1前言1.1课题背景研究1.1.1国内袋成型充填封口机的发展现状袋成型-充填-封口机是量大面广的通用机械产品，该机采用各种塑料复合薄膜或单膜对块状、颗粒状、粉状、液态和粘稠物料等进行包装，能自动完成制袋、充填、封口、切断等全部包装过程，经过包装的商品可以防潮、防霉、防污染、防氧化，延长储存期。

袋成型-充填-封口机适用于各种塑料复合薄膜袋或铝箔复合薄膜袋，如聚酯/聚乙烯、尼龙/聚乙烯、聚丙烯/聚乙烯、聚酯/铝箔/聚乙烯、尼龙/铝箔/聚乙烯等复合材料，广泛应用于轻工、食品、药物化工等各行各业，目前在我国国产及出口产品包装中运用非常广泛[1~2]。

在食品行业，使用该类包装机包装食品非常普遍，各种固体物料如膨化食品、瓜子、糖果等，粉状物料如奶粉、食盐、味精、调味粉等，液态物料如牛奶、酱油、醋、果汁等各种各样的食品越来越多地采用这种自动包装，经过包装的食品保鲜期长，延长食品的保质期，并且提高了包装计量精度。

使用这种包装比起传统的手工包装更加卫生，避免对食品及药品等包装物料的二次污染，也在一定程度上抑制了粗制滥造，并且大大提高了生产效率[3]。

在化工、医药行业，很多药品、化学品采用这种自动包装，尤其是药品，GMP认证更是对自动包装有着强制性的规定，对片剂、粉剂以及颗粒状药品要求使用全自动包装，以杜绝污染。

在轻工五金等行业，洗衣粉、洗发液、洗涤剂以及越来越多的化妆品广泛地采用这种包装方式，各种五金、电子元件也开始使用这种包装，这种方式也体现了现代化生产水平。

该种机器有各种规格的产品，有大袋、重袋包装机、有中型包装机，也有小袋包装机。

计量方式有电子秤式、容积式，包装物料的不同可以分为液体、颗粒、粉末等类型的包装机。

袋成型充填封口机从八十年代开始，通过采用国际标准和吸收国外先进技术特点，在标准水平、设计制造技术和产品质量方面都有了较大的提高。

一些企业的产品质量达到或接近国外同类机器的先进水平。

随着我国经济的迅速发展，袋成型充填封口机的使用量和生产的企业数在逐年增加，但近几年来，私营企业在迅速增加且逐渐占领市场，价格与市场竞争激烈。

国营企业因外部环境变化和管理原因而处于相对困难的境地，市场占有率逐步减小，产量也相对萎缩[4]。

目前此种机器在国内的生产量较大，在各类包装机械产品的产量名列前茅，并且小型机的产量在该种包装机中所占份额尤其大，国外这种小型机产量不大，由于中国产品价格便宜，目前大量出口世界各地，尤其是东南亚等地的需求量更大[5~6]。

1.1.2袋成型充填封口机的包装袋材质及工作原理袋成型充填封口机是用柔性材料制成的包装袋，将粉状、颗粒状、流体或半流体等物品装入其中，然后进行排气(或充气)、封口，以完成产品包装的工艺过程。

制袋用的柔性材料，如纸、蜡纸、塑料薄膜及其复合材料等，即有良好的保护物品的性能，又有质轻、价廉、易印刷、易成型封口、易开启使用、易被处理等特性，因而所制成的袋装产品轻巧、美观、体积小而受人喜爱，是软包装产品中的重要组成部分。

其中尤以塑料薄膜及其复合材料的使用较广，发展最为迅速。

特别六十年代以来，石油化学工业的高速发展，为软包装提供了丰富多样的柔性包装材料，再加上塑料薄膜具有独特的良好的热封性、印刷性、透明性、防潮防气性等，致使袋装软包装新产品更是层出不穷。

内装物由最初的散粒体发展到胶体、液体、气体和大块状的固体，与此同时，也促进了袋装机不断地更新与发展，我国自六十年代初从国外引进样机，发展到近年来己能自己设计、制造多种袋装设备[7~8]。

用塑料薄膜及其复合材料制成的包装其形式较多，袋形及其大小主要取决于被充填物料的性质、容量、包装材料的性能、制袋封口方法及使用要求等[9]。

袋成型充填封口机的分类如图1-1所示：图1-1 袋成型充填封口机的分类Fig.1-1 Classification of bag forming filling sealing machine据调查，现有袋成型—充填—封口包装机存在以下问题：（1）包装精度低目前我国此类包装机械的包装精度(计量精度)均在±2％～±3％之间．有的还在±3％以上，而国外同类殴各的包装精度都在±1％以内，而且稳定可靠。

