超市用散料食品立式包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與控制開發(fā)
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姜鑫
陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電研究所（西安710300）
摘要結(jié)合超市的實(shí)際情況設(shè)計了立式自動包裝機(jī)結(jié)構(gòu)，首先借鑒了現(xiàn)有市場上的主流結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，提出了符合超市實(shí)際情況的包裝機(jī)尺寸和工藝設(shè)計，通過PLC控制可以更有效的實(shí)現(xiàn)自動化控制，減小人工作業(yè)強(qiáng)度。
關(guān)鍵詞 散料；食品；包裝機(jī)；結(jié)構(gòu)設(shè)計：控制
超市的散料食品區(qū)（如糖果、巧克力、水果、西點(diǎn)、黃豆、堅果等區(qū)域）的食品在包裝過程中往往需要人工來完成，不僅人工勞動強(qiáng)度高，還占用了大量的勞動時間，尤其是在節(jié)假日期間客流量較大時，散料食品的包裝就成為了一項(xiàng)繁重的工作�；谂c西安某大型連鎖超市和相關(guān)包裝廠家根據(jù)該超市特點(diǎn)設(shè)計了一種全自動食品包裝機(jī)，經(jīng)過試運(yùn)行階段發(fā)現(xiàn)具有
4個特點(diǎn)。
1)由于超市經(jīng)營面積所限，包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸不能過大，噪音不能過高，所以該機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸為1 800mm×800 mm，占地面積小，整機(jī)采用鋁合金材質(zhì)，重量輕，易拆卸，偏于運(yùn)輸與安裝。
2)該立式包裝機(jī)適合于膨化食品、蝦條、花生、爆米花、麥片、瓜子、果凍、白糖和食鹽等顆粒狀條、短條狀、粉條狀食品的包裝。
3)可以采用不同的包裝材料，如PE薄膜、PP、PVC、HDPE、BOPP等各種材料，可以根據(jù)不同的食品包裝要求更換外包裝材料。
4)整機(jī)自動化程度非常高，通過加裝控制屏后，操作人員只需要在操作屏界面上點(diǎn)擊相應(yīng)觸點(diǎn)，設(shè)置好加工袋數(shù)即可，對操作人員的素質(zhì)要求不高。
1 結(jié)構(gòu)設(shè)計
1.1主機(jī)結(jié)構(gòu)
包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。卷筒薄膜在縱封滾輪的牽引下，經(jīng)導(dǎo)輥進(jìn)入制袋成型器形成管狀�？v封滾輪在牽引的同時封合紙管對接兩邊緣。隨后由橫封輥閉合實(shí)行橫封切斷。同樣，每次橫封動作可同時完成上袋的下口和下袋的上口封合，并切斷分離。物料的充填是在紙管受縱封牽引下行至橫封閉合前完成的。
由于此包裝具有合理性和科學(xué)性，所以很多立式包裝機(jī)均采用這種設(shè)計方案，并且可以根據(jù)要求設(shè)計出多種的袋型，也可以更換多種包裝材料，比如黃豆的包裝就可以采用PE薄膜，瓜子的包裝可以采用紙袋，總之可以根據(jù)食品的包裝要求及時在設(shè)備上調(diào)整。
1.2橫封氣缸結(jié)構(gòu)
如圖2所示為橫封機(jī)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由橫封氣缸、底座和壓緊凸模所組成，當(dāng)食品進(jìn)入包裝袋后下行時，根據(jù)PLC設(shè)定好的下行檢測信號，橫封氣缸伸出，迅速壓緊包裝袋口，及時切斷，這樣包裝好的成品袋便自動掉落在下面的輸送盤架上。為了保證包裝袋不會出現(xiàn)“大鼓肚”的現(xiàn)象，在橫封機(jī)構(gòu)的上側(cè)安裝有縱封裝置，如圖1中15所示，該部分不僅完成了塑料薄膜縱向端的封口工作，還可以減少食品自重所引起的膨脹現(xiàn)象。
