一种魔芋面膜敷料倒模摊布装置的设计

2022-10-14王秋珍

湖北第二师范学院学报 2022年8期

王秋珍

（湖北第二师范学院物理与机电工程学院，武汉 430205）

魔芋又称蒟蒻（jǔruò），是一种天南星科草本植物。2020年中国魔芋产量占全球的63%，魔芋种植面积约为232万亩，整体市场规模已经突破了400亿元，并且发展迅猛，2010-2020年复合增长率约为26%。[1]魔芋含有大量甘露糖酐、维生素、植物纤维及一定量的黏液蛋白。葡甘聚糖具有水溶、持水增稠、稳定、悬浮、胶凝、粘接、成膜等多种独特的理化性质，具有奇特的保健作用和医疗效果。魔芋精粉加水加热，可产生魔芋凝胶，形成半透明膜衣，具有成膜性好、膜韧性强、吸附水能力高、膨胀率大、粘附性优良等特点，与皮肤结合密切，无副作用，能有效地滋养和清洁皮肤，剥离容易，纯天然无污染，是得天独厚的面膜材料。魔芋在我国资源广阔，提高魔芋深加工水平，对山区和丘陵地区的农村建设和发展具有重大意义。

1 魔芋面膜生产的工艺过程及敷料的均匀摊布的作用

1.1 魔芋面膜的生产工艺过程

魔芋面膜的制作工艺过程，是将魔芋精粉通过配料、溶解、倒模、预冻（或蒸养）固型、脱水、修整、灭菌、包装等工序制成。[2]倒模是这些工序中极为重要的一环，倒模的关键在于魔芋面膜敷料的均衡摊布。

1.2 魔芋面膜敷料的均匀摊布的作用

在魔芋面膜的制作工艺过程中，将食用胶（如海藻胶、黄原胶、果胶、刺槐豆胶等）加入蒸馏水中搅拌至完全溶解后，再加入天然活性物质和魔芋葡甘露聚糖，高速搅拌混合制得粘稠料液。[3]因魔芋面膜制作工艺需要，其配方中也含有一定量的甲基纤维素MC（食品增稠剂，有分散、乳化、稳定和增稠作用）。甲基纤维素MC在80～90℃的热水中迅速分散、溶胀，降温后迅速溶解，水溶液在常温下相当稳定，高温时能凝胶，具有优良的润湿性、分散性、粘接性、增稠性、乳化性、保水性和成膜性，以及对油脂的不透性。所成膜具有优良的韧性、柔曲性和透明度。在（2%水溶液）温度50～55℃时凝胶形成。[4]魔芋面膜敷料在高速混料发泡后，每单桶30公斤发泡料必须在30分钟内按50g一个完成膜盘注料，也就是每3秒完成一个膜盘的快速摇动平覆，随后静置蒸压（或冷冻）成型，才能保持面膜的平整和高含水高含气泡高韧性。否则，混合原料会在极短时间内气泡消失并凝固，无法成型，并堵塞料桶下料器。

2 魔芋面膜敷料均衡摊布振平装置的设计

2.1 魔芋面膜敷料均衡摊布振平装置的整体布局

魔芋面膜敷料均衡摊布振平装置的整体布局，包括支架平台、盘堆放台（1）、抓取膜盘的机械手（2）、推进膜盘的凸轮往复推进机构（3）、吸盘（4）、膜盘（5）、下料口（6）、装有含甲基纤维素MC的魔芋面膜料桶（7）、链板激振托盘（8）、控制台（11）、链板输送装置（12）、平整度扫描仪（13）等组成。[5]如图1所示：机械手（2）通过螺栓固定在支架平台上，模盘堆放台（1）安装在机械手的（2）的一侧，与支架平台齐平；凸轮往复推进机构（3）通过螺栓安装在支架平台上，位于机械手（2）的下方；料桶（7）通过一固定架安装在支架平台上，位于凸轮往复推进机构（3）上方，其内设有电动挤压装置，用于快速挤压面膜料，料桶（7）底端设有下料口，下料口与往复推进机构（3）的推进端面位置对应；链板激振输送装置（12）与往复推进机构（3）对接，位于一条直线上；机械手以每3秒一个的速度，将模盘（5）从模盘堆放台（1）递送到料桶（7）的下方，料桶（7）将含甲基纤维素MC的魔芋面膜料通过下料口（6）快速注入模盘（5），凸轮往复推进机构（3）按每3秒一个的速度，同步将已注料的模盘（5）推进到链板激振输送装置（12）上的激振托盘（8），经高速激振使魔芋面膜料快速均匀平铺在面膜模盘（5）内。控制台（11）是整体装置的控制中心，平整度扫描仪（13）是检测产品是否合格的检测仪器，合格产品送入下道工序，不合格产品予以剔除。

