新型袋式气调包装机的设计

黄小林，陈　秀，徐　贞，卢立新.3

(1．苏州华源包装股份有限公司，江苏苏州 215235 ；2. 江南大学机械工程学院，江苏无锡 214122；

3.江苏省食品先进制造装备技术重点实验室，江苏无锡 214122)



新型袋式气调包装机的设计

黄小林1，陈秀2，徐贞2，卢立新2.3

(1．苏州华源包装股份有限公司，江苏苏州 215235 ；2. 江南大学机械工程学院，江苏无锡 214122；

3.江苏省食品先进制造装备技术重点实验室，江苏无锡 214122)

摘要：主要介绍了一款自主研发的枕型袋式气调包装机，特别适用于袋装新鲜果蔬的高精度气调包装。研究设计了气调包装机关键部件——气体置换装置、产品在线测长系统，采用充气与抽气同时实施的气体置换方式，大幅度提高了气体置换效率，保证包装袋内的高精度气氛实现。所设计的气调包装机克服了现有袋式气调包装机气体置换精度低的缺点，同时可实现连续高速的作业，包装薄膜材料获得更有效使用。

关键词：气调包装；包装机械；气体置换；设计

为此，本文提出了一种新型的袋式气调包装机设计方案，结合两种气体置换方式的优点，既可实现高气体置换率，又能实现连续作业，生产效率高。

1总体方案设计

1.1设计要求

新型袋式气调包装机主要用于新鲜果蔬产品的气调包装，基于新鲜果蔬的物理性能，选择枕式气调包装机为基本机型。评价气调包装机性能的2个指标：气体置换率及配气精度。本机气体置换率设计可达到97%~99.5%。由于果蔬产品具有种类多、形状各异的特点，因此本机的设计需要适合不同形状与大小的产品。气调包装袋尺寸由气体置换装置控制，因此气体置换装置的设计需要实现充气管长、宽、高3个方向上的调节，以适应不同包装形状与尺寸的要求。同时需要设有产品长度在线检测系统，实现不同大小、特征的单元包装果品和蔬菜长度的准确测量，以提供最合适的包装尺寸

包装循环所完成的工序：产品输送→产品测长→包装袋成型→包装袋纵封→气体置换→包装袋横封切断→包装产品送出。此设备操作简易，重复性强。

1.2总体结构设计

图1为本机整体结构示意图，整机主要组成装置：物料供送装置，包装薄膜供送装置，制袋成型器，拉膜牵引机构，气体置换装置，配气系统，纵封机构，横封切断装置和成品输出装置。

由图1可知，气调包装机成卧式布局，水平输送带即送料装置位于设备前端。包装袋成型系统由送膜装置，制袋成型器，纵封机构与横封切断装置构成。其中送膜装置位于设备上方，制袋成型器、纵封机构与横封横切装置从左到右依次布置于设备的水平操作台上。气体置换系统由配气系统、气管连接器、气管固定装置以及气管组成。其中气管固定装置可以实现气管位置在上下、左右与前后的3个方向上的调整。

将指标数据带入上述白化权函数中，得出xij在第k个评价等级中的权值fki(xij)(1≤k≤s)，然后根据式(8)计算得出指标数据矩阵的灰色统计数nik以及总灰色统计数ni:

1.3工艺流程

新型袋式气调包装机的气体置换工艺选择边充气边抽气的形式，即在包装袋内置入气管，气管为套管结构，向包装内充入预置气体的同时抽出袋内的气体。相对于传统的枕式气调包装机，本机合理的气体置换结构设计和气体置换形式的选择，使得本机在气体置换率、包装速度的方面均占有优势。

高速高精度枕型袋式气调包装工序流程如图2，以一个产品完成整个包装为例。在设备运行之前，需要根据包装尺寸通过气管固定装置6调整气管置入包装袋内的位置。设备进行一个包装循环所完成的工序：产品输送→产品测长→包装袋成型→包装袋纵封→气体置换→包装袋横封切断→包装成品送出。

1.3.1产品输送及测长

产品可以通过附加机器自动放料或者人工放料，当被包物9由输送链条输送到环形光电传感器11时，光电传感器可以测得产品的长度信号反馈到系统，系统通过调节参数来控制包装袋长以符合不同尺寸的产品。由于本机设备能够达到很高的气体置换率，适合于对气体成分要求较高的果蔬产品的气调包装。又因为同一类的果蔬产品会有不同的尺寸，因此有必要通过光电传感器来确定产品长度以便确定包装袋长，以便达到最优化的包装尺寸。

1.3.2包装袋内气体置换

产品继续供送进入包装腔10内，包装腔由包装薄膜通过制袋成型器12成型，纵封器4和拉膜装置3实现包装腔的纵封与牵引。产品在包装腔内的输送过程中，气管持续的向包装腔内充入与抽出气体，通过气体的“挤推”作用将包装腔内的气体排出，从而实现气体置换功能。气管有充气管2与抽气管1构成，顾名思义充气管2持续向包装腔内充入保护气体，抽气管1则持续将包装腔内气体抽出，套管的使用大幅度的提高了气体置换率。

1.3.3包装袋的横封与切断

产品在经过气体置换工序后，还需通过横封切断工序完成气调包装。由于果蔬产品的尺寸较大，因此横封切断装置8采用往复式结构。设备操作系统从光电传感器接收到产品长度的信号，然后将信号处理后反馈到横封切断装置来调整横封切断装置的运转速度，从而实现最优化的包装尺寸。

