食品餡料定量分裝機的研制

任洪忱

（黑龍江省農(nóng)業(yè)機械工程科學研究院，哈爾濱 150081）

0 引言

定量分裝機是將包裝品精確定量并裝入到容器內(nèi)的一種包裝機，其主要種類有：容積式，包括量杯式、插管式、柱塞式、料位式、螺桿式和定時式等；稱重式，包括間歇稱重式、連續(xù)稱重式和稱重—離心等分式充填機等；計數(shù)式，包括單件計數(shù)式、多件計數(shù)式分裝機等。目前市場上的該類設備可對大多數(shù)粉狀、顆粒狀和液態(tài)流體等原料進行定量分裝［1-2］，也有一些專用充填包裝機，可對黏性較大的流體或半流體進行定容充填［3］，而針對具有較大黏稠度又含肉質纖維的禽肉糜、肉餡以及一些高黏度混合醬體等物料的專用分裝機械尚無成熟產(chǎn)品。目前此類物料的定量分裝多采用人工稱重方式，對上述黏稠物料進行稱重定量分裝的設備為市場亟需。鑒于此類物料具有高黏稠度、流動性差或纖維較多等特性，不宜采用容積式及計數(shù)式分裝，稱重式分裝為首選技術方案。本文提出一種稱重式食品餡料定量分裝機半自動設計方案，并根據(jù)方案進行樣機試制及生產(chǎn)測試。

1 設計方案

食品餡料及與其物性相近的其他黏稠類物料在機械定量分裝時，需要重點考慮輸送方式和定量分裝工作方式兩方面問題。物料輸送方式宜采用輸送帶、管路和腔體推送等，盡量不采用高速絞龍、槳葉和螺帶等過度攪拌的輸送方式，防止物料黏度進一步加大或發(fā)生其他物性變化［4］。為保證分裝精度，定量時需要阻斷各分裝份數(shù)個體間物料的粘結作用，可采用切斷、分割或拾取等方式，及連續(xù)式或間歇式作業(yè)形式實現(xiàn)定量分裝目標。

食品餡料定量分裝機物料輸送主體采用多工位管路，通過獨特的管路閥門結構設計，實現(xiàn)定向分裝［5］。通過切割裝置對沿管路輸送的物料在出料口位置反復分割，將從出料口排出的物料分割成若干單元，以利于實現(xiàn)精確定量。通過分裝質量控制動力機構驅動管路閥門動作，連續(xù)順序完成多工位定量分裝。管路各出料口處即為工位分布處。以兩工位定量分裝機研制為例，闡述設備結構、工作原理及應用等相關內(nèi)容。

2 設備主體結構設計

針對不同物料狀態(tài)及生產(chǎn)需求，采用推進式、儲料箱式等形式向定量分裝機喂入原料，亦可由分裝機入料口直接對接原料生產(chǎn)設備出口。兩工位定量分裝機結構如圖1 所示。

圖1 兩工位定量分裝機外形結構示意圖Fig.1 Schematic diagram of the contour structure of two-station quantitative packing machine

L 形輸送管路通過快裝管卡固定在主機架上，管路進料管和左、右側出料管通過管箍與L形通道閥門進出口連接，L 形通道閥門與換向驅動軸連接，換向驅動軸通過聯(lián)軸器與減速機直連，減速機固定在主機架上；管耳固定于L 形輸送管路上，切割架穿過管耳內(nèi)孔，細鋼絲固定于切割架上，呈繃緊狀態(tài)；左、右側限位開關間接固定在主機架上；控制系統(tǒng)箱體固定在主機架上；左、右側稱重秤平放于可調(diào)秤支座上，可調(diào)秤支座沿主機架豎直方向高度可調(diào)，左、右側稱重秤體上各放置1 個盛料容器。

3 控制系統(tǒng)設計

控制系統(tǒng)主要包括L 形通道閥門換向控制、閥門限位控制、稱量信號反饋和生產(chǎn)統(tǒng)計等，如圖2 所示。

圖2 兩工位定量分裝機控制系統(tǒng)設計圖Fig.2 Design diagram of control system of two-station quantitative packing machine

圖中，三相電源U1～U3；空氣開關QS1，QS2；接觸器KM1，KM2；過載保護器FR；減速機M；熔斷器FU1，F(xiàn)U2；急停按鈕SF；左、右側限位開關常閉端SQ1，SQ2；左、右側限位開關常開端SQ1'，SQ2'；正、反轉按鈕SB1，SB2；左、右側稱重系統(tǒng)信號輸出反饋開關SBa，SBb；限位接觸指示燈L1；電源指示燈L2。

SBa 與SQ2 串聯(lián)，SBb 與SQ1 串聯(lián)。定量分裝設備正常工作狀態(tài)下，左、右側稱重系統(tǒng)信號輸出開關控制減速機的啟動，左、右側限位開關控制減速機的停機，從而實現(xiàn)對左、右L 形通道形成方向控制。秤體稱重量達到預設值后，對應稱重反饋開關與限位開關常閉端及減速機啟動控制器形成通路，減速機啟動，實現(xiàn)L 形通道閥門換向動作。待換向至相應限位開關設定位置后，上述通路斷開，減速機停止工作，反向L 形通道形成，另一側出料管出料。待出料側稱重量達到預設值后，控制系統(tǒng)控制執(zhí)行閥門換向、限位、稱量信號反饋等，實現(xiàn)物料定向、定量分裝。

