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0引言

包裝技術(shù)和設(shè)備是工業(yè)生產(chǎn)的一個(gè)重要行業(yè)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，產(chǎn)品越來(lái)越向多樣化、個(gè)性化和不規(guī)則化發(fā)展，因此包裝方法和技術(shù)需要不斷改進(jìn)。世界上很多發(fā)達(dá)國(guó)家都十分重視包裝技術(shù)的研究和包裝設(shè)備的開(kāi)發(fā)。目前,包裝機(jī)械已成為我國(guó)機(jī)械工業(yè)中的十大行業(yè)之一。隨著自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，包裝行業(yè)引入了智能化、信息化的概念。包裝機(jī)械的研發(fā)朝高速、多功能化及控制智能化的方向發(fā)展,以適應(yīng)市場(chǎng)的需求。在日本，日立、富士通和凸版印刷株式會(huì)社已經(jīng)大規(guī)模生產(chǎn)并銷(xiāo)售智能標(biāo)簽⑴。在美國(guó)和歐洲，包括沃爾瑪在內(nèi)的主要零售商都在努力推廣智能標(biāo)簽的使用，Timestrip公司和北美的家用電器集團(tuán)合作，令其生產(chǎn)的清.潔產(chǎn)品都使用上了可以提示推薦使用時(shí)間的智能標(biāo)簽'幻。

由于三聚氫氨等事件帶來(lái)的嚴(yán)重影響，國(guó)家加強(qiáng)了對(duì)食品和藥品等的銷(xiāo)售和使用管理，進(jìn)一步制訂了食品安全法。廣大消費(fèi)者對(duì)食品和藥品的標(biāo)注信息也更加關(guān)注。顯然，研制高效和適應(yīng)性強(qiáng)的包裝設(shè)備以及能對(duì)包裝產(chǎn)品進(jìn)行全面、規(guī)范的信息標(biāo)示的包裝機(jī)已刻不容緩。

1設(shè)計(jì)方案

目前在包裝行業(yè),立式或臥式包裝機(jī)通常只能包裝規(guī)則形狀的物料，對(duì)不規(guī)則物料的包裝，多是用人工采取計(jì)量分配，成袋原材料為專(zhuān)用材料,包裝信息打標(biāo)由人工完成。這種方法存在的問(wèn)題是:作業(yè)效率低、耗費(fèi)人力，特別是多種不規(guī)則物料的包裝；

而且人工包裝容易造成對(duì)被包裝產(chǎn)品的污染。此外,包裝工序繁雜、設(shè)備占用場(chǎng)地大，同時(shí)管理眾多規(guī)格預(yù)制袋非常不便。

目前，國(guó)外同類(lèi)型設(shè)備采用包裝預(yù)制材料的方式，預(yù)制材料由特別設(shè)備制備，國(guó)內(nèi)采用國(guó)外同類(lèi)型設(shè)備的話需進(jìn)口大量原材料，我們研制的一體化包裝機(jī)將改革這一工藝方法，采用國(guó)產(chǎn)包裝袋原材料,不需要預(yù)制包裝袋,做到包裝袋隨制隨裝，以避免因包裝改良或變更造成預(yù)制袋的積壓浪費(fèi)。

根據(jù)不規(guī)則物料包裝的特點(diǎn)，我們研制的不規(guī)則物料一體化包裝機(jī)具有以下技術(shù)特點(diǎn)：

1. 針對(duì)不同類(lèi)或不規(guī)則的多種物料的精確分配問(wèn)題，分別采取精確計(jì)數(shù)或秤重解決。
2. 為了提高包裝效率，使入袋與成袋工序各自同時(shí)進(jìn)行,而且又不會(huì)互相產(chǎn)生干擾。
3. 根據(jù)各類(lèi)包裝物品的要求，通過(guò)對(duì)建立的知識(shí)庫(kù)進(jìn)行査詢(xún)和模糊匹配，使包裝標(biāo)識(shí)內(nèi)容能按照設(shè)定的規(guī)則來(lái)獲得，實(shí)現(xiàn)對(duì)食品、藥品等國(guó)家有安全性要求的商品的規(guī)范化信息標(biāo)示。
4. 通過(guò)使成袋、供料、裝料、封口和標(biāo)識(shí)等工序并行運(yùn)作，達(dá)到提高包裝效率和包裝質(zhì)量的目的。
5. 通過(guò)一體化機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和合理的工藝配置，達(dá)到縮短工時(shí),減少設(shè)備占地面積的目的。

