2.3.4 卷封机械

第一节 卷封的基本原理及机
构的设计
第二节 卷封机构的运动设计 Nhomakorabea则 富 强 不 足 谋 也 。
百 事 举 矣 ，
则 百 事 俱 举 ；
人 既 尽 其 才 ，
第七章 卷封机械 第一节 卷封的基本原理 一、刚性、半刚性容器的几种封口形式 前已述及,采用柔性材料包装物品,除手工袋装以外,多在 有关设备的封口工位上完成粘封或热封,不需另设封口机。 而采用刚性、半刚性包装容器(如金属罐、玻璃瓶、塑料 瓶等),在完成物品的灌装、充填之后,一般需借助相应的封 口机械进行封口,以使产品得以密封保存,并便于流通、销 售和使用。 根据刚性、半刚性容器的种类及其对产品的密封要求, 常见的封口形式大体上有下列几种,如图7.1所示(前四种属 于有封口材料的封口)：
图7.7 GT4Bl型卷边封口机卷封机构原理图 1,2,3,4-齿轮,5-轴套,6-封盘,7-偏心套筒,8-头道 卷边滚轮 9-二道卷边滚轮,10-滑键
图7.8 GT4B2型卷边封口机卷封机构原理理 l,2,3,4-齿轮,5-中心齿轮,6-行星齿轮,7-封盘,8偏心销轴 9-头道卷边滚轮,10-二道卷边滚轮
二、马口铁罐的卷边封口 (一)二重卷边的形成过程 使罐体与罐盖的周边牢固地紧密钩合而形成的五层(罐盖三 层、罐体两层)马口铁皮的卷边缝的过程,称作二重卷边。为 了提高罐体与罐盖的密封性,在盖子内侧预先涂上一层弹性胶 膜(如硫化乳胶)或其它填充材料。二重卷边大都采用滚轮进 行两次滚压作业来完成。第一次作业又称头道卷边,如图7.4 所示。在未卷边前的位置如实线所示,头道卷边结束后则如 虚线所示。开始时,头道卷边滚轮首先靠拢并接近罐盖,接着 压迫罐盖与罐体的周边逐渐卷曲并相互逐渐钩合。当沿径向 进给3.2mm左右时,头道卷边滚轮立即离开,其时二道卷边滚 轮继续沿罐盖的边缘移动,如图7.5所示。二道卷边开始位置 如图(a)示,结束位置如图(b)示。二道卷边能使罐盖和罐体 的钩合部分进一步受压变形紧密封合,其沿径向进给量为 0.8mm左右。两次进给量共约4mm。
(2)行星齿轮偏心销轴作原动件 图7.8所示为GT4B2型卷边封口机的卷封机构原理图。 齿轮3、4在同轴齿轮2、1的带动下,以相同方向不同转速 分别带动中心齿轮5和封盘7转动。该封盘上均布着四只 行星齿轮6,与封盘一起绕中心齿轮公转。由于封盘与中 心齿轮存在速差,故形成差动轮系,遂使行星齿轮连同与 其固联的偏心销轴8在公转的同时又作自转,从而使与偏 心销轴铰支的卷边滚轮既能绕罐体作周向旋转,同时又能 产生径向进给运动。其中,两只头道卷边滚轮9和两只二 道卷边滚轮10,分别呈对称分布状态。
图7.3 GT4B2型卷边封口机卷封机构 结构图
1-长杆,2-压 架,3、35-压 帽,4-弹簧,5-滑 套,6、23、34螺帽,7-上顶 帽,8-机架,9-铜 套,10-导向 键,11-下顶 帽,12、14、 21-轴承,13、 15-齿轮,16-花 键轴,17-压头 轴,18-上盖,19托盘,20-顶 盘,22-中心齿 轮,24-调节蜗 轮,25-封盘 盖,26-行星齿 轮,27-小轴,28封盘,29-下 盖,30-卷边滚 轮,31-底 盘,32—铜 盘,33-滚针,36压盖杆,37-上 压头,38-花键 帽
