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0引言
多功能袋包裝是集制袋、充填、封口、分切于一體的包裝機［1-2］。20 世紀 90 年代以來，隨著包裝材料的不斷更新，商品的軟包裝領導著包裝的主要潮流，多功能袋包裝機得到了迅速發(fā)展。袋成型—充填—封口包裝機作為一種高效的、優(yōu)秀的軟包裝機械，適用于各種塑料復合薄膜袋和鋁箔復合薄膜袋，在我國輕工、食品、藥物、化工等行業(yè)的產品包裝中應用非常廣泛［3-4］。然而，目前此類包裝機基本是以間歇式制袋充填包裝的形式，包裝的速度和產能受到很大限制，影響了包裝效率和水平的發(fā)揮，急需開發(fā)高速高效的自動化包裝設備，實現(xiàn)規(guī)模化生產［5-7］。
多功能袋包裝機的包裝工藝一般由制袋、開袋、充填、封口等工序組成，制袋完成后再分切成獨立的單袋進入充填，充填裝置通常需要停頓以便接袋、開袋及充填，這些停頓時間相對較長，限制了包裝機的生產效率［8-9］。因此，研究設計適合連續(xù)多功能袋包裝的包裝袋形式及開袋充填方式，對于實現(xiàn)包裝的連續(xù)高速化作業(yè)具有重要意義。
1連續(xù)回轉式充填工藝方案研究
1.1連續(xù)包裝袋
包裝袋形式對制袋、開袋充填工藝有很大影響。多功能袋包裝機主要用于小袋包裝。在線制袋小袋的包裝形式有很多，按袋的形狀和成袋工藝主要分為枕形袋、四面封口袋、三面封口袋和直立袋。其中在臥式多功能袋包裝機中， 以三面封口和四面封口制袋充填封口包裝機為主［10］。
傳統(tǒng)的臥式四面封袋成型 - 充填 - 封口包裝機中，薄膜經制袋裝置成型后由切斷裝置將其分切為一個個獨立的未封口的包裝袋，再由充填裝置進行接袋、開袋、充填完成包裝［11］。
單個包裝袋進入充填裝置后，接袋、開袋、充填等各動作都是針對單個包裝獨立完成，充填裝置通常需要停頓以便接袋、開袋及充填，這些停頓時間相對較長，限制了包裝機的工作效率。為解決這一問題，設計一種連續(xù)包裝袋形式及其接袋、開袋，充填包裝工藝方法，連續(xù)包裝袋進入充填裝置時的狀態(tài)，所有的包裝袋作為一個相互連接的整體。
1.2連續(xù)回轉式充填工藝
如上所述，欲提高包裝機生產效率，必需同時對多個包裝袋同時進行充填。所有的包裝袋作為一個相互連接的整體，包裝袋一個接一個連續(xù)進入充填裝置完成開袋、充填動作。借鑒飲料灌裝生產線的運作形式，采用回轉式開袋充填方式，在充填裝置回轉的過程中，完成開袋、充填動作。

圖 1 所示為連續(xù)包裝袋回轉式充填工藝示意圖，一個包裝袋對應一個工位，I 為接袋位置， II 為開袋位置，III 為開袋完成位置，IV 為充填完成位置。制袋裝置制成的連續(xù)包裝袋經導向輥在位置 I 由接袋夾袋手夾持進入充填裝置，夾袋手夾持連續(xù)包裝袋繞主軸旋轉，包裝袋由位置 II 旋轉到位置 III 的過程中由夾袋手和真空吸頭協(xié)同完成開袋，開袋完成后充填頭下降伸入袋內開始進行充填，包裝袋隨著主軸旋轉過程中持續(xù)充填，到達位置 IV 時充填完成，然后由牽引裝置牽引離開充填裝置。
圖2 所示為連續(xù)包裝袋開袋充填工位分配圖。傳統(tǒng)的獨立單袋開袋充填裝置通常有 6 個或 8 工位，對于連續(xù)包裝袋開袋充填，由于其整個過程是連續(xù)無停頓，必須充分保證其充填時間，借鑒飲料灌裝生產工藝與裝置，將連續(xù)袋開袋充填裝置設計為 12 個工位，其中接袋部位 A、開袋部位 B 各占一個工位，充填部位 C 占 7 個工位，部位 D 占3 個工位用于夾袋手接袋準備和真空吸頭開袋準備，各個工位緊密配合，連續(xù)工作。

在該連續(xù)包裝袋開袋充填工藝中，包裝袋在充填裝置回轉過程中連續(xù)完成接袋、開袋、充填動作，中間無停頓，減少了傳統(tǒng)的臥式四面封袋成型 - 充填 - 封口包裝機接袋、開袋及充填的等待時間，且包裝袋是連續(xù)的，充填后可直接牽引后端的袋子來實現(xiàn)袋體的傳送。包裝袋充填完成后再進入封口裝置進行封口，再由分切裝置將其切斷為獨立的包裝袋，大大提高了包裝機的工作效率。
2開袋補償技術研究
2.1開袋補償技術方案
對于連續(xù)包裝袋，包裝袋在開袋的過程中將在長度和寬度方向上尺寸出現(xiàn)減小，尤其是袋口寬度方向尺寸的減小對開袋充填的同步性有很大影響。為消除這種減小量，需要在開袋前道或后道工序給予寬度補償，由于旋轉式開袋方式，開袋完成后需繼續(xù)保持袋口形狀以方便充填，后道工序不便給予寬度補償，因此應在開袋過程中由開袋前道工序進行寬度補償。圖 3 所示為連續(xù)包裝袋開袋前后的狀態(tài)，連續(xù)包裝袋開袋后在寬度方向出現(xiàn)減少，由開袋前道工序提供寬度補償。

