硬塑盒氣調(diào)保鮮包裝機(jī)的設(shè)計(jì)

1、硬塑盒氣調(diào)保鮮包裝機(jī)的設(shè)計(jì)摘要文中論述一種自主開(kāi)發(fā)的硬塑盒氣調(diào)保鮮包裝機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)，深入分析其主要技術(shù)性能和設(shè)計(jì)要點(diǎn)。 食品氣調(diào)保鮮包裝亦稱為氣體置換包裝（modified atmosphere packaging，簡(jiǎn)稱map），要求采用混合保鮮氣體，對(duì)包裝內(nèi)的空氣進(jìn)行置換，改變包裝內(nèi)食品的保存環(huán)境，達(dá)到抑制細(xì)菌和微生物的生長(zhǎng)繁衍，或減緩新鮮果蔬的新陳代謝速度，從而延長(zhǎng)食品的保鮮期及貨架保存期。與冷凍食品及真空包裝加高溫殺菌食品相比較，理想的食品氣調(diào)保鮮包裝能更有效保特產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)成分，提高食品的保鮮質(zhì)量，保證其原汁原味原貌。 食品氣調(diào)保鮮包裝較常用的材料為塑料，有軟袋裝和成型盒兩種，其中

2、以硬塑盒的形式最為理想，如圖1所示。配以封合膜的硬塑成型盒包裝，具有一定的剛性，不但能方便實(shí)現(xiàn)氣調(diào)，而且能整齊堆疊，其保護(hù)性、工藝性和美觀性是無(wú)可置疑的。因此，筆者重點(diǎn)對(duì)硬塑盒氣調(diào)保鮮包裝設(shè)備深入研究，為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了自動(dòng)包裝機(jī)。1設(shè)備設(shè)計(jì)原理及其總體結(jié)構(gòu) 1.1設(shè)計(jì)原理 傳統(tǒng)的盒裝氣調(diào)包裝機(jī)為人工輔助機(jī)型，一般設(shè)計(jì)為雙工位，分別為取放盒位和封切位。模板往復(fù)運(yùn)動(dòng)于兩工位間，需要人工把包裝成品取出模板、然后把待封合硬塑盒放入，生產(chǎn)效率較低，取決于工人操作的熟練程度。而且，傳統(tǒng)機(jī)型均采用無(wú)壓差氣體置換技術(shù)，也就是在充入保鮮氣體前，并沒(méi)有排除干凈盒內(nèi)固有空氣，包裝后的食品內(nèi)部不可避

3、免存在殘留空氣，影響保鮮效果。 有鑒于此，設(shè)計(jì)新型設(shè)備，首先要實(shí)現(xiàn)過(guò)程自動(dòng)化，其次要保證包裝食品不存在殘留空氣。實(shí)際設(shè)計(jì)中，需要解決的難題是：如何使待包裝盒自動(dòng)進(jìn)入模板并置于密封室中，然后在實(shí)現(xiàn)氣體置換和封合分切后，又能自動(dòng)脫出模板，并且這一過(guò)程必須連續(xù)循環(huán)進(jìn)行。這一切決定了機(jī)器的工作機(jī)構(gòu)應(yīng)具備機(jī)械手的功能，因此其結(jié)構(gòu)需要有針對(duì)性的作特別設(shè)計(jì)。 為此，經(jīng)深入研究，按筆者的設(shè)計(jì)構(gòu)思，本設(shè)備應(yīng)自動(dòng)完成如下包裝工序：待包裝盒輸送進(jìn)入工作位覆合上膜、密封工作室氣體置換熱封分切工作室開(kāi)啟包裝成品送出。 由于執(zhí)行動(dòng)作較多，重要循環(huán)性強(qiáng)，采用氣動(dòng)形式較易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。氣壓驅(qū)動(dòng)可使各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作靈活協(xié)調(diào)，并

4、方便調(diào)整。 圖2所示是機(jī)結(jié)構(gòu)示意及工作原理。由圖2a可見(jiàn)，本機(jī)工作位設(shè)計(jì)采用活動(dòng)室式結(jié)構(gòu)，設(shè)備的關(guān)鍵裝置為氣調(diào)封合室，由上室座1和下室座14共同組成。其中上室座固定不動(dòng)，下室座可由氣缸驅(qū)動(dòng)（圖中無(wú)標(biāo)示）作升降運(yùn)動(dòng)，向上升可與上室座壓合形成一個(gè)密封工作室，以便抽真空和實(shí)現(xiàn)氣體置換。 上室座1內(nèi)安裝有壓板2，壓板平面布置有若干熱封頭5和切刀6，由彈簧4壓緊，熱封頭內(nèi)藏電熱絲，由溫控儀控制表面溫度。通過(guò)氣缸3可驅(qū)動(dòng)壓板并帶動(dòng)熱封頭和切刀作下壓沖切運(yùn)動(dòng)。下室座14內(nèi)裝配有承托模11，承托模內(nèi)配合托板12，氣缸13可帶動(dòng)托板12升降。托降上升到頂剛好與承托模相平，方便導(dǎo)入待包裝盒；托模下降則可使待包裝盒

