氣動(dòng)裝袋機(jī)的改進(jìn)建議

摘要：食用菌生產(chǎn)過(guò)程中，將培養(yǎng)基裝入菌袋中是一項(xiàng)繁重的費(fèi)時(shí)費(fèi)力的工作。為此設(shè)計(jì)一套，絞龍式電氣驅(qū)動(dòng)的急速裝袋機(jī)，可輕松調(diào)整裝袋的長(zhǎng)度，使用電磁離合器，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械離合器，定量更準(zhǔn)確均勻，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度， 提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：食用菌，裝袋機(jī)，絞龍式，電磁離合器，計(jì)量。

引言：

食用菌是我國(guó)傳統(tǒng)食品之一，它含有豐富的蛋白質(zhì)和較高的食療價(jià)值。隨著食用菌產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，我國(guó)食用菌產(chǎn)量已占世界總產(chǎn)量的65%左右。

目前，國(guó)內(nèi)外食用菌產(chǎn)品常規(guī)的生產(chǎn)工藝是：配料—拌料—裝袋—滅菌—無(wú)菌接種—（育菌、出菇、采摘）—加工—銷售。裝袋機(jī)是整個(gè)生產(chǎn)工藝中，最為關(guān)鍵的設(shè)備，大規(guī)模集成工業(yè)化生產(chǎn)，急需生產(chǎn)效率高而且操作簡(jiǎn)單的裝袋機(jī)，根據(jù)市場(chǎng)上現(xiàn)有的手動(dòng)裝袋機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)了電氣驅(qū)動(dòng)的急速裝袋機(jī)。

急速裝袋機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)由料斗，拌料器，齒輪盤，絞龍，出料筒，驅(qū)動(dòng)氣缸，抱筒，皮帶輪，電動(dòng)機(jī)，機(jī)身框架等構(gòu)成。屬于臥式絞龍式電氣驅(qū)動(dòng)裝袋機(jī)。

工作流程：

食用菌培養(yǎng)基配料，經(jīng)過(guò)粉碎，過(guò)篩，拌料，傳送，進(jìn)入進(jìn)料口，裝滿料斗。

當(dāng)接通 380 伏的三相電源以后，打開(kāi)急停開(kāi)關(guān)，通電后，電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行，首次開(kāi)機(jī)，PLC 自動(dòng)檢測(cè)開(kāi)機(jī)的第一個(gè)脈沖信號(hào)，啟動(dòng)退出電閥Y3 以及換向電磁閥 Y4，同時(shí)開(kāi)啟抱筒退出到最外端，觸發(fā) X4 開(kāi)倉(cāng)卸料，同時(shí)，關(guān)閉退出電磁閥 Y3，Y4，開(kāi)啟排氣閥 Y5，排出氣缸內(nèi)的高壓氣體。

手工套好塑料袋后，觸發(fā) X0 行程開(kāi)關(guān)，待行程開(kāi)關(guān)下降沿脈沖，啟動(dòng) Y2 推進(jìn)電磁閥，同時(shí)關(guān)閉排氣電磁閥 Y5，氣缸被急速推入，并保持高壓推進(jìn)狀態(tài)，達(dá)到最內(nèi)端，觸發(fā)傳感器 X1 啟動(dòng)裝料，進(jìn)入灌裝料狀態(tài)。此時(shí) 啟動(dòng)小絞葉 Y0 及大絞龍 Y1，繼電器吸合，電磁離合器吸合，齒輪盤轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)拌料器旋轉(zhuǎn)拌料，電磁離合器吸合驅(qū)動(dòng)大絞龍旋轉(zhuǎn)往菌袋裝料，抱筒被動(dòng)推出，活塞外移，激活傳感器X2，關(guān)閉換向電磁閥 Y4進(jìn)入封閉狀態(tài)，關(guān)閉推進(jìn)電磁閥 Y2，封閉氣缸兩端氣孔。氣缸活塞再次被推出時(shí)，右側(cè)端高壓氣再次壓縮，左側(cè)氣缸空間被拉伸產(chǎn)生負(fù)壓，增加了裝料的阻力，提高菌包的硬度，當(dāng)裝料達(dá)到菌包規(guī)定的長(zhǎng)度，觸發(fā)傳感器 X3 結(jié)束裝料，開(kāi)啟退出閥Y3排出氣缸右側(cè)的高壓氣體，進(jìn)入掃平狀態(tài)，并準(zhǔn)備急速排料。關(guān)閉 Y1 大絞龍電磁離合器失電并脫離吸合狀態(tài)，大絞龍停止轉(zhuǎn)動(dòng)，小絞葉 Y0 繼續(xù)高速旋轉(zhuǎn)掃平菌包袋口 0.4 秒，0.4秒后啟動(dòng)，啟動(dòng)換氣電磁閥 Y4，抱筒快速退出，到達(dá)卸料傳感器 X4，打開(kāi)抱筒，卸掉菌包。