圖 4 所示為連續(xù)袋開袋補償工藝示意圖，主軸旋轉，連續(xù)包裝袋由接袋夾袋手夾持依次進入充填裝置接袋工位 A、開袋工位 B 及充填工位 C 以完成開袋充填，工位 A 和工位 B 協(xié)同完成開袋與補償。

由于開袋造成包裝袋寬度方向尺寸減少，必須給予補償，因此接袋夾袋手除了隨主軸旋轉外， 還需通過額外的旋轉拉扯后面的包裝袋給予開袋補償，即開袋夾袋手通過在活動槽內繞主軸中心額外旋轉夾持連續(xù)包裝袋由位置 I 旋轉到位置 II 的過程中完成拉袋補償，夾袋手由位置 II 旋轉到位置 III 的過程中開袋完成，包裝袋通過調整補償輥的松放和角速度來提供所需補償長度。
2.2開袋補償參數(shù)分析
通過對拉袋補償量與補償時間之間關系進行參數(shù)分析，對于協(xié)調開袋與補償及充填的同步性［12］，提高包裝機生產效率具有重要意義。

由圖 5 所示為連續(xù)袋開袋和補償部分原理圖，主軸以等角速度ω 0 作主動回轉，ω 1 為夾袋手在位置 V 時夾袋手繞中心點旋轉的角速度，ω 2為夾袋手在位置 I 時的角速度，ω 3 為夾袋手在位置 II 時的角速度。包裝袋在位置 IV 充填完成后夾袋手松開包裝袋到達位置 V，位置 I 為包裝袋進入充填裝置由接袋夾袋手夾住包裝袋的初始位置，位置 II 為包裝袋完全完成開袋時左側夾袋手所處位置，夾袋手由 I 旋轉到位置 II 的過程中，完成拉袋補償動作。
夾袋手要實現(xiàn)拉袋補償，則要求后面夾袋手旋轉速度大于前面夾袋手旋轉速度，實現(xiàn)差速補償，因此需要給予后面夾袋手額外的動力，使夾袋手在 I 位置時已達到合適的速度。為滿足這一要求，夾袋手需在位置 V 時開始加速，設其角加速度為β 1；在 I 位置時達到合適速度完成接袋，同時夾袋手到達位置 II 完成開袋后夾袋手速度與主轉盤速度大小一致，則要求接袋夾袋手在 I 到II 的過程中減速旋轉，設其角加速度為β 2。則有以下關系：

式中V0——充填夾袋手繞主軸旋轉速度/m·s-1
V1——夾袋手在位置Ⅴ時速度 / m·s-1
V3——夾袋手在位置Ⅱ時速度 / m·s-1

設包裝袋初始寬度為L1，開袋后包裝袋寬度為L2，在圖6所述開袋補償方案中，實際包裝袋寬度為夾袋手夾持長度d 與夾袋手外部包裝袋部分寬度之和，開袋補償量為包裝袋初始寬度與開袋完成后包裝袋寬度之差，即開袋補償量為：

由公式（12）可知，連續(xù)包裝袋開袋補償量與主軸角速度、夾袋手接袋端額外補償加速度及夾持端軌跡半徑有關。實際上，在充填裝置外徑一定的條件下，環(huán)繞充填裝置的連續(xù)袋的總寬度是確定的，因此這時其開袋補償量與包裝袋充填時所需開口大小有關。對于規(guī)格在一定范圍內的包裝袋，在保證生產速度的前提下，可通過適當調整活動槽7（見圖 4）的活動范圍來改變夾袋手在接袋端的活動位置，或調整夾袋手在接袋端額外補償加速度大小來適應不同規(guī)格的包裝袋的開袋補償，以滿足不同規(guī)格的包裝袋充填時所需開口大小的要求。
通過對拉袋補償量與補償時間之間關系進行參數(shù)分析，對于后續(xù)充填裝置的結構設計和空間布局具有參考作用，要順利完成連續(xù)袋開袋充填動作，必須保證開袋與補償、開袋與充填的同步性。
3結束語
本文基于臥式回轉式充填結構，通過對連續(xù)包裝袋的特性分析，詳細研究了連續(xù)包裝袋開袋及補償?shù)奶攸c與要求，設計了連續(xù)包裝袋開袋充填工藝及補償技術方案，保證接袋、開袋及充填動作連續(xù)完成，減少了傳統(tǒng)袋包裝機中開袋充填的停頓等待時間，提高了袋包裝機工作效率。對拉袋補償進行了參數(shù)分析，探討了開袋補償量與補償時間的關系，有利于協(xié)調實現(xiàn)開袋與補償及充填動作的同步性。連續(xù)包裝袋開袋充填工藝與補償技術方案的.
 

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