戴文明 黃山富田精工智造股份有限公司

1 引言

隨著我國人口紅利的逐步消失，國內企業(yè)生產成本日漸升高，而自動化包裝是眾多企業(yè)降本增效的重中之重，企業(yè)迫切需要實現(xiàn)包裝的自動化。經過三十多年的高速發(fā)展，我國的包裝技術及裝備水平已有很大提升，部分產品處于國際領先地位，但相比歐美發(fā)達國家，我國產品的技術水平、智能化、成套性、創(chuàng)新性產品等還存在較大差距[1-2]。

目前，國內的嬰兒紙尿褲等一次性衛(wèi)生用品的生產已經實現(xiàn)了自動化，但后道的包裝大多采用半自動方式[3]。嬰兒紙尿褲包裝屬于紙品包裝的一部分，國內僅有少數(shù)企業(yè)能制造低端的全自動包裝機，而歐美國家的紙品包裝智能裝備公司技術領先，世界上的主要紙品包裝行業(yè)領軍企業(yè)大都位于德國、意大利和美國[4]。

針對國內嬰兒紙尿褲包裝設備穩(wěn)定性越來越高的需求，改進設計了一種開袋裝置，為紙尿褲包裝機的穩(wěn)定性運行打下堅實的基礎。

2 紙尿褲包裝機簡介

紙尿褲包裝機主要用來實現(xiàn)紙尿褲等嬰兒一次性衛(wèi)生用品的自動入袋包裝，主要包括碼垛單元和包裝單元兩部分，布局如圖1所示，該包裝機主要包括碼垛單元和包裝單元。其中，碼垛單元主要包括產品翻轉裝置、堆垛裝置、推出裝置和壓縮裝置；包裝單元主要包括供袋裝置、開袋裝置和封口裝置。

圖1 紙尿褲包裝機

3 包裝單元組成與工作原理

3.1 包裝單元結構與組成

包裝單元主要由機架、推送裝置、供袋裝置、開袋裝置、封口裝置組成。供袋裝置裝有等待打開的一摞摞包裝袋，每摞包裝袋對應一個工位，一般有5個工位，用1備4；開袋裝置負責將包裝袋進行開口操作，以便推送裝置將壓縮后的紙尿褲或拉拉褲等一次性衛(wèi)生用品推入到包裝袋中；為滿足生產速度要求，推送裝置一般有兩個，來回交替做往返運動，將產品推入到包裝袋后，繼續(xù)將其推至封口裝置處；封口裝置將包裝袋封口并排出至下一工位。

開袋裝置主要包括吸袋和撐袋兩個功能裝置。吸袋裝置主要是靠空氣負壓，吸住袋子的上邊緣，之后向上運動，使得袋子上下能夠張開，如圖2所示。等包裝袋上下開口后，撐袋裝置進入包裝袋，從內部撐住包裝袋的四個角，使得包裝袋開口呈矩形，以方便后續(xù)產品的進入，如圖3所示。

圖2 吸袋示意圖

圖3 撐袋示意圖

3.2 包裝單元工藝流程

紙尿褲等一次性衛(wèi)生用品的包裝過程可分為“供袋”、“開袋”、“推送”、“進袋”、“封口”五個工序。

“供袋”主要負責將預先放置好的包裝袋送到“開袋”工位。當包裝袋被送至“開袋”工位后，“開袋”裝置將其打開，使得包裝袋開口呈矩形狀，等待產品的進入?！巴扑汀毖b置將壓縮后的產品推入包裝袋，因為包裝袋開口呈矩形，產品能方便地被推入包裝袋中。在推送過程中，產品被推入至包裝袋后，“推送”裝置并不停止，而是繼續(xù)將其推送至“封口”處。之后，“推送”裝置退出返回，“封口”裝置將包裝袋進行封口。其工藝流程如圖4所示。

圖4 包裝單元工藝流程

包裝袋在“開袋”工位開口的好壞，會影響后續(xù)生產工序的質量，特別是如果出現(xiàn)包裝袋開口不整齊、左右不對稱等現(xiàn)象，會影響包裝封口后兩側插角的整齊性。更進一步，如果包裝袋開口不順暢，會導致產品無法進入包裝袋，在該處出現(xiàn)堵料現(xiàn)象，輕者引起停機影響生產的連續(xù)穩(wěn)定進行，重者甚至會損壞設備。因此，研發(fā)可靠的紙尿褲包裝機“開袋”裝置，對于提升整套紙尿褲包裝機的生產穩(wěn)定性具有重大意義。

4 傳統(tǒng)開袋裝置存在的問題及原因分析

4.1 開袋詳細過程[5]

開袋主要分吸袋和撐袋兩個過程。在吸袋裝置將包裝袋吸開之前，撐袋裝置如圖5（a）所示呈縮回狀態(tài)。當吸袋裝置將包裝袋吸開之后，撐袋裝置在驅動裝置作用下沿著箭頭方向運動，進入到包裝袋內部，之后撐件左下、撐件左上、撐件右下、撐件右上在另外一個驅動的作用下全部打開，撐緊包裝袋，如圖5（b）、圖3所示。

圖5 （c） 撐袋裝置（縮回狀態(tài)局部詳圖）

圖5 （a） 撐袋裝置（縮回狀態(tài)）

圖5（b）撐袋裝置（撐開狀態(tài)）

撐袋裝置中，撐件左上、撐件左下為一組，撐件右上、撐件右下為一組，左側與右側的撐件為對稱關系，現(xiàn)以左側撐件說明詳細的撐件打開過程。如圖5（c）所示，撐件左下1、撐件左上2可以繞縱向旋轉軸6旋轉，同時，撐件左上2還可以繞橫向旋轉軸7旋轉。當推桿10在驅動裝置的作用下，使得縱向旋轉軸6旋轉時，撐件左下1跟隨縱向旋轉軸6旋轉，由閉合狀態(tài)變?yōu)榇蜷_狀態(tài)；撐件左上2因為擺臂8、連桿9的作用，不僅饒縱向旋轉軸6旋轉，還同時繞橫向旋轉軸7旋轉，撐件左上2也由閉合狀態(tài)變?yōu)榇蜷_狀態(tài)。之所以讓撐件左上2同時讓兩個軸旋轉，是因為撐袋裝置在縮回狀態(tài)時，左上撐件和右上撐件的頭部要低于尾部，以便能順利地進入包裝袋。

