環軌覆膜機包裝膜放膜系統設計

韓占華，金麗瓊，李小仨

（合肥通用機械研究院有限公司，合肥 230031）

0 引言

空氣中所含的氧氣、水蒸汽、灰塵等物質，通過物理、化學或生物反應，使得產品氧化、變質，生產出的產品需要與大氣環境隔離，才能得以良好的保存［1-2］。環軌式覆膜機實現了放膜、纏繞、覆膜、切膜的自動化和智能化，滿足現代化生產線大批量的連續生產要求，一系列包裝機、聯動機、輸送機、檢測裝置、儲存裝置等組合起來的自動化包裝生產線完成包裝作業［3］。

放膜設備為環軌式覆膜機的主要裝置，配合環軌式覆膜機的圓周、上下運動，自動完成薄膜的覆蓋、纏繞［4-5］。其主要應用在為外形規則的圓柱形產品（如銅卷、大桶奶粉、大桶化工品等）表面覆蓋薄膜的生產線或裝配線上，防止氧化，隔絕灰塵，確保產品清潔，不被污染［6］。

1 系統組成

放膜系統主要有放膜機構、傳動帶輪、放膜電機、電磁離合器、變頻器，接近傳感器和控制箱等構成，如圖1-2所示。具備自動放膜、調整速度，自動啟動、停止等功能，是環軌覆膜機的主要組成部分。

1.1 放膜機構

（1）驅動單元，包括放膜變頻器、變頻電機。放膜變頻器的信號輸入端與張力監測單元的距離傳感器信號輸出端相連，輸出信號驅動變頻電機。變頻電機通過傳動機構與送膜單元相連。傳動機構包括設在電機輸出端的同步帶輪、同步帶以及與同步帶輪同軸設置的小齒輪和與小齒輪嚙合的大齒輪。

（2）送膜單元，包括軸向平行設置的過渡輥、送膜輥筒、張緊輥。送膜輥筒通過上軸承和下軸承固定在機架的底座與平臺之間；變頻電機通過同步帶帶動與同步帶輪同軸設置的送膜輥筒轉動；送膜輥筒通過小齒輪帶動與大齒輪同軸設置的另一送膜輥筒轉動，大齒輪與送膜輥筒之間通過電磁離合器實現連通或松開。

（3）張力監測單元，包括設在送膜單元中間部分的凸輪以及在凸輪鄰近處設置的距離傳感器。距離傳感器輸出與放膜變頻器信號輸入連接。張緊輥通過支桿固定在凸輪中心，在凸輪中心還通過連接桿固定有放膜氣彈簧，放膜氣彈簧通過凸輪配合張緊輥做相應運動。距離傳感器、凸輪、張緊輥、放膜氣彈簧對放膜系統的張力進行檢測，使其始終保持膜張力的穩定。

凸輪呈橢圓形狀。沒有放膜時，放膜氣彈簧處于最大伸展狀態，距離傳感器離凸輪位置最遠；開始放膜后，膜被拉緊，相應拉動張緊輥，放膜氣彈簧隨張緊輥的移動被壓縮，凸輪旋轉，離距離傳感器更接近。

當凸輪和距離傳感器的距離到設定值時，距離傳感器的輸出信號傳輸至放膜變頻器，變頻器將距離信號轉換為頻率輸出信號啟動變頻電機。電磁離合器得電，使放膜單元中送膜輥筒帶動膜跟隨變頻電機運行。

1.2 存膜機構

存膜機構包括存膜輥筒、纏繞膜和對纏繞膜進行頂壓的壓緊單元。纏繞膜放置在存膜輥筒上。

壓緊單元由纏繞膜沿軸向進行壓緊的第一壓緊單元、對纏繞膜沿徑向進行壓緊的第二壓緊單元組成。

第一壓緊單元包括將纏繞膜固定在存膜輥筒上的膜卷上、下壓頭。膜卷上、下壓頭均通過軸承安裝固定。第一壓緊單元通過調節旋鈕，移動齒輪帶動齒條沿導向套調整調節軸的高度，以調節膜卷的壓緊力。

