ПАКУВАЛЬНЕ ОБЛАДНАННЯ

Формування упаковки із напівжорсткої плоскоскладеної заготовки

На сьогодні в різних галузях народного господарства ще значна частка сипкої продукції фасується в картонні пачки.

В пакувальних машинах автоматичної дії формування картонної пачки може здійснюватись як із плоскоскладених заготовок, так із висічок.

Значне місце на різних підприємствах одержали пакувальні машини, в яких формування картонних пачок здійснюється із плоскоскладених заготовок. Це обумовлено диференціацією операцій в таких машинах, що приводить до суттєвого підвищення надійності в роботі (рис. 4.33).

На основі аналізу літературних і технічних джерел встановлено, що існує три основних способи формування пачок із плоскоскладених заготовок: за допомогою механічних, пневматичних та комбінованих робочих органів. Найбільш поширені пристрої з пневматичними (вакуум-захватами) робочи­ми органами. Характерними представниками таких пристроїв можуть бути конструкції, новизна яких зареєстрована трьома авторськими свідоцтвами.

Найпростішим способом формування пачок є спосіб, схема якого представлена на рис. 4.34 з авторського свідоцтва SU №1685804. Принцип дії таких пристроїв ґрунтується на застосуванні вакуумного захвату для однієї із сторін пачки та її подальшого формування. Стопу картонних заготовок розміщують в магазин 1. Виділення кожної заготовки проводять за допомогою вакуумного захвату 4, закріпленого на каретці. Потім заготовку переміщують з одночасною дією на одну з його бокових граней криволінійного розкривача 3. Магазин 1 також оснащений попереднім розкривачем 2. Профіль криволінійного розкривача описується рівнянням:

У = ((?2/3-Х2/3)3/2 (4 62)

де в — довжина бічної грані пачки;

у та х — координати точок проекції профілю розкривача на осях ординат і абсцис відповідно.

Рис. 4.33. Технологічна схема формування картонної пачки із тоско-складеної заготовки: 1 — магазин заготовок; 2 — виділення одиничної упаковки і надання об 'ємної форми; 3 — формування і скріплення дна пачки; 4 - фасування продукції; 5 — ущільнення продукції; 6- контроль рівня заповнення пачки продукцією; 7 — закриття горловини пачки; 8 — контроль маси дози продукції; 9 — формування структурних елементів групової упаковки; 10 — виведення пакованих одиниць із машини

На рис. 4.35 наведено схему пристрою, зареєстровану під номером SU № 1446032.

Принцип його дії ґрунтується на тому, що заготовки пачок в магазині 1 захоплюються вакуумним захватом 2, причому бокові клапани пачки, що прилягають до магазина 1, утримуються стержнями 3. Під час повороту осі 4 напрямна 5 закриває нижній задній клапан. Під час руху конвеєра 7 штовхачі 8 та 9 рухаються на зустріч, при цьому закривається задній нижній клапан. Штовхач 9 під час зворотного руху переміщує пачку вперед, звільняє її від стержнів 3.

Напрямна 10 розкриває верхні клапани, а напрямна 11 закриває нижні бокові клапани.

Також відомий пристрій для поштучної подачі і формування картонних пачок із плоскоскладених заготовок (RU№ 2000261), схему якого наведено на рис. 4.36.

Він складається із магазину із заготовками, ротора, встановленого на горизонтальній осі, вакуум-присосок для виділення заготовки з магазину, вакуум-присосок для розкриття заготовок та конвеєра з комірками для заготовок.

Якісне формування пачки багато в чому залежить від конструктивного виконання транспортних систем пакувальної машини.

Переміщення і позиціонування упаковки здійснюється спеціальними носіями, які встановлюються на гнучких тягових органах в машинах лінійного типу і на жорстких роторах в машинах карусельного типу. Конструкцію носіїв визначає вид упаковки.

Рис. 4.36. Схема пристрою для поштучної подачі та формування пачки

На рис. 4.37 наведено фрагмент транспортної системи машини, призначеної для пакування продукції у картонні пачки. Носії гранспортної системи переміщують картонні пачки з позиції на позицію. На кожній позиції робочі органи пакувальної машини виконують певну технологічну операцію, послідовно реалізуючи технологічний процес пакування. Наприклад, на одній позиції пачки заповнюються продукцією, на наступній контролюється вага упаковки, далі видаляються некондиційні пачки, формуються і скріплюються клапани пачок тощо. Переміщення пачок транспортною системою може здійснюватись двома способами: першим — безперервно з постійною швидкістю без зупинок на позиціях, другим дискретно із зупинками та позиціонуванням пачок у кожній позиції.

Порівнюючи ці два способи, слід зауважити, що дискретне переміщення з позиціонуванням пачок обумовлює значно вищі вимоги до якості виконання окремих технологічних операцій пакування і, як результат, забезпечує значно вищу якість пакованих одиниць. Однак, дискретне переміщення із

355

Рис. 4.37. Фрагмент транспортної системи машини для пакування продуктів у картонні пачки

зупинками створює умови для зміни швидкості руху, появу прискорень і, як наслідок, появу динамічних навантажень, іцо діють як на об’єкти пакування, так і на ланки транспортної системи. Причому величини динамічних навантажень прогресивно зростають зі збільшенням швидкостей.

У результаті стає проблематичним підвищення продуктивності пакувальних машин з одночасним підвищенням якості пакованих одиниць.

Вирішити цю проблему можна за допомогою пошуку раціональних конструктивних рішень і визначення оптимальних параметрів елементів транспортної системи.

Всі носії транспортних систем для картонних пачок конструктивно можна поділити на два типи — кармани з нерухомими жорсткими стінками - бортами і кармани з поворотними захватами.

