据不完全统计: 2013 年我国食品和包装机械行业完成工业总产值 2  920 亿元,  同比增长 16． 80%,超过全国机械工业当年增长率[1] 。 这些年来, 随着中国国际化步伐的逐渐加快, 食品包装机械以每年18%的速度递增, 且已经出现了一批接近和达到国际水平的高端产品[2] 。 但诸如企业规模较小、 产品层次低和可靠性差、 进口依赖严重、 开发能力低下、 研发投入不足、 专业技术人才缺乏等问题也使国内包装机械产品饱受诟病[3] 。 目前, 国内 “ 制袋-充填-封口” 包装机械产品的机型以单列、 三边封袋型为主[4] 。 小袋包装在医药和食品行业应用广泛, 其包装内容物不乏粉末状、 颗粒状物料。 而国内大多数小颗粒物料包装机大多为单列式, 包装速度一般在 20 ~ 80 袋/ min 之间, 这无疑是不能适应经济的发展、 无法满足市场的需求的, 因此研究高速小袋包装技术是市场发展的必然趋势[5] 。

随着社会的发展和技术的进步, 现代包装技术日益向着高速、 高度机械化、 自动化和智能化的方向发展[6] 。 在不断优化包装机械产品质量的同时, 还要提高效率。 另外, 我国食品行业中小规模企业占据相当的比例, 因此包装机械也要具备一定的性价比。 气压传动的工作介质为空气, 安全、 无污染、 成本低, 并且相对于机械传动和液压传动构造简单, 动作迅速反应快[7] 。 PLC 由于具有极高的抗干扰能力和可靠性, 被广泛应用于工业控制的各个领域。 设计的系统采用三菱PLC 控制气压元器件, 通过触摸屏设置相关参数。

1. 高速小袋包装机总体设计及工作原理

该种高速包装机, 集聚料定量、 包装成型、 物料填充、 包装封口等各项功能于一体, 其工作过程如下: 包装纸通过引导轮被送到包装袋成型器处, 成型后的包装袋通过纵封加热轮完成热封合, 并在纵封牵引轮的牵引下到达横封处, 横封机构吸合将包装袋下口封合。 此时物料经由输送管道进入包装袋中, 紧接着通过分离吹气口, 压缩空气再次进入管道, 将输送管道中残留物料分离, 横封机构再次吸合完成包装袋上部封合。 包装机横封机构采用 U 形封口, 吸合一次可同时完成当前次包装袋上口的封合和下一包装袋下口的封合。 完成包装后, 切刀将包装袋切离, 落下的包装袋经过导向轮落入传送带中。

在高速小袋包装机设计时, 供料部分特别采用气动供料。 待包装物料装入盛料盘中以后, 在盛料盘旋转的过程中, 物料会落入固定在其内的多个容积式盛料器内。 当每个容积式盛料器所在的通孔与其下方的旋转盘中的连接气道转到送料气道正下方时, 压缩空气便将物料吹入输送管道。 盛料盘旋转一周, 可实现多次吹气供料, 从而实现高速供料, 继而确保高速包装的进行。  在确保每袋包装物料质量为 0． 5  g 的基础上, 设计包装速度可达 240 袋/ min。

2.高速包装机气动系统设计

2． 1 气动系统总体设计

气动系统主要包括 4 个气缸以及 6 个电磁阀。 其中气缸作用如下: 纵封气缸的主要作用是推动纵封沿纵封移动槽进行水平移动, 在纵封到达指定位置后提供恒定的气压, 保证纵封保持在指定位置, 从而进行包装纸的纵封处理; 纵封牵引轮气缸的作用是推动后侧的纵封牵引轮向前侧牵引轮靠近, 使牵引轮快速到达并保持在指定位置; 横封气缸的主要作用是推动横封, 减小横封的水平行程, 减少工作用时; 切刀气缸的主要作用是快速推动切刀, 确保将包装完毕的包装袋高速切割分离。在设计高速包装机时, 纵封、 纵封牵引轮和横封在气压减小后会自动后移, 切刀附有弹簧, 在完成前进切割工作后, 弹簧会拉动切刀自动后移。 于是各气缸均采用二位五通电磁换向阀作为主控元件。 送料和分离电磁阀均采用二位二通电磁阀: 送料电磁阀的作用是当供料部分各气道位置匹配构成完整气道时开启, 使得压万缩方空数气据顺利从进气口进入, 将物料经由送料气道输送到管道中; 分离电磁阀则是在当检测到物料沿管道经过检测点后, 分离电磁阀开启, 压缩空气从分离吹气口进入管道, 目的是确保物料完全进入包装袋包范围内, 从而减少物料包装误差。

2. 2 气动供料部分设计

供送装置能按照包装工艺要求及包装机工作节奏, 协调地将包装物料、  包装材料等逐步送达预定位置, 它决定整个设备的生产效率和自动化程度[8] 。 该高速包装机通过气动系统实现了高速供料, 其吹气供料部分结构图如图 4 所示, 在盛料盘内有 8 个通孔, 通孔内固定着容积式盛料器, 容积式盛料器下部为金属细纱网, 使气体能顺利通过。 旋转盘侧壁设有气道, 并且旋转盘经过连接件和盛料盘固定, 使得通孔10 和连接气道 9 在垂直方向保持无间隙重合, 在转动时, 物料盘与旋转盘有相同的旋转速度。 当物料倒入盛料盘后, 盛料盘旋转, 物料落入容积式盛料器中。 当盛料盘的通孔 10 与送料气道 4 在垂直位置重合时, 压缩气体从进气气孔 7 进入, 沿着路径从连接气道 9 到通孔 10 到送料气道 4, 即可将固定体积的物料带入输送管道, 进入包装环节。

3.PLC 自动控制系统设计

3. 1 系统硬件选型及 I / O 分配

结合高速包装机的使用要求, 控制系统设计输入点数为 10 个, 输出点数为 13 个。 经过综合考量, 控制系统采用三菱PLC 并加装温度测量与控制模块 FX2N-2LC,  其中自身带有 16 路输入点和 16 路输出点, 输出形式为晶体管输出[9] , 足以满足实际生产要求。

本文源于网络转载，如有侵权，请联系删除