蔡松華

（漳州佳龍科技股份有限公司，福建 漳州 363000）

商品包裝作為商品的一部分，既能提高產(chǎn)品的美觀度，又能延長(zhǎng)食物的保鮮時(shí)間。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們生活消費(fèi)水平的日益提高，人們對(duì)食品包裝的要求也越來(lái)越高[1]。立體真空包裝外觀方正，搬運(yùn)方便，在食品和糧食行業(yè)應(yīng)用廣泛。由于立體真空包裝袋多為簡(jiǎn)單透明的M形袋，運(yùn)輸過(guò)程可能造成破損且不利于終端消費(fèi)者攜帶，目前糧食行業(yè)大多采用二次裝袋的方式來(lái)提升產(chǎn)品的美觀度和終端消費(fèi)者的攜帶方便性并降低物流運(yùn)輸過(guò)程中的破損率。由于二次套袋環(huán)節(jié)操作較為麻煩，對(duì)人工而言勞動(dòng)強(qiáng)度較大，生產(chǎn)效率低，封口不穩(wěn)定，面對(duì)需求量日益攀升的二次裝袋需求，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種真空包裝二次裝袋機(jī)。

1 真空包裝二次裝袋機(jī)方案

真空包裝二次裝袋機(jī)采用整機(jī)設(shè)計(jì)，單個(gè)設(shè)備可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)給袋、張袋撐袋、推包進(jìn)袋、封口、出料輸送等功能，通過(guò)PLC控制器控制多個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)執(zhí)行一系列的動(dòng)作以滿足整機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。

PLC控制器收集各個(gè)位置的傳感器信號(hào)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，按照既定的工作流程控制整機(jī)各個(gè)機(jī)構(gòu)有序動(dòng)作，各個(gè)機(jī)構(gòu)動(dòng)作雖獨(dú)立運(yùn)行但是又有序配合。整個(gè)動(dòng)作過(guò)程主要由送袋工序、張袋撐袋工序、推包進(jìn)袋工序、封口工序和出料工序組成，具體工作流程見(jiàn)圖1。

圖1 工作流程圖

2 真空包裝二次裝袋機(jī)關(guān)鍵技術(shù)

在整機(jī)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中有以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：可移動(dòng)豎直撐袋機(jī)構(gòu)、推包定位機(jī)構(gòu)、理袋熱封機(jī)構(gòu)。以上三個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度、穩(wěn)定性以及相互之間的配合度將直接影響到整機(jī)的包裝速度、封口成功率及可靠性。

2.1 可移動(dòng)豎直撐袋機(jī)構(gòu)

可移動(dòng)豎直撐袋機(jī)構(gòu)主要由水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)和豎直撐袋機(jī)構(gòu)組成見(jiàn)圖2。

圖2 可移動(dòng)豎直撐袋機(jī)構(gòu)圖

如圖2所示，送袋機(jī)構(gòu)將袋子送到位并張開袋口，撐袋機(jī)構(gòu)在行程氣缸的作用下移動(dòng)并插入袋口，上下?lián)未鼩飧讋?dòng)作驅(qū)動(dòng)上、下?lián)未M件撐住袋口。此后整個(gè)撐袋機(jī)構(gòu)在水平移動(dòng)氣缸的作用下平移至推包位置等待推包機(jī)構(gòu)將物料推入包裝袋[2]。

2.2 推包定位機(jī)構(gòu)

對(duì)于全自動(dòng)真空包裝二次裝袋機(jī)，包裝速度、封口合格率及穩(wěn)定性是核心競(jìng)爭(zhēng)力所在，因此推包定位機(jī)構(gòu)的推入速度和定位狀態(tài)極其重要。

推包定位機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖3所示。物料進(jìn)入進(jìn)料對(duì)中機(jī)構(gòu)后，呈現(xiàn)不規(guī)整的狀態(tài)，此時(shí)對(duì)中導(dǎo)板動(dòng)作，對(duì)物料進(jìn)行對(duì)中，保證物料平行送入包裝袋。進(jìn)料對(duì)中機(jī)構(gòu)如圖4所示，對(duì)中板a和對(duì)中板b通過(guò)過(guò)渡架與導(dǎo)軌上的不同滑塊固定，氣缸尾座安裝于固定的安裝板上，氣缸活塞桿通過(guò)關(guān)節(jié)軸承與對(duì)中導(dǎo)板b連接，對(duì)中導(dǎo)板a與對(duì)中導(dǎo)板b分別與同步帶的不同邊連接。當(dāng)氣缸回縮時(shí)，氣缸活塞桿帶動(dòng)對(duì)中導(dǎo)板b向中間移動(dòng)，此時(shí)同步帶由于對(duì)中導(dǎo)板b的作用呈順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)帶動(dòng)對(duì)中導(dǎo)板a也向中間移動(dòng)；當(dāng)氣缸伸出時(shí)，對(duì)中導(dǎo)板a、b同時(shí)向外張開。該機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)中導(dǎo)板a和對(duì)中導(dǎo)板b同步動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)物料對(duì)中定位。

