CN102530313B - 间歇式包装机拉袋走纸传动系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种间歇式包装机拉袋走纸传动系统及其控制方法，拉袋走纸传动系统包括包材架、走纸滚轮、无纸检测滚轮、成型器、步进电机和拉袋走纸传动机构，包材架、走纸滚轮、无纸检测滚轮按顺序设置在成型器入口一的一侧，成型器入口二的一侧设置有料斗，成型器出口的一侧设置有步进电机、拉袋走纸传动机构和拉袋走纸带轮，其控制方法是由系统控制器采集拉袋启动信号、光电信号，并按设置袋长和跟标参数确定拉袋走纸牵引辊的步长和速度参数，输出脉冲给步进电机驱动电源相应步数和速度信号，驱动拉袋走纸牵引辊执行拉袋走纸操作，并根据定长和商标跟综的实际误差由定长补偿和光标移动参数实施有效调整，确保拉袋精度，系统操作简便快捷。

Description

间歇式包装机拉袋走纸传动系统及其控制方法

技术领域

本发明属于包装机械设备领域，涉及一种间歇式包装机拉袋走纸传动系统及其控制方法，尤其适用于间歇式包装机。 

背景技术

间歇式全自动包装机是世界包装机行业的一大主流，与连续式全自动包装机相比，具有物料包装成品袋成形效果好、机械结构简单、安装维护成本低的特点，故而广泛使用，特别是制药行业。间歇式包装机拉袋走纸环节运行效果直接关系物料包装成品袋成形的质量，传统拉袋走纸结构是两牵引辊一个是主动辊，依靠与其相连步进电机驱动；另一是被动辊，依靠弹簧作用，与主动辊的相对摩擦实现拉袋走纸牵引运动。基于这种运动基理，在拉袋走纸运行过程中，会出现两牵引辊运行不同步现象；同时被动辊压紧弹簧的弹力大小、与主动辊相对摩擦力的大小、两牵引辊旋转运行的平稳性等诸多因素而导致走纸过程脱纸、打滑现象，故拉袋走纸传动结构成为目前间歇式包装机拉袋走纸过程需重点解决的问题，也是提高拉袋走纸运行精度，保证包装成品袋质量关键。但间歇式全自动包装机基于机械结构动作原理因素导致整机运行时噪音极大，同样基于机械传动结构限制整机运行速度，且整机包装速度只能到60袋/min，包装机拉袋长度最大为150mm，且整机功率又很大。诸多因素抑制了间歇式全自动包装机的发展。故目前国内外连续式包装机技术控制方式基于以下几种模式。 

1.拉袋走纸牵引的离合、制动模式 

1)基本原理： 

该间歇式全自动包装机的运动原理主要由两部分组成： 

①拉袋牵引部分通过电磁制动和电磁离合的分时动作完成的。即在拉袋信号作用下，电磁离合打开，实现拉袋操作；拉袋时间到，电磁阀闭合，结束拉袋操作。 

②横封、纵封的封合操作是依靠间歇式全自动包装机上的机械凸轮实现横封、纵封间歇运动的。即在主电机的及拉袋信号作用下，机械凸轮驱动横封、纵封机构打开，届时拉袋机构执行拉袋操作；拉袋结束，且机械凸轮将使横封、纵封机构闭合，故横纵的封合操作。 

