自动化重膜包装线是兰州石化公司乙烯等产品后系统包装、成垛的重要装置，化工生产区在用共18条线，其设备自动化运行程度在国内属先进水平，维护保养技术要求较高。重膜包装线主要由称重单元、包装单元、输送单元、码垛单元和套膜单元5部分构成，其中包装单元在整个包装系统中属于核心机构，它的功能主要由电气控制系统、气动系统、机械连动机构配合完成，自动化程度高，机电仪设备种类复杂，特别在机械机构的维护上难度相对较大，它的运转可靠性直接影响装置前系统的生产效率和后系统产品的包装质量。自2017年新上的重膜线设备运行以来，由于包装机自身的机械设计缺陷导致频繁出现供袋辊断裂、开袋机构运行不准、热封不佳、抓手卡涩、夹持机构断裂及料门移位等故障，常规检修维护不能彻底根除此类问题。针对这种情况，对重膜包装机设备本体机械构造分析研究后，结合检修维护技术经验，对设备部分机械设计缺陷进行优化改造，从而减少设备运行中的机械故障，确保重膜包装机长周期运行。

1、重膜包装机概况及工作原理

重膜包装机的实际包装能力为每小时1100袋，其整个工作过程是自动制袋、开袋、物料装袋和袋口封合，其中主要工序有送袋、底封热封、底封冷却、缩口开袋、装料、墩袋、口封热封、口封冷却及立袋输送等，所有执行动作都由电气系统和气动系统控制，最终由机械机构完成具体的执行任务。

1.1 送袋机构工作原理

送袋机构（图1）主要由驱动电机、主动挂胶辊和从动挂胶辊组成。

送袋机构的主要工作流程是压紧辊与送袋输送辊分开，保证二者的间隙大于15mm，将薄膜引入送袋输送辊中间，薄膜绕过送袋输送辊和4根托辊，并保证薄膜在托辊中心位置，再通过伺服电机驱动，主、从动挂胶辊同步转动，将辊子中间的膜卷输送至设定长度（790～810mm），完成送袋工序，配合底封完成热封。

1.2 热封机构工作原理

热封机构（图2）主要由底封、口封、夹持和冷却机构组成。主要工序是送袋机构完成膜卷的推送，由底封夹持机构固定膜卷，同时加热组件的左、右加热机构通过电加热方式，使加热片瞬间温度达到160℃左右（实践数据），将膜卷口热封粘合，再由切刀组件完成切割分离，此加热过程和口封加热组件的工作原理相同，热封完成后的袋口均由底封、口封的冷却机构进行降温，加固热封效果，整体完成料袋封口工序。

1.3 开袋机构工作原理

开袋机构（图3）主要由CDM2C32双行程气缸、机械连动组件和吸盘组件构成，运行中由双行程气缸驱动机械组件，同时缩口抓手动作，配合吸盘组件利用真空吸附的原理将膜卷口两侧打开，通过角片监测和辅助袋口开度，将制作完好的袋子平稳运送至下料装袋位置，配合下料装袋工序。

1.4 料门机构工作原理

料门机构（图4）主要是将称重25kg的物料产品装至膜卷料袋中，此过程主要由伺服电机驱动，将料门放料口下降至袋口内，再由MDBB40-25气缸驱动料门主、从动臂，将料门口打开放料，完成装袋过程，放料完毕后料门升起回归原位[1]，待下一个循环动作开始。装满粒料的袋子，通过AND-50装袋抓手和主驱动摆臂配合将其送至口封处进行最后一道封口、冷却工序，由立袋输送机将包装满袋送出包装机，进行金属检测、重量复检和喷码打印。

2、重膜包装机主要机械缺陷分析及改造优化

重膜包装机工作中主要依靠机械组件配合，连动完成各机构的执行动作，对机械配合件的强度、精准度要求较高，任何机械配合环节出现异常都会导致包装失败、掉袋子、洒料及热封不佳等问题。自2017年运行以来，重膜包装机送袋组件、夹持及热封组件、开袋组件、料门驱动组件等机械设计上存在的缺陷逐步凸显，各部件之间的配合标准较低，连接固定方式不合理，设备运行中存在导向板变形、挂浇辊齿轮脱离、夹持机构主轴断裂、袋口热封效果差、平键疲劳失效、开袋器配合轴磨损移位、料门驱动臂磨损失效、下料门整体移位洒料等多方面问题，导致重膜包装机故障频发，维护工作量大，直接制约重膜包装线长周期生产运行。