（2）包装速度低目前国产包装机的包装速度，小袋包裟在60～120袋／分之间，包装速度超过80袋／分时包装质最将下降：中袋包装为35～60袋／分。

国外设备的包装速度已达到小袋包装为1200袋／分，中袋包装为160袋／分。

（3）封口质量难以保证。

由于塑料包装材料与被包装物之间的静电作用，在塑料袋内壁上会吸附细小的被包装物粉粒，若不除去会造成横封口处封口不牢，严重影响包装袋封口质量。

横封机构运动形式的不合理，将导致封口质最问题[10~11]。

1.2 DXDK型设备简介本课题研究对象是华丰公司生产的DXDK颗粒包装机。

清华大学华丰公司（全称北京清桦华丰科技股份有限公司）成立于1988年4月。

是清华控股有限公司旗下87家企业之一。

清华华丰公司是一家集包装机、太阳能热水器、高效采暖炉等产品生产、销售及售后服务于一体的综合型企业。

公司资产2000多万元，年营业额超5000万元，员工100多人。

其中具有大专或中级职称及以上学历的员工60多人，高级工程师、教授、博士等15人。

公司拥有专利、特种技术、独家发明等50多项。

“清华华丰”、“清华”均为公司注册商标，无形资产超过3000多万元。

本公司已通过ISO9001：2000质量体系论证。

图1-2为DXDK的外观图，图1-3为结构图。

图1-2 DXDK型颗粒自动包装机Fig.1-2 DXDK type automatic granule packing machine1-滚筒；2-控制板；3-光电头；4-切刀；5-料斗；6-控制杆；7-刮平器；8-计量盘；9-下料门10-制袋器；11-热风器；12-滚轮图1-3 DXDK型颗粒自动包装机结构图Fig.1-3 DXDK automatic granule packing machine scansDXDK袋成型—充填—封口机工作原理为卷筒薄膜经滚筒1和控制板2张紧后，经光电头3、刮平器7，通过象鼻式制袋器10成型，物料通过料斗5下料，经过计量盘8和下料门9后进入袋内，“L”型热封器热封完成后，拉膜由滚轮12完成，薄膜下移一个袋距后滚轮12分开，切刀4完成切断。

设备参数的主要参数如下：产品型号：DXDK80/60C品牌；整机重量：170kg；电源：380/220V；计量范围：3-6.3ml；制袋尺寸：长90mm，宽70mm。

容积式颗粒自动包装机DXDK型80/60C该机用于包装农药、兽药、种子、中药、饲料、干燥剂、盐、味精、汤料、茶叶等以及自由流动颗粒产品。

可更换的容积杯和精确控制，使产品的包装及可靠又实用。

容积式包装机具有快捷、准确、经济、实用的优点。

通过改变热结构，包装袋可制成三边封、四边封、枕形封等形状。

用户还可以选择不锈钢箱体或普通钢材箱体。

技术特点：（1）操作方便，运行稳定可靠。

（2）步进电机控制拉袋系统，制袋精度高。

（3）定袋停机，停机后热封模具自动处于张开状态。

（4）全自动跟踪色标，自动完成包装袋的定位、定长。

1.3课题的提出本课题主要针对DXDK袋成型充填封口机的计量装置和热封装置来进行改进。

将原固定量杯装置改进为可调式量杯计量装置，增大计量范围，并通过微调机构保证计量精度。

将原有热封凸轮、弹簧传动装置改进为曲柄、滑块驱动，简化的传动机构，并通过四连铰链手爪设计，将原有的弧线的热封改为直线热封，提高热封强度。

2计量机构的改进2.1原计量装置的工作原理DXDK 袋成型充填封口机的原计量装置是通过主转轴驱动定量杯转盘，转盘下方通过开启圆销和闭合圆销控制底部挡板的开启闭合，原计量装置的结构如图2-1所示。

1-料斗；2-粉罩；3-量杯；4-活门；5-粉袋；6-闭合圆销；7-开启圆销；8-下料闸门；9-刮板；10-护圈；11-转盘主轴；12-圆盘图2-1 量杯式充填机Fig.2-1 The measuring cup type filling machine量杯式充填机是采用定量的量杯量取产品并将其充填到包装容器内的机器。

适用于颗粒较小且均匀的物料[12]。

物料经供料斗1靠重力落到计量杯内，圆盘口上装有数个(图中为4个)量杯和对应的活门底盖4．圆盘上部为粉罩2。

当主轴11带动圆盘12旋转时，粉料刮板9(与供料斗1固定在—起)将量杯3上面多余粉料刮去。

当量杯转到卸料工位时，开启圆销7推开定量杯底部活门4，于是量杯中的物料在自重停用下充填到下方的容器中去。

该装置是容积固定的计量装置。

其定量不能调整，若要改变定量，则要更换量杯。

本课题将原有固定量杯计量方法改为可调容量式计量方法。

2.2改进方案2.2.1计量容积的改进原计量容积V1是由两个空心圆柱组成的，计算如下：()ml R V V 6114.32222201=⨯⨯===π可调容量式充填机是采用可随产品容量变化而自动调节容积的量杯量取产品，并将其充填到包装容器内的机器。

可调容量是充填机容积V2是由两个可以上下移动的空心圆柱组成的，计算如下：)(6).(18.6331212mlVVmlVVMINMAX===⨯==改进的可调式量杯的计量参数：计量范围：6~18（ml）、充填精度：0.5-2（%）。

可调容量式计量由固定量杯和移动量杯组成，分上下两部分。

通过调节机构可以改变上、下量杯的相对位置，实现容积微调。

微调可以自动进行，也可以手动进行。

计量精度可达2%一3%。

自动调整信号是通过对最终产品的重量或物料比重的检测来获得的。

a、量杯主视图b、量杯俯视图a、Measuring cup main viewb、Measuring cup top view图2-2 量杯建模图Fig.2-2 Measuring cup modeling diagrams2.2.2计量精度的控制此处可调容量式充填机计量的精度由螺栓手柄控制，如图2-2所示。

图2-2 螺栓手柄控制机构Fig2-3 The bolt handle control mechanism其原理为螺栓和螺母通过穿孔固定计量盘的上下移动。

2.2.3改进机构的相关视图使用Pro/E软件可导出机械三视图，微调螺栓机构的三视图，如图2-3所示。

图2-4 螺栓手柄控制机构三视图Fig.2-3 The bolt handle control mechanism three views3 横封机构的改进3.1原横封机构的工作原理接通电源，各机构开始工作，电热元件通电后加热，使左右加热快急剧升温，并通过温度控制系统调整到所需温度，导引辊转动，根据需要的冷却系统开始冷却，下方输送带送转、并由调速机构调整到所需速度，将产品送走，完成封口[13]。