同時(shí)關(guān)閉退出閥 Y3，打開(kāi)排氣電磁閥 Y5，打開(kāi)排氣孔，釋放氣缸筒內(nèi)的高壓氣體，為快速推進(jìn)氣缸做好準(zhǔn)備。

整體設(shè)計(jì)及建議

裝袋機(jī)，是生產(chǎn)過(guò)程中一個(gè)關(guān)鍵的設(shè)備，但是在整個(gè)生產(chǎn)工藝流程中，它不是孤立的設(shè)備，還應(yīng)該考慮前后設(shè)備的銜接。裝好的菌包，還要經(jīng)過(guò)扎口機(jī)，扎口，然后插棒裝筐。

電氣部分也應(yīng)該考慮多臺(tái)設(shè)備的相互銜接，盡量為前后端輔助設(shè)備提供電源插座的，動(dòng)作信號(hào)的輸入輸出控制。

電氣控制改進(jìn)的關(guān)鍵點(diǎn)及建議：

1，封閉增壓。采用 4V230C 電磁閥，當(dāng)兩端停電時(shí)，封閉氣缸左右兩端，絞龍旋轉(zhuǎn)擠壓出料時(shí)，氣缸被推動(dòng)拉伸時(shí)，右端被壓縮成高壓，左端被拉伸產(chǎn)生負(fù)壓，以增加推動(dòng)氣缸的阻力提升菌包硬度。

2，泄氣減壓。提前打開(kāi) 4V230 進(jìn)氣電磁閥，排出氣缸左側(cè)的高壓氣體降為普通大氣壓。當(dāng)再一次推進(jìn)氣缸時(shí)，兩端氣壓差較大，使得推進(jìn)速度大大提高。

3，缺料報(bào)警。如果機(jī)器啟動(dòng)裝料，5 秒鐘之內(nèi)沒(méi)有裝料結(jié)束。啟動(dòng) Y7 蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)排出不合格菌包。

4，建議料斗內(nèi)增加一個(gè)傳感器。當(dāng)料斗里面沒(méi)有料時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟閘門 ， 裝滿料斗。

5，建議升級(jí)自動(dòng)套袋代替人工套袋，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。

機(jī)械設(shè)計(jì)方案關(guān)鍵點(diǎn)：

料斗

較大料斗開(kāi)口，容積擴(kuò)大，可以儲(chǔ)存大量的原料，只適合單機(jī)操作。

大規(guī)模集成工業(yè)化生產(chǎn)流水線上，食用菌培養(yǎng)基配料，經(jīng)過(guò)輸送機(jī)傳送，持續(xù)不斷地送入進(jìn)料口，裝入料斗，因此，料斗的尺寸不應(yīng)該過(guò)大。料斗尺寸過(guò)大，既增加了成本，又增加了攪拌器的負(fù)荷，降低絞龍轉(zhuǎn)速，嚴(yán)重影響工作效率。

2. 拌料器

拌料器擺葉擺動(dòng)幅度要小 ， 速度要慢，應(yīng)該貼近絞龍，減少阻力，降低負(fù)荷。提高絞龍旋轉(zhuǎn)速度，提高裝袋效率。

3. 鏈輪

由于絞龍高速旋轉(zhuǎn)，通過(guò)通過(guò)一次鏈輪減速，拌料器旋 轉(zhuǎn)速度還是比較快，應(yīng)該采取 二次降速，降低拌料器的旋轉(zhuǎn) 速度，減小阻力，提高絞龍的旋轉(zhuǎn)速度。

4. 絞龍

絞龍是裝袋機(jī)核心，分大絞龍及小絞葉。其參數(shù)十分關(guān)鍵。大絞龍參數(shù)：絞龍螺距 =60mm 外徑 =86mm 軸徑 =27mm，小絞葉參數(shù)：軸徑 =22mm，外徑 =84mm ，節(jié)距 =60mm，小絞葉按照形狀可以分成兩種：一種是雙葉平齊，它的優(yōu)勢(shì)在于掃平速度快，但是出料慢。另一種是雙葉前后分離一段距離，它的優(yōu)勢(shì)是出料快，但掃平效果差。

