節(jié)卷封的基本原理及機構(gòu)的設計第二節(jié)卷封機構(gòu)的運動設計第七章卷封機械人既盡其才，則百事俱舉；百事舉矣，則富強不足謀也。

卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!第七章卷封機械

節(jié)卷封的基本原理一、剛性、半剛性容器的幾種封口形式前已述及,采用柔性材料包裝物品,除手工袋裝以外,多在有關(guān)設備的封口工位上完成粘封或熱封,不需另設封口機。而采用剛性、半剛性包裝容器(如金屬罐、玻璃瓶、塑料瓶等),在完成物品的灌裝、充填之后,一般需借助相應的封口機械進行封口,以使產(chǎn)品得以密封保存,并便于流通、銷售和使用。

根據(jù)剛性、半剛性容器的種類及其對產(chǎn)品的密封要求,常見的封口形式大體上有下列幾種,如圖7.1所示(前四種屬于有封口材料的封口)：

卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!圖7.1剛性、半剛性容器的幾種封口形式

卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!(1)卷邊封:將翻邊的罐身與涂有密封填料的罐蓋內(nèi)側(cè)周邊互相鉤合、卷曲并壓緊而使容器密封。這種封口形式主要用于馬口鐵罐、鋁罐等金屬容器以及新近開發(fā)的復合罐。(2)壓蓋封:將內(nèi)側(cè)涂有密封填料的外蓋壓緊并咬住瓶身或罐身而使其密封。這種封口形式多用于玻璃瓶與金屬蓋組合的容器,如瓶裝啤酒、瓶裝醬菜等。(3)旋蓋封:將螺紋蓋旋緊容器口而使其密封。這種封口形式主要用于蓋子為塑料或金屬件,而罐身為玻璃、陶瓷、塑料或金屬件組合的容器,如瓶裝奶粉、牙膏管等。螺旋蓋容易開啟和密封,并能重復使用,應用相當廣泛。

(4)壓塞封:將內(nèi)塞壓在容器口內(nèi)而使其密封。這種封口形式主要用于軟木塞或塑料塞與玻璃瓶密封的容器,如瓶裝酒、瓶裝麥乳精等。因內(nèi)塞難以達到完全密封,通常還要輔以蠟封、旋蓋封或壓蓋封。卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!

圖7.2所示為國內(nèi)目前通用的GT4B2型卷邊封口機的示意圖。充填有物料的罐體,借裝在推送鏈上的等間距推頭15間歇地將其送入六槽轉(zhuǎn)盤11的進罐工位(Ⅰ)。蓋倉12內(nèi)的罐蓋由連續(xù)轉(zhuǎn)動的分蓋器13逐個撥出,并由往復運動的推蓋板14有節(jié)奏地送至進罐工位罐體的上方。接著,罐體和罐蓋被間歇地傳送到卷封工位(Ⅱ)。這時,先由托罐盤10、壓蓋桿l將其抬起,直至固定的上壓頭定位后,用頭道和二道卷邊滾輪8依次進行卷封。然后,托罐盤和壓蓋桿恢復原位,已卷封好的罐頭降下,六槽轉(zhuǎn)盤再送至出罐工位(Ⅲ)。為了避免降罐時的吊罐現(xiàn)象,在壓蓋桿1與移動的套筒2間裝有彈簧3,以便降罐前給壓蓋桿一定預壓力。由于卷封工位沒有孔道與真空穩(wěn)定器和真空泵相通。因此,卷封作業(yè)可在真空狀態(tài)下進行。卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!若需調(diào)節(jié)上壓頭的高低位置,可松開螺帽6,扳動壓頭軸上端方頭部分即可。齒輪13經(jīng)花健軸16、花鍵帽38使封盤28旋轉(zhuǎn)?；ㄦI帽與封盤間為端面凹凸聯(lián)接,只要松開螺帽34、壓帽35,就能方便地取下封盤。齒輪15直接與中心齒輪22成端面凹凸聯(lián)接,使中心齒輪以不同于封盤的速度旋轉(zhuǎn)。卷封機構(gòu)整個旋1-長桿,2-壓架,3、35-壓帽,4-彈簧,5-滑套,6、23、34-螺帽,7-上頂帽,8-機架,9-銅套,10-導向鍵,11-下頂帽,12、14、21-軸承,13、15-齒輪,16-花鍵軸,17-壓頭軸,18-上蓋,19-托盤,20-頂盤,22-中心齒輪,24-調(diào)節(jié)蝸輪,25-封盤蓋,26-行星齒輪,27-小軸,28-封盤,29-下蓋,30-卷邊滾輪,31-底盤,32—銅盤,33-滾針,36-壓蓋桿,37-上壓頭,38-花鍵帽圖7.3GT4B2型卷邊封口機卷封機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!由此可見頭道和二道卷邊滾輪的結(jié)構(gòu)形狀顯然不同。通常,頭道卷邊滾輪的溝槽窄而深,而二道卷邊滾輪的溝槽則寬而淺。

圖7.4頭道卷邊

圖7.5二道卷邊

卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!