1.3上料盤結(jié)構(gòu)
上料盤安裝在包裝機(jī)的最上方，即圖1中的結(jié)構(gòu)4，其外形結(jié)構(gòu)如圖3所示，其重要性有兩點(diǎn)。
1)要保證每個包裝袋內(nèi)食品的質(zhì)量是統(tǒng)一的，而這一過程是在上料盤中來完成的，所以上料盤的精確分揀是重要的環(huán)節(jié)。
2)由于尺寸和價格因素的限制，不可能在上料盤上加裝自動秤或其它檢測結(jié)構(gòu)。
所以所設(shè)計的上料盤結(jié)合實(shí)際情況，在轉(zhuǎn)料盤上開設(shè)4個通孔，其作用相當(dāng)于量杯，首先將帶包裝的食品導(dǎo)入到料筒里（圖3中漏斗形結(jié)構(gòu)），轉(zhuǎn)料盤開始旋轉(zhuǎn)，當(dāng)其中一個轉(zhuǎn)料盤上的通孔旋轉(zhuǎn)到與料筒相互重合時，食品由于自重迅速下落，當(dāng)轉(zhuǎn)料盤繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)料盤通孔與料筒分開，直至下一個通孔與料筒重合�？梢钥闯鲞@樣的一種純機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅構(gòu)造簡單、方便靈活，而且還節(jié)省了尺寸、節(jié)約了資金。如果想調(diào)整食品包裝的質(zhì)量，只需要調(diào)整轉(zhuǎn)料盤的轉(zhuǎn)速即可，轉(zhuǎn)速越高，下落的食品越少，反之轉(zhuǎn)速越低，物料盤通孔與料筒的重合時間越長，下落的食品也就越多。
1.4整體結(jié)構(gòu)視圖
為了更加清晰直觀的表現(xiàn)出真?zhèn)�包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)，采用Solidworks 2012繪制出的該結(jié)構(gòu)總裝圖。從圖4(a)、(b)中可以看出包裝機(jī)前部的結(jié)構(gòu)組成，圖4 (c)中可以看出背部的卷筒、薄膜、導(dǎo)輥、薄膜分切裝置等，可以看出薄膜的轉(zhuǎn)運(yùn)、拉伸、分切、導(dǎo)向的過程，圖4(d)該設(shè)備的空間結(jié)構(gòu)，可以看出薄膜的轉(zhuǎn)運(yùn)、拉伸、分切和導(dǎo)向的過程。
2控制過程分析
2.1包裝過程控制
設(shè)備采用PLC控制系統(tǒng)，觸摸屏組態(tài)監(jiān)控，操作方便、直觀高效，安裝傳感器后定位準(zhǔn)確，并能實(shí)現(xiàn)多種自動報警保護(hù)功能，特別是缺料報警和無膜報警，最大限度減低損耗，具體控制過程分析如圖5所示，PLC接線端如圖6所示。
2.2溫度控制
要保證良好的封裝效果，必須要控制好溫度，溫度控制仍然在原西門子S7-200 CPU226機(jī)型的備用端安裝E5CA-Q2溫度傳感器，根據(jù)包裝袋的材料調(diào)整合適的縱封溫度和橫封溫度，結(jié)構(gòu)控制過程如圖7所示。
3結(jié)論
結(jié)合超市的實(shí)際情況設(shè)計了立式自動包裝機(jī)結(jié)構(gòu)，首先借鑒了現(xiàn)有市場上的主流結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，提出了符合超市實(shí)際情況的包裝機(jī)尺寸和工藝設(shè)計，通過PLC控制可以更有效的實(shí)現(xiàn)自動化控制，減小人工作業(yè)強(qiáng)度。后期將通過有“包裝之鄉(xiāng)”的西安戶縣某包裝機(jī)械廠設(shè)計的食品級超薄鋁箔機(jī)組搭配，完成超市中燒烤類、熏制類食品的超薄鋁箔包裝，設(shè)備的使用還將通過進(jìn)一步的驗(yàn)證以完善各項(xiàng)功能。
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