真空包裝二次裝袋機的研發

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，既能提高產品的美觀度，又能延長食物的保鮮時間。隨著科學技術的發展和人們生活消費水平的日益提高，人們對食品包裝的要求也越來越高[1]。立體真空包裝外觀方正，搬運方便，在食品和糧食行業應用廣泛。由于立體真空包裝袋多為簡單透明的M形袋，運輸過程可能造成破損且不利于終端消費者攜帶，目前糧食行業大多采用二次裝袋的方式來提升產品的美觀度和終端消費者的攜帶方便性并降低物流運輸過程中的破損率。由于二次套袋環節操作較為麻煩，對人工而言勞動強度較大，生產效率低，封口不穩定，面對需求量日益攀升的二次裝袋需求，我們設計了一種真空包裝二次裝袋機。

1 真空包裝二次裝袋機方案

真空包裝二次裝袋機采用整機設計，單個設備可實現自動給袋、張袋撐袋、推包進袋、封口、出料輸送等功能，通過PLC控制器控制多個機械結構執行一系列的動作以滿足整機實現自動化生產。

PLC控制器收集各個位置的傳感器信號并進行數據處理，按照既定的工作流程控制整機各個機構有序動作，各個機構動作雖獨立運行但是又有序配合。整個動作過程主要由送袋工序、張袋撐袋工序、推包進袋工序、封口工序和出料工序組成，具體工作流程見圖1。

圖1 工作流程圖

2 真空包裝二次裝袋機關鍵技術

在整機設備運行過程中有以下幾個關鍵技術：可移動豎直撐袋機構、推包定位機構、理袋熱封機構。以上三個機構的運行速度、穩定性以及相互之間的配合度將直接影響到整機的包裝速度、封口成功率及可靠性。

2.1 可移動豎直撐袋機構

可移動豎直撐袋機構主要由水平移動機構和豎直撐袋機構組成見圖2。

圖2 可移動豎直撐袋機構圖

如圖2所示，送袋機構將袋子送到位并張開袋口，撐袋機構在行程氣缸的作用下移動并插入袋口，上下撐袋氣缸動作驅動上、下撐袋組件撐住袋口。此后整個撐袋機構在水平移動氣缸的作用下平移至推包位置等待推包機構將物料推入包裝袋[2]。

2.2 推包定位機構

對于全自動真空包裝二次裝袋機，包裝速度、封口合格率及穩定性是核心競爭力所在，因此推包定位機構的推入速度和定位狀態極其重要。

推包定位機構的結構如圖3所示。物料進入進料對中機構后，呈現不規整的狀態，此時對中導板動作，對物料進行對中，保證物料平行送入包裝袋。進料對中機構如圖4所示，對中板a和對中板b通過過渡架與導軌上的不同滑塊固定，氣缸尾座安裝于固定的安裝板上，氣缸活塞桿通過關節軸承與對中導板b連接，對中導板a與對中導板b分別與同步帶的不同邊連接。當氣缸回縮時，氣缸活塞桿帶動對中導板b向中間移動，此時同步帶由于對中導板b的作用呈順時針轉動同時帶動對中導板a也向中間移動；當氣缸伸出時，對中導板a、b同時向外張開。該機構實現對中導板a和對中導板b同步動作，實現物料對中定位。

圖3 推包定位機構結構圖

圖4 進料對中機構圖

物料對中完成后，由推包機構將物料快速推入包裝袋，推包機構電動組件包括推包電機及減速器，通過減速器驅動推包主動帶輪旋轉，主動帶輪與從動帶輪之間纏繞有前后傳動的推包同步帶，推包臂安裝在推包同步帶上，且與水平推包導軌移動副固定如圖5所示[3]。

圖5 推包機構圖

同步帶強度計算及選型：由于推包機構由同步帶帶動，頻繁來回運行且速度較快，所以需要對同步帶選型進行計算及校核。推包機構圖如圖5所示。

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

⑴ 確定設計功率Pd，Pd=KA·P，KA為載荷修正系數，查機械設計手冊[4]第2卷中的表6.1-62可得載荷修正系數。

取KA＝2，計算可得Pd＝2×0.75 kW＝1.5 kW。

⑵ 選定帶型節距Pb，查機械設計手冊[4]第2卷中的圖6.1-22圓弧齒同步帶選型圖，根據Pd和小帶輪轉速n1選擇合適帶型。

圖6 理袋熱封機機構圖

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

⑶小帶輪齒數Z1≥22，根據結構需要取Z1＝Z2＝32。

取帶寬b=30 mm，KL—帶長系數，bS0—帶的基本寬度。

2.3 理袋熱封機構

理袋熱封機構由理袋機構和熱封機構組成，如圖6所示。

可移動豎直撐袋機構將外包裝袋撐開并移動至推包位置，推包定位機構把物料糾正后推入外包裝袋并退出；此時，左右理袋切在同步帶的帶動下同時向中間移動，切入風琴袋的袋口側面中線把風琴袋的袋口側面中線內折形成穩定的“M”邊；與此同時，上下理袋夾同時向中間動作固定住袋口形狀，此時左右理袋切退出風型袋袋口側面；之后上下熱封板動作進行袋口熱封，如圖7所示，封口后成品如圖8所示。

圖7 理袋熱封機工作流程圖

圖8 封口后成品圖

2.4 理袋熱封機構封口成功率的測試及分析

測試條件大致如下：測試時環境溫度25～30 ℃，取2000個同種規格的袋子分成10組進行包裝并封口。封口成功率統計如表1所示。

表1 理袋熱封機構封口成功率測試結果

通過包裝封口成功率測試統計數據可以看出，理袋熱封機構的封口成功率較高，可以滿足設備要求。

3 結語

真空包裝二次裝袋機項目在研發過程中做出了較大突破，并獲得多項國家發明專利和實用新型專利。創新性地采用了上下撐袋的技術，通過快速更換模具的方式適應不同規格的包裝袋，提高了整機的兼容性；新型的理袋熱封機構提高了封口的穩定性，有效降低了破損率。真空包裝二次裝袋機自投入市場后受到全國各地糧油加工企業的廣泛認可，使糧油企業自動化程度得到提高，推動了大米包裝機械的發展，創造了良好的社會經濟效益。