2技術(shù)實(shí)現(xiàn)

2.1一體化包裝機(jī)采用的技術(shù)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

為了實(shí)現(xiàn)不規(guī)則物料的一體化包裝，針對(duì)不規(guī)則物料的整個(gè)包裝過(guò)程,采用了如下一些主要技術(shù)：

1. 采用光電計(jì)數(shù)等技術(shù)進(jìn)行物料計(jì)量分配口】?，F(xiàn)行的電子計(jì)數(shù)充填方法，采用單道或多道機(jī)械供料器把物料有序送進(jìn)，以逐粒跌落的方式供給，當(dāng)充填速度較高時(shí)，計(jì)數(shù)和裝料等待會(huì)對(duì)充填效率有較大影響。為了提高物料的充填速度,我們?cè)O(shè)計(jì)了一項(xiàng)專(zhuān)利結(jié)構(gòu)⑷，即在各通道放料閥門(mén)下方的匯集料斗出口處設(shè)置一個(gè)總料門(mén)，其結(jié)構(gòu)和工序示意如圖1所示。在硬件控制系統(tǒng)我們?cè)黾恿讼鄳?yīng)的控制與執(zhí)行機(jī)構(gòu)。系統(tǒng)的軟件控制如圖2所示。其原理是，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到預(yù)設(shè)裝量值時(shí),放料閥門(mén)關(guān)閉，同時(shí)總料門(mén)打開(kāi)，計(jì)數(shù)繼續(xù)。當(dāng)落料完后，總料門(mén)又關(guān)閉。并打開(kāi)放料閥門(mén)和進(jìn)行更換包裝容器”即計(jì)數(shù)和更換包裝容器可同一時(shí)間進(jìn)行，無(wú)須中斷。

 

圖2落料控制系統(tǒng)的軟件控制框圖

2. 采用單層薄膜折邊成型、封邊、封口和分切工藝，以便容易與供料、裝料和自動(dòng)打標(biāo)等工序的時(shí)間并行匹配。
3. 動(dòng)力方面采用變頻電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)，以保證控制的靈活性和準(zhǔn)確性。
4. 包裝袋采取隨制隨裝的方式，減少材料的耗費(fèi)。
5. 采用熱轉(zhuǎn)印智能打印機(jī)技術(shù)⑴，并開(kāi)發(fā)智能包裝標(biāo)識(shí)知識(shí)庫(kù)。
6. 包裝工序一體化，采用PLC控制各個(gè)工序的同步進(jìn)行和協(xié)調(diào),使成袋、供料、裝料、封口和標(biāo)識(shí)等工序能并行進(jìn)行，并采用人機(jī)界面進(jìn)行操作控制⑸0

在包裝袋封口滾切工序的電路中，變頻器VF0007S21A除用于包裝袋卷膜電機(jī)的速度控制外，還通過(guò)熱電偶檢測(cè)，對(duì)包裝袋的封口熱壓溫度進(jìn)行控制。一體化包裝機(jī)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新點(diǎn)是采用多個(gè)工序并行進(jìn)行方式.一體化機(jī)的各個(gè)部件結(jié)構(gòu)也要對(duì)傳統(tǒng)的形式進(jìn)行改進(jìn)，如采用組合式物料計(jì)量分配結(jié)構(gòu)，對(duì)不同的物料配置不同的結(jié)構(gòu)，方便實(shí)現(xiàn)功能等。一體化包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)原理如圖3所示。

 

