Оборудование для производства тары и упаковки

В.Г. Шипинский

ОбОрудОвание 

для прОизвОдства 
тары и упакОвки

Допущено 

Министерством образования Республики Беларусь

в качестве учебного пособия для студентов 

учреждений высшего образования по специальности 

«Упаковочное производство»

2019

 
Минск 
Москва

 
«Новое знание» 
«ИНФРАМ»

Общество с ограниченной ответственностью «Новое знание». 

ЛИ № 02330/0552555 от 08.04.2009.

Ул. Шаранговича, 7-213б, Минск, Республика Беларусь. 

Почтовый адрес: а/я 79, 220050, Минск, Республика Беларусь. 

Телефон/факс: (10-375-17) 211-50-38

E-mail: nk@wnk.biz
http://wnk.biz

Издательский Дом «ИНФРА-М»

127282, Москва, ул. Полярная, д. 31в

Тел.: (495) 380-05-40, 380-05-43. Факс: (495) 363-92-12

E-mail: books@infra-m.ru
http://www.infra-m.ru

УДК 621.798.06(075.8) 
ББК 30.61я73 
 
Ш65

Шипинский, В.Г.

Оборудование для производства тары и упаковки: учеб. пособие

/ В.Г. Шипинский. — Минск : Новое знание ; М. : ИНФРА-М, 2019.
— 624 с. : ил. — (Высшее образование).

ISBN 978985475481-9 (Новое знание) 
ISBN 978-5-16-005290-8 (ИНФРА-М)
Рассмотрены классификация технологических машин, их основные

характеристики и системы управления. Приведены исполнения и методики расчетов типовых функциональных устройств, обеспечивающих
дозирование и фасование продукции, автоматическую загрузку и транспортирование объектов обработки, подачу рулонных материалов и сварку элементов упаковки. Описаны машины для упаковывания в обертки,
пакеты, оболочки и термоформованную тару.

Для студентов вузов, обучающихся по специальности «Упаковочное

производство». Может быть полезно инженерно-техническим работникам, занятым в области упаковочного производства и товарообращения.

УДК 621.798.06(075.8) 

ББК 30.61я73

Ш65

© Шипинский В.Г., 2012
© ООО «Новое знание», 2012

ISBN 978985475481-9 (Новое знание) 
ISBN 978-5-16-005290-8 (ИНФРА-М) 

Рецензенты:

кафедра «Машины и аппараты химических и силикатных производств»
Белорусского государственного технологического университета;
зав. отделом №1 «Материаловедение и технология рециклинга полимерных систем» ГНУ «Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого» НАН Беларуси, доктор технических наук, доцент
В.М. Шаповалов

Оригиналмакет подготовлен ООО «Новое знание»

Подписано в печать 23.09.2011.

Формат 60×90 1/16. Бумага офсетная. Гарнитура Школьная. Печать офсетная.

Усл. печ. л. 39,0. Уч.-изд. л. 37,73. ПТ 10 экз.

ТК 168600-10783-230911

Оглавление

Предисловие ..................................................................................... 5

Список основных сокращений ............................................................ 6

Введение .......................................................................................... 7

1. Основные понятия о производственном и технологическом
процессах .................................................................................... 10
1.1. Структура производственного процесса .................................... 10
1.2. Типы производства ................................................................ 17

2. Структурнофункциональная классификация машин ...................... 19
2.1. Структурные схемы и характеристики машин ......................... 19
2.2. Системы управления автоматическим оборудованием ............... 29

3. Основные характеристики упаковочного оборудования ................... 38
3.1. Основные характеристики технологического оборудования ....... 38
3.2. Циклограммы работы технологического оборудования .............. 40

4. Устройства для дозирования и фасования продукции ..................... 52
4.1. Классификация и характеристика дозаторов ............................ 52
4.2. Дозаторы жидкой продукции ................................................. 61
4.3. Дозаторы пастообразной продукции ........................................ 72
4.4. Закономерности дозирования жидкой и пастообразной
продукции ............................................................................ 79
4.5. Дозаторы сыпучей продукции ................................................. 84
4.6. Закономерности дозирования сыпучей продукции .................. 109

5. Устройства для автоматической загрузки штучных изделий ......... 116
5.1. Структура систем автоматической загрузки штучных
изделий .............................................................................. 116
5.2. Загрузочные устройства с захватноподающими
механизмами ....................................................................... 118
5.3. Ориентирующие устройства .................................................. 136
5.4. Магазины с механизмами выдачи изделий ............................. 154
5.5. Кассетные питатели ............................................................. 161
5.6. Манипуляторы и роботы ....................................................... 177
5.7. Захватные устройства .......................................................... 195
5.8. Кассетирующие и стапелирующие устройства ........................ 230