(三)卷封機構(gòu)的結(jié)構(gòu)類型兩道卷邊滾輪相對罐身所作的卷邊運動是由卷封機構(gòu)來實現(xiàn)的,由于實現(xiàn)這種運動有多種組合方式,因而出現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)的卷封機構(gòu)。1.完成周向旋轉(zhuǎn)運動的兩種結(jié)構(gòu)形式(1)罐體與罐蓋被固定不動,卷邊滾輪繞其旋轉(zhuǎn)。目前的卷邊封口機大都屬于這種結(jié)構(gòu)形式,如GT4B2型卷封口機等。圖7.6GT4B13型卷邊封口機卷封機構(gòu)示意圖1-中心齒輪,2-行星齒輪,3-上轉(zhuǎn)盤,4-擺桿5-固定凸輪,6-卷邊滾輪,7-上壓頭8-下壓頭,9-下轉(zhuǎn)盤卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!相應的最高生產(chǎn)能力Qmax近似可取為式中:j—卷邊封口機的頭數(shù)；

n—根據(jù)卷封工藝要求,確定每封一罐所需的罐身自轉(zhuǎn)數(shù)(如GT4B13型約為16r/pc.)。2.完成徑向進給運動的三種結(jié)構(gòu)形式(1)偏心套筒作原動件圖7.7所示為GT4Bl型卷邊封口機的卷封機構(gòu)原理圖。齒輪3、4在同軸齒輪2、1的帶

動下,以相同方向不同轉(zhuǎn)速分別帶動偏心套筒7和軸套5轉(zhuǎn)動。軸套5又通過滑鍵10帶動封盤6一起轉(zhuǎn)動。封盤上裝有頭道卷邊滾輪8和二道卷邊滾輪9。由于封盤與偏心套筒有速差,使得封盤上的卷邊滾輪相對于轉(zhuǎn)軸(即罐體中心線)的距離不斷變化,從而使卷邊滾輪也產(chǎn)生了相應的徑向進給運動。

卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!(2)行星齒輪偏心銷軸作原動件圖7.8所示為GT4B2型卷邊封口機的卷封機構(gòu)原理圖。齒輪3、4在同軸齒輪2、1的帶動下,以相同方向不同轉(zhuǎn)速分別帶動中心齒輪5和封盤7轉(zhuǎn)動。該封盤上均布著四只行星齒輪6,與封盤一起繞中心齒輪公轉(zhuǎn)。由于封盤與中心齒輪存在速差,故形成差動輪系,遂使行星齒輪連同與其固聯(lián)的偏心銷軸8在公轉(zhuǎn)的同時又作自轉(zhuǎn),從而使與偏心銷軸鉸支的卷邊滾輪既能繞罐體作周向旋轉(zhuǎn),同時又能產(chǎn)生徑向進給運動。其中,兩只頭道卷邊滾輪9和兩只二道卷邊滾輪10,分別呈對稱分布狀態(tài)。(3)凸輪作原動件