4.2 存在的問題

按此種工藝流程，產品進入包裝袋后，兩側的產品會滯后于中間的產品，如圖6所示。包裝袋開口處兩側產品不整齊，會影響后續(xù)的封口工藝。為了避免封口時壓住產品，導致封口不牢，封口線往往會靠近包裝袋的矩形開口，一方面會導致封口的產品在包裝袋中松松垮垮，另一方面會增加包裝袋的長度尺寸，引起浪費。

圖6 進袋產品兩側不整齊

4.3 原因分析

進入包裝袋的產品兩側不整齊，而中間部分均整齊一致，應該是兩側的產品在被推送進入包裝袋的過程中，與中間產品受到的與前進方向相反的摩擦力不同所致。撐件左上與撐件左下在撐開時，中間存在一個縫隙，此縫隙會阻礙產品進入包裝袋。

因為產品是在碼垛單元被壓縮后進入包裝單元的，當產品被壓縮前后的尺寸變化越大，產品越有向兩側膨脹的趨勢，當被壓縮的產品在撐袋裝置的前導向板內側進入撐件區(qū)域時，如圖5（b）所示，由于撐件左上與撐件左下之間縫隙的存在，導致最左側的產品突然受到一個摩擦力的作用，該摩擦力阻礙了產品進一步進入包裝袋的趨勢，雖然由于推送裝置的作用，兩側的產品最終能進入包裝袋，但紙尿褲、拉拉褲等一次性衛(wèi)生用品的原材料主要為非織造布，產品柔軟，因此最終導致兩側的產品不整齊。

5 開袋裝置的改進

5.1 改進原理分析

由以上分析可知，兩側產品不整齊的原因，是上撐件與下?lián)渭g的縫隙，對兩側產品進入包裝袋起到了阻擋作用，解決這種問題最好的辦法是去除該縫隙。

如圖7所示，如果將左、右兩側的上撐件與下?lián)渭謩e合并成一個撐件，就能消除上撐件與下?lián)渭g的縫隙，從而解決兩側產品進入包裝袋后不整齊的問題。

圖7 撐袋裝置新思路

5.2 改進后的工藝流程

如圖8、9、10、11、12所示，以產品前進方向為Y軸，袋子張開的方向為Z軸。

①包裝袋4在預定工位，等待吸袋裝置3將包裝袋開口打開。此時，左撐件1和右撐件2沿X軸方向相互靠近，并沿Y軸方向縮回，如圖8所示。

圖8 開袋工藝流程1

② 吸袋裝置3沿Z軸方向向下運動，到達包裝袋4后，內部負壓打開，因為負壓的存在，吸袋裝置3能牢牢吸住包裝袋4的上側，如圖9所示。

圖9 開袋工藝流程2

③吸袋裝置3沿Z軸方向向上運動，包裝袋4上側被拉開，并且，吸袋裝置3的運動距離要滿足左撐件1和右撐件2能沿Y軸方向進入包裝袋4內部，如圖10所示。

圖10 開袋工藝流程3

④ 左撐件1和右撐件2沿Y軸同時進入包裝袋4內部，此時，吸袋裝置3仍然吸住包裝袋4的上側，如圖11所示。

圖11 開袋工藝流程4

⑤ 左撐件1和右撐件2沿X軸做背離運動，將包裝袋4的兩側撐緊，此時吸袋裝置3已經脫離包裝袋4的上側，如圖12所示。

圖12 開袋工藝流程5

⑥ 產品被推送至包裝袋4內部，然后左撐件1和右撐件2同時沿X軸、Y軸回到初始位置。

如此反復過程①～⑥，產品即能不斷地被推送至包裝袋4內部，且不會引起兩側產品的不整齊。

5.3 開袋裝置的詳細設計

某紙尿褲碼垛機開袋裝置布局如圖13、圖14所示。左撐件1、右撐件2通過連接件分別固定在橫移導軌7的兩個滑塊上，連接件同時與同步帶3相連，通過橫移驅動5的作用，使得左撐件1和右撐件2能沿著橫移導軌7做相向運動或背離運動。前進導軌6與橫移導軌7呈十字交叉分布，使得左撐件1、右撐件2及相應的橫移驅動5、橫移導軌7等整體能同時沿著前進導軌6運動。

圖13 開袋裝置結構1

圖14 輔助支撐布局

左撐件1和右撐件2沿著前進導軌6運動的驅動為曲柄滑塊機構，如圖14所示。前進驅動7上裝有擺臂5，擺臂5與連桿4相連，連桿4又與球形軸承3相連，球形軸承3連接在橫移導軌的底座上。

通過橫移驅動與前進驅動的相互配合，即能滿足前述開袋的工藝流程。

6 結束語

通過將撐袋裝置的左、右兩側上撐件與下?lián)渭謩e合并成一個撐件，能消除上撐件與下?lián)渭g的縫隙，從而解決兩側產品進入包裝袋后不整齊的問題。經測試，該種方案可在600m/min的生產速度下穩(wěn)定生產，較傳統(tǒng)張袋方式能將產品入袋不整齊現(xiàn)象減少約70%，市場前景廣闊。