.蝸輪；5.凸輪；6.卷筒；7.牽引輥；8.料鬥；9.料盤； 10.送料器；11.縱封頭；12.V帶；13.物盤；14.橫封頭；15.操作麵板

圖1 粉末包裝機方案原理示意圖

2.2 橫封機構的設計

橫封機構也采用凸輪機構實現。此外，使用彈簧來實現橫封時的過渡和緩衝。其中， 凸輪基圓半徑為60mm，升程為40mm，凸輪厚度為16mm，推程角為0~110°，遠休止角為110°~140°，回程角為140°~250°，停止角為250°~360°。橫封機構由橫封凸輪、橫封杆、橫封頭、橫封銷、橫封支架、橫封彈簧、蓋形螺母、底板等零件組成。圖4為橫封機構的裝配示意圖。

料盤裝置，走袋裝置，料卷裝置，V帶、軸、軸承、電機、端蓋、機架等組成。本文主要對縱封機構與橫封機構進行結構設計。

2.1 縱封機構設計

縱封機構采用凸輪與圓柱滾子的配合來實現，使用鉸鏈連接縱封頭與兩夾臂接杆。其中，凸輪基圓半徑為40mm，升程為40mm，凸輪厚度為15mm，推程角為0~110°，遠休止角為110°~140°，回程角為140°~250°，停止角為250°~360°。縱封機構由縱封凸輪、縱封杆、縱封頭、縱封銷、縱封支架等零件組成。基於SolidWorks三維實體建模軟件，設計了各個零件。采用自下而上的裝配方式， 完成縱封機構的裝配，如圖3所示。