③以此循环，间歇式全自动包装机完成自动拉袋、充填、封合的三要素运动。 

2)存在的问题： 

①电磁制动、离合片的为金属构件，长期制动、离合摩擦操作，容易造成制动、离合片打滑，制动效果受到很大影响，最终导致拉袋袋长精度误差极大。 

②电磁制动、离合动作时间上的滞后(一般是几十ms)，增大了纵封拉袋牵引时间，导致拉袋速度无法提高。 

③横封、纵封的封合操作基于机械凸轮驱动过程，无法保证横封、纵封的快速封合，故而影响了整机的运行速度。 

④横封和纵封的每路加热回路均采用110VAC串联供电，该供电模式两加热棒的静态直流电阻必须一致，否则在加热过程中，两加热棒的加热中功率差异会使其中的一根易损。 

2.拉袋走纸牵引的步进电机驱动模式 

该间歇式全自动包装机的运动原理同样由两部分组成： 

1)基本原理： 

①拉袋牵引机构采用步进电机驱动。即在拉袋信号作用下，根据设置的拉袋袋长参数，完成相应的拉袋操作。 

②横封、纵封的封合操作与1-②③相同 

2)存在的问题： 

①拉袋牵引机构采用步进电机驱动，在一定程度上使拉袋的定长精度及拉袋速度方面均得到很大改善和提高。基于整机运动的机械因素在速度方面很难进一步提高； 

②传统拉袋走纸两牵引辊一个是主动辊，依靠与其相连步进电机驱动，另一是被动辊，依靠弹簧作用，与主动辊的相对摩擦实现拉袋走纸牵引运动。基于这种运动基理，在拉袋走纸运行过程中，会出现两牵引辊运行不同步现象；同时被动辊压紧弹簧的弹力大小、与主动辊相对摩擦力的大小有关，故两牵引辊旋转运行的平稳性等因素而导致走纸过程脱纸、打滑现象。 

③拉袋走纸过程的关键部件成型器目前均采用手工制作，故一致性差，无法保证批量生产成型器的包装袋成型质量。 

④间歇式包装机主电机及其相应机械式调速器的配置，增加整机安装的成本和系统运行噪音及系统电气接线复杂性。 

⑤横封、纵封的封合操作同样采用机械凸轮驱动，它的机械驱动过程同样需要时间，提高整机的运行速度这是关键；同时横纵封加热方式等问题有待于解决。 

⑥现有的下料机构(颗粒机-转盘旋转下料；粉剂机-螺杆旋转下料)下料过程也需要时间，故该下料机构的下料过程也是抑制整机包装速度的重要因素，也是有待于解决的问题之一。 

发明内容

本发明所要解决的问题在于，克服现有技术的不足，提供一种间歇式包装机拉袋走纸传动系统及其控制方法，拉袋走纸传动机构发明基理一对拉袋走纸步进电机实施高压驱动，保证步进电机的高速运行；发明基理二采用双 同步带牵引辊夹纸运行，保证拉袋走纸的同步性、平稳性、紧密性，确保拉袋走纸效果；发明基理三走纸滚轮采用高精密度、高标准(国际机床加工标准)、高同心度及高精密度微型轴承的走纸滚轮，保证包材进入成型器前无左右偏移、包材上下抖动现象；发明基理四成型器采用弯管机加工成型，保证成型器处理包装袋成型效果的一致性。即实现在系统控制器一按键作用下，完成间歇式包装机拉袋走纸运动。并保证间歇式包装机拉袋走纸环节安装快捷、调试简单，系统操作简便。 

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的： 

依据本发明提供的一种间歇式包装机拉袋走纸传动系统，包括包材架、走纸滚轮、无纸检测滚轮、成型器、步进电机和拉袋走纸传动机构，所述的包材架、走纸滚轮、无纸检测滚轮按顺序设置在成型器入口一的一侧，成型器入口二的一侧设置有料斗，成型器出口的一侧设置有步进电机、拉袋走纸传动机构和拉袋走纸带轮，所述的拉袋走纸传动机构包括直线导轨、主动部导轨、从动部导轨、支撑架、主动部主动拉袋走纸带轮轴、从动部主动拉袋走纸带轮轴、主动部拉袋走纸滑块和从动部拉袋走纸滑块，支撑架、主动部拉袋走纸滑块、从动部拉袋走纸滑块分别装在直线导轨上，主动部导轨、从动部导轨分别装在支撑架上；主动部主动拉袋走纸带轮轴由步进电机轴延长形成，其上分别装有主动部同步带齿轮一、主动部拉袋走纸滑块、主动部主动拉袋走纸带轮，主动部主动拉袋走纸带轮通过与主动部拉袋走纸同步带配合拉动主动部从动拉袋走纸带轮一、主动部从动拉袋走纸带轮二，主动部从动拉袋走纸带轮一装在主动部从动拉袋走纸带轮轴一上，主动部从动拉袋走纸带轮二装在主动部从动拉袋走纸带轮轴二上；从动部主动拉袋走纸带轮轴可作为备用拉袋走纸步进电机轴，其上分别装有从动部同步带齿轮二、从动部拉袋走纸滑块、从动部主动拉袋走纸带轮，从动部主动拉袋走纸带轮通过与从动部拉袋走纸同步带配合拉动从动部从动拉袋走纸带轮一、从动部从动拉袋走纸带轮二，从动部从动拉袋走纸带轮一装在从动部从动拉袋走纸带轮轴一上，从动部从动拉袋走纸带轮二装在从动部从动拉袋走纸带轮轴二上；主动部同步带齿轮一、主动部同步带齿轮二通过与主动部传动同步带配合驱动与主动部同步带齿轮二同轴的主动部变向齿轮，主动部变向齿轮与从动部变向齿轮相啮合，从动部变向齿轮通过驱动与其同轴的从动部同步带齿轮一与从动部传动同步带配合驱动从动部同步带齿轮二。

