一種應(yīng)用于小型散裝食品加工廠的真空包裝機(jī)的設(shè)計(jì)

魏一迪　周澤華

摘 要：近年來(lái)，散裝食品產(chǎn)業(yè)發(fā)展較為迅猛，對(duì)食品的包裝要求越來(lái)越高。針對(duì)小型散裝食品加工工廠的真空包裝問(wèn)題，提出了一種微型散裝食品真空包裝一體機(jī)的設(shè)計(jì)。該裝置占地面積小、操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高，減少了人手工操作的步驟，滿(mǎn)足生產(chǎn)效率要求。

關(guān)鍵詞：真空包裝一體機(jī)；取袋模塊；開(kāi)袋模塊；送料模塊

中圖分類(lèi)號(hào)：TS206.5；TB486 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.09.142

在互聯(lián)網(wǎng)銷(xiāo)售興起的今天，售賣(mài)散裝食品的網(wǎng)店日益增多，對(duì)食品包裝的要求也越來(lái)越高，真空包裝以其可減緩食品變質(zhì)的優(yōu)勢(shì)受到店家與消費(fèi)者的追捧和青睞。

對(duì)于創(chuàng)業(yè)初期的網(wǎng)店來(lái)說(shuō)，往往具有人手不多、資金投入不大等特點(diǎn)，而現(xiàn)有的真空包裝機(jī)械（比如家用真空封口機(jī)、立式真空包裝機(jī)、外抽式真空包裝機(jī)等）由于自動(dòng)化程度較低，準(zhǔn)備工作均需人工操作，需投入大量人工成本，為店家經(jīng)營(yíng)帶來(lái)一定問(wèn)題。同時(shí)，由于人工接觸環(huán)節(jié)過(guò)多，食品污染的可能性增加，進(jìn)而增加了食品安全隱患。

1 新型真空包裝一體機(jī)

筆者通過(guò)大量的市場(chǎng)調(diào)研，走訪網(wǎng)店商家，依據(jù)用戶(hù)要求進(jìn)行微型散裝食品真空包裝一體機(jī)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過(guò)程中注重機(jī)械的性能、尺寸、強(qiáng)度、質(zhì)量、成本及外形。該設(shè)計(jì)主要有以下優(yōu)勢(shì)：①實(shí)現(xiàn)PE袋的單張自動(dòng)取用；②開(kāi)袋與輸料過(guò)程配合緊密，工作流暢；③通過(guò)工作臺(tái)的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)PE袋的輸送，工作臺(tái)移動(dòng)精準(zhǔn)；④可自動(dòng)完成產(chǎn)品的稱(chēng)重、輸料、封裝過(guò)程，減輕人工負(fù)擔(dān)；⑤完善的控制系統(tǒng)使各部分配合緊密，工作流暢、效率高。該設(shè)計(jì)可解決創(chuàng)業(yè)初期店面人手不夠、資金投入有限帶來(lái)的包裝問(wèn)題，具有較大的應(yīng)用價(jià)值。

2 真空包裝一體機(jī)總體設(shè)計(jì)

2.1 取袋模塊設(shè)計(jì)

取袋模塊的主要功能是將PE包裝袋從儲(chǔ)袋盒中取出。取袋功能主要由儲(chǔ)袋盒、可移動(dòng)工作臺(tái)、電動(dòng)推桿完成?？梢苿?dòng)工作臺(tái)移至儲(chǔ)袋盒下方，位于工作臺(tái)內(nèi)部的電動(dòng)推桿帶動(dòng)取袋吸盤(pán)上升；接觸到PE袋后，推桿向下運(yùn)動(dòng)，將PE袋從儲(chǔ)袋盒的下方開(kāi)口拉出，吸至工作臺(tái)上表面。此時(shí)，位于工作臺(tái)上表面的輔助真空吸盤(pán)吸氣，保證PE袋位置的固定，完成取袋過(guò)程。通過(guò)可移動(dòng)工作臺(tái)的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)PE袋的運(yùn)輸。

可移動(dòng)工作臺(tái)與滾珠絲杠平臺(tái)固定。當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作時(shí)，可移動(dòng)工作臺(tái)沿絲杠平臺(tái)移動(dòng)，通過(guò)對(duì)電機(jī)工作時(shí)間的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)可移動(dòng)工作臺(tái)位置移動(dòng)的精確控制。

2.2 開(kāi)袋模塊設(shè)計(jì)

開(kāi)袋過(guò)程主要由多桿機(jī)構(gòu)、銜鐵、絲桿、開(kāi)袋吸盤(pán)完成?？梢苿?dòng)工作帶移動(dòng)到開(kāi)袋吸盤(pán)下方時(shí)構(gòu)成開(kāi)袋機(jī)構(gòu)的一部分，輔助完成開(kāi)袋過(guò)程。

