随着包装机械行业的发展，能完成制袋、计量、充填、封 口全自动的包装机已经非常普及，行业竞争也越来越激 烈〔口。用户对此类包装机的综合性能参数也提出了更高的 要求，比如对包装机的稳定性、包装速度、计量精度、物料适 应范围、外观、安生性等都非常重视。包装速度直接决定了 客户单台设备的生产效率和产能，是用户首要关注的指标。对于流动性较好，包装规格在1 kg以内的粉粒类物料，目前 中国间歇式立式包装机的包装速度普遍在30〜60包/min, 而国外同类产品最高已经达到了 100包/min〔2］。新出现的 连续式多工位包装机，其速度还要成倍增长⑶。因此从包装 速度上对比中国包装机还存在较大差距，对于包装速度的影 响因素，业内普遍认为与物料特性、计量速度、封口动作快 慢、拉膜响应速度有关⑷，也有人认为与下料管的长度、包装 膜热封性能也有关⑸。这些结论都是从日常经验和各自的 角度做出的定性判断，虽有一定道理，但并没有一个全面而 可指导性的结论。可能是过去多侧重于对包装机结构和功 能上的研究，缺少综合定量分析，因为影响包装速度的各因 素是互相制约的。本研究拟通过系统综合分析的方法，从包 装机控制和动作时序的角度进行分析，找出影响速度的瓶颈 因素，尽可能地提高整机包装速度。

1立式包装机的工作原理及流程

如图1所示，立式包装机的工作过程：先装夹好卷膜，将 片膜穿过一组导辗，引入翻领成型器，通过成型器卷成筒状 后包裹在下料管外，在卷膜与成型器之间还安装打码机、光 标检测等装置。成型器前端的纵封块开始动作对袋筒中封 进行纵向热合，同时两横封块闭合横向热封袋口。

2包装机的时序动作分析

以横坐标表示时间，丁为包装机一个包装周期，纵坐标 表示包装机各个动作过程，可以画出各个动作时序关系图。其中八表示横封正好闭合时刻“2表示横封开始打 开时刻宀表示走膜开始时刻。根据包装机的工作原理，各动作之间存在以下关系：走膜除了与冷却可重叠外，一般与 其他动作不能重叠；横封、纵封、打码三者相互是独立的；下 料、切刀、冷却与横封的动作联系紧密，其中下料、切刀的时 间要在"和A之间，而冷却开始时间为为好，结束时间在 L之后即可。在实际包装机调试过程中，都可以参照时序图进行调 节，如果动作时间调试不到位就会造成一些问题。比如若落 料开始时间早于，，表示横封还未闭合，物料已经到达横封 处，就会出现横封夹料；若落料结束时间晚于，2,表示横封已 经打开时，物料还未完全填充结束，下落中的物料会对还未 完全冷却黏合的横封形成冲击力，使横封效果变差，也就是 常说的冲包现象。还有包装膜走膜不畅、冗膜可能是走膜动 作时间与其他动作重叠造成。包装袋横向切口效果不好有 可能是切刀时间设置不对。打码机打出的印记不正常，可能 是膜未在静止状态时就已打印。

3制约包装速度的因素分析

在实际应用中随着包装速度的提高，各动作参数的调节 需要越来越精确，当达到一定的包装速度后，想再提高就比 较困难了。目前市场上主流的全自动立式包装机最高稳定 速度都在60包/min左右。

是什么因素制约了包装机的包装速度呢？从时序图开 始分析，目前市面上的打码机打印频率基本在100次/min 以上，因此首先排除打码机的限制。纵封与横封动作可以同 时进行，纵封行程较短，其封合时间比横封要久，且纵封动作 相对独立，在实际包装过程中纵向封口也很少出问题，因此 可以排除纵封为瓶颈的可能性。切刀动作几乎是瞬时完成 的，因此也可以排除切刀的限制。吹气冷却是一种辅助手 段，对时间控制要求并不需要很精确，因此也可以先不考虑。 从实际调式经验来看，随着包装速度的提高，通常会出现夹 料、破包或者横封封口质量差等情况。因此可以将影响速度 因素主要集中在横封、落料和走膜上。

4提高包装机速度的方法

从以上分析可以得出，制约包装机包装速度的因素主要 有：①横封块的闭合与打开时间；②物料下落充填时间； ③走膜时间。加快这三者的响应速度，即可提高包装速度。

1. 横封块的运动如果由气缸驱动，在满足包装要求的 情况下尽量减小气缸行程，适当增大气缸进气量和气压，并 选择响应速度更快的电磁控制阀。部分厂家还在横封上方 加设包装袋整形导向板⑹，以避免充填后的成品袋太鼓，在 横封没有完全打开之前，成品袋即可通过，因此走膜动作可 以提前开始，缩短了横封与走膜之间的衔接时间。通过改进 横封・丨和匕3时间可以控制在0.2 s之内。
2. 计量充填机构设计时要使物料避免过于分散，尽可 能集中下落，在横封封口上方加设缓冲闸门是个比较有效的 措施⑺，不仅可以使物料集中，还可以减小高速下落的物料 对横封封口造成的冲击。改进后填充时间可控制在0.15 s 之内。
3. 减小走膜时间的方法：釆用响应速度更快的伺服电 机进行控制，同时釆用灵敏度更高的光标传感器，在满足走 袋精度要求的前题下，尽量提高电机最高转速值⑹，将走袋 时间控制在0.25 s之内。

5結论

通过改进优化，在掌握包装机的时序动作规律后，对参 数进行精确调节后，实际横封、下料、走膜的工作时序图见 图7,其大致工作过程为：横封闭合后物料即送达，当物料大 部分填充到位后，剩余的物料对横封不会产生太大的冲击时,此时横封可提前打开，当横封打开到一定距离(容许包装 袋通过)后，开始走膜动作，当走膜还未完全结束时，下一周 期的横封闭合动作也可提前开始，只要保证在横封闭合之前 走膜动作已经结束即可。优化后的工作周期T"：T"< 0.20 s+0.20 s+0.25 s+0.15 s = 0.8 s。

优化后包装机最高工作速度可以达到75包/min以上 (原包装速度最高为60包/min左右)。经过实际验证，设备 运行稳定，封口质量良好，产能较原来的包装机提高20% 以上。

但随着各动作时间的进一步压缩，受物理结构的限制, 间歇式包装机速度已经接近极限值，目前市面可以见到同类 包装机的最高速度为100包/min,速度再提高的空间已经非 常有限。而且随着速度进一步升高，稳定性会随之下降，而 且对机械及电气元件的性能寿命都会产生影响⑴。

随着包装技术的发展以及工业制造水平的提高，新型连 续式、多工位包装机已逐渐应用，其包装速度较间歇式包装 机具有更大的优越性，将会取代间歇式包装机成为未来发展 的方向口.

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