見前圖7.6所示的GT4B13型卷邊封口機,在卷邊滾輪6隨罐體繞中心齒輪l公轉(zhuǎn)的過程中,由固定凸輪5通過擺桿4驅(qū)使卷邊滾輪相對于罐體作徑向進給運動。卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!其中5、6分別為頭道、二道的共扼進給凸輪,7、8分別為頭道、二道的進給凸輪。封盤上對稱安裝著一對頭道卷邊滾輪11和一對二道卷邊滾輪12。由于封盤與凸輪有速差,凸輪就通過擺桿10驅(qū)動卷邊滾輪作徑向進給運動。②端面凸輪直動從動桿結(jié)構(gòu)圖7.10所示為GT4B7型卷邊封口機的卷封機構(gòu)原理圖。該機共有四組卷封機構(gòu),圖中除中心軸14、中心齒輪1和大轉(zhuǎn)盤6外,僅表示了一組卷封機構(gòu)。其中行星齒輪2由大轉(zhuǎn)盤6帶動繞中心軸14公轉(zhuǎn),在旋轉(zhuǎn)軌道旁裝一固定端面凸輪4,控制從動桿5作上、下往復運動,從而使軸套7沿滑鍵3也作上、下往復運動。通過凸輪斜塊9控制擺桿10擺動,從而使卷邊滾輪12完成徑向進給運動。由于中心齒輪1與大轉(zhuǎn)盤6之間存在速差,因此卷邊滾輪又能完成繞罐的周向旋轉(zhuǎn)運動。卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!3.完成仿型運動的兩種結(jié)構(gòu)形式(1)以罐型靠模為作用件上圖所示的GT4B7型卷邊封口機,罐型靠模凸輪13固定不動,其周邊形狀與所要封口的異形罐相似或相同。當封盤8繞罐體旋轉(zhuǎn)時,擺桿11受靠模凸輪13的控制而產(chǎn)生擺動。由于該擺桿鉸支在封盤上又與另一擺桿10鉸支在一起,從而使卷邊滾輪12能完成確定的仿型運動。又如圖7.11所示GT4B4型卷邊封口機的卷封機構(gòu)原理圖,它也采用罐型靠模為作用件,以完成仿型運動。齒輪3、4在同軸齒輪2、1的帶動下,以相同方向不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動,并分別帶動封盤6和盤形凸輪組5轉(zhuǎn)動。該凸輪組共有四只凸輪,其中一對為頭道共軛的進給凸輪,另一對為二道共軛的進給凸輪。當封盤相對凸輪轉(zhuǎn)動時,由于兩者有速差,從而使進給凸輪擺桿14產(chǎn)生擺動,并通過連桿11、卷邊滾輪擺桿10驅(qū)動卷邊滾輪9作徑向進給運動。卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!例如,卷封方形罐在從一條罐邊到另一條罐邊的轉(zhuǎn)角處,很容易出現(xiàn)卷封不緊、起皺紋、軋傷等不符合質(zhì)量標準的現(xiàn)象。因此,如圖7.12所示TUB54型異形罐卷邊封口機采用的靠模與所要卷封的罐頭外形,既不相同也不相似,而是將轉(zhuǎn)角曲率設計成變化比較緩和的形狀,以利提高卷封質(zhì)量。該機同樣有四只卷邊滾輪(頭、二道各一對),圖中也只畫了一只。圖7.12TUB54型卷邊封口機卷封機構(gòu)立體示意圖l,2,3,4-齒輪,5,6-共軛的進給凸輪,7-進給凸輪擺桿,8-調(diào)節(jié)齒輪,9-軸,10,1l-共軛的靠模凸輪,12-靠模凸輪擺桿,13-齒輪,14—不完全齒輪,15-卷邊滾輪擺桿,16-卷邊滾輪17-固定軸,18-封盤,19,20-軸卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!(四)卷邊封口機的分類卷邊封口機的類型較多,分類方法大致有下列幾種。按自動化程度可分為三類：一是人工控制,即進出罐及卷封等主要作業(yè)均靠人工控制；二是半自動化,僅進出罐靠人工控制,其它都自動進行；三是全自動化,整個封罐過程均能自動進行,無需人工控制。按所封的罐型可分為兩類,一是封圓形罐,二是封異形罐。異形罐是指方形罐、橢圓形罐和馬蹄形罐等。按卷封操作條件可分為兩類：—是單頭卷邊封口機,二是在真空狀態(tài)下卷封。前者多用于空罐車間,后者多用于實罐車間。按單機的卷封機構(gòu)數(shù)目可分為兩類：一是單頭卷邊封口機；二是多頭卷邊封口機,如GT4B7型為四頭卷邊封口機,它能大幅度提高設備生產(chǎn)能力。卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!還需說明,一般卷邊封口機的頭道、二道卷封作業(yè)是在同一組卷封機構(gòu)中完成的,但某些設備(如AT-01型)則將頭道和二道卷邊滾輪分別布置在兩組卷封機構(gòu)中,罐身在連續(xù)運轉(zhuǎn)的情況下依次進行頭道、二道卷封作業(yè),以利卷封過程的穩(wěn)定。同時還可將進給量大的頭道卷邊滾輪改做成帶內(nèi)側(cè)溝槽的環(huán)狀體(一般卷邊滾輪均為帶外測溝槽的圓柱體),以增加與罐蓋接觸時的弧長,更有利于罐蓋周邊的彎曲、鉤合,提高卷封質(zhì)量?？墒?這種設備一般占地面積較大,又難以形成真空卷封,故一般僅適用于空罐卷邊加工。卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!1.卷邊滾輪的運動方程如圖7.13所示,設罐體的中心為O,偏心套筒的幾何中心為A,偏心距OA=e；卷邊滾輪的中心為M,AM=R；令封盤的轉(zhuǎn)速為；偏心套簡的轉(zhuǎn)速為,一般取。

