气动装袋机的改进建议

摘要：食用菌生产过程中，将培养基装入菌袋中是一项繁重的费时费力的工作。为此设计一套，绞龙式电气驱动的急速装袋机，可轻松调整装袋的长度，使用电磁离合器，代替传统的机械离合器，定量更准确均匀，减轻工人劳动强度， 提高生产效率。

关键词：食用菌，装袋机，绞龙式，电磁离合器，计量。

引言：

食用菌是我国传统食品之一，它含有丰富的蛋白质和较高的食疗价值。随着食用菌产业的不断发展，我国食用菌产量已占世界总产量的65%左右。

目前，国内外食用菌产品常规的生产工艺是：配料—拌料—装袋—灭菌—无菌接种—（育菌、出菇、采摘）—加工—销售。装袋机是整个生产工艺中，最为关键的设备，大规模集成工业化生产，急需生产效率高而且操作简单的装袋机，根据市场上现有的手动装袋机结构进行改进，设计了电气驱动的急速装袋机。

急速裝袋机的机械结构由料斗，拌料器，齿轮盘，绞龙，出料筒，驱动气缸，抱筒，皮带轮，电动机，机身框架等构成。属于卧式绞龙式电气驱动装袋机。

工作流程：

食用菌培养基配料，经过粉碎，过筛，拌料，传送，进入进料口，装满料斗。

当接通 380 伏的三相电源以后，打开急停开关，通电后，电机启动运行，首次开机，PLC 自动检测开机的第一个脉冲信号，启动退出电阀Y3 以及换向电磁阀 Y4，同时开启抱筒退出到最外端，触发 X4 开仓卸料，同时，关闭退出电磁阀 Y3，Y4，开启排气阀 Y5，排出气缸内的高压气体。

手工套好塑料袋后，触发 X0 行程开关，待行程开关下降沿脉冲，启动 Y2 推进电磁阀，同时关闭排气电磁阀 Y5，气缸被急速推入，并保持高压推进状态，达到最内端，触发传感器 X1 启动装料，进入灌装料状态。此时 启动小绞叶 Y0 及大绞龙 Y1，继电器吸合，电磁离合器吸合，齿轮盘转动同时拌料器旋转拌料，电磁离合器吸合驱动大绞龙旋转往菌袋装料，抱筒被动推出，活塞外移，激活传感器X2，关闭换向电磁阀 Y4进入封闭状态，关闭推进电磁阀 Y2，封闭气缸两端气孔。气缸活塞再次被推出时，右侧端高压气再次压缩，左侧气缸空间被拉伸产生负压，增加了装料的阻力，提高菌包的硬度，当装料达到菌包规定的长度，触发传感器 X3 结束装料，开启退出阀Y3排出气缸右侧的高压气体，进入扫平状态，并准备急速排料。关闭 Y1 大绞龙电磁离合器失电并脱离吸合状态，大绞龙停止转动，小绞叶 Y0 继续高速旋转扫平菌包袋口 0.4 秒，0.4秒后启动，启动换气电磁阀 Y4，抱筒快速退出，到达卸料传感器 X4，打开抱筒，卸掉菌包。

同时关闭退出阀 Y3，打开排气电磁阀 Y5，打开排气孔，释放气缸筒内的高压气体，为快速推进气缸做好准备。

整体设计及建议

装袋机，是生产过程中一个关键的设备，但是在整个生产工艺流程中，它不是孤立的设备，还应该考虑前后设备的衔接。装好的菌包，还要经过扎口机，扎口，然后插棒装筐。

电气部分也应该考虑多台设备的相互衔接，尽量为前后端辅助设备提供电源插座的，动作信号的输入输出控制。

电气控制改进的关键点及建议：

1，封闭增压。采用 4V230C 电磁阀，当两端停电时，封闭气缸左右两端，绞龙旋转挤压出料时，气缸被推动拉伸时，右端被压缩成高压，左端被拉伸产生负压，以增加推动气缸的阻力提升菌包硬度。

2，泄气减压。提前打开 4V230 进气电磁阀，排出气缸左侧的高压气体降为普通大气压。当再一次推进气缸时，两端气压差较大，使得推进速度大大提高。

3，缺料报警。如果机器启动装料，5 秒钟之内没有装料结束。启动 Y7 蜂鸣器报警，同时排出不合格菌包。

4，建议料斗内增加一个传感器。当料斗里面没有料时自动开启闸门 ， 装满料斗。

5，建议升级自动套袋代替人工套袋，减轻劳动强度。

机械设计方案关键点：

料斗

较大料斗开口，容积扩大，可以储存大量的原料，只适合单机操作。

大规模集成工业化生产流水线上，食用菌培养基配料，经过输送机传送，持续不断地送入进料口，装入料斗，因此，料斗的尺寸不应该过大。料斗尺寸过大，既增加了成本，又增加了搅拌器的负荷，降低绞龙转速，严重影响工作效率。

