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隨著中國勞動力市場的不斷轉(zhuǎn)型[1]，青壯年農(nóng)民工比重不斷下降，在包裝行業(yè)，特別是大米、飼料等行業(yè)，包裝工人短缺現(xiàn)象越來越嚴重。另一方面，中國包裝機械起步晚，目前存在著與國際先進水平差距較大，進口依賴嚴重、企業(yè)規(guī)模較小、缺乏創(chuàng)新平臺等問題，因此國產(chǎn)包裝機械還遠遠滿足不了包裝行業(yè)的實際需求。通過對大米、飼料行業(yè)進行市場調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)國內(nèi)的大米行業(yè)其包裝袋種類及包裝規(guī)格較多，并且普遍采用包裝完畢直接裝車的方式，存在每一批次包裝數(shù)量較少，包裝種類及規(guī)格更換頻繁的現(xiàn)象。因此，國際先進的包裝機械不能完全滿足國內(nèi)的實際需求，而且還存在著價格高、維護困難等問題。
本文介紹的全自動編織袋包裝機主要用于大米、飼料等小顆粒物料的自動上袋、灌裝及縫包。該包裝機能適應(yīng)不同種類和包裝規(guī)格的編織袋，能快速方便地進行規(guī)格切換，并且安裝高度低、整體占地小。同時，該包裝機采用可選模塊設(shè)計，可根據(jù)實際場地及預(yù)算進行模塊選擇，并兼容后續(xù)的升級改造。另一方面，包裝機可由儲料倉直接供料，裝包完畢可自動對接裝車輸送帶和碼垛生產(chǎn)線，能有效減少包裝車間對于包裝工人及搬運工人的數(shù)量要求。
1全自動編織袋包裝機的模塊化方案設(shè)計
全自動編織袋包裝機采用模塊化設(shè)計，如圖1所示，主要分為備袋套袋、計量灌裝、理袋縫包3個模塊。

其中，備袋套袋模塊主要功能是自動對整疊的編織袋進行初步的整理定位，并從中分離出單個袋子，對其進一步定位后，將袋口張開，并套入計量灌裝模塊的灌裝口。計量灌裝模塊主要功能是自動稱量出指定重量的散裝物料，并檢測套袋是否成功，若成功則將物料灌入包裝袋中，否則將套袋失敗的袋子自動剔除。理袋縫包模塊主要功能是自動對灌裝好的包裝袋進行袋口整理，并縫包封口。
2全自動編織袋包裝機的工作流程設(shè)計
本機工作流程設(shè)計如圖2所示。

工作流程說明：當(dāng)系統(tǒng)上電自檢完成后，檢測指定的儲袋工位是否有編織袋存在，如果沒有，則觸摸屏上提示缺袋，需備袋；如果有，對袋堆進行初步整理，并居中定位。定位結(jié)束后，取袋機構(gòu)從袋堆取出一個袋子至下一工位并定位，以確定袋口位置。袋口位置確定后，利用機械裝置將袋口張開，并夾住兩側(cè)以防變形，再將袋子套入灌裝機構(gòu)的灌裝口后夾緊，等待灌裝。與此同時，系統(tǒng)會先檢測套袋是否成功，如果套袋不成功，系統(tǒng)會自動將灌裝口上的袋子剔除，并重新套袋。另一方面，系統(tǒng)會檢測計量機構(gòu)內(nèi)有無物料，如果沒有，會啟動進料機構(gòu)進行加料。當(dāng)計量完成，且灌裝口套袋成功，則啟動灌裝動作。灌裝過程中，拍袋機構(gòu)同時動作，使袋內(nèi)物料更加充實。灌裝完成后，灌裝口松開包裝袋，并利用移袋機構(gòu)將灌裝好的包裝袋由灌裝工位移至理袋工位。理袋機構(gòu)將袋口整理平齊并閉合，再將其移到縫包工位，進行縫包封口，最后利用輸送帶送往下道工序。
理袋縫包模塊和備袋套袋模塊是可選模塊，如果不選擇，相關(guān)工序可以由人工完成。但由于計量是包裝車間的必備功能，所以計量灌裝模塊為必選模塊。
3全自動編織袋包裝機的關(guān)鍵技術(shù)
3.1計量精度的測試及結(jié)果分析