2.1 重膜包装机本体结构缺陷

2.1.1 送袋机构结构缺陷

送袋机构主体由挂胶辊、伺服电机和顺袋板构成，其中顺袋板主要起膜卷的输送导向作用，原设计中用3mm厚的不锈钢板制成，运行中导向板因强度低，仅2018年重膜包装机就出现了13次顺袋板变形、断裂故障，造成包装机无法正常运行。主、从动挂胶辊通过主、副齿轮配合，实现同步转动，原设计上从动挂胶辊的齿轮安装方式采用分体式，利用8个M8螺丝将从动齿轮固定于从动挂胶辊前端，实际运行中辊子频繁转、停造成固定齿轮的螺丝松动失效，传动不一致，引起堵袋子，甚至挂胶辊轴部直接断裂等，2018年出现6次失效，每次检修需花费1～2天的时间。以上两项送袋机构设计薄弱点不仅制约了生产长周期运行，同时造成检修配件的大量消耗。

2.1.2 夹持及热封组件结构缺陷

夹持及热封组件主要分为底封组件和口封组件，夹持组件分为左、右两侧，运行中通过两端MBT32-40气缸驱动连动组件完成料袋的夹持固定，执行气缸分别由两路气源控制，受人工手动调节气量误差的制约，造成两端动作不同步，使夹持机构的转轴频繁受剪切力的影响，长期疲劳导致断裂失效，同时驱动臂连动组件由Q235制成，材料硬度较低，且与轴之间仅采用6mm的平键连接，整体机械强度不高，频繁转动导致平键损坏，转轴配合不同步，引起料袋脱落等故障。热封组件接线连接处，使用普通压接端子直接机械式压紧，受振动影响常出现虚接，电流不稳定，造成热封口的热合效果不佳，袋口易破损或开裂，造成产品包装质量低。

2.1.3 开袋组件结构缺陷

开袋机构主体部件是吸盘组件和机械驱动组件，它们的配合精度直接关系到膜卷袋能否正确打开，角片能否顺利插入。原设计中吸盘连接驱动臂是通过φ12mm×64mm的轴（Q235材料）配合，且轴直接以过盈装配的方式安装于开袋器的固定架本体上。实际运行中，轴保持固定不转（固定于开袋架），驱动臂在轴承的配合下做往复运动，动作频次为每小时2200次，因存在频繁振动，受过盈配合固定方式的制约，轴、孔之间产生相对运动，造成轴、孔配合处严重磨损，因而配合轴随驱动臂同步转动，导致开袋失败，造成洒料故障，且开袋器本体架磨损后，需整套更换，维修工作量大。

2.1.4 料门组件结构缺陷

料门组件准确动作是整个包装过程中的核心工序，其主要作用是将25kg的粒料准确地装入膜卷料袋中。正常运行中，料门需频繁上下升降动作(每小时2200次)，原设计上料门主体架未合理固定，利用导向运行轨道保证料门垂直动作，因而频繁的升降导致料门轨道移位、本体架倾斜，无法准确将下料门装入料袋，造成洒料或袋口褶皱问题。同时料门开、合的驱动连接组件（Q235），同样采用6mm的平键连接，往复式运动易造成平键损伤，导致各组件非正常磨损，配合精度急剧下降，两侧料门出现撞击、卡涩等状况，引起机械疲劳或损伤。装袋成功后，满装的料袋需在3套承重抓手（AND-50）的配合下直接输送至包装机外的输送皮带上，此过程中受粉尘的影响，3套抓手设计上未采取防尘措施，粉尘侵入抓手，使内部轴承61905和61902的润滑脂固化、轴承卡涩，导致抓手无法抓紧25kg的料袋，造成料袋倾斜、刮破等问题，不仅影响包装质量，而且抓手轴承消耗量较大，抓手内部机械连杆4次失效断裂，仅2018年就更换了100余套轴承。

