ВЕРТИКАЛЬНАЯ УПАКОВОЧНАЯ МАШИНА

Полезная модель относится к области упаковочного машиностроения, к вертикальным упаковочным машинам, предназначенным для фасовки и упаковывания сыпучих пищевых и непищевых продуктов с изготовлением/формированием упаковки (пакетов).
Машина предусматривает возможность изготовления широкого диапазона различных типов пакетов: с проваркой и без проварки граней, с плоским дном и пакетов «подушка», а также пакетов DoyPack, в том числе пакетов с зип застежкой.
Уровень техники
Известные вертикальные упаковочные машины для упаковки продуктов в пакеты из термосвариваемой пленки обычно содержат рулонодержатель, узел размотки, узел протяжки(подачи) пленки, формирователь рукава, узел продольной сварки, включающий термосварочные элементы (ролики, губки, колодки), выполняющие продольные швы относительно направления подачи пленки, узел поперечной сварки для образования двух поперечных горизонтальных краев упаковки, по отношению к направлению подачи и нож для отрезки упаковки. Изгибание и сварка краев упаковки означает формирование.
Известные вертикальные упаковочные машины могут работать в прерывистом или в непрерывном режиме.
Вертикальные машины, которые работают непрерывно, осуществляют вытягивание пленки с постоянной скоростью и выполняют продольные и поперечные сварные швы пакетов при движении пленки. Непрерывный режим упаковки позволяет достичь высоких скоростей производства, хотя и усложняет проведение точной и высококачественной сварки.
Машины периодического действия, используют в тех случаях, когда предметы упаковываются в материал, который не может быть сварен постоянно нагретыми роликами или губками. Это, в частности, полимерные монопленки, например, полиэтиленовая, полипропиленовая, высокопрозрачная полиолефиновая пленка. Лента упаковочного материала разматывается с рулона и через систему роликов подается к устройству формирования, где сворачивается в рукав. Упаковываемые предметы периодически подаются внутрь сформированного рукава. Рукав с помещенными в нем предметами периодически протягивается с помощью устройства (узла) протяжки. В момент, когда рукав не протягивается, термонагревательные губки продольной сварки сходятся и образуют продольный шов будущих упаковок. В момент остановки протягивания сводятся и губки поперечной сварки, образуя поперечные швы упаковок и отрезая готовые упаковки. Готовая упаковка отводится от машины. Таким образом вертикальные упаковочные машины, которые работают в прерывистом режиме, чередуют смещающее движение пленки с продольными и поперечными сварочными движениями.
Преимущество машин периодического действия для упаковывания в многослойные и комбинированные материалы заключается в том, что, работая на них, легче регулировать длину упаковки в зависимости от величины предметов. Но по производительности они проигрывают машинам непрерывного действия.
Заявляемая полезная модель относится к машинам, работающим в прерывистом режиме.
С помощью известных вертикальных упаковочных машин можно изготовить различные типы известных пакетов из пластиковой пленки: пакеты «подушка», пакеты с квадратным дном, пакеты Doypack.
Недостатком многих известных вертикальных упаковочных машин является то, что они не позволяют изготавливать на одной машине различные типы пакетов, используемых для упаковки, так как это требует замены или узла продольной сварки, или узла поперечной сварки, что может быть чрезвычайно трудоемким и длительным, что приводит к увеличению времени простоя оборудования между сменами пакетов.
Некоторые машины, применяют способы поворота узлов продольной или поперечной сварки для переориентации направления работы сварочных губок, что позволяет быстро и без замены узлов переконфигурировать и подготовить машину к изготовлению упаковки (пакетов) другого типа.
Заявляемая полезная модель также характеризуется тем, что содержит поворотный узел поперечной сварки.