Кармани з нерухомими стінками 1 (рис. 4.38) прості за конструкцією, не мають рухомих ланок і, відповідно, не потребують приводів. їх встановлюють на виконавчих ланках 2 приводу транспортної системи. Картонна пачка встановлюється в карман з певним зазором і спирається на нижню несучу площину 3. Для забезпечення надійної поперечної фіксації пачок транспортна система оснащується бічними напрямними 4. Приведена проста конструкція кармана має ряд суттєвих недоліків. Зокрема, вільне положення пачки в кармані потребує конструктивно складних напрямних для її утримання вертикально в процесі формування дна пачки. На криволінійних ділянках напрямні 4 виконані з певним радіусом кривизни і практично не підлягають регулюванню при налагодженні машини. Окрім того, на окремих позиціях пачки не можуть звільнятись від контакту зі стінками кармана і з бічними напрямними, що необхідно, наприклад, на 356 позиції контролю ваги. Контакт пачки з бічними напрямними збільшує сумарний опір її переміщенню транспортною системою. Особливо відчутним є збільшення опору на криволінійних ділянках.

На рис. 4.39 наведено схему силового навантаження заповненої про­дукцією пачки на криволінійній ділянці транспортної системи. Найбільш несприятливе співвідношення силових факторів, що діють на пачку, спостерігається в момент розгону транспортної системи.

На цьому етапі сумарний опір W, переміщенню пачки транспортною системою визначається опором сил тертя пачки по несучій площині FT, сил тертя по бічним напрямним Fn і Fn, а також опором від динамічного розгону пачки Fdim. Остаточно

W,=mgf+ + (4.63)

де т — маса пачки;

g— прискорення вільного падіння, g = 9,81 м/с2;

/ і /і — коефіцієнти тертя ковзання, відповідно, для пачки по несучій площині і ребер пачки по бічних напрямних;

R — радіус кривизни траєкторії руху центру мас пачки;

(о— кутова швидкість повороту ротора транспортної системи; є — кутове прискорення.

Максимальний тиск на задню грань пачки з боку стінки кармана:

qmaxAmgf+ Л(со2/,+ є)| + _(ь, к(4.64)

де / і b — відповідно довжина і ширина пачки; к — висота бічної стінки кармана;

МТ— момент сил тертя дна пачки по несучій площині.

Сила нормального тиску /V, і сила тертя Fn переднього ребра пачки по бічній напрямній створюють питоме лінійне навантаження р на ребро пачки з боку напрямної:

m (л2 R М. г

Р~ 2 2к,‘ (4.65)

де к} — ширина бічної напрямної.

Для забезпечення необхідної якості формування картонних пачок необхідне виконання умов, за якими величини максимального тиску qmax і питомого лінійного наван таження р не перевищували б допустимих значень для відповідного типорозміру пачок. Тобто

Я <Мір<[/>1 (4.66)

max ’ v '

Де я — допустимий тиск на грань пачки;

р] — допустиме питоме лінійне навантаження.

З урахуванням допустимих значень [</] і р можна зробити обмеження на закон руху транспортної системи:

358

а) за умови обмеження q кутова швидкість w не повинна перевищувати

значень

(4.67)

Порівнюючи носії, другий тип карманів з поворотними захватами має ряд беззаперечних переваг. Застосування захватів (рис. 4.40), які жорстко фіксують пачку по боковим граням, не потребує використання бічних напрямних, що значно спрощує транспортну систему в цілому. Поворотні захвати 1 шарнірно встановлюються на виконавчих ланках 2 транспортної системи і оснащені механізмом замикання. Несуча площина 3 у таких системах встановлюється тільки починаючи з позиції заповнення пачок продукцією. Для розмикання карманів відповідні позиції транспортної системи оснащуються приводами 4.

Відсутність бічних напрямних значно зменшує опір переміщенню пачки. Сумарний опір W2 у цьому випадку складається з опору сил тертя пачки по несучій площині FT (рис. 4.41) і опору від динамічного розгону пачки Гдшг Тобто

Wі = m(gf + Re).

Рис. 4.41. Схема силового навантаження пачки в кармані із захватами

Мінімальна величина реактивного моменту в шарнірі MR, який необ­хідний для замикання захватів, дорівнюватиме:

MR = mr(gf+ Re), (4.70)

де г — радіус захвату, тобто відстань від точки контакту захвату з ребром пачки до осі шарніру.

У такій конструкції карманів зусилля, яке передається на пачку з боку захватів, прикладене до ребра пачки. Тоді питоме лінійне навантаження у цьому випадку становитиме:

т(8/+Ш), (471)

ksina

де а — кут нахилу робочої поверхні замикаючого елемента захвату.

З урахуванням вимоги (4.66), що Р < р, можна встановити обмеження на закон руху транспортної системи:

с JiPksma-mgf (4.72)

mR

Величина максимального прогину бокової грані пачки під дією від­центрових сил на масив продукції в пачці дорівнює:

де £ — модуль пружності матеріалу пачки; т — коефіцієнт Пуасона; d—товщина матеріалу пачки; h -— висота пачки.

З рівняння (4.73) можна встановити обмеження на кутову швидкість за умови жорсткості пачки:

(4.74)

де [X] — допустима максимальна деформація грані пачки.

За необхідності збільшення кутової швидкості чи недостатньої жорсткості пачок можна встановлювати обмежуючі напрямні, або розвернути пачку короткою гранню до напряму руху.

Результати наведених аналітичних досліджень дають можливість визна­чити раціональні параметри транспортних систем обладнання для пакування продукції у картонні пачки.