2.2 重膜包装机本体结构优化方案

2.2.1 送袋机构优化

改造送袋机构顺袋导向板，同时优化送袋输送辊与齿轮的连接方式。增加导向板强度，将原顺袋导向板730mm×250mm×2mm-φ2mm的结构改进为730mm×250mm×5mm-φ4mm。同时，将顺袋导向板顶端的导向杆加工成带弯曲弧度（160°）的形式（图5），其直径由2mm增加至4mm。将原送袋输送辊与齿轮分体式连接结构（使用8个M8螺丝连接固定）优化为一体式结构，采用氩弧焊接，将齿轮与挂胶辊拼焊为一体（图6），同时在主动挂胶辊轴肩处加工R3mm的倒角，降低轴肩的应力集中程度。

改造优点：优化导向板结构，增加其厚度与导向杆弯曲度，整体提高了导向板的机械强度，增加顺袋导向的开度，运行过程中，减少因堵袋造成导向板变形，送袋输送辊受阻力断裂等问题。采用送袋输送辊与齿轮一体式结构，可大幅降低因固定齿轮螺丝失效造成的齿轮脱落、送袋输送辊运动不同步等故障，降低齿轮、送袋输送辊的消耗量，同时主动辊轴肩配合处设计R3mm倒角圆弧可有效降低应力集中产生的剪切力对辊子的破坏，延长送袋机构的使用寿命，保证膜卷传送的准确性。

2.2.2 夹持及热封组件改造

将原夹持组件普通碳钢Q235材料制成的75mm×φ18mm栽焊式转动轴端改为一根45#钢制作920mm×φ30mm通轴配合安装（图7）。同时将夹持连接块由普通6mm平键连接改进为夹紧连接方式，在与原连接块配合孔垂直线夹角135°处，加工2mm×17.5mm×30mm的缓冲槽，两侧对应加工M8的通丝孔（图8），并使用M8的螺丝锁紧固定，以保证机械配合的精准度。将原夹持机构双气源、双气缸控制方式，使用AS2201-3-φ10mm的转换接头和调速阀优化为单气源、双气缸控制方式（图9），保证夹持组件同步动作，避免人工调节两路气源速度造成不同步，从而产生剪切力。将原热封组件接线端由普通机械式压紧（压接端子）方式优化为使用锡焊将压接端子和线端进行挂锡连接，增加接触强度和固定强度，保证热封的稳定性。

改造优点：夹持组件转轴优化为通轴式，且采用45#钢加工，提高了机械强度，维护中便于拆卸，轴端受损后仅需单独修复轴部，避免整套组件更换的情况。连接形式优化为锁紧式固定，提高了组件之间的安装强度和机械配合精准度，避免了轴端和连接块磨损引起的夹持错位、热封不佳等问题。通过优化气路控制，用单气路调速阀控制双气缸，可控制两侧气缸同步工作，保证夹持组件的一致性，避免因动作不同步所产生的剪切力对转轴造成不可修复的机械破坏。加热组件接线端进行挂锡处理，保证了线端的充分接触，避免虚接发热引起加热组件热封温度不恒定。

2.2.3 开袋组件改造

改造开袋组件吸盘架配合轴。采用45#钢加工轴，并增加φ40mm×2mm一体式固定圆盘，圆盘中心对称距离30mm处开2个φ6mm的孔，同时在开袋器配合轴中心30mm处加工2-M5的底丝，用于固定圆盘轴（图10）。

改造优点：优化转轴结构，在原轴基础上增加固定圆盘，将新轴直接固定于开袋器本体上，防止轴与开袋架产生相对运动造成轴与开袋架磨损，降低轴与孔之间的摩擦损耗，提高轴孔配合精度，在后期维护中只需更换失效轴即可，此优化不仅减少因开袋器配合不精准引起的洒料故障，同时节约了设备维修保养的成本。

2.2.4 料门组件改造

采用45#钢加工L形固定支架，其尺寸为40mm×40mm×15mm-M10mm，利用原M10底丝孔，将料门轨道支架加固于设备本体之上（图11），防止因料门往复运动造成整体偏移。将料门驱动连接组件由原平键配合连接改为夹紧连接，在原基础上开2mm缓冲槽（图12），使用M10的螺丝将连接块与转轴抱紧，防止产生相对运动，避免机械配合件的磨损和失效。

针对包装机粉尘大的现状，在降低粉尘含量的同时，设计φ48mm×φ25mm×3mm防尘盖（图13），用优质尼龙制作，加装于6套负重抓手上，并保证防尘盖与抓手的装配间隙在0.2～0.5mm，抑制抓手内部轴承卡涩和机械连杆断裂。