首先,取卷邊滾輪與罐體的最大中心距為初始位置建立極坐標。此時,若將上述的三心標記為,顯然,。經(jīng)時間t,偏心套筒繞罐體中心O由A0移至A,相應的轉(zhuǎn)角。而卷邊滾輪中心M一方面以繞罐體中心轉(zhuǎn)過,另一方面由于套筒偏心的作用又產(chǎn)生徑向相對運動而移至M點。則可求出該瞬時卷邊滾輪與罐體的中心距OM。卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!上式表明,當機構(gòu)參數(shù)R、e為定值時,卷邊滾輪中心的極徑ρ僅是相對極角(即相對運動角)θ的函數(shù)。顯然,該函數(shù)對于頭道和二道卷邊滾輪均適用。上式就是GT4Bl型卷邊封口機卷邊滾輪中心的運動方程,其絕對運動軌跡可近似認為是一條封閉而又對稱的余弦螺旋線；至于卷邊滾輪工作溝槽的絕對運動軌跡,則是以該溝槽的工作半徑沿上述螺旋線,再畫包絡線而得到的等距曲線。不難看出,卷邊滾輪中心相對于偏心套簡的運動軌跡,實際上是以A0為圓心、以R為半徑的一個圓。卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!代號上標(1)、(2)分別表示屬于頭道,二道卷封的工作參數(shù)。式中:r—封罐后蓋子的半徑；一頭道的徑向進給量(該機取3.22mm左右)；一二道的徑向進給量(該機取0.76mm左右)；一頭道卷邊滾輪離開罐蓋初始邊緣的最大間隙。考慮到卷封溝槽的外廓形狀并為托罐方便,應取一定的余量(該機為4.78mm左右)；—頭道卷邊滾輪的工作半徑(一般取溝槽最深點的半徑)。將代入式(7-2),則(7-5)將上述值代人,得e=4mm。卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!因此,頭道、二道卷封所需的工藝時間分別為：(7-6)(7-7)該卷封工藝時間不僅要保證完成設計生產(chǎn)能力,而且還應滿足單位徑向進給量。圖7.14GT4B1型卷邊封口機卷封機構(gòu)的運動綜合圖卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!由此可得：(7-8)(7-9)(7-10)式中:—分別表示頭道、二道卷封的單位徑向進給量；

Q—表示卷邊封口機的生產(chǎn)能力。注意：式(7-10)僅表示間的數(shù)值關(guān)系,即差速一圈封一罐。

卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!偏心套筒轉(zhuǎn)速r/min

另外：

將以上兩式聯(lián)立后解得二道卷封的單位進給量mm/r。

顯然,每封一罐封盤轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)數(shù)為r/pc.

其中用于頭道、二道的卷封時間分別可由式(7-8)、(7-9)求出卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!(3)頭道、二道卷邊滾輪的封盤配置角在每一工作循環(huán)中,要求頭道滾輪卷封時,二道滾輪不觸及罐蓋；而當頭道滾輪結(jié)束卷封且已離開罐蓋一定距離(一般取0.5mm左右)后,二道滾輪應能開始卷封。否則,由于頭道、二道滾輪溝槽形狀不一,會使卷邊出現(xiàn)不應有的壓痕,影響封罐質(zhì)量。仍見圖7.14,設頭道滾輪卷封結(jié)束再退出0.5mm時,其中心位置在點,而相對運動角為,由運動方程可知

如前所述,在頭道卷封結(jié)束點,故當e=4mm時卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!為了便于分析和作圖,不妨假想中心齒輪不動,即給整個機構(gòu)加上一個反向的轉(zhuǎn)速(),從而將該差動輪系轉(zhuǎn)換為普通的行星輪系。則轉(zhuǎn)化機構(gòu)的系桿轉(zhuǎn)速為。由于原機構(gòu)各構(gòu)件之間的相對運動關(guān)系均保持不變,因此也不會影響所推導的卷邊滾輪中心運動方程的參數(shù)關(guān)系。

仍取卷邊滾輪與罐體的最大中心距為初始位置建立極坐標。此時,若將上述的三心標記為,顯然,。當行星齒輪對中心齒輪以相對轉(zhuǎn)速由A0轉(zhuǎn)至A時,令其相對運動角為θ,行星齒輪的自轉(zhuǎn)角為α。在這種情況下,它同中心齒輪的嚙合點便由B0改變?yōu)锽,而B0則轉(zhuǎn)至,同時卷邊滾輪的中心點移至M,OM=ρ,由于在起始位置時三點共線,因此轉(zhuǎn)至新位置后仍應保持三點共線。

卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!在ΔOAM中,由余弦定理可知即(7-11)令行星齒輪和中心齒輪的節(jié)圓半徑各為R1、R2,由前設條件可知L=R1+R2,考慮到齒輪的嚙合傳動相當于節(jié)圓作純滾動,故,即

將上式代入式(7-11),解得(7-12)卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!2.機構(gòu)主要參數(shù)的確定(l)行星齒輪偏心軸孔的偏心距與GT4B1型卷邊封口機相似,當θ=0時,；當時,,由此可得

該機取e=7mm。因為要考慮安排卷邊滾輪偏心距的調(diào)整結(jié)構(gòu)以及增加六槽轉(zhuǎn)盤間歇轉(zhuǎn)動的時間,而使裝有湯汁的罐體轉(zhuǎn)位時穩(wěn)定,故該機取了較大的e值。卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!又因,故頭道卷封工藝角(7-13)將已知值=27mm,R2=54mm,L=81mm,e=7mm,=3.22mm,代入得同理可得,二道卷封工藝角(7-14)