對于定量包裝設(shè)備而言，計量的動態(tài)精度是最基本也最重要的測試參數(shù)，下文以25kg包裝規(guī)格為例，進行動態(tài)精度測試與分析。
對于預(yù)設(shè)值（presetvalue）為25kg的規(guī)格進行576次計量的動態(tài)精度測試，并以裝料重量為橫軸，以每種裝料重量出現(xiàn)總次數(shù)為縱軸，得圖3所示結(jié)果。根據(jù)標(biāo)準[2]，本規(guī)格檢定次數(shù)為32次，測試裝料次數(shù)遠大于32次，因此測試裝料次數(shù)符合標(biāo)準。從圖3可以看出，最大裝料重量為25.007kg，最小裝料重量為24.995kg，從而計算出最大誤差為12g，同時能從圖3計算出裝料重量平均值為25.0019kg。
按X（0.5）級標(biāo)準，查表1[2]可知，預(yù)設(shè)值（presetvalue）為25kg情況下，首次檢定(initialverification)、后續(xù)檢定(subsequentverification)的最大允許偏差（mpd）為0.35%，即25kg×0.35%=87.5g；此次測試的最大誤差為12g，小于最大允許偏差87.5g，因此最大允許偏差（mpd）符合標(biāo)準。
按最大允許預(yù)設(shè)值誤差的（mpse）[2]的要求，預(yù)設(shè)值（presetvalue）與裝料平均之間的最大差值不超過最大允許偏差的0.25倍。
即：(25.0019kg-25kg=1.9g)＜(87.5g×0.25=21.875g)
因此最大允許預(yù)設(shè)值誤差的（mpse）符合國家標(biāo)準。
3.2不同模塊間的快速定位對接機構(gòu)
為了便于不同模塊的快速增減，以及出現(xiàn)設(shè)備故障時可以快速替換為人工操作，本機設(shè)計有快速定位對接機構(gòu)[3]。
如圖4所示，對接架1與導(dǎo)向座5分別安裝于兩個不同模塊上面，對接時利用定位輪4與導(dǎo)向座5進行快速定位，然后用卡鉗2進行快速夾緊；如果有需要，兩個模塊間的距離可通過過渡架3上面的滑槽進行微調(diào)，調(diào)整完利用滑槽上螺釘鎖緊固定。兩模塊需要分離時，則松開夾鉗2即可。

3.3高兼容性的理袋機構(gòu)的設(shè)計
由于包裝袋種類及規(guī)格的多樣性，對理袋機構(gòu)的設(shè)計有著高兼容性的要求，不僅要適用于風(fēng)琴包裝袋與枕形包裝袋，更要能針對不同寬度的包裝袋進行快速自動切換，針對這種情況，本機設(shè)計有自動理袋機構(gòu)[3]。

如圖5所示，在理袋伺服電機通過傳動鏈條2的傳動下，帶動內(nèi)拔叉6及外拔叉4以中心對稱移動。理袋時，內(nèi)、外撥叉向中移動，包裝袋到位后，升降氣缸1動作使內(nèi)撥叉6進入袋口，然后內(nèi)、外撥叉根據(jù)預(yù)設(shè)的不同移動距離向外分離，自動適應(yīng)不同袋寬的包裝袋。到位后，外拔叉4在理袋氣缸5作用下旋轉(zhuǎn)90度進行理袋，此種方式適用于風(fēng)琴包裝袋袋邊向內(nèi)折的理袋要求。如果外撥叉4初始狀態(tài)為豎直，理袋時向水平方向轉(zhuǎn)動，則適用于枕形包裝袋，袋邊向外撐的理袋要求。
3.4具有自適應(yīng)功能的抱夾及移動裝置
本抱夾及移動裝置[4]主要用于確保已灌裝完畢但還未縫包的包裝袋在不同工位間隨輸送帶移動時不發(fā)生傾斜及倒塌，該裝置具有自動適應(yīng)不同規(guī)格包裝袋的功能，方便于整機頻繁切換規(guī)格。