改造优点：优化料门组件，提高了料门固定支架的安装强度，保证料门动作过程中不移位，使料门口顺利进入袋口，准确下料，抑制下料过程中的洒料等问题；同时采用夹紧结构的料门驱动臂连接件，不仅提高了机械配合精度，同时降低了料门机械组件的消耗；负重抓手加装防尘盖，防止粉尘侵入抓手内部造成润滑脂固化、轴承卡涩、机械连杆断裂，降低因抓手动作不灵活引起的洒料、掉袋子等故障，同时消减抓手的检修消耗数量。

3、改造应用现状及检修维护措施

3.1 改造应用现状

重膜包装机送袋组件、夹持及热封组件、开袋组件、料门驱动组件改进优化后，提高了送袋输送辊、导向板的机械强度，袋口热封效果也得到了明显的改善。同时开袋机构的准确运行，保证了包装的生产效率，降低了洒料、漏料的数量，增创了生产效益。其中对轴孔配合优化及锁紧结构的投运，提高了各组件之间的机械配合精准度，销轴、连接组件的强度也得到提高，其频繁磨损、断裂失效的问题得到了解决。料门组件改进后，运行中料门偏移、袋口褶皱的现象得到了改善，同时通过优化连接件，料门整体运行振动明显减轻，料门撞击、张口不到位等问题得到了解决。负重抓手加装防尘盖之后，其内部轴承运行灵活，抓手配合面夹紧力均匀，掉袋子、袋口倾斜及热封褶皱等问题得到了有效的改善，整体降低了自动化重膜包装机的故障，助力产品高质量的包装，让企业产品放心可靠地投入市场。

3.2 检修维护措施

为保证改造后的重膜包装机正常运行，提高日常维护质量，依据设备实际运行情况，提出以下7项日常检修维护措施：

a.每天开车前，将包装机开袋机构、抓手、料门连杆机构进行手动试验，若有卡涩，及时更换连接组件或轴承，开车后包装速度不应超过每小时1200袋（实践数据）。

b.每周紧固检查夹持及热封组件、开袋组件、料门驱动组件的锁紧机构，避免螺丝松动导致锁紧机构失效，从而引发机械故障。

c.每月检查1次各组件轴孔配合磨损情况，若销轴与配合件之间处于间隙配合状态，且磨损量大于1mm，需更换配合组件，避免其他相关机械连接件受损伤。

d.热封组件的加热片、硅胶条使用过程中若高温氧化、硬化则需同时更换，避免单侧更换；安装加热条时，必须从中心位置往两边对称安装固定；加热片设定温度在160℃左右（实践数据）。

e.每次更换热封机构，需保证料袋上边超过上封的加热条约5mm，两夹紧杆平行，保证夹紧杆的中心在料袋的中心线上。

f.左加热组件和右加热组件的位置必须互相平行且热封组件的中心与两夹持杆的中心重合，左右加热片闭合后应互相紧贴无缝隙。

g.对其他螺栓紧固件、易磨损件等连接部位要每月检查1次，磨损严重时必须更换（磨损量超过1mm表明配合件已磨损严重）。

4、结束语

通过分析重膜包装机常见机械故障及缺陷，归纳造成故障的原因，从包装机设备本体缺陷出发，剖析问题根源，对送袋组件、夹持及热封组件、开袋组件、料门驱动组件的连接方式、强度设计、材料选用、防磨及防尘措施等几个主要缺陷问题进行优化，消除了由机械原因所造成的重膜包装机热封不佳、机械配合件疲劳失效等问题，不仅提高了重膜包装机的长周期运行效率，而且有效保障了粒料产品的包装质量，减少了产品落地料数量，为企业带来一定的经济效益，同时减轻了设备维护保养的日常工作量。

笔者介绍的改造措施已在兰州石化公司化工区重膜包装线上正常投入使用，运行效果良好，设备故障问题得到了明显的改善。所提及的改造形式，如夹紧结构、一体式焊接结构、单气源控制双气缸同步动作等方法，在普通机械连接、驱动上也可有所借鉴。

参考文献:

[1]川曹艳,英邵军全自动粉､粒料包装机设计[J].包装工程.

文章来源：胡文文,陈杰,袁宏,许虹,张超.乙烯粒料产品自动化重膜包装线改造优化及应用[J].化工自动化及仪表,2022,49(03):368-375.