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0引言

包裝技術(shù)和設(shè)備是工業(yè)生產(chǎn)的一個重要行業(yè)。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，產(chǎn)品越來越向多樣化、個性化和不規(guī)則化發(fā)展，因此包裝方法和技術(shù)需要不斷改進。世界上很多發(fā)達國家都十分重視包裝技術(shù)的研究和包裝設(shè)備的開發(fā)。目前,包裝機械已成為我國機械工業(yè)中的十大行業(yè)之一。隨著自動控制技術(shù)、計算機技術(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)市場的需求。在日本，日立、富士通和凸版印刷株式會社已經(jīng)大規(guī)模生產(chǎn)并銷售智能標簽⑴。在美國和歐洲，包括沃爾瑪在內(nèi)的主要零售商都在努力推廣智能標簽的使用，Timestrip公司和北美的家用電器集團合作，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間的智能標簽'幻。

由于三聚氫氨等事件帶來的嚴重影響，國家加強了對食品和藥品等的銷售和使用管理，進一步制訂了食品安全法。廣大消費者對食品和藥品的標注信息也更加關(guān)注。顯然，研制高效和適應(yīng)性強的包裝設(shè)備以及能對包裝產(chǎn)品進行全面、規(guī)范的信息標示的包裝機已刻不容緩。

1設(shè)計方案

目前在包裝行業(yè),立式或臥式包裝機通常只能包裝規(guī)則形狀的物料，對不規(guī)則物料的包裝，多是用人工采取計量分配，成袋原材料為專用材料,包裝信息打標由人工完成。這種方法存在的問題是:作業(yè)效率低、耗費人力，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被包裝產(chǎn)品的污染。此外,包裝工序繁雜、設(shè)備占用場地大，同時管理眾多規(guī)格預(yù)制袋非常不便。

目前，國外同類型設(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，國內(nèi)采用國外同類型設(shè)備的話需進口大量原材料，我們研制的一體化包裝機將改革這一工藝方法，采用國產(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。

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

1. 針對不同類或不規(guī)則的多種物料的精確分配問題，分別采取精確計數(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進行,而且又不會互相產(chǎn)生干擾。
3. 根據(jù)各類包裝物品的要求，通過對建立的知識庫進行査詢和模糊匹配，使包裝標識內(nèi)容能按照設(shè)定的規(guī)則來獲得，實現(xiàn)對食品、藥品等國家有安全性要求的商品的規(guī)范化信息標示。
4. 通過使成袋、供料、裝料、封口和標識等工序并行運作，達到提高包裝效率和包裝質(zhì)量的目的。
5. 通過一體化機的結(jié)構(gòu)設(shè)計和合理的工藝配置，達到縮短工時,減少設(shè)備占地面積的目的。

2技術(shù)實現(xiàn)

2.1一體化包裝機采用的技術(shù)及結(jié)構(gòu)特點

為了實現(xiàn)不規(guī)則物料的一體化包裝，針對不規(guī)則物料的整個包裝過程,采用了如下一些主要技術(shù)：

1. 采用光電計數(shù)等技術(shù)進行物料計量分配口】?，F(xiàn)行的電子計數(shù)充填方法，采用單道或多道機械供料器把物料有序送進，以逐粒跌落的方式供給，當(dāng)充填速度較高時，計數(shù)和裝料等待會對充填效率有較大影響。為了提高物料的充填速度,我們設(shè)計了一項專利結(jié)構(gòu)⑷，即在各通道放料閥門下方的匯集料斗出口處設(shè)置一個總料門，其結(jié)構(gòu)和工序示意如圖1所示。在硬件控制系統(tǒng)我們增加了相應(yīng)的控制與執(zhí)行機構(gòu)。系統(tǒng)的軟件控制如圖2所示。其原理是，當(dāng)計數(shù)值達到預(yù)設(shè)裝量值時,放料閥門關(guān)閉，同時總料門打開，計數(shù)繼續(xù)。當(dāng)落料完后，總料門又關(guān)閉。并打開放料閥門和進行更換包裝容器”即計數(shù)和更換包裝容器可同一時間進行，無須中斷。