將上述已知值和＝0.76mm代入得

卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!(3)頭道和二道卷邊滾輪中心的工藝配置角

GT4Bl型卷邊封口機由于頭道和二道滾輪都是以同一個偏心套筒作原動件完成徑向進給的,所以它們可共用一個坐標軸。同時,為了保證頭道、二道能依次正常地完成卷封,還應確定它們在封盤上的配置角。但是,GT4B2型卷邊封口機的情況就不盡相同,由于兩道滾輪是通過各自的行星齒輪偏心銷軸的控制來完成徑向進給運動的,而且為了受力均勻,它們又呈對稱狀態(tài)分布,即頭道和二道行星齒輪在封盤上的安裝夾角為90°。這樣,要求正常卷封時,當頭道滾輪直達進給最終位置時,二道滾輪中心應跟隨受控的行星齒輪自轉(zhuǎn)一定角度以后也能準確地到達進給最終位置。其自轉(zhuǎn)角度稱為頭道和二道卷邊滾輪中心的工藝配置角。

卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!將已知值代入得

因此,頭道和二道卷邊滾輪中心的工藝配置角為

將已知值該機取。調(diào)試時,按上述條件先將頭道滾輪中心調(diào)到偏心的最里位置,再將相位差為的二道滾輪中心從最里位置逆著行星齒輪的自轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)過(該機行星齒輪的齒數(shù)均為24,逆轉(zhuǎn)等于逆轉(zhuǎn)三個輪齒)后放入,就能保證兩道卷封正常進行。卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!求解步驟如下：(1)確定銷軸偏心距及齒輪中心距參照式(7-2)、式(7-3)和式(7-4),可得銷軸的偏心距將已知值代入得齒輪中心距(2)確定頭道卷封工藝角按式(7-13),代人已知值,其中可得卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!因頭道和二道的工藝配置角則對應的當量齒數(shù)

(6)對有關(guān)構(gòu)件結(jié)設計所采取的措施

如圖7.17所示,頭道和二道滾輪在封盤上的安裝夾角為90,而中心齒輪在該夾角范圍內(nèi)的齒數(shù),是一個整數(shù)。因此,頭道行星齒輪的齒間與中心齒輪的輪齒相嚙合時,則二道行星齒輪也必然是齒間與中心齒輪的輪齒相嚙合。

卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!根據(jù)上述GT4Bl型及GT4B2型卷邊封口機卷封機構(gòu)的運動設計,可以概括如下結(jié)論：1)采用偏心裝置的卷邊滾輪產(chǎn)生徑向進給運動,其運動規(guī)律應通過有關(guān)方程加以確定。鑒于卷邊滾輪與罐體的中心距并非定值,而且徑向進給速度又是不均勻的。因此,這種卷封沒有光邊過程,以致影響封罐質(zhì)量。2)采用偏心裝置,其卷封工藝角也必須按運動方程計算,并且有關(guān)參數(shù)都較難任意確定。從分析可見,真正用于卷封工藝的時間較少,而大部分時間卻用于完成進罐、出罐及轉(zhuǎn)位等輔助操作,限制了生產(chǎn)能力的提高。

卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!(5)折疊封:將包裝容器的開口處壓扁再進行多次折疊而使其密封。這種封口形式主要用于半剛性容器,如裝填膏狀物料的鋁管等。通常折疊封口后常需壓痕,以增強其密封效果。為了可靠地實現(xiàn)上述各種形式的封口作業(yè),應根據(jù)具體條件適當?shù)剡x用相應的專用機械。限于篇幅,本章僅著重闡述用于馬口鐵罐的卷邊封口機(即通常所說的封罐機)。實際上,它已成為罐頭食品工業(yè)的重要生產(chǎn)設備之一。圖7.2GT4B2型卷邊封口機示意圖l-壓蓋桿,2-套簡,3-彈簧,4-上壓頭固定支座,5、6-差動齒輪7-封盤,8-卷邊滾輪,9-罐體,10-托罐盤,11-六槽轉(zhuǎn)盤,12-蓋倉13-分蓋器,14-推蓋板,15-推頭卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!本機的傳動系統(tǒng)為電動機經(jīng)三角帶驅(qū)動主傳動軸,經(jīng)蝸桿—蝸輪驅(qū)動垂直分配軸,經(jīng)螺旋齒輪驅(qū)動兩對差動齒輪(即圖7.2中件5、6),進而使卷封機構(gòu)完成卷封運動。垂直分配軸下端再經(jīng)螺旋齒輪驅(qū)動與水平分配軸相連的罐體、罐蓋供送機構(gòu)及六槽轉(zhuǎn)盤。托罐盤與壓蓋桿的運動則分別由垂直分配軸的下、上糟凸輪控制。在垂直分配軸上端的蝸輪處配置一安全離合器,一旦出現(xiàn)卡罐等故障,則會使兩分配軸停止運轉(zhuǎn)。另外,從動三角帶輪與主分配軸之間采用摩擦片傳動(圖中未示),它對整機起超載保護作用。圖7.3更詳細地表示了該機卷封機構(gòu)的結(jié)構(gòu),長桿1的下端與壓蓋桿36鉤形聯(lián)接,必要時便于更換。壓架2、壓帽3分別與長桿l、滑套5固連,滑套由凸輪機構(gòu)(圖中未示)控制作上下運動。彈簧4的作用前已敘述。壓頭軸17由下頂帽11、上頂帽7、銅套9支承在機架8上,使上壓頭37固定不動。卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!二、馬口鐵罐的卷邊封口