由此可见头道和二道卷边滚轮的结构形状显然不同。通 常,头道卷边滚轮的沟槽窄而深,而二道卷边滚轮的沟槽 则宽而浅。
图7.4 头道卷边
图7.5 二道卷边
(二)卷边滚轮的运动分析
为了形成二重卷边缝,作为执行构件的卷边滚轮,相对于罐身 必须完成某种特定的运动。若卷封圆形罐,卷边滚轮相对罐身应 同时完成两种运动,即周向旋转运动和径向进给运动。 若卷封异形罐,卷边滚轮相对罐身应同时完成三种话动,即周 向旋转运动、径向进给运动和按异形罐的外形轮廓作的仿型运 动。 为使罐盖与罐体的周边逐渐卷曲变形,每封一只罐身卷边滚轮 需绕罐身旋转多圈(如GT4B2型的卷边滚轮每封一罐绕罐身转18 圈),而实际的有效圈数(从触及罐盖开始真正用于卷封工艺的圈 数)应由单位径向进给量来确定,一般取头道为每圈lmm左右,二 道为每圈0.5mm左右 。
若需调节上压头的高低 位置,可松开螺帽6,扳动 压头轴上端方头部分即 可。齿轮13经花健轴16、 花键帽38使封盘28旋转。 花键帽与封盘间为端面 凹凸联接, 只要松开螺 帽34、压帽35,就能方便 地取下封盘。齿轮15直 接与中心齿轮22成端面 凹凸联接,使中心齿轮以 不同于封盘的速度旋转。 卷封机构整个旋
(5)折叠封:将包装容器的开口处压 扁再进行多次折叠而使其密封。这 种封口形式主要用于半刚性容器, 如装填膏状物料的铝管等。通常折 叠封口后常需压痕,以增强其密封 效果。
为了可靠地实现上述各种形式的 封口作业,应根据具体条件适当地 选用相应的专用机械。限于篇幅, 本章仅着重阐述用于马口铁罐的卷 边封口机(即通常所说的封罐机)。 实际上,它已成为罐头食品工业的 重要生产设备之一。
图7.6 GT4B13型卷边封口机 卷封机构示意图 1-中心齿轮,2-行星齿轮,3-上转盘,4-摆杆
5-固定凸轮,6-卷边滚轮,7-上压头
8-下压头,9-下转盘
(2)罐体与罐盖绕轴自转,而卷边滚轮不绕罐作周向旋转。如 图7.6所示GT4B13型卷边封口机,罐体被紧夹在上、下压头7、 8之间,并由行星齿轮2带动自转,从而完成相对于卷边滚轮6的 周向旋转运动。这种结构虽较简单紧凑,但因罐体既有自转又 有公转,若用于实罐卷封则其内装的液料形成旋转抛物面,易 从罐口流出,从而限制了它的自转速度以及生产能力的提高。 为简化分析,暂不考虑罐身加盖及其公转等的影响,欲保证 内装液料不外溢,可根据流体力学的有关理论近似求出罐身的 最高自转转速 n max ,供设计估算参考,即 式中:
(1)偏心套筒作原动件
图7.7所示为GT4Bl型卷边封口机的卷封机构原理图。齿轮3、 4在同轴齿轮2、1的带 动下,以相同方向不同转速分别带动 偏心套筒7和轴套5转动。轴套5又通过滑键10带动封盘6一 起转动。封盘上装有头道卷边滚轮8和二道卷边滚轮9。由 于封盘与偏心套筒有速差,使得封盘上的卷边滚轮相对于转 轴(即罐体中心线)的距离不断变化,从而使卷边滚轮 也产生了相应的径向进给运动。
本机的传动系统为电动机经三角带驱动主传动轴,经蜗杆— 蜗轮驱动垂直分配轴,经螺旋齿轮驱动两对差动齿轮(即图 7.2中件5、6),进而使卷封机构完成卷封运动。垂直分配轴 下端再经螺旋齿轮驱动与水平分配轴相连的罐体、罐盖供 送机构及六槽转盘。托罐盘与压盖杆的运动则分别由垂直 分配轴的下、上糟凸轮控制。在垂直分配轴上端的蜗轮处 配置一安全离合器,一旦出现卡罐等故障,则会使两分配轴停 止运转。另外,从动三角带轮与主分配轴之间采用摩擦片传 动(图中未示),它对整机起超载保护作用。 图7.3更详细地表示了该机卷封机构的结构,长杆 1的下端与压盖杆36钩形联接,必要时便于更换。 压架2、压帽3分别与长杆l、滑套5固连,滑套由 凸轮机构(图中未示)控制作上下运动。弹簧4的 作用前已叙述。压头轴17由下顶帽11、上顶帽7、 铜套9支承在机架8上,使上压头37固定不动。