间歇式包装机拉袋走纸传动系统的控制方法，由系统控制器采集拉袋启动信号、光电信号，并按设置袋长和跟标参数、步进电机驱动拉袋走纸牵引辊的步长和速度参数输出脉冲给步进电机驱动电源相应步数和速度信号，步进电机根据定长和商标跟综的实际误差由定长补偿和光标移动参数实施有效调整，确保拉袋精度，包括以下步骤： 

(1)拉袋走纸的准备阶段： 

1)系统上电，系统控制器、拉袋走纸步进驱动器、拉袋走纸驱动步进电机均带电； 

2)系统上电后，系统控制器自动驱动横封棒、纵封棒打开； 

3)系统上电后，按系统控制器的拉袋走纸点动键可执行拉袋走纸的点动运行； 

(2)拉袋走纸的运行阶段： 

1)在系统拉袋走纸启动信号作用下，系统控制器按设置的袋长参数和速度参数输出相应的脉冲信息给步进电机驱动器，使步进电机驱动拉袋走纸传动机构完成拉袋走纸定长操作； 

2)在系统拉袋走纸启动信号作用下，系统控制器按设置的光标跟踪信息完成包装袋商标的跟标操作，系统控制器检测到光电信号，则系统停止拉袋走纸操作； 

(3)拉袋走纸的停止运行阶段： 

1)拉袋走纸结束，系统控制器将按设置驱动横封棒和纵封棒处于闭合，完成包装袋的封合操作； 

2)包装袋的封合操作结束，带电并执行下一次的拉袋走纸操作，以此循环，间歇式包装机自动完成拉袋走纸的工作任务。 

本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果： 

1.本发明拉袋走纸传动机构由步进电机直接驱动，拉袋走纸传动机构采用精密设计和高精度标准加工与装配，保证拉袋走纸过程无噪音。 

2.本发明两同步带夹纸运行环节的走纸过程，保证了拉袋走纸过程的同步性、平稳性、紧密性，确保了拉袋走纸效果。 

4.本发明设置了无纸检测滚轮，即系统运行过程中，一旦出现包材缺纸现象，无纸检测滚轮即刻提供缺纸信息，确保拉袋走纸传动结构停止运行。。 

5.本发明拉袋走纸传动机构与横封、纵封传动机构的配合，扩展了拉袋走纸长度范围(袋长范围为30-500mm)及充填计量范围(充填计量范围为1g-500g)，确保了包装机用户对袋长和计量的使用要求。 

