０　 引言

自动包装机是指能完成全部或部分包装过程的机器 ［１］ 。包装过程包括成型、 充填、 封口和包裹等主要包装工序以及清洗、 干燥、 杀菌、 贴标、 捆扎、 集装和拆卸等前后包装工序， 转送、 送别等其他辅助包装工序。茶叶自动包装机是专为茶叶成型或者类似商品包装而设计的包装机械， 其基本工艺过程是：包装膜经袋成型器后变成对折状， 裹着块状包装物经牵引轮及中缝加热轮完成纵封过程， 经封切器完成横封过程并切断， 最后由输送带送出。

横封是茶叶自动包装过程中的一道重要工序，它通常位于纵封工序的后面， 作用是使茶叶经过纵封的袋子横向密封并切断。而茶叶自动包装机的横封动作通常是有横封机构来完成的， 随着包装机运行速度的提高， 对横封机构的运动学和动力学进行分析， 对机构设计与校验是非常必要的。

根据上述要求利用 Pro／Ｅ进行三维建模， 再通过MECHANISM ／ Pro接口导入 ADMS中进行参数化设计和运动学、 动力学仿真， 从而能够快速的设计出产品加工所需要的重要数据。

１　 横封机构的设计

横封机构是将纵封机构热封后的包装材料， 按其工艺要求的长度规格进行横向封合的机构。包装的封口是包装工艺必不可少的环节。封口的好坏会直接影响包装产品的外观质量和保质期。因此包装质量在很大程度上市取决于封口的质量。所以对于横封机构的改进是非常重要的。根据实现功能和运动形式的不同， 间歇式横封机构可以分为两大类： 一类只作封口用， 即只有间歇的横向往复运动； 另一类兼具热封合和牵引两种功能， 即除横向的往复开合运动， 还完成往复的间歇牵引运动 ［２］ 。

２　 基于Pro／Ｅ的三维建模

零部件的三维建模技术， 是建立装配模型与虚拟样机模型的基础， 利用 Pro／Ｅ 软件作为虚拟样机装配的平台， 它强大的三维零件模型功能使得可以通过快速而准确且更加直观的建立各零部件的模型 ［３］ 。

茶叶制袋充填包装机横封机构及其传动机构的机械系统总共包括气缸机构、 驱动机构、 传动机构、拉杆机构、 横封块机构和机架 ［４ ］ 。在装配过程中根据系统的各功能单元所实现的功能不同， 将整个系统划分为气缸机构、 驱动机构、 前横封机构、 后横封机构和机架 ５个组件子装配， 然后整体装配以完成整个系统的装配。根据前述层次结构， 经过装配顺序、 装配约束、 初次装配及转配更改， 最终形成图 ２所示的虚拟装配结构。
 

３　 参数化建模与分析

为了确定驱动臂和摇臂之间的夹角 θ 对横封机构工作性能的影响， 在 ADAMS中建立如图３所示的参数化模型后， 确定驱动臂和摇臂之间的夹角 θ为设计变 量， 设 置 夹角 θ＝１０° ， ２０°，３０°，４０°，５０°，６０°，７０°，８０°，９０°， 1００°分别进行仿真分析。为满足工作需求（ 即前后横封块间距离Ｌ保持在１２２～２５0之间），给定的驱动方程亦有相应的改动，主要是通过改动 β 的值来实现。

通过对在不同夹角 θ 和相应的 β 值下的机构进行仿真分析， 测得前后横封块之间的距离 Ｌ 的曲线图。

 前后横封块之间的距离 Ｌ 在规定的范围内， 说明了横封机构的仿真符合生产实际， 达到了预期的工作要求。

４　 横封机构的仿真分析

在Pro／Ｅ中将其实体模型装配好， 然后通过ＭＥＣＨＡＮＩＳＭ／Ｐｒｏ接 口 模块导入ADAMS 软件中。茶叶制袋充填包装机的运动学仿真主要是通过给定气缸的运动规律， 验证设计的包装机结构是否能满足工作要求， 达到预定的运动状态， 成功地完成封口作用 ［５］ 。同时， 检测包装机机构中各铰链和各部件的运动轨迹是否合理以及结构设计是否正确，使设计的机构不会发生干涉、 碰撞等问题， 以期实现最优设计。

在ＡＤＡＭＳ中， 给定茶叶制袋充填包装机的气缸运动方程是关于其活塞杆做活塞运动时的驱动方程， 总共设置了２个周期的方程。

活塞杆驱动方程如下：

Tra　Ｘ disp（time） ＝０ ；Tra　Ｚ　disp（time） ＝０ ；

Tra　Ｙ disp（time） ＝ IF（ ２－ＴＩＭＥ ：（0.6－ＤＩＭ（２．６ ，TIME）－Ｄ ＩＭ（ＴＩＭＥ，２．６）＋ＤＩＭ（ＴＩＭＥ ，３．２））＊β，０，（０.６－ＤＩＭ（０.６ ， ＴＩＭＥ）－ＤＩＭ（ＴＩＭＥ，０．６）＋ＤＩＭ（ＴＩＭＥ，１．２））＊β）

在ＡＤＡＭＳ／Ｖｉｅｗ中进行２周期４s２００步的仿真。
 

 表明各构件在运动过程中能够承受相应的负载， 说明茶叶制袋充填包装机的机构模型能够满足工作需要。同时， 相比较其他的包装机构， 所受到的力或力矩较小， 表明设计的机构性能好。

５　 结束语

对茶叶包装机的横封机构进行理论分析与设计及动力学仿真， 结果表明， 所设计的横封机构能够实现基本功能， 同时其工作性能好、 效率高。整个机构的设计与仿真利用虚拟样机技术进行， 过程简单， 缩小了机械传动的分析工作量， 提高了机械传动的设计效率， 是今后机构设计的发展方向。

参考文献 ：

［１］ 许林成 ．包装机原理与设计［ Ｍ ］ ． 上海： 科学技术出版社， １９８８．

［２］ 汤  瑞 ．轻工自动机［ Ｍ ］ ． 上海： 上海交通大学出版社，１９８６．

［３］ 詹启贤 ．自 动 机 械 设 计 ［ Ｍ ］ ． 北京： 轻工业出版社，１９８ ７．

［４］ 编写组． 包装机械结构图册［ Ｍ ］ ． 上海： 科学技术出版社， １９８１．

［５］ 乔峰丽 ．包装机横封机构仿真研究 ［ Ｊ ］．包 装工程，２０８ ，（１）：７５－７６．

 

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