(一)二重卷邊的形成過程

使罐體與罐蓋的周邊牢固地緊密鉤合而形成的五層(罐蓋三層、罐體兩層)馬口鐵皮的卷邊縫的過程,稱作二重卷邊。為了提高罐體與罐蓋的密封性,在蓋子內(nèi)側(cè)預先涂上一層彈性膠膜(如硫化乳膠)或其它填充材料。二重卷邊大都采用滾輪進行兩次滾壓作業(yè)來完成。次作業(yè)又稱頭道卷邊,如圖7.4所示。在未卷邊前的位置如實線所示,頭道卷邊結(jié)束后則如虛線所示。開始時,頭道卷邊滾輪首先靠攏并接近罐蓋,接著壓迫罐蓋與罐體的周邊逐漸卷曲并相互逐漸鉤合。當沿徑向進給3.2mm左右時,頭道卷邊滾輪立即離開,其時二道卷邊滾輪繼續(xù)沿罐蓋的邊緣移動,如圖7.5所示。二道卷邊開始位置如圖(a)示,結(jié)束位置如圖(b)示。二道卷邊能使罐蓋和罐體的鉤合部分進一步受壓變形緊密封合,其沿徑向進給量為0.8mm左右。兩次進給量共約4mm。

卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!為了形成二重卷邊縫,作為執(zhí)行構(gòu)件的卷邊滾輪,相對于罐身必須完成某種特定的運動。若卷封圓形罐,卷邊滾輪相對罐身應同時完成兩種運動,即周向旋轉(zhuǎn)運動和徑向進給運動。若卷封異形罐,卷邊滾輪相對罐身應同時完成三種話動,即周向旋轉(zhuǎn)運動、徑向進給運動和按異形罐的外形輪廓作的仿型運動。

為使罐蓋與罐體的周邊逐漸卷曲變形,每封一只罐身卷邊滾輪需繞罐身旋轉(zhuǎn)多圈(如GT4B2型的卷邊滾輪每封一罐繞罐身轉(zhuǎn)18圈),而實際的有效圈數(shù)(從觸及罐蓋開始真正用于卷封工藝的圈數(shù))應由單位徑向進給量來確定,一般取頭道為每圈lmm左右,二道為每圈0.5mm左右。

(二)卷邊滾輪的運動分析卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!(2)罐體與罐蓋繞軸自轉(zhuǎn),而卷邊滾輪不繞罐作周向旋轉(zhuǎn)。如圖7.6所示GT4B13型卷邊封口機,罐體被緊夾在上、下壓頭7、8之間,并由行星齒輪2帶動自轉(zhuǎn),從而完成相對于卷邊滾輪6的周向旋轉(zhuǎn)運動。這種結(jié)構(gòu)雖較簡單緊湊,但因罐體既有自轉(zhuǎn)又有公轉(zhuǎn),若用于實罐卷封則其內(nèi)裝的液料形成旋轉(zhuǎn)拋物面,易從罐口流出,從而限制了它的自轉(zhuǎn)速度以及生產(chǎn)能力的提高。為簡化分析,暫不考慮罐身加蓋及其公轉(zhuǎn)等的影響,欲保證內(nèi)裝液料不外溢,可根據(jù)流體力學的有關(guān)理論近似求出罐身的最高自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速,供設計估算參考,即式中:—罐身的內(nèi)半徑;

h—罐內(nèi)的頂隙高度；

g—重力常數(shù)。卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!圖7.7GT4Bl型卷邊封口機卷封機構(gòu)原理圖1,2,3,4-齒輪,5-軸套,6-封盤,7-偏心套筒,8-頭道卷邊滾輪9-二道卷邊滾輪,10-滑鍵圖7.8GT4B2型卷邊封口機卷封機構(gòu)原理理l,2,3,4-齒輪,5-中心齒輪,6-行星齒輪,7-封盤,8-偏心銷軸9-頭道卷邊滾輪,10-二道卷邊滾輪卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!對于罐體被固定的卷邊封口機,為使卷邊滾輪能完成相對罐體的周向旋轉(zhuǎn)及徑向進給的復合運動,則不能再單獨采用固定凸輪與擺桿作原動件,而得改用差速凸輪機構(gòu)。其結(jié)構(gòu)形式又可分為兩種：