圖3 推包定位機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

圖4 進(jìn)料對(duì)中機(jī)構(gòu)圖

物料對(duì)中完成后，由推包機(jī)構(gòu)將物料快速推入包裝袋，推包機(jī)構(gòu)電動(dòng)組件包括推包電機(jī)及減速器，通過(guò)減速器驅(qū)動(dòng)推包主動(dòng)帶輪旋轉(zhuǎn)，主動(dòng)帶輪與從動(dòng)帶輪之間纏繞有前后傳動(dòng)的推包同步帶，推包臂安裝在推包同步帶上，且與水平推包導(dǎo)軌移動(dòng)副固定如圖5所示[3]。

圖5 推包機(jī)構(gòu)圖

同步帶強(qiáng)度計(jì)算及選型：由于推包機(jī)構(gòu)由同步帶帶動(dòng)，頻繁來(lái)回運(yùn)行且速度較快，所以需要對(duì)同步帶選型進(jìn)行計(jì)算及校核。推包機(jī)構(gòu)圖如圖5所示。

已知電機(jī)額定功率P=0.75 kW，額定轉(zhuǎn)速3000 r/min，減速機(jī)減速比1∶10，整機(jī)每天工作12～16 h，間歇頻繁正反轉(zhuǎn)工作，要求中心距1090 mm左右。

⑴ 確定設(shè)計(jì)功率Pd，Pd=KA·P，KA為載荷修正系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[4]第2卷中的表6.1-62可得載荷修正系數(shù)。

取KA＝2，計(jì)算可得Pd＝2×0.75 kW＝1.5 kW。

⑵ 選定帶型節(jié)距Pb，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[4]第2卷中的圖6.1-22圓弧齒同步帶選型圖，根據(jù)Pd和小帶輪轉(zhuǎn)速n1選擇合適帶型。

圖6 理袋熱封機(jī)機(jī)構(gòu)圖

已知Pd＝1.5 kW，n1＝300 r/min，根據(jù)圓弧齒同步帶選型圖選擇帶型為8M。

⑶小帶輪齒數(shù)Z1≥22，根據(jù)結(jié)構(gòu)需要取Z1＝Z2＝32。

取帶寬b=30 mm，KL—帶長(zhǎng)系數(shù)，bS0—帶的基本寬度。

2.3 理袋熱封機(jī)構(gòu)

理袋熱封機(jī)構(gòu)由理袋機(jī)構(gòu)和熱封機(jī)構(gòu)組成，如圖6所示。

可移動(dòng)豎直撐袋機(jī)構(gòu)將外包裝袋撐開并移動(dòng)至推包位置，推包定位機(jī)構(gòu)把物料糾正后推入外包裝袋并退出；此時(shí)，左右理袋切在同步帶的帶動(dòng)下同時(shí)向中間移動(dòng)，切入風(fēng)琴袋的袋口側(cè)面中線把風(fēng)琴袋的袋口側(cè)面中線內(nèi)折形成穩(wěn)定的“M”邊；與此同時(shí)，上下理袋夾同時(shí)向中間動(dòng)作固定住袋口形狀，此時(shí)左右理袋切退出風(fēng)型袋袋口側(cè)面；之后上下熱封板動(dòng)作進(jìn)行袋口熱封，如圖7所示，封口后成品如圖8所示。

圖7 理袋熱封機(jī)工作流程圖

圖8 封口后成品圖

2.4 理袋熱封機(jī)構(gòu)封口成功率的測(cè)試及分析

測(cè)試條件大致如下：測(cè)試時(shí)環(huán)境溫度25～30 ℃，取2000個(gè)同種規(guī)格的袋子分成10組進(jìn)行包裝并封口。封口成功率統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 理袋熱封機(jī)構(gòu)封口成功率測(cè)試結(jié)果

通過(guò)包裝封口成功率測(cè)試統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，理袋熱封機(jī)構(gòu)的封口成功率較高，可以滿足設(shè)備要求。

3 結(jié)語(yǔ)

真空包裝二次裝袋機(jī)項(xiàng)目在研發(fā)過(guò)程中做出了較大突破，并獲得多項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利和實(shí)用新型專利。創(chuàng)新性地采用了上下?lián)未募夹g(shù)，通過(guò)快速更換模具的方式適應(yīng)不同規(guī)格的包裝袋，提高了整機(jī)的兼容性；新型的理袋熱封機(jī)構(gòu)提高了封口的穩(wěn)定性，有效降低了破損率。真空包裝二次裝袋機(jī)自投入市場(chǎng)后受到全國(guó)各地糧油加工企業(yè)的廣泛認(rèn)可，使糧油企業(yè)自動(dòng)化程度得到提高，推動(dòng)了大米包裝機(jī)械的發(fā)展，創(chuàng)造了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。