本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。 

附图说明

图1为本发明的结构示意图； 

图2为本发明的拉袋走纸传动结构示意图； 

图3为本发明拉袋走纸带轮结构示意图。 

其中：1、包材架2、走纸滚轮3、无纸检测滚轮4、成型器41、成型器入口一42、成型器入口二43、成型器出口5、步进电机6、传动机构7、支撑架8、主动部从动拉袋走纸带轮一9、主动部从动拉袋走纸带轮二10、主动部主动拉袋走纸带轮11、主动部从动拉袋走纸带轮轴二12、主动部主动拉袋走纸带轮轴121、从动部主动拉袋走纸带轮轴13、主动部从动拉袋走纸带轮轴一14、包材15、料斗161、主动部拉袋走纸同步带162、从动部拉袋走纸同步带163、主动部传动同步带164、从动部传动同步带17、直线导轨181、主动部变向齿轮182、从动部变向齿轮191、主动部导轨192、从动部导轨201、 主动部拉袋走纸滑块202、从动部拉袋走纸滑块21.从动部从动拉袋走纸带轮一22.从动部从动拉袋走纸带轮二23.从动部主动拉袋走纸带轮24、从动部从动拉袋走纸带轮轴二25.从动部从动拉袋走纸带轮轴一26、主动部同步带齿轮一27、主动部同步带齿轮二28、从动部同步带齿轮一29、从动部同步带齿轮二。 

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提供的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。 

如图1～3所示的一种间歇式包装机拉袋走纸传动系统，包括包材架、走纸滚轮、无纸检测滚轮、成型器、步进电机和拉袋走纸传动机构，所述的包材架1、走纸滚轮2、无纸检测滚轮3按顺序设置在成型器入口一41的一侧，成型器入口二42的一侧设置有料斗15，成型器出口43的一侧设置有步进电机5、拉袋走纸传动机构6和拉袋走纸带轮，所述的拉袋走纸传动机构包括直线导轨17、主动部导轨191、从动部导轨192、支撑架7、主动部主动拉袋走纸带轮轴12、从动部主动拉袋走纸带轮轴121、主动部拉袋走纸滑块201和从动部拉袋走纸滑块202，支撑架7、主动部拉袋走纸滑块201、从动部拉袋走纸滑块202分别装在直线导轨17上，主动部导轨191、从动部导轨192分别装在支撑架上；主动部主动拉袋走纸带轮轴12由步进电机轴延长形成，其上分别装有主动部同步带齿轮一26、主动部拉袋走纸滑块201、主动部主动拉袋走纸带轮10，主动部主动拉袋走纸带轮10通过与主动部拉袋走纸同步带161配合拉动主动部从动拉袋走纸带轮一8、主动部从动拉袋走纸带轮二9，主动部从动拉袋走纸带轮一8装在主动部从动拉袋走纸带轮轴一13上，主动部从动拉袋走纸带轮二9装在主动部从动拉袋走纸带轮轴二11上；从动部主动拉袋走纸带轮轴121可作为备用拉袋走纸步进电机轴，其上分别装有从动部同步带齿轮二29、从动部拉袋走纸滑块202、从动部主动拉袋走纸带轮23，从动部主动拉袋走纸带轮23通过与从动部拉袋走纸同步带162配合拉动从动部从动拉袋走纸带轮一21、从动部从动拉袋走纸带轮二22，从动部从动拉袋走纸带轮一21装在从动部从动拉袋走纸带轮轴一25上，从动部从动拉袋走纸带轮二22装在从动部从动拉袋走纸带轮轴二24上；主动部同步带齿轮一26、主动部同步带齿轮二27通过与主动部传动同步带163配合驱动与主动部同步带齿轮二同轴的主动部变向齿轮181，主动部变向齿轮与从动部变向齿轮182相啮合，从动部变向齿轮通过驱动与其同轴的从动部同步带齿轮一28与从动部传动同步带164配合驱动从动部同步带齿轮二29。

间歇式包装机拉袋走纸传动系统的控制方法，由系统控制器采集拉袋启动信号、光电信号，并按设置袋长和跟标参数、步进电机驱动拉袋走纸牵引辊的步长和速度参数输出脉冲给步进电机驱动电源相应步数和速度信号，步进电机根据定长和商标跟综的实际误差由定长补偿和光标移动参数实施有效调整，确保拉袋精度，包括以下步骤： 