2. 拌料器

拌料器摆叶摆动幅度要小 ， 速度要慢，应该贴近绞龙，减少阻力，降低负荷。提高绞龙旋转速度，提高装袋效率。

3. 链轮

由于绞龙高速旋转，通过通过一次链轮减速，拌料器旋 转速度还是比较快，应该采取 二次降速，降低拌料器的旋转 速度，减小阻力，提高绞龙的旋转速度。

4. 绞龙

绞龙是装袋机核心，分大绞龙及小绞叶。其参数十分关键。大绞龙参数：绞龙螺距 =60mm 外径 =86mm 轴径 =27mm，小绞叶参数：轴径 =22mm，外径 =84mm ，节距 =60mm，小绞叶按照形状可以分成两种：一种是双叶平齐，它的优势在于扫平速度快，但是出料慢。另一种是双叶前后分离一段距离，它的优势是出料快，但扫平效果差。

绞龙轴的尺寸尽量设计细小，不占料筒空间，增加有效截面，提高工作效率，小绞叶转速一定要大于大绞龙转速，小绞叶外边缘应该超过出料筒。

大绞龙与小绞叶之间，拥有足够的间隙，避免当原料颗粒过大，卡住，造成堵塞。

5. 绞龙沟槽

大绞龙装料的绞龙沟槽空间要狭窄。绞龙高速的旋转， 产生巨大的离心力，如果绞龙沟槽与大绞龙间隙过大原料四处飞溅，就可能减少绞龙上的缠绕密度，降低了出料速度， 装袋的过程时间延长。

6. 出料筒

出料筒尺寸，内径 =88mm，外径=93mm 长度 =260mm，为了增加有效截面，出料筒的内径应该尽可能大，但是，过大会影响套袋效率。

7. 抱筒

抱筒的尺寸，应该与塑料袋的尺寸吻合。塑料袋口宽度163mm 的塑料袋，菌包直径计算，163*2/3.14=103.77mm，因此， 抱管内径应该近似等于 104mm，不得小于菌包内径。否则打袋不紧，稀松，没有硬度。抱筒开口一端，应安装胶皮法兰，方便菌袋的整形。

8. 皮帶轮

在设计皮带轮传动装置时，皮带轮的尺寸，应该根据减速比的需要精确计算，同时还要满足驱动大小绞龙的皮带要使用相同长度，这样可以很容易调整，控制皮带的松紧程度。 否则，工作一段时间以后，皮带磨损不一致，容易产生松紧不一致，造成打滑，无法正常工作。

9. 传动皮带：

传动皮带是这套设备最容易被磨损的消耗材料，建议使用双皮带轮，同型号，增加使用寿命，降低更换成本。

10. 电动机底座设计：

电动机底座设计，首先，要方便电动机底座升降操作， 简单便捷地调整皮带松紧程度。其次，电动机底座可以选择使用3KW 或4KW 电动机，固定的螺丝孔，应该是可以调整电机的位置，使主从皮带轮平行。

11. 机身脚轮

为了方便移动，机身底座支架应该安装脚轮，但是工作期间由于，设备震动幅度较大，机身容易移动，因此要安装固定支架，同时又方便调整升降机身。

12.轴向压力

装袋机工作时，轴向有很大的负荷，应该在轴的末尾或轴头安装平面推力轴承或安装角接触轴承，轴线上安装的角接触轴承或平面推力轴承可以承担轴向压力负荷，减少调心轴承的轴向损耗。

经过设备的调试以及试运行，每装一袋需要的时间 3.5 秒下降至 2.7 秒，大幅度地提高了工作效率。

致谢：

感谢大连富森智能科技有限公司  耿峻礼。

参考文献 ：

1高钟毓，机电控制工程（第二版），北京：清华大学出版社，2002，

2赵建城  李树  全自动粉料罐装机结构设计  包装与食品机械，2005，

作者简介：阎涛（1966-04-26），男，山东荣成人，本科，高级讲师，主要从事计算机专业教学工作，包括硬件维修，软件应用，网络工程，机械自动化控制。