高速立体真空包装机的研发

随着人们生活水平的提高，人们在追求产品本身质量的同时，对产品外包装也提出了更高的要求。立体真空包装可保证产品外观、延长保质期并方便运输，被广泛应用于粮食与食品行业。目前，国内市面上的真空包装设备通常采用单工位的夹袋灌装装置与双工位真空整形装置的组合[1]。工作过程中，夹袋灌装装置需移至灌装口的工位，才能进行放料灌装，在物料成型后通过真空室的移动来出料。故灌装、出料耗时影响了总耗时，包装速度难以提高。而速度较快的卷膜式真空包装机械则存在着调整规格复杂、对操作工人要求高、适应能力较差的问题[1]。面对需求量日益攀升的立体真空包装产品以及多样的包装规格，对包装设备的适应能力及包装速度提出了更高的要求。我们设计了一种立体真空包装机，该设备集称重、灌装、整形、抽真空、热封口、卸袋和输送功能于一体，整机结构紧凑，自动化程度高，且操作方便，维护简单，包装速度快，极具市场竞争力。

1 整机设计

1.1 机构分布设计

各个机构呈一字排开，如图1所示。每袋的包装划分为7个工位，各工位之间距离相等，工位4为对中套袋工位。出料机构与整形机构固连，理袋机构与抽真空封口机构固定于机座上。在气缸驱动下，左边夹袋机构在工位3与工位4之间移动，而右边夹袋机构在工位4与工位5之间进行移动。左整形机构在气缸的驱动下在工位2与工位3之间来回移动，右整形机构在工位5与工位6进行来回移动。各个机构如此布置使套袋灌装的同时能进行整形，抽真空同时进行卸料动作，可以大大提高工作效率，也方便调整维护。

1.2 机构选型

整机主要由定量称重机构、整形机构、夹袋机构、理袋机构、抽真空封口机构及出料输送机构组成。

目前市面上的同类产品在模具上沿用传统手动真空包装的思路，采用固定的立体模腔与特定的套袋筒配合的方式[1]，在更换包装规格时需同时更换模具和套袋筒。而套袋筒的尺寸与成型尺寸接近，在套袋时需将包装袋完全拉开并利用套袋筒将包装袋完全撑开，这种操作方式造成了在套袋工序上的时间浪费。因此，本次设计在夹袋机构上采用鸭嘴式夹袋口，在夹袋口闭合时套袋，只需将袋口稍微撑开，而其余空间靠物料自重灌装充满即可。考虑到包装规格的差异，为在灌装工序上节约时间，采用两套夹袋机构，同时每套夹袋机构配备一大一小两个夹袋口，兼顾套袋难易程度与落料时间。而在模具方面，则采用组合式模具，利用多个整形板主动从各个方向动作形成立体模腔，最终用管式抽真空方式对物料进行定型。理袋机构采用机械式理袋，出料输送机构采用出料盒翻转方式将物料置于输送带上进行出料，出料动作与抽真空封口动作同时进行，尽可能降低整个工艺流程所占用的时间。

  

图1 机构分布图

2 关键机构设计

2.1 夹袋机构

图2为夹袋部分机构——对称的摇杆滑块机构简图，杆1为驱动件。图2 (a)为初始状态，夹袋闭合；图2(b)为夹袋动作状态，夹袋口张开。如图2所示，只需外力按压驱动杆往下动作，夹袋口便处于张开状态，此时弹簧处于受压状态。当外力撤销时，在弹簧的作用下，驱动杆便会恢复初始位置，夹袋口闭合。

式中，VH 为临界不冲流速，m/s；dcp为渠床土粒平均粒径，m；A为与渠床土壤密实程度有关的经验系数；R为水力半径，m。

  

图2 夹袋机构简图

2.2 整形机构

经过多次改进，完成了样机的制造与调试，样机如图7所示。经过测试，该设备的系统安全性及包装合格率等各方面均达到企业标准的要求。真空包装速度可达800包/h，领先国内同类设备，大大提高了产品的竞争力。该包装机适用于粮食食品(如大米、豆类、小米等)及其他行业颗粒料的立体真空包装。整机自动化程度高，包装速度快，操作简单，且外形美观简洁。

  

图3 整形机构机械简图

 