(1)拉袋走纸的准备阶段： 

1)系统上电，系统控制器、拉袋走纸步进驱动器、拉袋走纸驱动步进电机均带电； 

2)系统上电后，系统控制器自动驱动横封棒、纵封棒打开； 

3)系统上电后，按系统控制器的拉袋走纸点动键可执行拉袋走纸的点动运行； 

(2)拉袋走纸的运行阶段： 

1)在系统拉袋走纸启动信号作用下，系统控制器按设置的袋长参数和速度参数输出相应的脉冲信息给步进电机驱动器，使步进电机驱动拉袋走纸传动机构完成拉袋走纸定长操作； 

2)在系统拉袋走纸启动信号作用下，系统控制器按设置的光标跟踪信息完成包装袋商标的跟标操作，系统控制器检测到光电信号，则系统停止拉袋走纸操作； 

(3)拉袋走纸的停止运行阶段： 

1)拉袋走纸结束，系统控制器将按设置驱动横封棒和纵封棒处于闭合，完成包装袋的封合操作； 

2)包装袋的封合操作结束，带电并执行下一次的拉袋走纸操作，以此循环，间歇式包装机自动完成拉袋走纸的工作任务。 

本发明拉袋走纸工作的准备： 

1.将图1包材14放入包材架1、走纸滚轮2、无纸检测滚轮3； 

2.包材手动装入图1成型器4； 

3.图3双同步牵引辊处于闭合夹纸状态； 

4.包装机的横纵封加热棒均处于打开位置； 

本发明拉袋走纸工作原理： 

在拉袋走纸启动信号作用下，拉袋走纸步进电机5启动，驱动主动部主动拉袋走纸带轮轴12，主动部拉袋走纸滑块201、从动部拉袋走纸滑块202可根据所要求的包装袋宽度沿直线导轨17做横向相向运动。步进电机轴带动主动部拉袋走纸同步带161和主动部传动同步带163，通过主动部变向齿轮181带动从动部变向齿轮182，再由从动部变向齿轮带动从动部传动同步带164从而实现主动部传动同步带与从动部传动同步带的变向同步相对旋转运动，从动部传动同步带再通过从动部主动拉袋走纸带轮轴121带动从动部拉袋走纸同步带162结合主动部拉袋走纸同步带161来实现双拉袋走纸同步带轮的向下的夹纸拉袋运行，完成拉袋走纸操作。 

系统控制器(拉袋走纸控制)跟踪定长或光标信息，信号到，拉袋走纸操作结束，图1步进电机5、图2拉袋走纸传动机构6、图3双同步牵引辊均停止运行。 

间歇式包装机生产过程三要素(制袋、充填、封合)中的制袋环节(拉袋、走纸、成型)故为包装机机械传动机构上最重要、最需优先考虑和解决的问题，基于这样因素本发明以拉袋走纸成型机械传动效果和电气功能实现 方法并有，其中： 

本发明在机械结构上： 

1.拉袋走纸牵引采用由步进电机直接驱动。 

2.拉袋走纸采用双同步带轮牵引辊夹纸运动机构，保证拉袋走纸运行的同步性、走纸过程的平稳性、包材袋成型的一致性。 

3.拉袋走纸牵引结构的传动部件采用国际机床传动结构的加工标准及机床上使用的双同步带轮机构，保证拉袋走纸传动机构的运动精度。 

4.拉袋走纸过程的无纸检测功能，避免包装产品和人工浪费，保证包装机拉袋走纸的高效运行。 

5.拉袋走纸传动系统设计和精密的传动部件加工精度，保证拉袋走纸传动过程平稳快捷、能耗最低、噪音最小。 

6.间歇式全自动包装机上无牵引主电机(一般是三相交流550w)和机械调速器，整机机械传动结构和电气系统接线结构简单。 

本发明在电气控制基理上： 

1.系统控制器采用嵌入式控制理论和控制模式。 

2.系统控制器集分别控制、综合管理于一体，即： 

①独立按袋走纸的袋长参数和跟标设置实现步进电机直接驱动拉袋走纸机构旋转操作，完成袋长定长和商标跟综。 

②独立的一按键(系统控制器按键)式操作，实现整机拉袋走纸运动的循环运行。 

本发明在整机性能上： 

1.包装机整机机械部件少，采用组合式模块化结构设计。减少整机装配、调试成本，降低机械、电气维护成本，缩短整机生产周期。 

2.包装机整机拉袋走纸速度理论和实践均达180-200袋/分以上。 

3.无牵引主电机(一般是三相交流550w)和机械调速器，整机机械传动 结构和电气系统接线结构简单。 

本发明的测试数据见下表： 

Claims (2)