如圖6所示，抱夾裝置5在驅(qū)動鏈輪1帶動驅(qū)動鏈條2的作用下，通過移動滑塊4可沿著移動導(dǎo)軌3左右移動；而抱夾裝置5則有張開和抱夾兩種狀態(tài)，通過兩者的組合，實現(xiàn)抱或夾住包裝袋并移動的功能。由于抱夾裝置采用單根氣缸作抱夾的驅(qū)動動力，可通過調(diào)整氣缸的工作氣壓的方式來調(diào)整抱夾力量，同時，由于氣缸受到超過輸出力量的阻力時，會自動停止，因此，抱夾裝置可以自動適應(yīng)不同規(guī)格包裝袋。
3.5前置拍袋裝置
本前置拍袋裝置[5]可緊湊地安裝于灌裝口下方的輸送帶上，用于對正在灌裝的包裝袋進行底部拍袋，使包裝袋內(nèi)部物料更加充實，提升包裝袋利用率，使包裝袋底部更加規(guī)整，并且在輸送帶上被輸送時更不容易傾斜或倒塌。當(dāng)拍袋動作后，本拍袋裝置可自動移開，使灌裝完畢的包裝袋可以落到下方的輸送帶。
如圖7所示，拍袋板1可在兩端的兩根拍袋氣缸2的驅(qū)動下實現(xiàn)上下運動的拍袋動作，同時，拍袋氣缸2及拍袋板1又能在移動氣缸6的驅(qū)動下，通過滑塊5沿著導(dǎo)軌4移動。整套機構(gòu)通過安裝架3固定于輸送帶上。

3.6自動剔袋機構(gòu)
備袋套袋模塊由于袋口粘合過緊或袋口卷邊等問題，有可能出現(xiàn)袋口無法張開的現(xiàn)象，為了避免影響正常工作流程，必須將其剔除。為此，我們研發(fā)出一種自動滾輪剔除裝置[6]，以解決傳統(tǒng)人工剔除存在的人力資源成本較高、剔除不夠快捷的問題。

如圖8所示，擺動桿3可以在擺動氣缸1的驅(qū)動下進行開合動作，正常工作時，擺動桿3處于松開狀態(tài)，不影響備袋套袋模塊的正常工作流程，需要剔除袋子時，從動輪2在擺動桿3的作用下把包裝袋4壓緊在主動輪5上，同時主動輪5在電機帶動下旋轉(zhuǎn)，將包裝袋送出剔除。
3.7備袋套袋模塊成功率的測試及分析
設(shè)備運行環(huán)境溫度32℃，分別對10組200個情況不同的袋子進行試驗。結(jié)果如表2所示。

通過分組試驗，可以確定備袋套袋模塊穩(wěn)定性良好，能保證較高的套袋成功率。其中套袋失敗而導(dǎo)致袋子被剔除的主要原因為：袋口粘合過緊及袋子卷邊，張袋吸盤無法完全張開袋口，從而撐袋機構(gòu)無法正常伸入袋口撐袋。
3.8灌裝速度的計算
由于本機適用的包裝規(guī)格范圍較大（5~25kg），各種規(guī)格需要灌裝的物料體積差異達5倍，灌裝時間相差較大，因此對灌裝時間的計算和校核很有必要。以下以常用物料大米為例，進行計算及校核。
為了便于自動套袋機構(gòu)設(shè)計，灌裝口采用矩形出料口的方形截面錐筒形狀設(shè)計，在出料口長度不超過160mm，寬度不超過長度的前提下，可根據(jù)灌裝速度的需要調(diào)整設(shè)計尺寸。
4結(jié)語
全自動編織袋包裝機項目在研發(fā)過程中做出了較大突破，并獲得多項國家發(fā)明專利和實用新型專利。它采用模塊化設(shè)計，可以根據(jù)現(xiàn)場條件靈活選用模塊，且更換規(guī)格方便快捷，對不同規(guī)格不同類型的編織袋具有良好的適應(yīng)性，能有效減少包裝車間的工人數(shù)量。全自動編織袋包裝機投入市場后受到糧油加工企業(yè)的廣泛認可，提升了企業(yè)的核心競爭力，推動了糧食機械的發(fā)展，創(chuàng)造了較好的社會經(jīng)濟效益。
 

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