0. 引言

粉末包装机是一种使用包装纸将粉末，如： 咖啡粉、奶粉、豆粉等进行小量包装的自动化包装机器[1,2]。

目前，学者们已经对缠绕包装机做了很多工作，如：荆萃等对连续式包装机纵封牵引、横封驱动的控制方法进行深入研究，有效地解决了不等速传动机构的设计问题[3]。尚欣等分析了包装机械快速设计制造系统的开发环境、组织结构、功能以及一些典型模型和子系统，建立了包装机快速设计支持模块，开发了一个包装机产品快速设计制造集成平台的原型系统[4]。王吉岱等利用智能高速型PLC、伺服系统与人机界面技术，去除原有机械凸轮机构，改由电子凸轮功能控制横封切刀，解决了传统机械凸轮安装困难、响应滞后、量测性差等问题，使横封切刀的运动曲线可以即时改变[5]。李占贤等对包装机横封凸轮机构进行了运动分析，得到摆杆角速度和角加速度的变化规律及其存在的缺陷。推导树出满足工作要求和运动特性的凸轮轮廓方程，利用MATLAB得出优化后的凸轮轮廓曲线[6]。然而，粉末包装机在实际使用中出现了很多问题，其在纵封机构的结构设计、横封机构的结构设计封合方法和包装速度等方面还需要进一步研究与完善。

本文在充分了解粉末包装机基本工作原理的基础上，提出了粉末包装机的整机方案与结构， 设计了包装机的纵封机构与横封机构。采用凸轮与圆柱滚子的配合来实现纵封机构的设计，并使用铰链连接纵封头与两夹臂接杆。使用凸轮机构与弹簧设计横封机构，设计的机构能够有效地完成包装纸的纵封与横封。

1. 粉末包装机的整机方案

粉末包装机的主要工作流程为：1）物料经由料斗送入，输送至料盘。2）包装纸由牵引辊牵引从卷筒向纵封头输运。3）物料被包装纸包卷，在纵封头处实现纵封。4）经纵封后的物料继续向前输运，在横封头处横封。5）横封后，送至物盘， 完成包装。图1和图2分别为粉末包装机的方案原理示意图，工艺路线图。

本文设计的包装机适用于咖啡粉、奶粉、豆粉等粉末状物料的小量包装。适用的参数条件为：生产能力为30袋/分，纸盒规格(长×宽)为50×50mm；使用的电机功率为0.75KW，电机转速为1390r/min。

2. 结构设计

粉末包装机主要有由纵封机构、横封机构、

1.电机；2.蜗轮轴；3.V带；4.蜗轮；5.凸轮；6.卷筒；7.牵引辊；8.料斗；9.料盘； 10.送料器；11.纵封头；12.V带；13.物盘；14.横封头；15.操作面板

图1 粉末包装机方案原理示意图

2.2 横封机构的设计

横封机构也采用凸轮机构实现。此外，使用弹簧来实现横封时的过渡和缓冲。其中， 凸轮基圆半径为60mm，升程为40mm，凸轮厚度为16mm，推程角为0~110°，远休止角为110°~140°，回程角为140°~250°，停止角为250°~360°。横封机构由横封凸轮、横封杆、横封头、横封销、横封支架、横封弹簧、盖形螺母、底板等零件组成。图4为横封机构的装配示意图。

料盘装置，走袋装置，料卷装置，V带、轴、轴承、电机、端盖、机架等组成。本文主要对纵封机构与横封机构进行结构设计。

2.1 纵封机构设计

纵封机构采用凸轮与圆柱滚子的配合来实现，使用铰链连接纵封头与两夹臂接杆。其中，凸轮基圆半径为40mm，升程为40mm，凸轮厚度为15mm，推程角为0~110°，远休止角为110°~140°，回程角为140°~250°，停止角为250°~360°。纵封机构由纵封凸轮、纵封杆、纵封头、纵封销、纵封支架等零件组成。基于SolidWorks三维实体建模软件，设计了各个零件。采用自下而上的装配方式， 完成纵封机构的装配，如图3所示。