2气体置换装置设计

气体置换装置作为气调包装机的关键部件，其性能优劣直接影响到气调包装的气体置换率，而气体置换率是评价气调包装机的重要指标之一。本文设计的气体置换装置主要包括以下组件：气管、气管固定装置、气管连接器。

2.1气管结构设计

由于本机通过向包装内置入气管来实现气调包装，因此考虑到包装袋内空间的有效利用，将气管的截面设计成扁平的矩形。图3为气管结构示意图。

气管主要由充气管与抽气管组成，其中抽气管的一侧开有若干的抽气孔。采用充气管与抽气管的套管组合，可以实现一边充气，一边抽气的气体置换方式，有利于提高气体置换率，保证了果蔬气调包装的质量。气管A-A截面结构如图4，抽气管与充气管均采用扁平型结构。

2.2气管固定装置设计

气管固定装置的设计主要用于气管的固定及气管位置的调整。由于不同果蔬产品尺寸大不相同，因此气管固定装置需要实现气管在上下、左右2个方向上位置的调整。考虑到安装与调整方便，设计将气管固定装置固定在基座的面板上，栏板的宽度是根据产品宽度来调整的，因此气管固定装置只需实现气管上下位置的变动。图5为气管固定装置三维效果图。

2.3气管连接器设计

气管连接器的设计在于实现气管一边充气，一边抽气的功能。图6为气管连接器的结构示意图。气管连接器由抽气孔1、充气孔2、充气腔3以及抽气腔4组成。将气管与气管连接器连接，抽气管6与抽气腔4连通，充气管5与充气腔3连通，同时充气管5起到了阻隔抽气腔与充气腔的作用。如此，只需将充气孔2接通配气系统，抽气孔1接通抽真空系统，就可以实现边充气变抽气的气体置换形式。

3产品在线测长系统设计

果蔬产品具有种类繁多，形状各异的特点，即使是同一类果蔬产品其形状与尺寸也不同。因此为了使气调包装过程中每个产品都能获得最合适的包装尺寸，有必要在枕式包装机操作系统上添加产品在线测长系统。通过光电传感器采集产品的长度信号，然后反映到枕式包装机的系统控制中，信号经系统处理后反馈到输出设备(横封装置)实现包装袋长的控制。枕式包装机系统构成，如图7所示[8-9]。

产品测长系统是在枕式气调包装控制系统的基础上添加的，其执行过程如下：物料在供送过程中经过光电传感器，光电传感器收集到物料的长度信号传递到PLC，PLC接收到物料的长度信号后以脉冲信号的形式发送到伺服系统，伺服系统对脉冲信号进行处理后，通过伺服电机实现对横封装置横封速度的控制，从而获得最合适的包装袋长。其中由于大部分果蔬产品在形状上都具有不规则性，因此需要选择产品长度信号范围采集的光电传感器。本机使用了3个伺服系统[10]，分别用来控制物料供送速度，包装薄膜输送速度以及横封器横封速度。伺服系统与PLC的配合使用可实现本机各个部件运行速度的精确控制。

4结束语

提出了一种新型枕型袋式气调包装机设计方案，其独特的气体置换方式(边充气、边抽气)大幅度地提高了气体置换率，使得设备可用于对氧气要求很高的产品。本机的可调式气体置换结构配合可调式制袋成型器，可以包装不同形状、不同规格的各类产品，适用性强。产品在线测长系统的设计可以实现包装薄膜材料的最优化应用。新型枕型袋式气调包装机设计方案弥补了国内袋式气调包装机气体置换精度低和包装效率低的缺点。

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[8] 朱小芹.基于三伺服枕式包装机的设计与研究[D]. 武汉：湖北工业大学，2011.

[9] 唐国兰. 基于PLC的高速全自动包装机控制系统的应用研究[D]. 广州：广东工业大学，2004.

[10]龚发云,朱小芹. 基于PLC的三伺服枕式包装机控制系统的设计[J]. 湖北工业大学学报,2011,26(4):51-53.

The Design of a New Kind of Modified Atmosphere Packaging Machine with Bags

HUANG Xiao-lin1, CHEN Xiu2, XU Zhen2, LU Li-xin2,3*

(1. Suzhou Huayuan Packaging Co., Ltd, Suzhou 215235, China; 2.School of Mechanical Engineering, Jiangnan University, Wuxi 214122, China; 3. Jiangsu Key Laboratory of Advanced Food Manufacturing Equipment and Technology, Wuxi 214122, China)

Abstract:A new style of modified atmosphere packaging (MAP) machine with packaging fresh fruits and vegetables products in bags was developed. The key components of packaging machines (gas replacement device) and products online length measuring program have been design. The MAP machine overcome the defect of the low gas replacement accuracy and achieve high production efficiency. At the same time the packaging film material has been used in the most optimal way.

Key words:modified atmosphere packaging; packaging machine; gas replacement; design

doi:10.3969/j.issn.1005-1295.2016.01.009

中图分类号：TB486+.03

文献标志码：A

文章编号：1005-1295(2016)01-0034-04

作者简介：黄小林(1962-)，男，高级工程师，主要从事机械设计方面研究。通信作者： 卢立新(1966-)，男，博士，教授、博士生导师，主要从事包装技术与机械、包装材料等方面教学和研究，

通信地址：214122 江苏无锡市蠡湖大道1800号 江南大学机械工程学院，E-mail:lulx@jiangnan.edu.cn。

收稿日期：2015-12-21;修稿日期： 2015-01-06