扁方形钢桶卷边封口机

文/黄国水

扁方桶具有遮光性好、能长期保存、携带、运输方便等优点，已广泛用于食品、轻工、医药、石化等行业。我们开发的扁方桶自动生产线自动化程度高，操作、维护、调整方便，性能稳定可靠，生产效率和产品质量高。封口机是该生产线中的关键设备。其主要功能是将已翻边后的桶身与涂有密封填料的桶底（盖）的内侧紧密、牢固地钩合、卷曲并压紧。本文着重从封口原理及成形来分析扁方桶封口机的封口技术。

本机是单封头、4滚轮式封口设备，除桶底（盖）由人工放置外，其余自动完成。其主要性能指标如下：

生产能力：20～28只/min；

配用动力：1.5kW；

桶身板厚：0.23～0.28mm；

封头转速：180～252r/min；

桶对角外径：120～200mm；

桶身高：50～300mm。

外形尺寸（长×宽×高）：1880mm×1255mm×2150mm。

1 传动系统

该机床传动系统如图1所示。无级变速器输出的转速为692r/min，经三角皮带传动到I轴的转速为450r/min（减速比为1：1.538）。I轴通过齿轮传动将动力传给卷封盘、卷封径向推进凸轮和I轴。卷封盘转速为225r/min，卷封径向推进凸轮转速是212.5r/min，Ⅱ轴转速是300r/min。卷封盘的转动，带动装在其上卷边滚轮按桶型轨迹转动。卷封径向进给凸轮的转动，通过摆动轴装置，使卷边滚轮作径向推进运动，完成卷边滚轮的切入、卷封和退出等。由Ⅱ轴经过蜗轮蜗杆减速器将动力分别通过一对啮合齿轮和链轮传动Ⅲ轴和送桶系统。Ⅲ轴的转速是25r/min，Ⅲ轴带动装在其上的托板升降凸轮、夹桶凸轮和送桶凸轮转动，完成托桶到位、夹桶和送桶工作。

图1 卷边封口机的传动系统

2 卷封原理

用两种（每种各两个）具有不同形状沟槽的卷边滚轮，按先后顺序在桶体及桶底（盖）接合边缘处重复地作相对滚动，使两者边缘因弯曲变形而紧密地钩合。

2.1 二重卷边的形成过程

二重卷边的工作过程见图2。其中①是第一道卷边滚轮与桶底（盖）钩边接触，②③④表示第一道卷边滚轮逐渐向桶体中心移动时卷边的弯曲情况，⑤表示第一道卷边滚轮完成卷边作业时的情况，⑥⑦⑧⑨表示第二道卷边滚轮向桶体中心逐渐移动的情况，⑩是调试第二道滚轮完成卷边作业时的情况。

图2 二重卷边的形成过程

2.2 卷边滚轮的径向推进

本机床的第一道和第二道卷边滚轮各两个，其径向逐次推进分别由两个进给凸轮控制。以第一道卷边滚轮为例：每径向推进一次，每个卷边滚轮只负责方桶半周的卷封工作，一对卷边滚轮即可完成一次进给的一周卷封工作。每个卷边滚轮绕桶体一周时的径向推进量S（假设S是均匀的），计算公式如下：

             (1)

式中：L1-L2表示卷边滚轮径向推进时，起点到终点的距离；

n表示每个卷边滚轮的工作圈数；

Z表示每道卷边滚轮的数量。

根据计算，每卷封一只桶，卷封机头转9圈。进行卷边作业时，只用4.25圈。其中第一、二道卷封滚轮各工作2圈，余下的0.25圈用来进行第一道卷边滚轮退出和第二道卷轮切入。按工艺要求未封的桶底（盖）边宽为5.5mm，第一道卷封后的厚度为2.3mm。
故第一道卷边滚轮起点到终点的距离为5.5-2.3=3.2mm。

依公式（1）可计算出每个第一道卷边滚轮每圈的径向进给量S=3.2/4=0.8。

2.3 卷边滚轮的方表运动

本机是扁方桶的专用封桶机。根据不同尺寸的扁方桶，卷边滚轮应按规定的尺寸作方形运动，才能适应方桶的封桶要求。

如图3所示，上摆板的一端与作圆周转动的卷封盘用轴相连，上摆板可以左右摆动；另一端装一靠轮，靠轮放进固定不动的方形模具的轨道槽内。下摆板用轴与上摆板相连，一端装有卷边滚轮，与装在上摆板上的靠轮在同一轴线上。当卷封盘作旋转运动时，上摆板连同下摆板一起作旋转运动。由于装在上摆板另一端的靠轮在方形模具轨道内，靠轮便沿方形轨道运动，上摆板相对卷封盘左右摆动。连接上摆板的下摆板作随动运动，故装在下摆板上的卷边滚轮与装在上摆板上的靠轮运动轨迹相同，作方形运动，完成方形桶的卷边工作。

图3 方表运动装置简图

2.4 卷封过程的受力分析

在卷封过程中，卷边滚轮作用在桶体边缘上的力p，其方向不与任何轴线及母线平行，形成一个复杂的空间力系（图4）。

即px、py和pz。

px为沿桶体周边的切向分力，其作用是使卷边滚轮克服一定的变形摩擦阻抗。

py为垂直于桶体边缘的径向分力，其作用是使卷边滚轮向桶体推进，并使桶体与底（盖）的凸缘发生弯曲变形。

pz为沿桶身高度方向的轴向分力，其作用是使卷边滚轮沿轴向压紧，此力较小。

图4 受力分析

根据试验测定出的卷封力见下表。

卷封力的测定

第一道和第二道的卷边情况是有区别的，前者主要使桶身和桶底（盖）的周边受挤压而产生弯曲和压紧钩合，而后者主要使卷边作业的主要分力py比第一道卷边作业的py几乎大一倍。计算时，一般采用第二道卷边作业的数值。由于表中的数据是彩用平均力的值，所以在计算时还必须将第二道卷边作业的值增加20%～30%，即最大力值。

3 封口桶功率的确定

封口机电动机的功充由下列经验公式确定：

          （2）

式中：N——功率，kW；

n——经验系数，异形桶n＝0.0015；

G——生产能力，只/min；

D——桶体最大直径，mm;

δ——薄钢板的厚度，mm；

η——机械效率，单轴式自动异型封口桶η＝0.25～0.30。

本封口机所需功率计算如下：

故选用1.5kW的电机。

4 卷边质量

外部质量：卷边应平滑，无龇牙等缺陷。其外部尺寸见图2。

卷边内身的盖钩应平滑，无波浪形，上空隙VC和下空隙LC要小（图5）。

图5 卷边结构示意图

重合率：卷边内部身钩和盖钩的重合率可按下列公式计算：

             (3)

式中：BH——身钩宽度，mm；

CH——盖钩宽度，mm；

W——卷边宽度，mm；

tc——底（盖）薄钢板厚度，mm；

tb——桶身薄钢板厚度，mm。

卷边后的重合率高，表明卷封桶的密封性能好。

切试样检查卷封层数，应5层。充入0.02MPa的压缩空气，浸入水中不少于10秒，目测无气泡，说明密封性能较好。