4 工作過程

定量分裝機的原料喂入方式可根據(jù)生產(chǎn)需要設計，以圖3 所示螺旋推進喂料方式為例，對工作過程加以說明。

圖3 兩工位定量分裝機工作示意圖Fig.3 Working schematic diagram of two-station quantitative packing machine

啟動供料機前，定量分裝機通電，按動正轉或反轉按鈕，啟動減速機，確保定量分裝機輸送管路中左、右其中一側L 形通道處于貫通狀態(tài)，如圖4所示。

圖4 兩工位定量分裝機L 形通道結構示意圖Fig.4 Schematic diagram of the L-shaped channel structure of two-station quantitative packing machine

左、右稱重秤上各放置1 個盛料容器，供料機輸送物料經(jīng)L 形通道至管路出口處，切割架在電動推桿驅動下，沿管耳內(nèi)孔做往復直線運動，帶動鋼絲將物料分割成若干小單元落入盛料容器中［6］。當盛料容器內(nèi)的物料質量達到預設值時，秤體輸出反饋信號，減速機驅動換向驅動軸，帶動L 形通道閥體換向轉至合適位置，本側出料通道關閉，另一側L 形通道貫通，實現(xiàn)通道換向，物料經(jīng)通道進入對應側盛料容器中進行稱重。如此反復，實現(xiàn)左、右側出料口交替出料。每次閥門換向，生產(chǎn)統(tǒng)計系統(tǒng)接收1 次信號，依據(jù)分裝質量、時間和數(shù)量等數(shù)據(jù)隨時計算更新生產(chǎn)信息［7］。

5 應用實例及生產(chǎn)測試

圖5 所示為定量分裝機與禽類骨肉分離機組在禽肉糜生產(chǎn)中的應用實例。

圖5 兩工位定量分裝機在生產(chǎn)中的應用Fig.5 The application of two-station quantitative packing machine in production

食品餡料定量分裝機生產(chǎn)效率主要受機體規(guī)格、供料速度和分裝規(guī)格等因素影響，與操作者熟練程度也有關。兩工位定量分裝機輸送管路出口與秤體間最大距離約350 mm，秤面規(guī)格約為270 mm×290 mm，此空間區(qū)域盛放肉餡最大質量為20 kg。為安全起見，同時兼顧大劑量分裝要求，確定分裝質量范圍為5～15 kg。與產(chǎn)能3 000 kg/h的骨肉分離機組肉糜出肉管對接，進行最大分裝產(chǎn)能測試。分裝質量以15 kg/份計量，為消除閥門換向時間對單份生產(chǎn)計時的影響，以每連續(xù)分裝8 份為一組，測定生產(chǎn)用時及累計生產(chǎn)量，取6組樣品計算設備生產(chǎn)率；從上述48 份分裝樣品中隨機抽樣6 份進行分裝誤差檢測［7］。生產(chǎn)效率測定數(shù)據(jù)見表1，分裝誤差測定數(shù)據(jù)見表2。

表1 生產(chǎn)率測試表Tab.1 Production efficiency test sheet

表2 分裝誤差測試表Tab.2 Table for packing error test

計算得平均生產(chǎn)率為2 997.68 kg/h。

計算得平均稱重誤差為6.83 g。

按上述方式操作，2 份分裝間隔操作時間約為18 s，既能滿足大劑量分裝要求，同時操作者勞動強度也較為適宜，可以此標準確定其他分裝規(guī)格供料速度。

兩工位食品餡料定量分裝機占地0.8 m2，重量120 kg，功率0.37 kW，閥門工作換向時間1.1 s，分裝質量范圍5～15 kg，最大分裝能力3 000 kg/h，分裝誤差在10 g 以內(nèi)。

6 結語

食品餡料定量分裝機可用于雞、鴨、豬和牛等各種禽畜類肉糜、魚類肉糜、混合餡料、醬類（果醬、魚子醬、黃干醬等）、稀面團等黏稠體的定量分裝［8］。經(jīng)生產(chǎn)實測，該設備分裝質量范圍為5～15 kg，分裝誤差在10 g 以內(nèi)，滿足食品餡料定量分裝的生產(chǎn)需求。設備可配套供料機作業(yè)，也可與肉糜、餡料混合等生產(chǎn)設備連接組成生產(chǎn)線，實現(xiàn)生產(chǎn)、混合、輸送和定量分裝等工序連續(xù)作業(yè)［9］。

隨著食品工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展，對預包裝原料需求正逐步加大，未來針對餡料、肉糜等黏稠體的定量分裝技術研究也會向高速、高效和高質量要求方向發(fā)展，應進一步優(yōu)化分裝工藝，運用機電一體化技術、自動化控制技術以及數(shù)字化、智能化等先進技術，完善定量分裝裝備設計，以期實現(xiàn)集包材與容器自動取放［10］、物料快速精確定量分裝和包裝品規(guī)范成型等功能于一體的成套設備，提高分裝效率與穩(wěn)定性。