6. Транспортирующие устройства и механизмы ............................... 245
6.1. Классификация транспортирующих устройств
и механизмов ..................................................................... 245
6.2. Гравитационные транспортеры ............................................ 247
6.3. Замкнутые конвейеры ........................................................ 251
6.4. Незамкнутые конвейеры ..................................................... 267
6.5. Круговые транспортеры ...................................................... 275
6.6. Транспортеры возвратнопоступательного действия ............... 280
6.7. Пневматические транспортеры ............................................ 287
6.8. Магнитные транспортеры .................................................... 291
6.9. Комбинированные транспортирующие системы .................... 294
6.10. Дополнительные транспортирующие устройства ................... 296

7. Устройства для подачи рулонных материалов .............................. 308
7.1. Структура устройств для подачи рулонных материалов ......... 308
7.2. Механизмы фиксации рулонов ............................................ 310
7.3. Механизмы вращения рулонов ............................................ 313
7.4. Механизмы подачи ленты ................................................... 320
7.5. Механизмы резки ленты ..................................................... 331
7.6. Механизмы правки ленты ................................................... 340
7.7. Механизмы амортизации и натяжения ленты ....................... 347
7.8. Механизмы торможения разматываемого рулона .................. 351
7.9. Механизмы остановки ленты .............................................. 355
7.10. Механизмы направления ленты ........................................... 358
7.11. Дополнительные механизмы ............................................... 360

8. Устройства для сварки пластмасс ............................................... 368
8.1. Классификация способов сварки и типы соединений ............... 368
8.2. Сварка нагретым инструментом ............................................ 375
8.3. Сварка нагретым присадочным материалом ........................... 394
8.4. Сварка газовыми теплоносителями ........................................ 398
8.5. Ультразвуковая сварка ......................................................... 402
8.6. Сварка трением ................................................................... 411
8.7. Сварка токами высокой частоты ........................................... 417
8.8. Лучевая (радиационная) сварка ............................................ 422
8.9. Химическая сварка .............................................................. 430

9. Упаковывание в обертки ............................................................ 434
9.1. Конструктивные исполнения оберток .................................... 434
9.2. Производство обертки .......................................................... 437
9.3. Роторные заверточные автоматы ........................................... 443
9.4. Карусельные заверточные автоматы ...................................... 459
9.5. Конвейерные заверточные автоматы и линии ......................... 469
9.6. Горизонтальные поточные заверточные автоматы ................... 484

10. Упаковывание в пакеты и оболочки .......................................... 498
10.1. Конструктивные исполнения пакетов ................................... 498
10.2. Автоматы для изготовления бумажных пакетов .................... 504
10.3. Машины для изготовления пакетов из полимерных пленок ... 518
10.4. Машины для упаковывания в пакеты .................................. 526
10.5. Пакетоформирующие упаковочные автоматы ....................... 544
10.6. Оболочкоформирующие упаковочные автоматы .................... 569

11. Упаковывание в термоформованную пластмассовую тару ........... 577
11.1. Суть процессов термоформования ........................................ 577
11.2. Способы формования тары .................................................. 579
11.3. Классификация технологического оборудования ................... 583
11.4. Вакуумформовочные машины ............................................ 586
11.5. Машины для упаковывания в термоформованную тару ......... 591
11.6. Формовочноупаковочные линии и автоматы ........................ 600
11.7. Термоформовочные и укупорочные устройства ..................... 615

Рекомендуемая литература ............................................................. 623

