一种应用于小型散装食品加工厂的真空包装机的设计

魏一迪　周泽华

摘 要：近年来，散装食品产业发展较为迅猛，对食品的包装要求越来越高。针对小型散装食品加工工厂的真空包装问题，提出了一种微型散装食品真空包装一体机的设计。该装置占地面积小、操作简单、自动化程度高，减少了人手工操作的步骤，满足生产效率要求。

关键词：真空包装一体机；取袋模块；开袋模块；送料模块

中图分类号：TS206.5；TB486 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.09.142

在互联网销售兴起的今天，售卖散装食品的网店日益增多，对食品包装的要求也越来越高，真空包装以其可减缓食品变质的优势受到店家与消费者的追捧和青睐。

对于创业初期的网店来说，往往具有人手不多、资金投入不大等特点，而现有的真空包装机械（比如家用真空封口机、立式真空包装机、外抽式真空包装机等）由于自动化程度较低，准备工作均需人工操作，需投入大量人工成本，为店家经营带来一定问题。同时，由于人工接触环节过多，食品污染的可能性增加，進而增加了食品安全隐患。

1 新型真空包装一体机

笔者通过大量的市场调研，走访网店商家，依据用户要求进行微型散装食品真空包装一体机的设计，设计过程中注重机械的性能、尺寸、强度、质量、成本及外形。该设计主要有以下优势：①实现PE袋的单张自动取用；②开袋与输料过程配合紧密，工作流畅；③通过工作台的移动实现PE袋的输送，工作台移动精准；④可自动完成产品的称重、输料、封装过程，减轻人工负担；⑤完善的控制系统使各部分配合紧密，工作流畅、效率高。该设计可解决创业初期店面人手不够、资金投入有限带来的包装问题，具有较大的应用价值。

2 真空包装一体机总体设计

2.1 取袋模块设计

取袋模块的主要功能是将PE包装袋从储袋盒中取出。取袋功能主要由储袋盒、可移动工作台、电动推杆完成。可移动工作台移至储袋盒下方，位于工作台内部的电动推杆带动取袋吸盘上升；接触到PE袋后，推杆向下运动，将PE袋从储袋盒的下方开口拉出，吸至工作台上表面。此时，位于工作台上表面的辅助真空吸盘吸气，保证PE袋位置的固定，完成取袋过程。通过可移动工作台的移动实现PE袋的运输。

可移动工作台与滚珠丝杠平台固定。当电机驱动工作时，可移动工作台沿丝杠平台移动，通过对电机工作时间的控制，实现对可移动工作台位置移动的精确控制。

2.2 开袋模块设计

开袋过程主要由多杆机构、衔铁、丝杆、开袋吸盘完成。可移动工作带移动到开袋吸盘下方时构成开袋机构的一部分，辅助完成开袋过程。

为实现开袋吸盘垂直于工作面完成开袋功能，笔者设计了丝杆机构。丝杆机构与开袋吸盘架、开袋吸盘固定，可实现双向自锁，到达指定位置时控制器自动解锁，具有操作简单、结构简单、稳定可靠、体积小等优点。吸盘架下移至包装袋表面时，真空吸盘工作，将包装袋上表面吸附；吸附后，吸盘架上移，拉动包装袋上表面移动，同时运用多杆机构控制的衔铁夹持杆向内部靠拢，减少表面张力对开袋的影响。

通过步进电机带动连杆、铰链在导轨约束下做往复运动，带动衔铁固定架做往复直线运动，多杆机构前段的衔铁实现对可移动工作台上包装袋的固定。

2.3 送料模块设计

当完成开袋工序后，位于装置上端的送料模块开始执行送料过程。该过程主要由送料仓、下料口、下料板完成。送料仓部分材料采用304不锈钢，保证食品安全、卫生。称重后的食品进入送料仓中，等待下料工序开始后被送入包装袋中。

步进电机驱动锥齿轮和齿轮齿条机构实现下料板的前后移动，控制物料从送料仓下落。移动式下料板在曲柄滑块机构的带动下沿着导轨下移，伸至已开口的PE袋口中，食物顺着下料板进入袋中。当食物物料全部输入包装袋后，送料过程结束，下料板沿着导轨上移。

2.4 真空封装模块设计

当送料工序完成、移动式下料板上移之后，开始对PE袋进行真空封装。真空封装模块有上、下2个真空腔，下真空腔中有真空抽气孔，它与真空泵相连接；上真空腔与滚珠丝杠上的滑块固定。上、下真空腔形成密闭空间后，真空泵工作。当PE袋真空度达到要求后，加热电热丝。最后完成对包装袋的热封工作。完成热封后，向腔内送气，破坏腔内低压。当内、外气压大致相同时，电机带动压力机构移动，带动上夹板运动，使上、下真空腔分离，完成PE袋的真空封装。

2.5 控制模块设计

控制模块要完成整个流程的控制。系统控制分为电动控制和气动控制2部分。以单片机为控制核心，通过硬件电机驱动电路直流电机、步进电机等，从而实现对直线推杆、滚珠丝杠、连杆机构的控制；通过控制继电器实现对真空泵、电磁阀、电磁铁、热封条的控制。

作品底部丝杠导轨移动带动工作台移动，右侧面丝杆导轨带动开袋吸盘移动，由步进电机驱动丝杆实现。步进电机由TB6560驱动器驱动，最大电流不超过3 A，用12 V电压给芯片供电，采用共阳极接法，3个控制端包括使能控制端、方向控制端和频率控制端，连接51单片机的I/O口，通过软件程序控制步进电机的转速、位置及转动时间。

考虑到真空泵的进气端，气动部分只能提供负压并且无法自动平衡气压以及多吸盘并联使用同一真空泵，需电磁阀与真空泵配合。电磁阀是可以通过控制电压来实现阀体开关的器件，控制电压为24 V，在没有电压时处于常闭状态。在本设计中，电磁阀的作用是平衡负压端气压及真空回路，实现单个真空泵同时作用于多个吸盘。

3 总结

综上所述，通过各模块间的控制实现食品封装的一系列工作流程，可被广泛应用于散装食品网店及食品店，减少人工操作步骤，保证食品安全、卫生；同时，送料仓、外壳等拆卸方便，便于清洁。

参考文献

[1]陈嘉中.食品的真空和真空充气软包装[J].中国包装工业，2007（4）.

[2]孙智慧，晏祖根.包装机械概论[M].北京：印刷工业出版社，2012.

[3]徐成海.真空工程技术[M].北京：化学工业出版社，2006.

〔编辑：刘晓芳〕