Примером машины, содержащей поворотный узел (блок) поперечной сварки, является ВЕРТИКАЛЬНАЯ УПАКОВОЧНАЯ МАШИНА по патенту ES 2721791. Упаковочная машина по данному изобретению содержит формующую трубу, вокруг которой формируется пластиковая пленка в рукав. Блок подачи (протяжки) пленки, блок выполнения, по меньшей мере, одной продольной сварки, относительно направления подачи пленки вдоль формующей трубы и второй сварочный блок для выполнения поперечных швов. Второй сварочный блок установлен с возможностью вращения вокруг оси вращения, которая по существу параллельна направлению подачи пленки, чтобы выполнять поперечные сварные швы в двух разных направлениях сварки.
Упаковочная машина по приведенному выше изобретению также содержит средство перемещения сварочного блока вдоль направления подачи пленки с обратным прямолинейным движением, так, что узел может выполнять сварку шва за функциональный проход между двумя (верхним и нижним) функциональными положениями, в то время как пленочный рукав движется непрерывно. Альтернативно, средство перемещения может удерживать сварочный блок неподвижным для работы машины в прерывистом режиме.
Узел поперечной сварки установлен на пластине, которая имеет возможность вращения с помощью опорных кронштейнов и привода.
Пластина, в свою очередь, удерживается средством перемещения, состоящим из каретки, уравновешивающего или компенсирующего средства, приводного средства для перемещения каретки вверх и в обратном направлении.
Близким по своему техническому решению узла поперечной сварки, использованного в вертикальной упаковочной машине, является изобретение по заявке US 2017113823, которое относится, в целом, к поворотному узлу поперечной сварки для вертикальной упаковочной машины, который можно повернуть на 90 градусов между двумя различными положениями. Перемещение осуществляется вручную в первое и второе положение. Узел поперечной сварки перемещается по L-образным направляющим, которые встроены в каркас машины. Подвижный механизм включает в себя ползуны, прикрепленные к верхней части пневомоцилиндров и скользящую пластину, соединяющую линейный привод и пневмоцилиндры. Ползуны расположены в каналах верхней L-образной направляющей. Ползуны имеют округлый профиль, который входит в зацепление с внутренней поверхностью боковых стенок верхней направляющей. В верхней части ползунов располагаются отверстия, в которых расположены пружины. Отверстия ползунов совмещены с отверстиями в поперечных элементах L-образной направляющей, когда узел продольной сварки находится в первом или втором положении. В свою очередь скользящая пластина имеет нижнюю поверхность, которая проходит вдоль верхних краев боковых стенок нижней L-образной направляющей. Скользящая пластина изготовлена из материала с низким коэффициентом трения. Пара ползунов также прикреплены к скользящей пластине с помощью крепежных элементов. Каждый ползун имеет круглый профиль с пазом. Ползун входит в зацепление с внутренней поверхностью боковых стенок нижней направляющей. Входя в новое положение ограничитель, расположенный на поперечных элементах, входит в зацепление с пазом ползуна.
Перемещение узла поперечной сварки осуществляется вручную, например, путем вытягивания или толкания узла. Узел начитает поворачиваться, когда верхний ползун и нижний ползун перемещаются по профилю L-образных направляющих.
К недостаткам данного устройства следует отнести ручной поворот узла и, как следствие, сложность обслуживания машины, содержащей такой узел.
Наиболее близким техническим решением узла поперечной сварки, использованным в заявляемой вертикальной упаковочной машине, принятым за прототип, является устройство для поперечной сварки по патенту RU 2545121, также принадлежащее заявителю.
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является создание более усовершенствованного устройства вертикальной упаковочной машины в целом, за счет наличия узла высечки, и усовершенствования устройства отдельных узлов, а именно узла протяжки пленки и узла поперечной сварки, что позволяет достичь следующих технических результатов:
- оптимизация рабочих узлов и механизмов машины;
- универсальность в изготовлении упаковки разных типов из однослойной или многослойной пластиковой пленки;
- автоматизированная работа узлов машины;
- простота в обслуживании;
- повышение надежности устройства.
Раскрытие полезной модели
Машина предназначена для фасовки и упаковки широкого ассортимента продукта, в том числе сыпучих, гранулированных или порошкообразных пищевых продуктов, а также непищевых продуктов. Машина характеризуется вертикальным изготовлением тары из рулона термосвариваемой полимерной пленки, отличается наличием усовершенствованного поворотного узла поперечной сварки и усовершенствованного узла протяжки пленки.