4
Оглавление

Предисловие

Динамично развивающаяся упаковочная отрасль по объемам производимой продукции и количеству занятых в ней людей конкурирует в настоящее
время с такими лидерами мировой экономики, как военнопромышленный
и агропромышленный комплексы. Связывая воедино самые разнообразные
сферы производства, торговли и потребления, она уже стала одним из важнейших звеньев мировой производственной инфраструктуры и комплексно
развивается вместе с ней. Одновременно формируется и новое научное направление, призванное обеспечить эффективное решение возникающих в упаковочной отрасли научнотехнических и организационных задач, наиболее приоритетными из которых являются: совершенствование упаковочных материалов и технологий их производства; тароупаковочное машиностроение;
комплексная автоматизация технологических процессов; создание высокоэффективных производственных мощностей; дизайн, стандартизация, логистика, маркетинг, экологические и другие аспекты упаковочного производства; подготовка для отрасли профессиональных инженернотехнических
и научных кадров. А для подготовки профессиональных кадров необходима
разнообразная учебная и техническая литература, которая бы содержала
систематизированные и глубокие знания по всем аспектам этой отрасли.
Данная книга впервые решает указанную задачу в области технологического оборудования, создаваемого и применяемого для производства тары
и упаковывания продукции. В ней приводятся основные понятия о производственном и технологическом процессах, структурнофункциональная классификация технологических машин, комплексов и линий, их основные технические характеристики и применяемые системы управления. Рассмотрены
основные конструктивные исполнения и необходимые методики проектировочных расчетов типовых функциональных устройств, обеспечивающих
дозирование и фасование продукции, автоматическую загрузку штучных
изделий, транспортирование объектов обработки, подачу рулонных материалов и сварку конструктивных элементов упаковки, а также машины и технологии, применяемые для производства тары и упаковывания продукции
в обертки, пакеты, оболочки некоторых видов и термоформованную пластмассовую тару.
Излагаемый объемный материал основывается на многих источниках
информации, включающих техническую литературу, монографии, авторские
свидетельства, научнотехнические публикации, а также конструкторскую
и эксплуатационную документацию на конкретные устройства и машины.
В данном учебном пособии широко представлены изобретения и научнотехнические разработки самого автора.
В ходе продолжения этой работы планируется подготовить вторую книгу,
в которой будут рассмотрены машины и технологии, применяемые для производства тары и упаковывания продукции в потребительскую и транспортную тару других видов, пакетирования упакованной продукции в укрупненные грузовые единицы, а также для утилизации использованной упаковки
и ее переработки во вторичное сырье.
Автор выражает искреннюю благодарность дру техн. наук В.М. Шаповалову, канд. техн. наук П.Е. Вайтеховичу, канд. техн. наук О.А. Петрову,

а также коллективам кафедры «Машины и аппараты химических и силикатных производств» Белорусского государственного технологического университета и кафедры «Организация упаковочного производства» Белорусского
национального технического университета за рецензирование, ценные советы и помощь в улучшении рукописи.
Все отзывы и пожелания, которые будут приняты с благодарностью,
просьба направлять по адресу издательства.
Автор

Список основных сокращений

БЗОУ
—
бункерное загрузочноориентирующее устройство
БПР
—
блок пневмораспределительный
ГАЛ
—
гибкая автоматизированная линия
ГПК
—
гибкий производственный комплекс
ЗУ
—
захватное устройство
ИК
—
инфракрасный
ИМЛ
—
исполнительный модуль линейный
ИМУ
—
исполнительный модуль угловой
КП
—
контроллер программируемый
КПД
—
коэффициент полезного действия
КРО
—
конвейер роликовый однорядный
КРМ
—
конвейер роликовый многорядный
КЭМ
—
контакт электрический магнитоуправляемый
МГС
—
модифицированная газовая среда
МКА
—
микропроцессорный командоаппарат
ОЗУ
—
оперативное запоминающее устройство
ПА
—
полиамид
ПВХ
—
поливинилхлорид
ПЗУ
—
постоянное запоминающее устройство
ПК
—
поликарбонат
ПП
—
полипропилен
ППЗУ
—
пульт программирования запоминающего устройства
ПР
—
промышленный робот
ПЭТФ
—
полиэтилентерефталат
РГС
—
регулируемая газовая среда
РТК
—
робототехнический комплекс
САУ
—
система автоматического управления
СТЗ
—
система технического зрения
ТВЧ
—
ток высокой частоты
ТЭН
—
трубчатый электронагреватель
УКМ
—
устройство контурнопозиционное
УП
—
упор промежуточный
ЧПУ
—
числовое программное управление
ЭАК
—
электростимулированный адгезионный контакт
ЭЦМ
—
электронная цветоделительная машина