5、依靠重力進(jìn)入承托模。 氣調(diào)封合室右邊布置有進(jìn)盒輸送帶10，運(yùn)動(dòng)方向由外向內(nèi)，采用平頂鏈結(jié)構(gòu)，鏈面與下降狀態(tài)的下室座面相平。輸送帶10右側(cè)安裝推送氣缸9，可通過(guò)推板把進(jìn)入的待包裝盒向左推送至承托模上。氣調(diào)封合室左邊布置有出盒輸送帶15，用于卸出完成包裝的成品。 具體的包裝工序如圖2所示，分析如下。a.盒送進(jìn)定位。如圖2a所示，已裝填物料的硬塑盒由輸送帶10送進(jìn)，到端部被擋板定位，同時(shí)觸發(fā)接近開(kāi)關(guān)，發(fā)出一個(gè)定位信號(hào)；b.盒推送至下室座。如圖2b所示，接受定位信號(hào)后，氣缸9動(dòng)作，通過(guò)推板把盒向左平推入下室座，置于托板面上；推板向右撤回，托板12受氣缸13帶動(dòng)下降，盒依靠重力落入承托模內(nèi)；c.氣調(diào)封合

6、室密封。如圖2c所示，下室座14由氣缸驅(qū)動(dòng)（圖中無(wú)標(biāo)示）上升，與上室座壓合形成一個(gè)密封工作室，使硬塑盒及其覆合上膜置于密封室內(nèi)。密封室接通真空管路，把室內(nèi)空氣抽除，經(jīng)抽氣后的室內(nèi)真空度一般可達(dá)到-0.0970-0.0987mpa，創(chuàng)造一個(gè)潔凈的環(huán)境。其后，按一定配比混合的保鮮氣體充入室內(nèi)，由上膜與硬塑盒的兩側(cè)接合縫隙進(jìn)入并充滿盒內(nèi)空間。最后，氣缸3驅(qū)動(dòng)壓板2下行，同時(shí)帶動(dòng)熱封頭5和切刀6動(dòng)作，熱封頭首先接觸上膜，通過(guò)彈簧4施壓，使上膜與硬塑盒接觸面熱融封合；當(dāng)彈簧壓縮到一定程度，切刀到達(dá)盒面，實(shí)現(xiàn)沖切薄膜動(dòng)作；d.氣調(diào)封合室開(kāi)啟、盒出模。如圖2b所示，下室座降落，已封合并分切上膜的成型盒隨座下

7、降。其后，氣缸13動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)托板12上升，把包裝盒頂升并脫出承托模；氣缸9動(dòng)作，通過(guò)推板把新送進(jìn)并定位的待包裝盒向左平推入下室座，而成品盒則被待包裝盒推出下室座，并被輸送帶15卸出。與此同時(shí)，封合上膜在卷膜機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下步進(jìn)一段行程，步進(jìn)長(zhǎng)度與硬塑盒長(zhǎng)度相適應(yīng)。如上所述，可實(shí)現(xiàn)整個(gè)包裝工序的自動(dòng)循環(huán)。1.2總體結(jié)構(gòu)硬塑盒氣調(diào)保鮮包裝機(jī)的總體示意如圖3所示。整機(jī)主要由各個(gè)機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)和裝置以及氣體混合系統(tǒng)、氣控系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等組成。進(jìn)盒輸送帶8和出盒送帶1如圖3所示，其長(zhǎng)度可按具體需求設(shè)計(jì)更換。推送氣缸（圖中無(wú)標(biāo)示）安裝在電控柜9下，設(shè)計(jì)有一個(gè)調(diào)整手輪，可方便調(diào)整其左右位置，從而調(diào)整推板的起點(diǎn)和終

