０　 引言

自動包裝機是指能完成全部或部分包裝過程的機器 ［１］ 。包裝過程包括成型、 充填、 封口和包裹等主要包裝工序以及清洗、 幹燥、 殺菌、 貼標、 捆紮、 集裝和拆卸等前後包裝工序， 轉送、 送別等其他輔助包裝工序。茶葉自動包裝機是專為茶葉成型或者類似商品包裝而設計的包裝機械， 其基本工藝過程是：包裝膜經袋成型器後變成對折狀， 裹著塊狀包裝物經牽引輪及中縫加熱輪完成縱封過程， 經封切器完成橫封過程並切斷， 最後由輸送帶送出。

橫封是茶葉自動包裝過程中的一道重要工序，它通常位於縱封工序的後麵， 作用是使茶葉經過縱封的袋子橫向密封並切斷。而茶葉自動包裝機的橫封動作通常是有橫封機構來完成的， 隨著包裝機運行速度的提高， 對橫封機構的運動學和動力學進行分析， 對機構設計與校驗是非常必要的。

根據上述要求利用 Pro／Ｅ進行三維建模， 再通過MECHANISM ／ Pro接口導入 ADMS中進行參數化設計和運動學、 動力學仿真， 從而能夠快速的設計出產品加工所需要的重要數據。

１　 橫封機構的設計

橫封機構是將縱封機構熱封後的包裝材料， 按其工藝要求的長度規格進行橫向封合的機構。包裝的封口是包裝工藝必不可少的環節。封口的好壞會直接影響包裝產品的外觀質量和保質期。因此包裝質量在很大程度上市取決於封口的質量。所以對於橫封機構的改進是非常重要的。根據實現功能和運動形式的不同， 間歇式橫封機構可以分為兩大類： 一類隻作封口用， 即隻有間歇的橫向往複運動； 另一類兼具熱封合和牽引兩種功能， 即除橫向的往複開合運動， 還完成往複的間歇牽引運動 ［２］ 。

２　 基於Pro／Ｅ的三維建模

零部件的三維建模技術， 是建立裝配模型與虛擬樣機模型的基礎， 利用 Pro／Ｅ 軟件作為虛擬樣機裝配的平台， 它強大的三維零件模型功能使得可以通過快速而準確且更加直觀的建立各零部件的模型 ［３］ 。

茶葉製袋充填包裝機橫封機構及其傳動機構的機械係統總共包括氣缸機構、 驅動機構、 傳動機構、拉杆機構、 橫封塊機構和機架 ［４ ］ 。在裝配過程中根據係統的各功能單元所實現的功能不同， 將整個係統劃分為氣缸機構、 驅動機構、 前橫封機構、 後橫封機構和機架 ５個組件子裝配， 然後整體裝配以完成整個係統的裝配。根據前述層次結構， 經過裝配順序、 裝配約束、 初次裝配及轉配更改， 最終形成圖 ２所示的虛擬裝配結構。
 

３　 參數化建模與分析

為了確定驅動臂和搖臂之間的夾角 θ 對橫封機構工作性能的影響， 在 ADAMS中建立如圖３所示的參數化模型後， 確定驅動臂和搖臂之間的夾角 θ為設計變 量， 設 置 夾角 θ＝１０° ， ２０°，３０°，４０°，５０°，６０°，７０°，８０°，９０°， 1００°分別進行仿真分析。為滿足工作需求（ 即前後橫封塊間距離Ｌ保持在１２２～２５0之間），給定的驅動方程亦有相應的改動，主要是通過改動 β 的值來實現。

通過對在不同夾角 θ 和相應的 β 值下的機構進行仿真分析， 測得前後橫封塊之間的距離 Ｌ 的曲線圖。

 前後橫封塊之間的距離 Ｌ 在規定的範圍內， 說明了橫封機構的仿真符合生產實際， 達到了預期的工作要求。

４　 橫封機構的仿真分析

在Pro／Ｅ中將其實體模型裝配好， 然後通過ＭＥＣＨＡＮＩＳＭ／Ｐｒｏ接 口 模塊導入ADAMS 軟件中。茶葉製袋充填包裝機的運動學仿真主要是通過給定氣缸的運動規律， 驗證設計的包裝機結構是否能滿足工作要求， 達到預定的運動狀態， 成功地完成封口作用 ［５］ 。同時， 檢測包裝機機構中各鉸鏈和各部件的運動軌跡是否合理以及結構設計是否正確，使設計的機構不會發生幹涉、 碰撞等問題， 以期實現最優設計。

在ＡＤＡＭＳ中， 給定茶葉製袋充填包裝機的氣缸運動方程是關於其活塞杆做活塞運動時的驅動方程， 總共設置了２個周期的方程。

活塞杆驅動方程如下：

Tra　Ｘ disp（time） ＝０ ；Tra　Ｚ　disp（time） ＝０ ；

Tra　Ｙ disp（time） ＝ IF（ ２－ＴＩＭＥ ：（0.6－ＤＩＭ（２．６ ，TIME）－Ｄ ＩＭ（ＴＩＭＥ，２．６）＋ＤＩＭ（ＴＩＭＥ ，３．２））＊β，０，（０.６－ＤＩＭ（０.６ ， ＴＩＭＥ）－ＤＩＭ（ＴＩＭＥ，０．６）＋ＤＩＭ（ＴＩＭＥ，１．２））＊β）

在ＡＤＡＭＳ／Ｖｉｅｗ中進行２周期４s２００步的仿真。
 

 表明各構件在運動過程中能夠承受相應的負載， 說明茶葉製袋充填包裝機的機構模型能夠滿足工作需要。同時， 相比較其他的包裝機構， 所受到的力或力矩較小， 表明設計的機構性能好。

５　 結束語

對茶葉包裝機的橫封機構進行理論分析與設計及動力學仿真， 結果表明， 所設計的橫封機構能夠實現基本功能， 同時其工作性能好、 效率高。整個機構的設計與仿真利用虛擬樣機技術進行， 過程簡單， 縮小了機械傳動的分析工作量， 提高了機械傳動的設計效率， 是今後機構設計的發展方向。

參考文獻 ：

［１］ 許林成 ．包裝機原理與設計［ Ｍ ］ ． 上海： 科學技術出版社， １９８８．

［２］ 湯  瑞 ．輕工自動機［ Ｍ ］ ． 上海： 上海交通大學出版社，１９８６．

［３］ 詹啟賢 ．自 動 機 械 設 計 ［ Ｍ ］ ． 北京： 輕工業出版社，１９８ ７．

［４］ 編寫組． 包裝機械結構圖冊［ Ｍ ］ ． 上海： 科學技術出版社， １９８１．

［５］ 喬峰麗 ．包裝機橫封機構仿真研究 ［ Ｊ ］．包 裝工程，２０８ ，（１）：７５－７６．

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