1.一种间歇式包装机拉袋走纸传动系统，包括包材架、走纸滚轮、无纸检测滚轮、成型器、步进电机和拉袋走纸传动机构，其特征在于：所述的包材架、走纸滚轮、无纸检测滚轮按顺序设置在成型器入口一的一侧，成型器入口二的一侧设置有料斗，成型器出口的一侧设置有步进电机、拉袋走纸传动机构和拉袋走纸带轮；所述的拉袋走纸传动机构包括直线导轨、主动部导轨、从动部导轨、支撑架、主动部主动拉袋走纸带轮轴、从动部主动拉袋走纸带轮轴、主动部拉袋走纸滑块和从动部拉袋走纸滑块，支撑架、主动部拉袋走纸滑块、从动部拉袋走纸滑块分别装在直线导轨上，主动部导轨、从动部导轨分别装在支撑架上；主动部主动拉袋走纸带轮轴由步进电机轴延长形成，其上分别装有主动部同步带齿轮一、主动部拉袋走纸滑块、主动部主动拉袋走纸带轮，主动部主动拉袋走纸带轮通过与主动部拉袋走纸同步带配合拉动主动部从动拉袋走纸带轮一、主动部从动拉袋走纸带轮二，主动部从动拉袋走纸带轮一装在主动部从动拉袋走纸带轮轴一上，主动部从动拉袋走纸带轮二装在主动部从动拉袋走纸带轮轴二上；从动部主动拉袋走纸带轮轴可作为备用拉袋走纸步进电机轴，其上分别装有从动部同步带齿轮二、从动部拉袋走纸滑块、从动部主动拉袋走纸带轮，从动部主动拉袋走纸带轮通过与从动部拉袋走纸同步带配合拉动从动部从动拉袋走纸带轮一、从动部从动拉袋走纸带轮二，从动部从动拉袋走纸带轮一装在从动部从动拉袋走纸带轮轴一上，从动部从动拉袋走纸带轮二装在从动部从动拉袋走纸带轮轴二上；主动部同步带齿轮一、主动部同步带齿轮二通过与主动部传动同步带配合驱动与主动部同步带齿轮二同轴的主动部变向齿轮，主动部变向齿轮与从动部变向齿轮相啮合，从动部变向齿轮通过驱动与其同轴的从动部同步带齿轮一与从动部传动同步带配合驱动从动部同步带齿轮二。

2.一种用于权利要求1所述的间歇式包装机拉袋走纸传动系统的控制方法，其特征在于：由系统控制器采集拉袋启动信号、光电信号，并按设置袋长和跟标参数、步进电机驱动拉袋走纸牵引辊的步长和速度参数输出脉冲给步进电机驱动电源相应步数和速度信号，步进电机根据定长和商标跟综的实际误差由定长补偿和光标移动参数实施有效调整，确保拉袋精度，包括以下步骤：

(1)拉袋走纸的准备阶段：

1)系统上电，系统控制器、拉袋走纸步进驱动器、拉袋走纸驱动步进电机均带电；

2)系统上电后，系统控制器自动驱动横封棒、纵封棒打开；

3)系统上电后，按系统控制器的拉袋走纸点动键可执行拉袋走纸的点动运行；

(2)拉袋走纸的运行阶段：

1)在系统拉袋走纸启动信号作用下，系统控制器按设置的袋长参数和速度参数输出相应的脉冲信息给步进电机驱动器，使步进电机驱动拉袋走纸传动机构完成拉袋走纸定长操作；

2)在系统拉袋走纸启动信号作用下，系统控制器按设置的光标跟踪信息完成包装袋商标的跟标操作，系统控制器检测到光电信号，则系统停止拉袋走纸操作；

(3)拉袋走纸的停止运行阶段：

1)拉袋走纸结束，系统控制器将按设置驱动横封棒和纵封棒处于闭合，完成包装袋的封合操作；

2)包装袋的封合操作结束，带电并执行下一次的拉袋走纸操作，以此循环，间歇式包装机自动完成拉袋走纸的工作任务。

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