Машина содержит каркас, раму динамической стабилизации пленки, узел высечки, устройство смотки, столик склейки, узел формирования пленки, (формирователь рукава), узел протяжки пленки, узел продольной сварки, поворотный узел поперечной сварки, пульт управления, электрошкаф.
Рама динамической стабилизации пленки представляет собой сварную конструкцию, которая установлена на каркасе с возможностью перемещения по направляющей в поперечном направлении относительно движения упаковочной пленки за счет работы привода.
Перемещение рамы в поперечном направлении обусловлено необходимостью корректировки положения пленки во время протяжки с целью исключения деформации полотна пленки при формировании пакета.
Узел высечки расположен на раме динамической стабилизации пленки и предназначен для высечки отверстий в пленке при формировании пакетов типа Doypack, содержит два пневмоцилиндра, установленных на кронштейне. На штоках пневмоцилиндров установлены ножи для высечки. Отсеченные остатки пленки накапливаются в специальной емкости, прикрепленной к кронштейну, и подключенной, через патрубок, к системе аспирации для последующего удаления этих остатков.
Устройство смотки предназначено для размещения рулона с пленкой, ее разматывания и натяжения, содержит вал, привод разматывателя, устройство натяжения пленки.
Вал представляет собой съемный вал, конструкция которого позволяет фиксацию на нем рулона пленки при помощи обжатия его между двух конусов.
Привод разматывателя предназначен для принудительной размотки рулона пленки и представляет собой мотор-редуктор, установленный на одной оси с валом.
Устройство натяжения пленки, представляет собой качающийся рычаг с роликами, через которые протянута пленка.
Управление устройством смотки осуществляется датчиками, предназначенными для управления приводом разматывателя. Датчики совместно используются для контроля величины натяжения пленки.
Столик склейки предназначен для склейки начала нового рулона пленки с концом предыдущего. Столик закреплен на раме динамической поперечной стабилизации пленки.
Узел формирования пленки, иначе может быть назван формирователем, и представляет собой комплект, состоящий из воротника и трубы.
Упаковочный материал (пленка), направленный на воротник, принимает форму рукава и далее, облегая трубу, перемещается вниз. При перемещении по трубе осуществляется проварка продольного шва.
Помимо выполнения функции формирования рукава из упаковочной пленки труба является упором при проварке продольного шва и служит трактом для загрузки пакета продуктом. Труба изготавливается под конкретно заданную ширину пакета. Сечение трубы зависит от типа формируемого пакета.
Узел протяжки предназначен для протягивания рукава упаковочного материала из рулона вдоль трубы формирователя на величину длины пакета и содержит валы, шкивы (ведущие два, ведомые два), колодки, ремни, пневмоцилиндры, карданные валы, сервопривод, эжектор, набор шкивов для приводного ремня, ремень приводной.
Протяжка пленки осуществляется блоками с ремнями. Ремни натянуты на ведущие и ведомые шкивы, между которыми находятся колодки, обеспечивающие плотное прилегание ремней с упаковочным материалом к поверхности трубы, за счет создаваемого в их полости вакуума. Вакуум в полости колодки создается насосом, соединенным с эжектором, и передается к штуцеру на колодке, через шланг. На поверхности колодки, соприкасающейся с ремнем имеется отверстие, через которое вакуум, созданный в полости колодки, взаимодействует с отверстиями на ремнях и образует эффект притяжения/присасывания пленки упаковочного материала к ремню. Предпочтительный размер отверстий на ремнях 6 мм с шагом 20 мм.
Благодаря этому эффекту упаковочный материал прилегает к поверхности ремня более плотно, исключается проскальзывание пленки, обеспечивается точное протягивание пленки на заданную длину.
Управление глубиной вакуума осуществляется регулятором на эжекторе.