為實(shí)現(xiàn)開(kāi)袋吸盤(pán)垂直于工作面完成開(kāi)袋功能，筆者設(shè)計(jì)了絲桿機(jī)構(gòu)。絲桿機(jī)構(gòu)與開(kāi)袋吸盤(pán)架、開(kāi)袋吸盤(pán)固定，可實(shí)現(xiàn)雙向自鎖，到達(dá)指定位置時(shí)控制器自動(dòng)解鎖，具有操作簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠、體積小等優(yōu)點(diǎn)。吸盤(pán)架下移至包裝袋表面時(shí)，真空吸盤(pán)工作，將包裝袋上表面吸附；吸附后，吸盤(pán)架上移，拉動(dòng)包裝袋上表面移動(dòng)，同時(shí)運(yùn)用多桿機(jī)構(gòu)控制的銜鐵夾持桿向內(nèi)部靠攏，減少表面張力對(duì)開(kāi)袋的影響。

通過(guò)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)連桿、鉸鏈在導(dǎo)軌約束下做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)銜鐵固定架做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，多桿機(jī)構(gòu)前段的銜鐵實(shí)現(xiàn)對(duì)可移動(dòng)工作臺(tái)上包裝袋的固定。

2.3 送料模塊設(shè)計(jì)

當(dāng)完成開(kāi)袋工序后，位于裝置上端的送料模塊開(kāi)始執(zhí)行送料過(guò)程。該過(guò)程主要由送料倉(cāng)、下料口、下料板完成。送料倉(cāng)部分材料采用304不銹鋼，保證食品安全、衛(wèi)生。稱(chēng)重后的食品進(jìn)入送料倉(cāng)中，等待下料工序開(kāi)始后被送入包裝袋中。

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)錐齒輪和齒輪齒條機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)下料板的前后移動(dòng)，控制物料從送料倉(cāng)下落。移動(dòng)式下料板在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下沿著導(dǎo)軌下移，伸至已開(kāi)口的PE袋口中，食物順著下料板進(jìn)入袋中。當(dāng)食物物料全部輸入包裝袋后，送料過(guò)程結(jié)束，下料板沿著導(dǎo)軌上移。

2.4 真空封裝模塊設(shè)計(jì)

當(dāng)送料工序完成、移動(dòng)式下料板上移之后，開(kāi)始對(duì)PE袋進(jìn)行真空封裝。真空封裝模塊有上、下2個(gè)真空腔，下真空腔中有真空抽氣孔，它與真空泵相連接；上真空腔與滾珠絲杠上的滑塊固定。上、下真空腔形成密閉空間后，真空泵工作。當(dāng)PE袋真空度達(dá)到要求后，加熱電熱絲。最后完成對(duì)包裝袋的熱封工作。完成熱封后，向腔內(nèi)送氣，破壞腔內(nèi)低壓。當(dāng)內(nèi)、外氣壓大致相同時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)壓力機(jī)構(gòu)移動(dòng)，帶動(dòng)上夾板運(yùn)動(dòng)，使上、下真空腔分離，完成PE袋的真空封裝。

2.5 控制模塊設(shè)計(jì)

控制模塊要完成整個(gè)流程的控制。系統(tǒng)控制分為電動(dòng)控制和氣動(dòng)控制2部分。以單片機(jī)為控制核心，通過(guò)硬件電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)直線推桿、滾珠絲杠、連桿機(jī)構(gòu)的控制；通過(guò)控制繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)真空泵、電磁閥、電磁鐵、熱封條的控制。

作品底部絲杠導(dǎo)軌移動(dòng)帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)，右側(cè)面絲桿導(dǎo)軌帶動(dòng)開(kāi)袋吸盤(pán)移動(dòng)，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿實(shí)現(xiàn)。步進(jìn)電機(jī)由TB6560驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，最大電流不超過(guò)3 A，用12 V電壓給芯片供電，采用共陽(yáng)極接法，3個(gè)控制端包括使能控制端、方向控制端和頻率控制端，連接51單片機(jī)的I/O口，通過(guò)軟件程序控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、位置及轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間。

考慮到真空泵的進(jìn)氣端，氣動(dòng)部分只能提供負(fù)壓并且無(wú)法自動(dòng)平衡氣壓以及多吸盤(pán)并聯(lián)使用同一真空泵，需電磁閥與真空泵配合。電磁閥是可以通過(guò)控制電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)閥體開(kāi)關(guān)的器件，控制電壓為24 V，在沒(méi)有電壓時(shí)處于常閉狀態(tài)。在本設(shè)計(jì)中，電磁閥的作用是平衡負(fù)壓端氣壓及真空回路，實(shí)現(xiàn)單個(gè)真空泵同時(shí)作用于多個(gè)吸盤(pán)。

3 總結(jié)

綜上所述，通過(guò)各模塊間的控制實(shí)現(xiàn)食品封裝的一系列工作流程，可被廣泛應(yīng)用于散裝食品網(wǎng)店及食品店，減少人工操作步驟，保證食品安全、衛(wèi)生；同時(shí)，送料倉(cāng)、外殼等拆卸方便，便于清潔。

參考文獻(xiàn)

[1]陳嘉中.食品的真空和真空充氣軟包裝[J].中國(guó)包裝工業(yè)，2007（4）.

[2]孫智慧，晏祖根.包裝機(jī)械概論[M].北京：印刷工業(yè)出版社，2012.

[3]徐成海.真空工程技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

〔編輯：劉曉芳〕