①盤形凸輪擺動從動桿結(jié)構(gòu)圖7.9所示為GT4B6型卷邊封口機的卷封機構(gòu)原理圖。齒輪3、4在同軸齒輪2、l的帶動下,以相同方向不同轉(zhuǎn)速分別帶動封盤9及疊放的四只盤形凸輪5、6、7、8轉(zhuǎn)動。圖7.9GT4B6型卷邊封口機卷封機構(gòu)原理圖l,2,3,4-齒輪,5-頭道共額進給凸輪,6-二道共扼進給凸輪7-頭道進給凸輪,8-二道進給凸輪,9-封盤,10-擺桿11-頭道卷邊滾輪,12-二道卷邊滾輪卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁!1-中心齒輪,2-行星齒輪,3-滑鍵,4-固定端面凸輪,5-直動從動桿,6-大轉(zhuǎn)盤,7-軸套,8-封盤,9-凸輪斜塊,10,11-擺桿12-卷邊滾輪,13-靠摸凸輪,14-中心軸圖7.10GT4B7型卷邊封口機卷封機構(gòu)原理圖卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁!與此同時,由于卷邊滾輪擺桿與靠模擺桿13都鉸接在C點,而靠模擺桿13又繞固定的罐型靠模凸輪7擺動(擺動支點為封盤上的A點),因此卷邊滾輪9又能作仿型運動。該機有四只卷邊滾輪,頭、二道各兩只,圖中僅示一只。(2)以非罐型靠模為作用件前述的罐型靠模在轉(zhuǎn)彎處曲率變化較大,使得卷邊滾輪在該處的慣性變化劇增,嚴重地影響了卷封質(zhì)量,

也限制了生產(chǎn)能力的提高。

圖7.11GT4B4型卷邊封口機卷封機構(gòu)原理圖l,2,3,4-齒輪,5-盤形凸輪,6-封盤,7-罐型靠摸凸輪,8-靠模滾子9-卷邊滾輪,10-卷邊滾輪擺稈,11-連桿,12-擺桿13-靠摸擺桿,14-進給凸輪擺桿卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁!齒輪3、4在同軸齒輪2、1的帶動下,以相同方向不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動,又通過軸19、20分別帶動封盤18和共軛進給凸輪5、6轉(zhuǎn)動,從而使封盤上的軸9繞中心主軸旋轉(zhuǎn)。由于該軸固聯(lián)著進給凸輪擺桿7和齒輪13,因此,當它們也繞中心主軸公轉(zhuǎn)時,則能相對封盤擺動,再通過齒輪13、14的嚙合傳動而使卷邊滾輪16作徑向進給運動。又由于不完全齒輪14鉸支在與軸9活套相連的靠模凸輪擺桿12上,這樣,在一對固定的共扼靠模凸輪10、11的作用下,遂強制不完全齒輪14既能自轉(zhuǎn),還能繞齒輪13擺動。結(jié)果,卷邊滾輪即協(xié)調(diào)地完成了周向旋轉(zhuǎn)、徑向進給和仿型的復合運動。調(diào)節(jié)齒輪8是用來改變卷邊滾輪安裝的初始位置,松開軸9與擺桿7的連接,即可轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)齒輪,從而達到位置調(diào)節(jié)要求。

卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁!卷邊封口機類型雖多,但其基本組成部份大致相同,主要包括供送(罐與蓋)、轉(zhuǎn)位、卷封、傳動等機構(gòu)及真空裝置。顯然,其中的卷封機構(gòu)是最主要的,若按卷封機構(gòu)不同結(jié)構(gòu)類型來分類,則更能確切地反映卷邊封口機的實質(zhì)。

附帶說明,實罐車間所用的卷邊封口機大都是通過真空泵使密封室形成真空而進行卷封的,操作方便,抽氣迅速,適應性強。但是,有的設備(如40P型)則采用噴射壓力蒸汽的方法以置換罐內(nèi)頂隙的空氣,再進行卷封,待罐內(nèi)蒸汽冷凝后即可獲得一定的真空度。該法對于不忌冷凝液留存罐內(nèi),而且具有高熱蒸汽源要求起一定殺菌作用的真空封口(如加工果汁、果醬類罐頭)比較適宜。它雖然不需配備真空輔助裝置,但要消耗大量的蒸汽和能量。卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁!第二節(jié)