 

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、裝料和自動打標等工序的時間并行匹配。
3. 動力方面采用變頻電機和步進電機，以保證控制的靈活性和準確性。
4. 包裝袋采取隨制隨裝的方式，減少材料的耗費。
5. 采用熱轉(zhuǎn)印智能打印機技術(shù)⑴，并開發(fā)智能包裝標識知識庫。
6. 包裝工序一體化，采用PLC控制各個工序的同步進行和協(xié)調(diào),使成袋、供料、裝料、封口和標識等工序能并行進行，并采用人機界面進行操作控制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的速度控制外，還通過熱電偶檢測，對包裝袋的封口熱壓溫度進行控制。一體化包裝機結(jié)構(gòu)創(chuàng)新點是采用多個工序并行進行方式.一體化機的各個部件結(jié)構(gòu)也要對傳統(tǒng)的形式進行改進，如采用組合式物料計量分配結(jié)構(gòu)，對不同的物料配置不同的結(jié)構(gòu)，方便實現(xiàn)功能等。一體化包裝機的結(jié)構(gòu)原理如圖3所示。

 

圖3一體化包裝機結(jié)構(gòu)原理

2.2一體化包裝機的關(guān)鍵技術(shù)及實現(xiàn)措施

不規(guī)則物料的定量分配技術(shù)。對數(shù)量型不規(guī)則物料可通過光電、磁敏計數(shù)等技術(shù)進行計數(shù)分配，對無形狀的粉劑或不易計數(shù)的物料等，通過自動稱重或等容積法等手段計量，通過對不同類別的不規(guī)則物料選配不同供料源來實現(xiàn);對物料的充填，通過簡化充填過程,使之與各工序協(xié)調(diào)并行獨立進行。

智能標識技術(shù)。按不同產(chǎn)品和行業(yè)的標識要求,組建知識庫進行査詢及模糊匹配。其實現(xiàn)涉及專家系統(tǒng)、計算機數(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)。我們在了解國家相關(guān)食品、藥品銷售和管理法規(guī)的基礎(chǔ)上,通過行業(yè)調(diào)査等手段，建立起相關(guān)產(chǎn)品的信息和知識庫，在信息標識時根據(jù)原先輸入的物品名稱等信息，由算法程序來進行査找和匹配，然后由標識系統(tǒng)自動調(diào)出數(shù)據(jù)進行打標。

多工序的并行、集成一體化。并行作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)問題是各工序的節(jié)拍要一致。為了達到這一目的，我們通過優(yōu)化成袋、供料、充填裝料、封口和標識等工序，如通過簡化充填過程,減少充填裝袋時間，讓各工序節(jié)拍一致、先后并行獨立進行等。此外，采用在供料輸送帶兩側(cè)交錯安排工位（見圖3包裝機的結(jié)構(gòu)原理），使一體化機能達到提高生產(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—體化包裝機的技術(shù)指標

通過反復(fù)研制和調(diào)試，研制出了不規(guī)則物料一體化包裝機的功能樣機，經(jīng)測試與運行使用，制定了該設(shè)備在技術(shù)性能指標方面應(yīng)達到的設(shè)計要求。

達到的具體技術(shù)指標如下：

1. 外形尺寸，2500mmX1200mmX1500mm.
2. 電源,AC220V,50Hz.
3. 總功率,3kW_o
4. 配料精準性,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的研制過程中，經(jīng)過反復(fù)研制與改進，使配料精度和包裝速度等多頊性能指標不斷提高，達到了包裝機械的設(shè)計要求。

4結(jié)束語

不規(guī)則物料一體化包裝機的研制，除可使不規(guī)則物料的包裝與標識效率大大提高外，還可改進包裝產(chǎn)品信息的標識效果。實際生產(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%。同時可避免因包裝改良或變更所帶來的預(yù)制袋的積壓浪費，符合國家環(huán)保、降耗政策，是包裝方法的重大改革。對提高我國包裝行業(yè)的水平具有重要的意義。

 

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