8、點(diǎn)位置，使推送盒定位準(zhǔn)確。上室座5由四根支柱支撐在機(jī)座4上，下室座及其驅(qū)動(dòng)氣缸藏于機(jī)座4內(nèi)，下室座上升可與上室座壓合密封成一個(gè)氣調(diào)封合室；卷膜機(jī)構(gòu)2、退紙輥7和導(dǎo)輥3安裝在支架6上，卷膜機(jī)構(gòu)由獨(dú)立微電機(jī)驅(qū)動(dòng)，間歇回轉(zhuǎn)，收卷邊料的同時(shí)牽引薄膜。這樣的設(shè)計(jì)，令整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、外觀簡(jiǎn)潔。2氣體混合及氣控系統(tǒng)2.1氣體混合系統(tǒng)保鮮氣體一般由24種氣體按比例混合，常用氣體為co2、o2、n2及少量特種氣體。co2具有抑制大多數(shù)需氧腐敗細(xì)菌和霉菌生長(zhǎng)繁殖的作用，是保護(hù)氣體中的主要抑菌劑；o2具有抑制大多數(shù)壓氧腐敗細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖，保持食品鮮度的作用，可用于維持包裝鮮肉色澤和新鮮果蔬需氧呼吸；n2是惰性氣體，與食

9、品不起作用，作為填充氣體，與co2、o2及特種氣體組成混合保鮮氣體。不同的食品果蔬，保鮮氣體的成分及比例也不同，需經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，找出理想的氣體成分配比數(shù)據(jù)，才能取得最佳的保鮮包裝效果。本機(jī)的氣體混合系統(tǒng)為外置式裝置，混合原理如圖4所示。圖4采用a、b、c 3種保鮮氣體混合，分別由電磁閥控制輸入混合罐，通過(guò)調(diào)控勇氣時(shí)間及檢測(cè)氣瓶?jī)?nèi)壓力可確定氣體配比，最終形成混合保鮮氣體，由氣管連接到包裝機(jī)的下室座，以備待用。2.2氣控系統(tǒng)圖5所示為氣路原理圖。壓縮氣源b置于機(jī)外，給系統(tǒng)提供穩(wěn)定的氣壓，通過(guò)電磁閥d1驅(qū)動(dòng)推送盒氣缸qg1作推進(jìn)和后退動(dòng)作；通過(guò)電磁閥d2驅(qū)動(dòng)托板氣缸qg2作升降動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)盒入模和脫模；通

10、過(guò)電磁閥d3驅(qū)動(dòng)氣缸qg3使下室座作升降運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)與上室座的壓合密封和分離；通過(guò)電磁閥d4驅(qū)動(dòng)封切氣缸qg4作下壓運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)熱融封合和分切薄膜的動(dòng)作。qg1、qg2、qg3分別裝配有2個(gè)電磁感應(yīng)信號(hào)，通過(guò)plc及其電路控制，從而使機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位和循環(huán)動(dòng)作。真空管路連接上室座，由一個(gè)旋片式真空泵c實(shí)現(xiàn)密封室的抽真空，d6為放氣閥，用于取消室內(nèi)真空。本機(jī)真空系統(tǒng)內(nèi)置于主機(jī)中，盡量縮短真空泵到真空室的連接管路，提高抽氣效率?；旌蠚夤辯充滿保鮮氣體，通過(guò)電磁閥d5與下室座連通，由程序控制電磁閥d5的通斷完成充氣工序。本包裝機(jī)的電控設(shè)計(jì)采用plc編程控制，自動(dòng)完成由進(jìn)盒到卸出成品的一系列包裝動(dòng)作，自動(dòng)

11、循環(huán)。3主要參數(shù)的確定硬塑盒氣調(diào)保鮮包裝的過(guò)程控制，與室式真空充氣包裝機(jī)相似，實(shí)際上是一連串工序按順序調(diào)控而實(shí)現(xiàn)的，其效率受到各工序時(shí)間的影響，其單位時(shí)間工作循環(huán)計(jì)算公式為：t60/（t1+t2+t3+t4+t5+t6）（1）式中：t為工作循環(huán)（1/min）；t1為推送盒時(shí)間（s）；t2為盒入模和室座壓合時(shí)間（s）；t3為真空時(shí)間；t4為充氣時(shí)間（s）；t5為熱封時(shí)間（s），一般取12s；t6為室座分離和盒出模時(shí)間（s）。推送盒時(shí)間t1受氣缸速度和推送行程影響，推送行程為固定值，通過(guò)調(diào)整節(jié)流閥可改變氣缸速度，使推送運(yùn)動(dòng)迅速而平穩(wěn)，以450mm行程為例，本機(jī)實(shí)際設(shè)定為11.5s。t2和t6，同樣受氣缸速度和運(yùn)動(dòng)行程影響，其中運(yùn)動(dòng)行程取決于硬塑盒深度，可根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)確定。本機(jī)設(shè)計(jì)適于深度小于50mm的硬塑盒包裝，因此壓合行程設(shè)計(jì)為60mm，t2和t6設(shè)定約1s。熱封時(shí)間t5與包裝材料有關(guān)，而且應(yīng)配合不同的熱封溫度來(lái)選擇，應(yīng)根據(jù)不同的包裝材料選擇不