0引言
多功能袋包装是集制袋、充填、封口、分切于一体的包装机［1-2］。20 世纪 90 年代以来，随着包装材料的不断更新，商品的软包装领导着包装的主要潮流，多功能袋包装机得到了迅速发展。袋成型—充填—封口包装机作为一种高效的、优秀的软包装机械，适用于各种塑料复合薄膜袋和铝箔复合薄膜袋，在我国轻工、食品、药物、化工等行业的产品包装中应用非常广泛［3-4］。然而，目前此类包装机基本是以间歇式制袋充填包装的形式，包装的速度和产能受到很大限制，影响了包装效率和水平的发挥，急需开发高速高效的自动化包装设备，实现规模化生产［5-7］。
多功能袋包装机的包装工艺一般由制袋、开袋、充填、封口等工序组成，制袋完成后再分切成独立的单袋进入充填，充填装置通常需要停顿以便接袋、开袋及充填，这些停顿时间相对较长，限制了包装机的生产效率［8-9］。因此，研究设计适合连续多功能袋包装的包装袋形式及开袋充填方式，对于实现包装的连续高速化作业具有重要意义。
1连续回转式充填工艺方案研究
1.1连续包装袋
包装袋形式对制袋、开袋充填工艺有很大影响。多功能袋包装机主要用于小袋包装。在线制袋小袋的包装形式有很多，按袋的形状和成袋工艺主要分为枕形袋、四面封口袋、三面封口袋和直立袋。其中在卧式多功能袋包装机中， 以三面封口和四面封口制袋充填封口包装机为主［10］。
传统的卧式四面封袋成型 - 充填 - 封口包装机中，薄膜经制袋装置成型后由切断装置将其分切为一个个独立的未封口的包装袋，再由充填装置进行接袋、开袋、充填完成包装［11］。
单个包装袋进入充填装置后，接袋、开袋、充填等各动作都是针对单个包装独立完成，充填装置通常需要停顿以便接袋、开袋及充填，这些停顿时间相对较长，限制了包装机的工作效率。为解决这一问题，设计一种连续包装袋形式及其接袋、开袋，充填包装工艺方法，连续包装袋进入充填装置时的状态，所有的包装袋作为一个相互连接的整体。
1.2连续回转式充填工艺
如上所述，欲提高包装机生产效率，必需同时对多个包装袋同时进行充填。所有的包装袋作为一个相互连接的整体，包装袋一个接一个连续进入充填装置完成开袋、充填动作。借鉴饮料灌装生产线的运作形式，采用回转式开袋充填方式，在充填装置回转的过程中，完成开袋、充填动作。

图 1 所示为连续包装袋回转式充填工艺示意图，一个包装袋对应一个工位，I 为接袋位置， II 为开袋位置，III 为开袋完成位置，IV 为充填完成位置。制袋装置制成的连续包装袋经导向辊在位置 I 由接袋夹袋手夹持进入充填装置，夹袋手夹持连续包装袋绕主轴旋转，包装袋由位置 II 旋转到位置 III 的过程中由夹袋手和真空吸头协同完成开袋，开袋完成后充填头下降伸入袋内开始进行充填，包装袋随着主轴旋转过程中持续充填，到达位置 IV 时充填完成，然后由牵引装置牵引离开充填装置。
图2 所示为连续包装袋开袋充填工位分配图。传统的独立单袋开袋充填装置通常有 6 个或 8 工位，对于连续包装袋开袋充填，由于其整个过程是连续无停顿，必须充分保证其充填时间，借鉴饮料灌装生产工艺与装置，将连续袋开袋充填装置设计为 12 个工位，其中接袋部位 A、开袋部位 B 各占一个工位，充填部位 C 占 7 个工位，部位 D 占3 个工位用于夹袋手接袋准备和真空吸头开袋准备，各个工位紧密配合，连续工作。

在该连续包装袋开袋充填工艺中，包装袋在充填装置回转过程中连续完成接袋、开袋、充填动作，中间无停顿，减少了传统的卧式四面封袋成型 - 充填 - 封口包装机接袋、开袋及充填的等待时间，且包装袋是连续的，充填后可直接牵引后端的袋子来实现袋体的传送。包装袋充填完成后再进入封口装置进行封口，再由分切装置将其切断为独立的包装袋，大大提高了包装机的工作效率。
2开袋补偿技术研究
2.1开袋补偿技术方案
对于连续包装袋，包装袋在开袋的过程中将在长度和宽度方向上尺寸出现减小，尤其是袋口宽度方向尺寸的减小对开袋充填的同步性有很大影响。为消除这种减小量，需要在开袋前道或后道工序给予宽度补偿，由于旋转式开袋方式，开袋完成后需继续保持袋口形状以方便充填，后道工序不便给予宽度补偿，因此应在开袋过程中由开袋前道工序进行宽度补偿。图 3 所示为连续包装袋开袋前后的状态，连续包装袋开袋后在宽度方向出现减少，由开袋前道工序提供宽度补偿。