絞龍軸的尺寸盡量設(shè)計(jì)細(xì)小，不占料筒空間，增加有效截面，提高工作效率，小絞葉轉(zhuǎn)速一定要大于大絞龍轉(zhuǎn)速，小絞葉外邊緣應(yīng)該超過(guò)出料筒。

大絞龍與小絞葉之間，擁有足夠的間隙，避免當(dāng)原料顆粒過(guò)大，卡住，造成堵塞。

5. 絞龍溝槽

大絞龍裝料的絞龍溝槽空間要狹窄。絞龍高速的旋轉(zhuǎn)， 產(chǎn)生巨大的離心力，如果絞龍溝槽與大絞龍間隙過(guò)大原料四處飛濺，就可能減少絞龍上的纏繞密度，降低了出料速度， 裝袋的過(guò)程時(shí)間延長(zhǎng)。

6. 出料筒

出料筒尺寸，內(nèi)徑 =88mm，外徑=93mm 長(zhǎng)度 =260mm，為了增加有效截面，出料筒的內(nèi)徑應(yīng)該盡可能大，但是，過(guò)大會(huì)影響套袋效率。

7. 抱筒

抱筒的尺寸，應(yīng)該與塑料袋的尺寸吻合。塑料袋口寬度163mm 的塑料袋，菌包直徑計(jì)算，163*2/3.14=103.77mm，因此， 抱管內(nèi)徑應(yīng)該近似等于 104mm，不得小于菌包內(nèi)徑。否則打袋不緊，稀松，沒(méi)有硬度。抱筒開(kāi)口一端，應(yīng)安裝膠皮法蘭，方便菌袋的整形。

8. 皮帶輪

在設(shè)計(jì)皮帶輪傳動(dòng)裝置時(shí)，皮帶輪的尺寸，應(yīng)該根據(jù)減速比的需要精確計(jì)算，同時(shí)還要滿足驅(qū)動(dòng)大小絞龍的皮帶要使用相同長(zhǎng)度，這樣可以很容易調(diào)整，控制皮帶的松緊程度。 否則，工作一段時(shí)間以后，皮帶磨損不一致，容易產(chǎn)生松緊不一致，造成打滑，無(wú)法正常工作。

9. 傳動(dòng)皮帶：

傳動(dòng)皮帶是這套設(shè)備最容易被磨損的消耗材料，建議使用雙皮帶輪，同型號(hào)，增加使用壽命，降低更換成本。

10. 電動(dòng)機(jī)底座設(shè)計(jì)：

電動(dòng)機(jī)底座設(shè)計(jì)，首先，要方便電動(dòng)機(jī)底座升降操作， 簡(jiǎn)單便捷地調(diào)整皮帶松緊程度。其次，電動(dòng)機(jī)底座可以選擇使用3KW 或4KW 電動(dòng)機(jī)，固定的螺絲孔，應(yīng)該是可以調(diào)整電機(jī)的位置，使主從皮帶輪平行。

11. 機(jī)身腳輪

為了方便移動(dòng)，機(jī)身底座支架應(yīng)該安裝腳輪，但是工作期間由于，設(shè)備震動(dòng)幅度較大，機(jī)身容易移動(dòng)，因此要安裝固定支架，同時(shí)又方便調(diào)整升降機(jī)身。

12.軸向壓力

裝袋機(jī)工作時(shí)，軸向有很大的負(fù)荷，應(yīng)該在軸的末尾或軸頭安裝平面推力軸承或安裝角接觸軸承，軸線上安裝的角接觸軸承或平面推力軸承可以承擔(dān)軸向壓力負(fù)荷，減少調(diào)心軸承的軸向損耗。

經(jīng)過(guò)設(shè)備的調(diào)試以及試運(yùn)行，每裝一袋需要的時(shí)間 3.5 秒下降至 2.7 秒，大幅度地提高了工作效率。

致謝：

感謝大連富森智能科技有限公司 ?耿峻禮。

參考文獻(xiàn) ：

1高鐘毓，機(jī)電控制工程（第二版），北京：清華大學(xué)出版社，2002，

2趙建城 ?李樹 ?全自動(dòng)粉料罐裝機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ?包裝與食品機(jī)械，2005，

作者簡(jiǎn)介：閻濤（1966-04-26），男，山東榮成人，本科，高級(jí)講師，主要從事計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)工作，包括硬件維修，軟件應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)工程，機(jī)械自動(dòng)化控制。