图7.9 GT4B6型卷边封口机卷封机构 原理图 l,2,3,4-齿轮,5-头道共额进给凸轮,6-二 道共扼进给凸轮 7-头道进给凸轮,8-二道进给凸轮,9-封 盘,10-摆杆 11-头道卷边滚轮,12-二道卷边滚轮
其中5、6分别为头道、二道的共扼进给凸轮,7、8分别为头 道、二道的进给凸轮。封盘上对称安装着一对头道卷边滚 轮11和一对二道卷边滚轮12。由于封盘与凸轮有速差,凸轮 就通过摆杆10驱动卷边滚轮作径向进给运动。 ②端面凸轮 直动从动杆结构 图7.10所示为GT4B7型卷边封口机的卷封机构原理图。 该机共有四组卷封机构,图中除中心轴14、中心齿轮1和大 转盘6外,仅表示了一组卷封机构。其中行星齿轮2由大转盘 6带动绕中心轴14公转,在旋转轨道旁装一固定端面凸轮4,控 制从动杆5作上、下往复运动,从而使轴套7沿滑键3也作上、 下往复运动。通过凸轮斜块9控制摆杆10摆动,从而使卷边 滚轮12完成径向进给运动。由于中心齿轮1与大转盘6之间 存在速差,因此卷边滚轮又能完成绕罐的周向旋转运动。
(三)卷封机构的结构类型
两道卷边滚轮相对罐身所作 的卷边运动是由卷封机构来 实现的,由于实现这种运动有 多种组合方式,因而出现不同 结构的卷封机构。
1.完成周向旋转运动的两 种结构形式
(1)罐体与罐盖被固定不动, 卷边滚轮绕其旋转。目前的 卷边封口机大都属于这种结 构形式,如GT4B2型卷封口机 等。
图7.1 刚性、半刚性容器的几种封口形式
(1)卷边封:将翻边的罐身与涂有密封填料的罐盖内侧周边互 相钩合、卷曲并压紧而使容器密封。这种封口形式主要用 于马口铁罐、铝罐等金属容器以及新近开发的复合罐。 (2)压盖封:将内侧涂有密封填料的外盖压紧并咬住瓶身或 罐身而使其密封。这种封口形式多用于玻璃瓶与金属盖组 合的容器,如瓶装啤酒、瓶装酱菜等。
图7.2 GT4B2型卷边封口机示意图
l-压盖杆,2-套简,3-弹簧,4-上压头固定支座,5、6-差动齿轮
7-封盘,8-卷边滚轮,9-罐体,10-托罐盘,11-六槽转盘,12-盖 仓13-分盖器,14-推盖板,15-推头
图7.2所示为国内目前通用的GT4B2型卷边封口机的示 意图。充填有物料的罐体,借装在推送链上的等间距推 头15间歇地将其送入六槽转盘11的进罐工位(Ⅰ)。盖仓 12内的罐盖由连续转动的分盖器13逐个拨出,并由往复 运动的推盖板14有节奏地送至进罐工位罐体的上方。接 着,罐体和罐盖被间歇地传送到卷封工位(Ⅱ)。这时,先 由托罐盘10、压盖杆l将其抬起,直至固定的上压头定位 后,用头道和二道卷边滚轮8依次进行卷封。然后,托罐盘 和压盖杆恢复原位,已卷封好的罐头降下,六槽转盘再送 至出罐工位(Ⅲ)。为了避免降罐时的吊罐现象,在压盖杆 1与移动的套筒2间装有弹簧3,以便降罐前给压盖杆一定 预压力。由于卷封工位没有孔道与真空稳定器和真空泵 相通。因此,卷封作业可在真空状态下进行。