Ведомые шкивы закреплены на валах, которые соединяются с полостью держателей. Перемещение вала в полости держателя позволяет регулировать степень натяжения ремня.
Ведущие шкивы закреплены на валах, которые в свою очередь передают крутящий момент от карданных валов телескопических к ремням. Карданные валы получают крутящий момент от сервопривода, через набор шкивов и приводного ремня.
Прижим блоков с ремнями к трубе формирователя осуществляется пневмоцилиндрами. При совершении прижимания блоки с ремнями остаются параллельны друг другу. Величина усилия прижима устанавливается подбором величины избыточного давления в пневмоцилиндре.
Узел продольной сварки предназначен для выполнения поперечного сварного шва рукава упаковочного материала и содержит штоки, поперечные планки, губки сварочные. Для формирования пакета типа Doypack губки сварочные имеют дугообразную форму.
Сварочные губки крепятся к пневмоцилиндрам, которые зафиксированы на поперечной планке.
Нагрев сварочной губки осуществляется ТЭНом, находящимся внутри сварочной губки. Температура нагрева сварочной губки регулируется с панели управления в зависимости от вида упаковочного материала.
Поворотный узел поперечной сварки имеет функцию поворота на 90°, предназначен для выполнения продольного сварного шва пакета и отрезки готового пакета и содержит сварочный механизм и опорную плиту.
Сварочный механизм, состоит из пары внешних штоков, которые с одной стороны соединены между собой внешней поперечной планкой, на которой закреплена одна сварочная губка, а с другой стороны соединены между собой внешней опорной планкой. Устройство также содержит пару внутренних штоков, которые с одной стороны соединены между собой внутренней поперечной планкой, на которой закреплена вторая сварочная губка, а с другой стороны соединены между собой внутренней опорной планкой. Причем пара внутренних штоков расположена между штоками внешней пары, внешняя опорная планка и внутренняя опорная планка соединены с механизмом, предназначенным для перемещения этих планок и снабженным приводом, а одна из сварочных губок содержит средство для отрезания готового пакета от рукава пленки, снабженное приводом.
При перемещении поперечных планок и навстречу друг другу первая и вторая сварочные губки сближаются и соприкасаются. При соприкосновении сварочных губок и друг с другом происходит поперечная сварка продольного шва пакета.
Сварочный механизм содержит базовую пластину, на которой закреплены все его части. Между базовой пластиной 1 и опорной плитой 15 расположена по меньшей мере одна дугообразная направляющая, и, как минимум, одна ответная часть, которая состоит из планки и четырех колесиков и способна перемещаться по направляющей, которые предназначены для обеспечения поворота сварочного механизма по опорной плите. Наличие двух направляющих и двух ответных частей позволяет сделать указанное соединение более надежным. Направляющие выполнены по форме траектории, по которой должен перемещаться сварочный механизм.
Поворот происходит за счет работы сервопривода, жестко закрепленного на базовой пластине. На валу сервопривода имеется шестерня, которая передает крутящий момент на цепь, натянутую по дугообразной направляющей на опорной плите, посредством сцепления зубьев с цепью и двигает базовую пластину со сварочным механизмом.
Степень натяжения цепи обеспечивается устройством натяжения, состоящим из фиксатора, гайки и анкерного винта. Один конец анкерного винта закреплен на цепи, а другой конец закреплен в полости фиксатора и обжимается гайкой. При перемещении гайки по резьбе винта осуществляется нужное натяжение цепи.
В крайних положениях плиты опорной расположены датчики концевые. Фиксацию механизма поперечной сварки в одном из крайних положений обеспечивают пневмоцилиндры, погружая шток с втулкой в ответное отверстие, имеющееся на базовой пластине. Для более удобного прокладывания коммуникации механизм оснащен кронштейном.
Сварочные губки съемные. Могут быть установлены специализированные сварочные губки с датером для проставления информации (даты) на шве пакета методом термомеханического выдавливания на упаковочной пленке (горячее тиснение).
При использовании в качестве упаковочного материала одно- или многослойного полиэтилена устанавливаются губки с импульсными нагревателями.