6
Список основных сокращений

Введение

Одно из главных условий развития общества заключается в том,
чтобы на основе широкого внедрения достижений науки и техники
постоянно повышать эффективность производства и производительность труда. Решению этой задачи в значительной степени
способствует комплексная механизация и автоматизация производственных процессов, включающих и упаковочные, которые в результате эволюции к середине ХХ в. из отдельных вспомогательных
частей промышленного производства сформировались в мощную
самостоятельную отрасль. Став функционально совершенной и привлекательной, неся информацию об упакованном товаре, а также
товарные знаки и другую маркировку, упаковка приобрела способность предлагать товар сама, давая возможность производителям продукции общаться с ее потребителями, минуя продавцов.
Этим сегодня обеспечиваются условия для такой торговли, при
которой покупателям предоставляется свободный доступ к упакованному товару. Привлекательная и функционально совершенная
упаковка является также эффективным средством конкурентной
борьбы производителей продукции на рынках реализации товаров потребителям. В настоящее время динамично развивающаяся
упаковочная отрасль промышленного производства является одним
из важнейших звеньев мировой производственной инфраструктуры, связывающей воедино многие сферы производства, торговли
и потребления.
Упаковывание продукции — сложная многофункциональная
задача, эффективное решение которой тесно связано с созданием
и производством современных упаковочных материалов, функционально совершенной упаковки и средств пакетирования грузов,
разнообразного технологического оборудования, а также с производством самой продукции. Сложность технологического оснащения и комплексной автоматизации тароупаковочного производства
обусловлена огромным разнообразием производимой продукции,
видов упаковки и средств пакетирования грузов, их типоразмеров
и конструктивных исполнений. Этими факторами, в свою очередь,
определяется и широкая номенклатура тароупаковочных машин.
Уровень их универсальности, степень автоматизации, производительность и стоимость, как правило, зависят от широты номенклатуры и объемов выпуска упаковываемой продукции, т.е. от типа
производства. Упаковочное и пакетирующее технологическое
оборудование должно при этом хорошо встраиваться в качестве

заключительного звена в действующие автоматизированные комплексы и линии по производству самой продукции и работать с ними
в едином технологическом ритме, обеспечивая эффективное и качественное выполнение всех операций упаковочного процесса.
В структуре производственного процесса операции упаковывания продукции и формирования из нее укрупненных грузовых
единиц выполняются, как правило, на завершающих этапах.
В обобщенном виде эта часть технологического процесса включает
следующие этапы:

изготовление тары и других упаковочных средств;

подготовка тары, укупорочных средств и других элементов
упаковки к упаковыванию;

подготовка к упаковыванию изготовленной продукции (изделий);

дозирование и фасование (укладка) продукции (изделий)
в тару;

укупоривание тары, маркировка и оформление упаковочных
единиц;

группирование упаковочных единиц и укладка в транспортную тару;

укупоривание транспортной тары и маркировка транспортных единиц;

подготовка средств пакетирования;

формирование из транспортных единиц с помощью средств
пакетирования укрупненных грузовых единиц;

складирование укрупненных грузовых единиц и отгрузка
товара потребителям.
Перечисленные этапы состоят обычно из нескольких последовательных операций, которые выполняются технологическими машинами, содержащими соответствующие исполнительные устройства
и механизмы. Эти машины часто объединяются сквозной транспортирующей системой как друг с другом, так и с технологическим оборудованием по производству самой продукции, образуя
работающие в едином технологическом ритме механизированные
или автоматизированные комплексы и поточные линии, связанные
общей системой управления. Характерной особенностью такого
технологического оборудования является сложное конструктивное
исполнение, обусловленное наличием большого количества кинематически взаимосвязанных и быстро перемещающихся функциональных механизмов. Создавать же и эффективно эксплуатировать

8
Введение

такие сложные технические системы могут только профессионалы, обладающие специальной инженерной подготовкой.
Практически все тароупаковочное технологическое оборудование, в свою очередь, состоит как из типовых функциональных
устройств и механизмов, присущих многим видам машин, так и из
специализированных, применяемых только в технологическом
оборудовании определенных видов. Наиболее значимыми типовыми функциональными системами и устройствами этого класса
машин, в частности, являются:

устройства для дозирования и фасования жидкой, пастообразной и сыпучей продукции;

устройства автоматической загрузки штучных изделий;

транспортирующие устройства и механизмы технологических
машин;

устройства для объединения, разделения и изменения направления движения потоков изделий (продукции), а также их группирования;

устройства подачи рулонных упаковочных материалов;

устройства для сварки пластмасс и полимерных пленок;

системы автоматического управления технологическим оборудованием.
Конструктивное исполнение технологических машин, комплексов и поточных линий определяется прежде всего содержанием
технологического процесса или операции, для выполнения которых они предназначены, т.е. технологии и реализующие их машины неразрывно связаны между собой, и в такой взаимосвязи
они рассматриваются в этой книге.

