一種應用于小型散裝食品加工廠的真空包裝機的設計

魏一迪　周澤華

摘 要：近年來，散裝食品產業發展較為迅猛，對食品的包裝要求越來越高。針對小型散裝食品加工工廠的真空包裝問題，提出了一種微型散裝食品真空包裝一體機的設計。該裝置占地面積小、操作簡單、自動化程度高，減少了人手工操作的步驟，滿足生產效率要求。

關鍵詞：真空包裝一體機；取袋模塊；開袋模塊；送料模塊

中圖分類號：TS206.5；TB486 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.09.142

在互聯網銷售興起的今天，售賣散裝食品的網店日益增多，對食品包裝的要求也越來越高，真空包裝以其可減緩食品變質的優勢受到店家與消費者的追捧和青睞。

對于創業初期的網店來說，往往具有人手不多、資金投入不大等特點，而現有的真空包裝機械（比如家用真空封口機、立式真空包裝機、外抽式真空包裝機等）由于自動化程度較低，準備工作均需人工操作，需投入大量人工成本，為店家經營帶來一定問題。同時，由于人工接觸環節過多，食品污染的可能性增加，進而增加了食品安全隱患。

1 新型真空包裝一體機

筆者通過大量的市場調研，走訪網店商家，依據用戶要求進行微型散裝食品真空包裝一體機的設計，設計過程中注重機械的性能、尺寸、強度、質量、成本及外形。該設計主要有以下優勢：①實現PE袋的單張自動取用；②開袋與輸料過程配合緊密，工作流暢；③通過工作臺的移動實現PE袋的輸送，工作臺移動精準；④可自動完成產品的稱重、輸料、封裝過程，減輕人工負擔；⑤完善的控制系統使各部分配合緊密，工作流暢、效率高。該設計可解決創業初期店面人手不夠、資金投入有限帶來的包裝問題，具有較大的應用價值。

2 真空包裝一體機總體設計

2.1 取袋模塊設計

取袋模塊的主要功能是將PE包裝袋從儲袋盒中取出。取袋功能主要由儲袋盒、可移動工作臺、電動推桿完成?？梢苿庸ぷ髋_移至儲袋盒下方，位于工作臺內部的電動推桿帶動取袋吸盤上升；接觸到PE袋后，推桿向下運動，將PE袋從儲袋盒的下方開口拉出，吸至工作臺上表面。此時，位于工作臺上表面的輔助真空吸盤吸氣，保證PE袋位置的固定，完成取袋過程。通過可移動工作臺的移動實現PE袋的運輸。

可移動工作臺與滾珠絲杠平臺固定。當電機驅動工作時，可移動工作臺沿絲杠平臺移動，通過對電機工作時間的控制，實現對可移動工作臺位置移動的精確控制。

2.2 開袋模塊設計

開袋過程主要由多桿機構、銜鐵、絲桿、開袋吸盤完成?？梢苿庸ぷ鲙б苿拥介_袋吸盤下方時構成開袋機構的一部分，輔助完成開袋過程。

為實現開袋吸盤垂直于工作面完成開袋功能，筆者設計了絲桿機構。絲桿機構與開袋吸盤架、開袋吸盤固定，可實現雙向自鎖，到達指定位置時控制器自動解鎖，具有操作簡單、結構簡單、穩定可靠、體積小等優點。吸盤架下移至包裝袋表面時，真空吸盤工作，將包裝袋上表面吸附；吸附后，吸盤架上移，拉動包裝袋上表面移動，同時運用多桿機構控制的銜鐵夾持桿向內部靠攏，減少表面張力對開袋的影響。

通過步進電機帶動連桿、鉸鏈在導軌約束下做往復運動，帶動銜鐵固定架做往復直線運動，多桿機構前段的銜鐵實現對可移動工作臺上包裝袋的固定。

2.3 送料模塊設計

當完成開袋工序后，位于裝置上端的送料模塊開始執行送料過程。該過程主要由送料倉、下料口、下料板完成。送料倉部分材料采用304不銹鋼，保證食品安全、衛生。稱重后的食品進入送料倉中，等待下料工序開始后被送入包裝袋中。

步進電機驅動錐齒輪和齒輪齒條機構實現下料板的前后移動，控制物料從送料倉下落。移動式下料板在曲柄滑塊機構的帶動下沿著導軌下移，伸至已開口的PE袋口中，食物順著下料板進入袋中。當食物物料全部輸入包裝袋后，送料過程結束，下料板沿著導軌上移。

2.4 真空封裝模塊設計

當送料工序完成、移動式下料板上移之后，開始對PE袋進行真空封裝。真空封裝模塊有上、下2個真空腔，下真空腔中有真空抽氣孔，它與真空泵相連接；上真空腔與滾珠絲杠上的滑塊固定。上、下真空腔形成密閉空間后，真空泵工作。當PE袋真空度達到要求后，加熱電熱絲。最后完成對包裝袋的熱封工作。完成熱封后，向腔內送氣，破壞腔內低壓。當內、外氣壓大致相同時，電機帶動壓力機構移動，帶動上夾板運動，使上、下真空腔分離，完成PE袋的真空封裝。

2.5 控制模塊設計

控制模塊要完成整個流程的控制。系統控制分為電動控制和氣動控制2部分。以單片機為控制核心，通過硬件電機驅動電路直流電機、步進電機等，從而實現對直線推桿、滾珠絲杠、連桿機構的控制；通過控制繼電器實現對真空泵、電磁閥、電磁鐵、熱封條的控制。

作品底部絲杠導軌移動帶動工作臺移動，右側面絲桿導軌帶動開袋吸盤移動，由步進電機驅動絲桿實現。步進電機由TB6560驅動器驅動，最大電流不超過3 A，用12 V電壓給芯片供電，采用共陽極接法，3個控制端包括使能控制端、方向控制端和頻率控制端，連接51單片機的I/O口，通過軟件程序控制步進電機的轉速、位置及轉動時間。

考慮到真空泵的進氣端，氣動部分只能提供負壓并且無法自動平衡氣壓以及多吸盤并聯使用同一真空泵，需電磁閥與真空泵配合。電磁閥是可以通過控制電壓來實現閥體開關的器件，控制電壓為24 V，在沒有電壓時處于常閉狀態。在本設計中，電磁閥的作用是平衡負壓端氣壓及真空回路，實現單個真空泵同時作用于多個吸盤。

3 總結

綜上所述，通過各模塊間的控制實現食品封裝的一系列工作流程，可被廣泛應用于散裝食品網店及食品店，減少人工操作步驟，保證食品安全、衛生；同時，送料倉、外殼等拆卸方便，便于清潔。

參考文獻

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[2]孫智慧，晏祖根.包裝機械概論[M].北京：印刷工業出版社，2012.

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〔編輯：劉曉芳〕