Управление заявляемым устройством машины осуществляется пультом управления с панелью управления.
Электрошкаф обеспечивает размещение в нем сетевого и электронного оборудования.
Машина оснащена пневмосистемой, состоящей из пневмоцилиндров, подключенных к пневмоострову, и блока подготовки воздуха.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется чертежами, где:
на Фиг. 1 показан общий вид устройства (с разных сторон);
на Фиг. 2 показан узел высечки (общий вид);
на Фиг. 3 показан узел протяжки пленки (общий вид);
на Фиг. 4 показан узел протяжки пленки (вид снизу);
на Фиг. 5 показан узел протяжки (вид сзади);
на Фиг. 6 показан блок с ремнем;
на Фиг. 7 показан поворотный узел поперечной сварки (общий вид);
на Фиг. 8 показан поворотный узел поперечной сварки (вид сзади);
на Фиг. 9 показано устройство натяжения цепи;
на Фиг. 10 показан сервопривод с шестерней в сцеплении с цепью.
Осуществление полезной модели
Согласно представленным чертежам, вертикальная упаковочная машина содержит каркас 1, раму динамической стабилизации пленки 2, узел высечки 3, устройство смотки 4, столик склейки 5, узел формирования пленки 6 (формирователь), узел протяжки пленки 7, узел продольной сварки 8, поворотный узел поперечной сварки 9, пульт управления 10, электрошкаф 11.
Лента упаковочного материала разматывается с рулона, размещенного и зафиксированного конусами на валу 12 устройства смотки 4 и через систему роликов устройства натяжения, проходит через узел высечки 3. Два ножа 13, установленные на штоках 14 пневмоцилиндров 15, вырезают два овальных отверстия в центральной части полотна пленки. Отсеченные остатки пленки накапливаются в специальной емкости.
Далее пленка подается на воротник 16 узла формирования 6, и далее, облегая трубу 17, принимает форму рукава и перемещается вниз с помощью узла протяжки 7.
Узел протяжки 7 протягивает сформированный рукав упаковочной пленки вдоль трубы 17 формирователя 6 на величину длины пакета. Протяжка пленки осуществляется блоками с ремнями 18. Ремни 19 натянуты на ведущие шкивы 20 и ведомые 21, между которыми находятся колодки 22, обеспечивающие плотное прилегание ремней с упаковочным материалом к поверхности трубы 17, за счет создаваемого в их полости вакуума. Вакуум в полости колодки 22 создается насосом, дополнительно комплектующим узел протяжки 7, соединенным с эжектором 24, и передается к штуцеру 25 на колодке 22 через шланг. На поверхности колодки 22, соприкасающейся с ремнем 19 имеется отверстие, через которое вакуум, созданный в полости колодки 22, взаимодействует с отверстиями 26 на ремнях 19 и образует эффект притяжения/присасывания пленки упаковочного материала к ремню 19.
Благодаря этому эффекту упаковочный материал прилегает к поверхности ремня 19 более плотно, исключается проскальзывание пленки, обеспечивается точное протягивание пленки на заданную длину.
Управление глубиной вакуума осуществляется регулятором 27 на эжекторе 24.
Ведомые шкивы 21 закреплены на валах 28, которые соединяются с полостью держателя 29. Перемещение вала 28 в полости держателя 29 позволяет регулировать степень натяжения ремня 19.
Ведущие шкивы 20 закреплены на валах 23, которые в свою очередь передают крутящий момент от карданных валов телескопических 30 к ремням 19. Карданные валы 30 получают крутящий момент от сервопривода 31, через набор шкивов 32 и приводного ремня 33.
Прижим блоков с ремнями 18 к трубе 17 формирователя 6 осуществляется пневмоцилиндрами 34. При совершении прижимания блоки с ремнями 18 остаются параллельны друг другу. Величина усилия прижима устанавливается подбором величины избыточного давления в пневмоцилиндре.
В момент, когда рукав пленки не протягивается, сварочные губки 35 узла продольной сварки 8 сходятся и образуют поперечный шов пакета.