Введение
9

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
О ПРОИЗВОДСТВЕННОМ
И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССАХ

Структура производственного процесса

Готовую продукцию (изделия) производят на предприятиях
из материалов и полуфабрикатов в результате осуществления отдельных процессов, совокупность которых составляет производственный процесс.
Производственный процесс — это совокупность всех действий людей и орудий труда, необходимых на данном предприятии
для изготовления соответствующей продукции (изделий). Он определяет производственную структуру предприятия, т.е. состав его
цехов и служб с указанием связей между ними.
Цех является основным структурным производственным подразделением предприятия, представляющим собой совокупность
производственных участков.
Производственный участок объединяет группу рабочих мест,
организованных по предметному, технологическому или предметнотехнологическому принципу.
Рабочее место — элементарная единица структуры предприятия, где размещаются исполнители работы, обслуживаемое ими
технологическое оборудование, часть конвейера, а также (на ограниченное время) оснастка и предметы труда (ГОСТ 14.004–83).
Технологическим процессом называют часть производственного процесса, содержащую целенаправленные действия по изменению и (или) определению состояния предмета труда. Слово «технология» (гр. technç — искусство, мастерство, умение и logos —
слово, учение) означает науку, систематизирующую совокупность
приемов и способов обработки (переработки) сырья, материалов,
полуфабрикатов соответствующими орудиями производства в целях получения готовой продукции. Важнейшие показатели, характеризующие техникоэкономическую эффективность технологического процесса:

расход сырья, полуфабрикатов и энергии на единицу продукции;

11

1.1.

количество и качество получаемой готовой продукции (изделий);

уровень производительности труда;

интенсивность процесса;

затраты на производство;

себестоимость продукции (изделий).
В ходе технологического процесса изменяются размеры, форма,
состояние и свойства предметов труда, выполняется соединение
деталей в сборочные единицы и изделия или из исходных материалов и полуфабрикатов производится соответствующая готовая
продукция. При этом осуществляется контроль выпускаемой продукции (изделий) на соответствие требованиям технических условий и другой нормативной документации.
Технологический процесс состоит из компонентов, циклически
повторяющихся для каждого объекта производства. С пространственнофункциональной точки зрения в иерархической структуре
технологического процесса выделяют этапы, операции, установы,
позиции, переходы и проходы.
Главным признаком этапа является определенное состояние
изготавливаемой продукции (предметов труда), достигнутое после его выполнения. Например, применительно к изготовлению
детали можно выделить этапы получения заготовки, ее механической обработки, окончательной отделки поверхностей. При изготовлении изделия в целом различают этапы его поузловой и общей
сборки, наладки, испытания изделия и т.д.
Процесс упаковывания готовой продукции включает следующие этапы:

изготовление тары:

подготовка тары и других упаковочных средств к упаковыванию;

подготовка к упаковыванию продукции;

дозирование и фасование продукции в тару или размещение
изделий в таре;

закрытие, укупоривание и оформление упаковочных единиц и др.
Таким образом, на первом уровне технологический процесс подразделяется на этапы, совокупность которых образует типовую
схему изготовления продукции. В свою очередь, каждый этап
состоит из одной или нескольких операций.
Операцией называется законченная повторяющаяся часть технологического процесса, которая выполняется на одном рабочем

1.1. Структура производственного процесса
11

месте (на определенной технологической машине). Совокупность
упорядоченных операций образует маршрут изготовления продукции (детали, изделия). Операция является также основным
элементом производственного планирования и учета. На выполнение операций устанавливают нормы времени и расценки. По
операциям определяют трудоемкость и себестоимость процесса,
необходимое количество производственных рабочих и средств
технологического оснащения.
Установом называется часть технологической операции, выполняемая при неизменном закреплении изготавливаемого объекта. Основной признак установа — неизменность положения
изготавливаемого объекта относительно станочного приспособления. В каждой операции может быть один или несколько (редко
более двух) установов. При одном установе изготавливаемый объект
может занимать различные позиции.
Позиция — это фиксированное положение, занимаемое неизменно закрепленным изготавливаемым объектом вместе с приспособлением относительно инструмента или неподвижной части
оборудования, для выполнения определенной работы. Например,
на многопозиционных станках изготавливаемый объект вместе
с приспособлением последовательно переходит из одной рабочей
позиции в другую, где фиксируется для выполнения соответствующего перехода. На таких станках кроме рабочей выделяются
также позиции установки изготавливаемого объекта в приспособление и его удаления с приспособления после выполнения предусмотренных переходов.
Переход — это законченная часть технологической операции,
выполняемая одними и теми же средствами технологического оснащения при неизменных технологических режимах и установе.
При выполнении перехода режимы работы иногда изменяются
без воздействия рабочего, т.е. автоматически, например в станках с программным или адаптивным управлением. Так, при механической обработке заготовок переходы могут выполняться
путем удаления одного или нескольких слоев материала за один
либо несколько проходов (рабочих ходов). При этом однократное
перемещение инструмента относительно заготовки, сопровождаемое изменением ее размеров, качества и свойств, является законченной частью технологического перехода и определяется как
проход (рабочий ход). Однократное же перемещение инструмента
относительно заготовки, необходимое для подготовки рабочего
хода, представляет собой вспомогательный ход.

12
1. Понятия о производственном и технологическом процессах