图 4 所示为连续袋开袋补偿工艺示意图，主轴旋转，连续包装袋由接袋夹袋手夹持依次进入充填装置接袋工位 A、开袋工位 B 及充填工位 C 以完成开袋充填，工位 A 和工位 B 协同完成开袋与补偿。

由于开袋造成包装袋宽度方向尺寸减少，必须给予补偿，因此接袋夹袋手除了随主轴旋转外， 还需通过额外的旋转拉扯后面的包装袋给予开袋补偿，即开袋夹袋手通过在活动槽内绕主轴中心额外旋转夹持连续包装袋由位置 I 旋转到位置 II 的过程中完成拉袋补偿，夹袋手由位置 II 旋转到位置 III 的过程中开袋完成，包装袋通过调整补偿辊的松放和角速度来提供所需补偿长度。
2.2开袋补偿参数分析
通过对拉袋补偿量与补偿时间之间关系进行参数分析，对于协调开袋与补偿及充填的同步性［12］，提高包装机生产效率具有重要意义。

由图 5 所示为连续袋开袋和补偿部分原理图，主轴以等角速度ω 0 作主动回转，ω 1 为夹袋手在位置 V 时夹袋手绕中心点旋转的角速度，ω 2为夹袋手在位置 I 时的角速度，ω 3 为夹袋手在位置 II 时的角速度。包装袋在位置 IV 充填完成后夹袋手松开包装袋到达位置 V，位置 I 为包装袋进入充填装置由接袋夹袋手夹住包装袋的初始位置，位置 II 为包装袋完全完成开袋时左侧夹袋手所处位置，夹袋手由 I 旋转到位置 II 的过程中，完成拉袋补偿动作。
夹袋手要实现拉袋补偿，则要求后面夹袋手旋转速度大于前面夹袋手旋转速度，实现差速补偿，因此需要给予后面夹袋手额外的动力，使夹袋手在 I 位置时已达到合适的速度。为满足这一要求，夹袋手需在位置 V 时开始加速，设其角加速度为β 1；在 I 位置时达到合适速度完成接袋，同时夹袋手到达位置 II 完成开袋后夹袋手速度与主转盘速度大小一致，则要求接袋夹袋手在 I 到II 的过程中减速旋转，设其角加速度为β 2。则有以下关系：

式中V0——充填夹袋手绕主轴旋转速度/m·s-1
V1——夹袋手在位置Ⅴ时速度 / m·s-1
V3——夹袋手在位置Ⅱ时速度 / m·s-1

设包装袋初始宽度为L1，开袋后包装袋宽度为L2，在图6所述开袋补偿方案中，实际包装袋宽度为夹袋手夹持长度d 与夹袋手外部包装袋部分宽度之和，开袋补偿量为包装袋初始宽度与开袋完成后包装袋宽度之差，即开袋补偿量为：

由公式（12）可知，连续包装袋开袋补偿量与主轴角速度、夹袋手接袋端额外补偿加速度及夹持端轨迹半径有关。实际上，在充填装置外径一定的条件下，环绕充填装置的连续袋的总宽度是确定的，因此这时其开袋补偿量与包装袋充填时所需开口大小有关。对于规格在一定范围内的包装袋，在保证生产速度的前提下，可通过适当调整活动槽7（见图 4）的活动范围来改变夹袋手在接袋端的活动位置，或调整夹袋手在接袋端额外补偿加速度大小来适应不同规格的包装袋的开袋补偿，以满足不同规格的包装袋充填时所需开口大小的要求。
通过对拉袋补偿量与补偿时间之间关系进行参数分析，对于后续充填装置的结构设计和空间布局具有参考作用，要顺利完成连续袋开袋充填动作，必须保证开袋与补偿、开袋与充填的同步性。
3结束语
本文基于卧式回转式充填结构，通过对连续包装袋的特性分析，详细研究了连续包装袋开袋及补偿的特点与要求，设计了连续包装袋开袋充填工艺及补偿技术方案，保证接袋、开袋及充填动作连续完成，减少了传统袋包装机中开袋充填的停顿等待时间，提高了袋包装机工作效率。对拉袋补偿进行了参数分析，探讨了开袋补偿量与补偿时间的关系，有利于协调实现开袋与补偿及充填动作的同步性。连续包装袋开袋充填工艺与补偿技术方案的.
 

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