При формировании дна пакета Doypack, отверстия, прорубленные узлом высечки, располагаются друг напротив друга, в местах этих отверстий происходит сварка внутренних поверхностей пакета.
Далее, также в момент остановки протягивания сводятся и сварочные губки 36 узла поперечной сварки 9.
Поворотный узел поперечной сварки 9, содержит сварочный механизм 37 и опорную плиту 38.
Сварочный механизм 37, состоит из пары внешних штоков 39, которые с одной стороны соединены между собой внешней поперечной планкой 40, на которой закреплена одна сварочная губка 36, а с другой стороны соединены между собой внешней опорной планкой 41. Устройство 37 также содержит пару внутренних штоков 42, которые с одной стороны соединены между собой внутренней поперечной планкой 43, на которой закреплена вторая сварочная губка 36, а с другой стороны соединены между собой внутренней опорной планкой 44. Причем пара внутренних штоков 42 расположена между штоками внешней пары 39, внешняя опорная планка 41 и внутренняя опорная планка 43 соединены с приводом 45, предназначенным для перемещения этих планок, а одна из сварочных губок 36 содержит средство для отрезания готового пакета от рукава пленки, снабженное приводом.
При перемещении поперечных планок 40, 43 навстречу друг другу первая и вторая сварочные губки 36 сближаются и соприкасаются. При соприкосновении сварочных губок 36 друг с другом происходит сварка поперечного шва пакета.
Сварочный механизм 37 содержит базовую пластину 46, на которой закреплены все его части. Между базовой пластиной 46 и опорной плитой 38 расположена по меньшей мере одна дугообразная направляющая 47, и, как минимум, одна ответная часть 48, которая состоит из планки 49 и четырех колесиков 50 и способна перемещаться по направляющим 47, которые предназначены для обеспечения поворота сварочного механизма 37 по опорной плите 38. Наличие двух направляющих и двух ответных частей позволяет сделать указанное соединение более надежным. Направляющие 47 выполнены по форме траектории, по которой должен перемещаться сварочный механизм 37, и предназначены для перемещения этого механизма на 90°
Поворот происходит за счет работы сервопривода 51, жестко закрепленного на базовой пластине 46. На валу сервопривода 51 имеется шестерня 52, которая передает крутящий момент на цепь 53, натянутую по дугообразной направляющей 54 на опорной плите 38, посредством сцепления зубьев с цепью 53 и двигает базовую пластину 46 со сварочным механизмом 37.
Степень натяжения цепи 53 обеспечивается устройством натяжения 55, состоящим из фиксатора 56, гайки 57 и анкерного винта 58. Один конец анкерного винта 58 закреплен на цепи 53, а другой конец закреплен в полости фиксатора 56 и обжимается гайкой 57. При перемещении гайки 57 по резьбе винта 58 осуществляется нужное натяжение цепи 53.
В крайних положениях плиты опорной 38 расположены датчики концевые 59. Фиксацию сварочного механизма 37 в одном из крайних положений обеспечивают пневмоцилиндры 60, погружая шток с втулкой в ответное отверстие, имеющееся на базовой пластине. Для более удобного прокладывания коммуникации механизм оснащен кронштейном 61.
Образовав продольные швы пакета, готовая упаковка отрезается и отводится от машины.
Машина может быть размешена в корпус из прозрачных пластиковых панелей 62 для предотвращения попадания в рабочие механизмы посторонних предметов и безопасности производства.
Управление машиной осуществляется пультом управления с панелью управления.
Электрошкаф обеспечивает размещение в нем сетевого и электронного оборудования.
Заявляемая вертикальная упаковочная машина устраняет недостатки, имеющиеся в аналогах на сегодняшний день, посредством усовершенствования основных рабочих узлов, является более функциональной в производстве.
Конструкция машины оптимальна, компактна и надежна. Работа всех узлов автоматизирована, в том числе поворотного узла поперечной сварки.
Вертикальная упаковочная машина может быть изготовлена в условиях серийного производства.