图1 魔芋面膜敷料均衡摊布振平装置示意图

2.2 膜盘分发机械手与膜盘的分发机构

膜盘的分发机构由机械手、凸轮机构、搬运吸盘组成。机械手如图2所示：机械手包括支座（203）、直线电机（201）、带有滑槽的运动杆（202）、运动电机（204）、电动升降杆（206）、搬运吸盘（4），支座（203）通过螺钉固定在支架平台上，直线电机（201）安装在支座上，运动杆（202）与直线电机（201）的运动端连接，所述运动电机（204）配合在运动杆（202）的滑槽内，电动升降杆（206）与运动电机（204）连接，搬运吸盘（4）竖直连接在电动升降杆上。

图2 膜盘分发机械手示意图

凸轮机构由凸轮往复推进机构包括电机（301）、凸轮（302）、从动轮（303）、滑竿（306）、滑竿固定座（305）和膜盘滑动的滑道（308）共同构成，如图3所示：电机（301）带动凸轮（302）做回转运动，凸轮（302）推动从动轮（303）（是一滚动轴承）做直线往复移动。从动轮（303）（滚动轴承）连接滑竿，滑竿前面套接有一向后挤压的弹簧（304），滑竿（306）的自由端穿过固定座（305）连接固定一推板（307），推板（307）置于滑道（308）上。凸轮（302）的顶尖对准从动轮（303）（滚动轴承）时，滑竿（306）被推向最前方，把膜盘推向链板激振输送装置，由于弹簧（304）的向后压力，滑竿（306）和从动轮（303）一起随凸轮（302）的转动，在凸轮（302）运转到最低点时，滑竿（306）被压向直线的最后方。随着电机的转动，滑竿做往复直线运动。

图3 凸轮往复推进机构示意图

搬运吸盘为直流电磁吸盘，其至少设有一个，两个为宜，包括杆（401）、通气孔（402）、直流电磁块（403）、撑开橡胶圈（404）。搬运吸盘如图4所示：杆（401）与运动电机（204）连接，通气孔（402）设在其上，直流电磁块（403）连接在杆（401）的自由端，撑开橡胶圈（404）连接在直流电磁块（403）下端。通电时直流电磁吸盘（205）与其下方的膜盘底部的磁铁片吸引，吸取膜盘。到达目标位置后，电源断开，撑开橡胶圈（404）因中心有通气孔（402）没有负压而撑开膜盘，吸盘随机械手上升离开进行下一个循环。

图4 搬运吸盘示意图

2.3 链板式膜盘输送机

链板激振输送装置包括传动链板和对称的设在传动链板两侧的激振输电装置，含有绝缘夹块（14）、开口滑竿（15）、导电杆（16）、电磁振动器（17）、激振电机（18）、导电支座（19）等。[6]如图5所示：绝缘夹块（14）固定在一支杆上，所述开口滑竿（15）水平的卡合固定在绝缘夹块（14）上，导电支座（19）的两电极分别通过导线与两根开口滑竿（15）连接。电磁振动器（17）按照链板速度与膜盘推送的时间关系，间隔一定距离固定在传动链板上，电磁振动器（17）的下端固定着激振电机（18）。导电杆（16）的两端水平对称地固定在激振电机（18）上，与激振电机（18）的正负极接线连接；传动链板带动激振电机（18）运动时，所述导电杆（16）的自由端穿过开口滑竿（15）滑槽。

图5 链板激振输送装置示意图

工作时，膜盘（5）因凸轮往复推进机构（3）的推进作用，进入链板激振输送机（12）的电磁振动器（17）上方，在链板激振输送机（12）的电机作用下，向前移动，导电杆（16）进入开口滑竿（15）的滑槽内，两根开口滑竿（15）通过导电支座（19）分别接入低压直流电源的正负极，电磁振动器（17）通电后，与膜盘（5）镶嵌于底面的磁铁片（21）牢牢贴紧，激振电机（18）通电后开始振动，导电杆（16）随链板向前滑出开口滑竿（15）后，电源被切断，激振电机（18）停止振动，电磁振动器（17）松开膜盘（5），膜盘（5）进入下一工序的输送带。

2.4 膜盘激振托盘

膜盘激振托盘由电磁振动器（17）与激振电机（18）以及导电杆（16）、振动座支撑簧片（10）组成，在导电杆的两端，是防止滑脱的限位球（9）。如图6所示，工作时，被凸轮往复推进机构（3）推进的装有魔芋面膜敷料的膜盘（5）因盘底的磁铁作用，吸附在电磁振动器（17）上，导电杆（16）在开口滑竿（15）上获得电能后供激振电机（18）振动，将膜盘内的魔芋面膜敷料在规定的时间内予以激振摊平。振动座支撑簧片（10）的作用是增强振动幅度和振动效果。

图6 膜盘激振托盘示意图

2.5 激振托盘的摊布振平质量控制

激振托盘的摊布振平质量控制包括控制台（11），同与之相应电子元件连接，用于控制设备开启关闭及各个参数设置。还包括电动传动带（12）和用于扫描膜盘内面膜料平整度的平度扫描仪（13），传动带（12）与链板激振输送装置末端水平对接，平度扫描仪（13）通过螺钉固定在传动带（12）末端边缘上；因凸轮往复推进机构（3）的同步作用，敷料振平后的膜盘（5）被推入输送带（12），经平面度检测仪（13）扫描检测后，送入下道静置蒸养（或冷冻静置）工序。