一款新型氣調(diào)包裝機(jī)設(shè)計(jì)研究

賴太群　吳錦庭

摘要：氣調(diào)包裝機(jī)是歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)果蔬、熟食品實(shí)現(xiàn)高效保鮮而長(zhǎng)期研發(fā)的產(chǎn)品，在目前的市場(chǎng)發(fā)展中具有很大的潛力?；诖耍疚膶⒔榻B一款新型的枕型袋式氣調(diào)包裝機(jī)，并對(duì)其關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明和深入的解析。

關(guān)鍵詞：氣調(diào)包裝；氣體置換；配氣精度

目前，一些食品果蔬保鮮產(chǎn)品日益成為食品類消費(fèi)的主流，并在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上占有越來(lái)越大的份額。而把氣調(diào)包裝應(yīng)用于這些食品的保鮮，可使食品的貨架期大大延長(zhǎng)，因而，氣調(diào)包裝機(jī)具有很大的市場(chǎng)潛力。下面，針對(duì)袋式氣調(diào)包裝機(jī)，本文提出一種新型的設(shè)計(jì)方案。

1總體方案設(shè)計(jì)

1.1設(shè)計(jì)要求

氣調(diào)包裝機(jī)用于保鮮食品包裝，保存食品的色香味。本文所涉及的這種氣調(diào)包裝機(jī)主要用于新鮮果蔬產(chǎn)品的氣調(diào)包裝，基于新鮮果蔬的物理性能，選擇枕式氣調(diào)包裝機(jī)為基本機(jī)型。評(píng)價(jià)氣調(diào)包裝機(jī)性能的2個(gè)指標(biāo)：氣體置換率及配氣精度。本機(jī)氣體置換率設(shè)計(jì)可達(dá)到97%～99.5%。由于果蔬產(chǎn)品具有種類多、形狀各異的特點(diǎn)，因此本機(jī)的設(shè)計(jì)需要適合不同形狀與大小的產(chǎn)品。氣調(diào)包裝袋尺寸由氣體置換裝置控制，因此氣體置換裝置的設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)充氣管長(zhǎng)、寬、高3個(gè)方向上的調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同包裝形狀與尺寸的要求。同時(shí)需要設(shè)有產(chǎn)品長(zhǎng)度在線檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不同大小、特征的單元包裝果品和蔬菜長(zhǎng)度的準(zhǔn)確測(cè)量，以提供最合適的包裝尺寸包裝循環(huán)所完成的工序：產(chǎn)品輸送→產(chǎn)品測(cè)長(zhǎng)→包裝袋成型→包裝袋縱封→氣體置換→包裝袋橫封切斷→包裝產(chǎn)品送出。此設(shè)備操作簡(jiǎn)易，重復(fù)性強(qiáng)。

1.2總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)組成包括：物料供送裝置，包裝薄膜供送裝置，制袋成型器，拉膜牽引機(jī)構(gòu)，氣體置換裝置，配氣系統(tǒng)，縱封機(jī)構(gòu)，橫封切斷裝置和成品輸出裝置。本機(jī)整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1

由圖1可知，氣調(diào)包裝機(jī)成臥式布局，水平輸送帶即送料裝置位于設(shè)備前端。包裝袋成型系統(tǒng)由送膜裝置，制袋成型器，縱封機(jī)構(gòu)與橫封切斷裝置構(gòu)成。其中送膜裝置位于設(shè)備上方，制袋成型器、縱封機(jī)構(gòu)與橫封橫切裝置從左到右依次布置于設(shè)備的水平操作臺(tái)上。氣體置換系統(tǒng)由配氣系統(tǒng)、氣管連接器、氣管固定裝置以及氣管組成。其中氣管固定裝置可以實(shí)現(xiàn)氣管位置在上下、左右與前后的3個(gè)方向上的調(diào)整。

1.3工藝流程

氣體置換裝置是氣調(diào)保鮮包裝機(jī)的關(guān)鍵部件。本機(jī)氣體置換工藝選擇邊充氣邊抽氣的形式，即在包裝袋內(nèi)置入氣管，氣管為套管結(jié)構(gòu)，向包裝內(nèi)充入預(yù)置氣體的同時(shí)抽出袋內(nèi)的氣體。相對(duì)于傳統(tǒng)的枕式氣調(diào)包裝機(jī)，本機(jī)合理的氣體置換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和氣體置換形式的選擇，使得本機(jī)在氣體置換率、包裝速度的方面均占有優(yōu)勢(shì)。

在設(shè)備運(yùn)行之前，需要根據(jù)包裝尺寸通過(guò)氣管固定裝置6調(diào)整氣管置入包裝袋內(nèi)的位置。設(shè)備進(jìn)行一個(gè)包裝循環(huán)所完成的工序：產(chǎn)品輸送→產(chǎn)品測(cè)長(zhǎng)→包裝袋成型→包裝袋縱封→氣體置換→包裝袋橫封切斷→包裝成品送出。

1.3.1產(chǎn)品輸送及測(cè)長(zhǎng)

產(chǎn)品可以通過(guò)附加機(jī)器自動(dòng)放料或者人工放料，當(dāng)被包物9由輸送鏈條輸送到環(huán)形光電傳感器11時(shí)，光電傳感器可以測(cè)得產(chǎn)品的長(zhǎng)度信號(hào)反饋到系統(tǒng)，系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)參數(shù)來(lái)控制包裝袋長(zhǎng)以符合不同尺寸的產(chǎn)品。由于本機(jī)設(shè)備能夠達(dá)到很高的氣體置換率，適合于對(duì)氣體成分要求較高的果蔬產(chǎn)品的氣調(diào)包裝。又因?yàn)橥活惖墓弋a(chǎn)品會(huì)有不同的尺寸，因此有必要通過(guò)光電傳感器來(lái)確定產(chǎn)品長(zhǎng)度以便確定包裝袋長(zhǎng)，以便達(dá)到最優(yōu)化的包裝尺寸。