1.转动曲柄；2.短连杆；3.前移动滑块；4.长连杆；5.导轨；6.后移动滑块；7.前整形板；8.后整形板

2.3 理袋机构

云南省地震灾害在空间上主要分布在三个区域：一是从大关沿金沙江小江断裂带往南延伸经东川、昆明、玉溪直到石屏建水一线的滇东滇中地震区；二是丽江、大理、楚雄大姚-姚安一带的滇西地震区；三是盈江-龙陵-耿马-澜沧-思茅一线的滇西南地震区。

  

图4 拨袋示意图

  

图5 理袋机构示意图

 

1.调整螺杆；2.左调整块；3.拨叉；4.抽真空管；5.拨叉限位杆；6.拉簧；7.右调整块；8.升降气缸

抽真空管固定在拨袋机构安装板上，升降气缸带动整个拨袋机构及抽真空管往下，下降到拨叉接触到拨叉限位杆时，拉簧处于受拉状态，两拨叉的下端往中间摆动，从而完成拨袋动作。此时柔性密封条将包装袋口整齐压紧，当抽真空完成之后，升降气缸快速上升，紧接着进行热封，物料呈真空状态，密封条便可松开，而拨叉也在拉簧的作用下恢复了初始位置。用1个气缸即可巧妙地完成抽真空管及拨袋动作。

3 样机及其验证

考虑到包装尺寸的多样化，在设计整形机构时要特别考虑模具更换的快速与方便。如图3所示，将整套模具拆分成前整形板7，后整形板8，左右整形板及下整形板，各整形板的尺寸根据包装袋定制，与相应的固定座之间采用燕尾槽接合，在更换模具时无需任何工具和调整[2]。前移动滑块3沿导轨运动由前后整形气缸带动。当前后整形气缸伸出到位时，前移动滑块3和后移动滑块4之间距离靠近从而带动分别安装在前后移动滑块上的前后整形板7和8距离减小，前后整形板之间的距离与物料的成型厚度相对应；当左右整形气缸回缩到位时，左右整形板之间的距离与物料成型的宽度相对应。而当下整形板气缸伸出到位时，前后整形板，左右整形板与下整形板刚好形成一个立体型腔。而振动装置则采用高频气动振动器，利用压缩空气为动力，推动机构产生回转离心力或反复运动造成振动[3]。振动装置安装在前整形板上，在物料的成形过程中起到充实物料、振平顶面及加快整形速度的作用。该振动装置与模具配合包装出来的物料棱角分明，规则美观。

罗内·博伊柯38岁，是两个孩子的母亲，住在加拿大温尼伯市，在一所法语小学担任副校长。她原本健康，喜欢慢跑和游泳。2003年夏天，她第一次感到眩晕。“一天早上，我醒来后发现自己无法直视前方，”这个温尼伯的两个孩子的母亲和法语小学担任副校长回忆说，“我脚下的地板就要塌陷了。”

  

图7 高速立体真空包装机

 

[参考文献]

[1] 刘四麒．粮食工程设计手册[M].郑州：郑州大学出版社，2002．

物料进入整形型腔后便需要进行抽真空及热封工序，形成真空长方体。本次设计采用管式抽真空方式[3]，热封工序则采用双边恒温加热方式，确保风琴袋能够封牢而不封焦。在热封之前要确保风琴袋对中折叠，否则容易出现封口不美观甚至漏气等问题。由于风琴袋在制作时就形成了对中的折痕，因此只需在灌装后按图4所示沿着箭头方向即可完成理袋。但是拨袋时拨袋幅度要适应袋子，否则袋口容易形成褶皱。因此，在拨袋机构上设置调整螺杆，如图5所示，通过旋转调整螺杆1直接改变两拨叉之间的距离来适应不同的包装袋。

[2] 闻邦椿．机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2009．

[3] 左健民．液压与气压传动[M].北京：机械工业出版社，2016．

2016年9月13日，《中国学生发展核心素养》正式向社会发布。“核心素养”被置于深化课程改革、落实立德树人目标的基础地位，用以指导、引领、辐射学科课程教学。彰显出现代基础教育对于教育最终指向的根本性认识，目的从单一教书上升为教书、育人并重，实现教学教学从从“知识核心时代”走向“核心素养时代”必然趋势。