第二壓緊單元包括依次順連的剎車板、轉軸和存膜氣彈簧。存膜氣彈簧一端通過轉軸與剎車板連接，另一端固定，通過轉軸頂緊剎車板上的剎車片，以徑向壓緊纏繞膜。

圖1 放膜系統裝置圖（正視）Fig.1 Device picture of film releasing system（front view）

2 工作原理

如圖2，首先打開剎車板，把纏繞膜放置在存膜輥筒上，通過膜卷上、下壓頭壓緊，調節旋鈕移動齒輪，帶動齒條通過導向套調整調節軸的高度，來調節膜卷的壓緊力；然后合上剎車板，存膜氣彈簧通過轉軸頂緊剎車片，從而徑向壓緊纏繞膜。膜通過軸向平行設置的過渡輥、送膜輥筒、張緊輥依次送至夾膜棒處。

圖2 放膜系統裝置圖（俯視）Fig.2 Device picture of film releasing system（Top view）

未開始放膜時，放膜氣彈簧處于最大伸展狀態，距離傳感器離凸輪位置最遠。變頻電機、電磁離合器均處于失電狀態。

開始放膜后，變頻電機帶動放膜機構，膜被拉緊，拉動張緊輥，放膜氣彈簧被壓縮、凸輪旋轉。此時膜處于自由拉動狀態，變頻電機、電磁離合器仍處于失電狀態。

膜被越拉越緊，張緊輥在以凸輪中心為圓心，以支桿為半徑的圓周軌道上繼續移動。放膜氣彈簧再次被壓縮，凸輪繼續旋轉，離距離傳感器更接近，直至凸輪和距離傳感器的距離到設定值。

放膜變頻器判斷距離信號，并輸出頻率信號啟動變頻電機。變頻電機驅動同步帶輪，通過同步帶帶動次級同步帶輪及送膜輥筒轉動。由于電磁離合器得電后，大齒輪與送膜輥筒連通，送膜輥筒通過小齒輪帶動大齒輪及次級送膜輥筒轉動。因此送膜輥筒、次級送膜輥筒也跟隨變頻電機帶動膜運行。

存膜輥筒、送膜輥筒主動送膜后，膜的張力減小，在放膜氣彈簧作用下，張緊輥以凸輪為中心沿圓周方向往初始位置移動，凸輪和距離傳感器之間的距離變大，放膜變頻器判別接受到距離傳感器信號后，頻率降低，控制變頻電機速度降低。

在后續持續放膜的過程中，通過調整距離傳感器信號與頻率之間的關系，可以讓膜始終保持一定的張力，使膜既不被拉緊也不至于松散。

3 控制流程

需要覆膜的產品輸送至指定位置后，環軌覆膜機的放膜系統單元自動下降至產品中間覆膜位置，然后環繞覆膜機軌道做圓周運動，繞膜開始。夾膜裝置（固定位置不動）隨繞膜的圈數自動打開、關閉，釋放薄膜被夾的前端。

在初始放膜過程，薄膜拉動送膜單元中固定在凸輪中心的張緊輥，帶動連接桿的放膜氣彈簧，此時張緊輥與放膜氣彈簧被薄膜柔性自由拉伸［7］。薄膜拉力進一步變大時，放膜氣彈簧帶動凸輪轉動，距離傳感器檢測距離信號輸出至放膜變頻器。

放膜變頻器輸出啟動變頻電機。同時電磁離合器吸合得電后，送膜輥筒B就由變頻電機驅動，而不是在膜帶動的拉力下自由運行，保證放膜的穩定性。

放膜變頻器根據反映膜張力的距離參數調整控制變頻電機的轉速，從而控制放膜速率。放膜過程中，當放膜氣彈簧隨張緊輥壓縮時，其對膜有與出膜方向相反的作用力，防止張緊輥的進一步順移，使處于自由拉動狀態下的膜不被拉斷。

放膜速率的自動調整與放膜氣彈簧的柔性自由拉伸，可以讓膜始終保持一定的張力，在自動化程度較高的前提下提高放膜的可靠性。

繞膜、放膜完成后，放膜機構回轉到水平初始位置，夾膜裝置打開夾住薄膜，裝置上的加熱絲加熱切斷薄膜與膜卷的連接。放膜機構升起到垂直初始位置，同時纏繞完膜的產品被輸送去往覆膜區域外的安全區域。

4 結語

覆膜是包裝行業很重要的生產環節， 依靠人工難以快速有效地進行操作。環軌覆膜機是為冶金、化工、食品等行業包裝大型產品專門研制的專用設備，包裝膜放膜系統利用機械、氣動、電氣等技術，有效地解決覆膜機放膜的準確度低、速度慢、效率低等問題。系統結構緊湊、自動化程度高，使得環軌覆膜機操作使用方便，極大減少人工干預，降低勞動強度，提高生產效率［8-10］。