1.3.2包裝袋內(nèi)氣體置換

產(chǎn)品繼續(xù)供送進(jìn)入包裝腔10內(nèi)，包裝腔由包裝薄膜通過(guò)制袋成型器12成型，縱封器4和拉膜裝置3實(shí)現(xiàn)包裝腔的縱封與牽引。產(chǎn)品在包裝腔內(nèi)的輸送過(guò)程中，氣管持續(xù)的向包裝腔內(nèi)充入與抽出氣體，通過(guò)氣體的“擠推”作用將包裝腔內(nèi)的氣體排出，從而實(shí)現(xiàn)氣體置換功能。氣管有充氣管2與抽氣管1構(gòu)成，顧名思義充氣管2持續(xù)向包裝腔內(nèi)充入保護(hù)氣體，抽氣管1則持續(xù)將包裝腔內(nèi)氣體抽出，套管的使用大幅度的提高了氣體置換率。

1.3.3包裝袋的橫封與切斷

產(chǎn)品在經(jīng)過(guò)氣體置換工序后，還需通過(guò)橫封切斷工序完成氣調(diào)包裝。由于果蔬產(chǎn)品的尺寸較大，因此橫封切斷裝置8采用往復(fù)式結(jié)構(gòu)。設(shè)備操作系統(tǒng)從光電傳感器接收到產(chǎn)品長(zhǎng)度的信號(hào)，然后將信號(hào)處理后反饋到橫封切斷裝置來(lái)調(diào)整橫封切斷裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的包裝尺寸。

2氣體置換裝置設(shè)計(jì)

氣體置換裝置作為關(guān)鍵部件，其性能優(yōu)劣直接影響到氣調(diào)包裝的氣體置換率，而氣體置換率是評(píng)價(jià)氣調(diào)包裝機(jī)的重要指標(biāo)之一。本文設(shè)計(jì)的氣體置換裝置主要包括以下組件：氣管、氣管固定裝置、氣管連接器。

2.1氣管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于本機(jī)通過(guò)向包裝內(nèi)置入氣管來(lái)實(shí)現(xiàn)包裝，因此考慮到包裝袋內(nèi)空間的有效利用，將氣管的截面設(shè)計(jì)成扁平的矩形。圖2為氣管結(jié)構(gòu)示意圖。

氣管主要由充氣管與抽氣管組成，其中抽氣管的一側(cè)開(kāi)有若干的抽氣孔。采用充氣管與抽氣管的套管組合，可以實(shí)現(xiàn)一邊充氣，一邊抽氣的氣體置換方式，有利于提高氣體置換率，保證了果蔬氣調(diào)包裝的質(zhì)量。

2.2氣管固定裝置設(shè)計(jì)

由于所需保鮮的不同蔬菜水果產(chǎn)品的尺寸大不相同，因此氣管固定裝置需要實(shí)現(xiàn)氣管在上下、左右2個(gè)方向上位置的調(diào)整。考慮到安裝與調(diào)整方便，設(shè)計(jì)將氣管固定裝置固定在基座的面板上，欄板的寬度是根據(jù)產(chǎn)品寬度來(lái)調(diào)整的，因此氣管固定裝置只需實(shí)現(xiàn)氣管上下位置的變動(dòng)。

2.3氣管連接器設(shè)計(jì)

圖3為氣管連接器的結(jié)構(gòu)示意圖。氣管連接器由抽氣孔1、充氣孔2、充氣腔3以及抽氣腔4組成。將氣管與氣管連接器連接，抽氣管6與抽氣腔4連通，充氣管5與充氣腔3連通，同時(shí)充氣管5起到了阻隔抽氣腔與充氣腔的作用。如此，只需將充氣孔2接通配氣系統(tǒng)，抽氣孔1接通抽真空系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)邊充氣變抽氣的氣體置換形式。

3產(chǎn)品在線測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

果蔬產(chǎn)品具有種類繁多，形狀各異的特點(diǎn)，即使是同一類果蔬產(chǎn)品其形狀與尺寸也不同。因此為了使氣調(diào)包裝過(guò)程中每個(gè)產(chǎn)品都能獲得最合適的包裝尺寸，有必要在枕式包裝機(jī)操作系統(tǒng)上添加產(chǎn)品在線測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)。通過(guò)光電傳感器采集產(chǎn)品的長(zhǎng)度信號(hào)，然后反映到枕式包裝機(jī)的系統(tǒng)控制中，信號(hào)經(jīng)系統(tǒng)處理后反饋到輸出設(shè)備（橫封裝置）實(shí)現(xiàn)包裝袋長(zhǎng)的控制。本機(jī)使用了3個(gè)伺服系統(tǒng)，分別用來(lái)控制物料供送速度，包裝薄膜輸送速度以及橫封器橫封速度。伺服系統(tǒng)與PLC的配合使用可實(shí)現(xiàn)本機(jī)各個(gè)部件運(yùn)行速度的精確控制。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，食品氣調(diào)包裝機(jī)涉及到機(jī)械、電氣、氣動(dòng)、流體力學(xué)等諸多技術(shù)領(lǐng)域，是比較復(fù)雜的典型機(jī)電一體化產(chǎn)品，本文提出的這種設(shè)計(jì)方案具有高氣體置換率、高配氣精度，同時(shí)又能實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè)，生產(chǎn)效率高，使得氣調(diào)包裝的保鮮效果得到保障，實(shí)用性強(qiáng)，因而可在實(shí)際生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。