卷封機構(gòu)的運動設計

一、采用偏心套筒完成徑向進給運動的卷封機構(gòu)以GT4Bl型卷邊封口機為例,該機專門用來卷邊封口圓形空罐。如前圖7.7所示,偏心套筒7為原動件,以產(chǎn)生徑向進給運動。顯然,卷邊滾輪8、9與罐體的中心距和封盤相對于偏心套筒運動的轉(zhuǎn)角有關(guān)。因偏心距相對甚小,為簡化分析,可近似認為卷邊滾輪中心均通過滑鍵10的支軸中心。圖7.13GT4B1型卷邊封口機卷封機構(gòu)的運動分析圖卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第43頁!在△OAM中,由余弦定理可知令,則上式可改寫為故實際上,e<<R,ρ又不可能為負值,可見(7-1)卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第44頁!2.機構(gòu)主要參數(shù)的確定根據(jù)卷邊滾輪的運動方程,可以確定或校核卷封機構(gòu)的主要技術(shù)參數(shù)。(1)偏心套簡的偏心距由式(7-1)可知：當θ=0時當θ=π時因此：(7-2)對于頭道卷邊滾輪而言(7-3)(7-4)

卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第45頁!(2)封盤及偏心套簡的輪速封盤轉(zhuǎn)速和偏心套簡轉(zhuǎn)速決定了卷封時間的長短。如圖7.14所示,若令頭道卷封的起始點即當時為,則該滾輪與罐體的中心距可由式(7-1)確定,即

又令頭道卷封結(jié)束點為,該瞬時滾輪與罐體的中心距,同理可得顯然,該滾輪與罐體的中心距的最小值卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第46頁!頭道的徑向進給量進而求得當mm,e=4mm時,由此可知,頭道的卷封工藝角為當時,=。同理,若令二道卷封的起始點為,相對運動角為；二道卷封的結(jié)束點為相對運動角為,則當=0.76mm,e=4mm時。由此可知,二道的卷封工藝角為當時,=。

卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第47頁!根據(jù)式(7-6)和式(7-8)可得即再將上式與式(7-10)聯(lián)立,便可解出。例如,若取頭道的徑向進給量=3.22mm,頭道卷封的單位進給量=1mm/r,生產(chǎn)能力Q=40pcs/min,頭道的卷封工藝角,二道的卷封工藝角,二通的徑向進給量=0.76mm,求得封盤轉(zhuǎn)速卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第48頁!該順時,二道滾輪開始卷封。其中心位置在點,根據(jù)上述要求,二道相對于頭道的工藝滯后角應是將代入得若取頭道、二道滾輪中心與封盤上偏心套筒幾何中心的間距相等,即=R,則設R=80mm,已知e=4mm,代入得

按及所示的幾何關(guān)系,可分別求出卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第49頁!1.卷邊滾輪的運動方程如圖7.15所示,設罐體的中心(即中心齒輪的圓心)為O,行星齒輪的圓心為A,OA=L;其偏心軸孔的圓心為M,偏心距AM=e。若暫不考慮卷邊滾輪中心的位置調(diào)整問題,則M點也就是卷邊滾輪的中心。在該差動輪系中,設行星齒輪隨同封盤繞罐體中心的轉(zhuǎn)速為,中心齒輪的轉(zhuǎn)速為,一般<。這樣,卷邊滾輪一方面隨同封盤作牽連運動,從而完成繞罐體周向旋轉(zhuǎn)；另一方面又隨同行星齒輪自轉(zhuǎn)對封盤作相對運動,同時,卷邊滾輪與行星齒輪又存在著一定的偏心距,從而能完成對罐體中心的徑向進給。圖7.15GT4B2型卷邊封口機卷封機構(gòu)的運動分析圖

卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第50頁!代入得,因此,頭道滾輪、二道滾輪在封盤上的配置角應是代入得二、采用行星齒輪偏心銷完成徑向進給運動的卷封機構(gòu)以GT4B2型卷邊封口機為例,該機專門用來卷封圓形實罐。參閱圖7.8所示,其卷封機構(gòu)采用行星齒輪偏心銷軸作原動件,以產(chǎn)生徑向進給運動。顯然,卷邊滾輪與罐體的中心距是卷邊滾輪所在封盤與中心齒輪相對運動角的函數(shù)。卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第51頁!式(7-12)就是GT4B2型卷邊封口機卷邊滾輪中心的運動方程。因為行星齒輪的節(jié)圓沿著中心齒輪的節(jié)圓作外切純滾動,由數(shù)學可知,處于該行星齒輪節(jié)圓內(nèi)某定點(即卷邊滾輪的中心)的運動軌跡是一條內(nèi)點外余擺線。實際上也就是卷邊滾輪中心相對于中心齒輪或罐體中心的運動軌跡。至于每相對轉(zhuǎn)動一圈,組成此封閉曲線的余擺線數(shù)目則與節(jié)圓半徑比有關(guān)。由于該機取R1=27mm,R2=54mm,因此。當卷邊滾輪以相對轉(zhuǎn)速繞罐體公轉(zhuǎn)一圈時,即形成兩條余擺線,可卷封兩個罐頭。卷封的基本原理及機共59頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第52頁!(2)封盤及中心齒輪的轉(zhuǎn)速可用GT4B1型卷邊封口機相似的方法,先求頭道和二道的卷封工藝角。在頭道卷封起始與結(jié)束點,滾輪與罐體的中心距分別為兩式相減

解得

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