圖3一體化包裝機(jī)結(jié)構(gòu)原理

2.2一體化包裝機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)措施

不規(guī)則物料的定量分配技術(shù)。對(duì)數(shù)量型不規(guī)則物料可通過(guò)光電、磁敏計(jì)數(shù)等技術(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)分配，對(duì)無(wú)形狀的粉劑或不易計(jì)數(shù)的物料等，通過(guò)自動(dòng)稱(chēng)重或等容積法等手段計(jì)量，通過(guò)對(duì)不同類(lèi)別的不規(guī)則物料選配不同供料源來(lái)實(shí)現(xiàn);對(duì)物料的充填，通過(guò)簡(jiǎn)化充填過(guò)程,使之與各工序協(xié)調(diào)并行獨(dú)立進(jìn)行。

智能標(biāo)識(shí)技術(shù)。按不同產(chǎn)品和行業(yè)的標(biāo)識(shí)要求,組建知識(shí)庫(kù)進(jìn)行査詢(xún)及模糊匹配。其實(shí)現(xiàn)涉及專(zhuān)家系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理、模糊數(shù)據(jù)融合和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)。我們?cè)诹私鈬?guó)家相關(guān)食品、藥品銷(xiāo)售和管理法規(guī)的基礎(chǔ)上,通過(guò)行業(yè)調(diào)査等手段，建立起相關(guān)產(chǎn)品的信息和知識(shí)庫(kù)，在信息標(biāo)識(shí)時(shí)根據(jù)原先輸入的物品名稱(chēng)等信息，由算法程序來(lái)進(jìn)行査找和匹配，然后由標(biāo)識(shí)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)出數(shù)據(jù)進(jìn)行打標(biāo)。

多工序的并行、集成一體化。并行作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題是各工序的節(jié)拍要一致。為了達(dá)到這一目的，我們通過(guò)優(yōu)化成袋、供料、充填裝料、封口和標(biāo)識(shí)等工序，如通過(guò)簡(jiǎn)化充填過(guò)程,減少充填裝袋時(shí)間，讓各工序節(jié)拍一致、先后并行獨(dú)立進(jìn)行等。此外，采用在供料輸送帶兩側(cè)交錯(cuò)安排工位（見(jiàn)圖3包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)原理），使一體化機(jī)能達(dá)到提高生產(chǎn)效率（減少輸送距離和管理人員）、減少設(shè)備占用空間的目的。

3—體化包裝機(jī)的技術(shù)指標(biāo)

通過(guò)反復(fù)研制和調(diào)試，研制出了不規(guī)則物料一體化包裝機(jī)的功能樣機(jī)，經(jīng)測(cè)試與運(yùn)行使用，制定了該設(shè)備在技術(shù)性能指標(biāo)方面應(yīng)達(dá)到的設(shè)計(jì)要求。

達(dá)到的具體技術(shù)指標(biāo)如下：

1. 外形尺寸，2500mmX1200mmX1500mm.
2. 電源,AC220V,50Hz.
3. 總功率,3kW_o
4. 配料精準(zhǔn)性,2%。
5. 包裝速度»30~80包/min。
6. 卷膜尺寸，內(nèi)孔徑75mm,外徑450mm,寬度為300mm。
7. 制袋尺寸,最大為300mmX150mm,最小為50mmX30mm。
8. 適合卷膜材料為PAPER/PE,PET/PE和PP/PE等復(fù)合膜。

在不規(guī)則物料一體化包裝機(jī)的研制過(guò)程中，經(jīng)過(guò)反復(fù)研制與改進(jìn)，使配料精度和包裝速度等多頊性能指標(biāo)不斷提高，達(dá)到了包裝機(jī)械的設(shè)計(jì)要求。

4結(jié)束語(yǔ)

不規(guī)則物料一體化包裝機(jī)的研制，除可使不規(guī)則物料的包裝與標(biāo)識(shí)效率大大提高外，還可改進(jìn)包裝產(chǎn)品信息的標(biāo)識(shí)效果。實(shí)際生產(chǎn)情況表明，使用該設(shè)備，可減少工序人員70%,減少工序占地面積30%。同時(shí)可避免因包裝改良或變更所帶來(lái)的預(yù)制袋的積壓浪費(fèi)，符合國(guó)家環(huán)保、降耗政策，是包裝方法的重大改革。對(duì)提高我國(guó)包裝行業(yè)的水平具有重要的意義。

 

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