粘性物料分裝機(jī)連續(xù)填充計(jì)量裝置的研究設(shè)計(jì)

孫 濤,董可宏,劉 影

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院 牡丹江分院，黑龍江 牡丹江 157000)

0 引言

隨著生活水平的提高，人們對(duì)健康的認(rèn)識(shí)也不斷增強(qiáng)，越來越多人開始關(guān)注保健營(yíng)養(yǎng)食品，很多初級(jí)營(yíng)養(yǎng)食品需要保持充足的水分，保證在后續(xù)的高壓滅菌處理和蒸煮過程后，仍保持營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的均衡和更佳的口感。初級(jí)食品(物料)保存水分就會(huì)額外增加一定粘性，現(xiàn)有的分裝機(jī)在稱量粘性食品(物料)時(shí)，由于食品(物料)具有一定粘性就會(huì)粘在計(jì)量容器中，使入袋后的食品(物料)重量與實(shí)際計(jì)量存在誤差，誤差值經(jīng)常超過產(chǎn)品重量誤差范圍，因此，現(xiàn)有粘性初級(jí)食品(物料)入袋大部分采用人工稱裝，不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，計(jì)量不精準(zhǔn)，且包裝效率低。

鑒于此，針對(duì)上述現(xiàn)有分裝機(jī)存在的技術(shù)問題進(jìn)行了深入研究，結(jié)合應(yīng)用實(shí)際，設(shè)計(jì)一種粘性物料連續(xù)填充計(jì)量裝置，用于解決粘性食品(物料)的連續(xù)填充計(jì)量問題，達(dá)到計(jì)量過程精準(zhǔn)，不粘連計(jì)量容器內(nèi)壁，節(jié)省人工，提高分裝質(zhì)量的目的。

1 整體結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 整體結(jié)構(gòu)

如圖1所示，連續(xù)填充計(jì)量裝置由料倉、計(jì)量裝置、調(diào)節(jié)裝置、抹平裝置、懟塞裝置及內(nèi)置于控制箱動(dòng)力、控制系統(tǒng)和氣動(dòng)控制裝置等組成。

1.2 工作原理

通過調(diào)節(jié)裝置帶動(dòng)調(diào)節(jié)圓盤沿轉(zhuǎn)軸上下平動(dòng)，而使上量杯嵌入下量杯的數(shù)值發(fā)生變化，通過容器腔體積量的變化標(biāo)定物料的量，直至將體積調(diào)至預(yù)定計(jì)量值。將控制箱內(nèi)相應(yīng)裝置開關(guān)依次打開，分裝機(jī)工作，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)調(diào)節(jié)圓盤和上圓盤同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，物料從料倉流出至上圓盤，進(jìn)行物料的連續(xù)填充。當(dāng)上量杯和下量杯配合形成的容器腔在a區(qū)域和b區(qū)域(圖2)填充滿物料后，轉(zhuǎn)動(dòng)至抹平裝置處，由抹平裝置去除多余的物料。繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)至懟塞正下方c位置(圖2)時(shí)，轉(zhuǎn)軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)，端蓋自動(dòng)打開。此時(shí)，氣動(dòng)裝置控制懟塞由初始位置(上量杯的上端面)向下運(yùn)動(dòng)至終止位置(下量杯的下端面)，將上量杯和下量杯容器腔中的物料全部懟入包裝袋中，然后在氣動(dòng)控制裝置的控制下，懟塞返回到初始位置，端蓋自動(dòng)關(guān)閉，至此完成一次物料填充、計(jì)量、出料、懟送物料入袋的完整過程。然后，轉(zhuǎn)軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)調(diào)節(jié)圓盤和上圓盤同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，依次循環(huán)上述步驟，實(shí)現(xiàn)粘性物料的連續(xù)填充、計(jì)量、分裝過程。

1.轉(zhuǎn)軸；2.上量杯；3.上圓盤；4.抹平裝置圖2 填充計(jì)量裝置俯視圖

2 主要系統(tǒng)、裝置的設(shè)計(jì)

2.1 動(dòng)力、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

控制箱內(nèi)置有動(dòng)力裝置、氣動(dòng)控制裝置和PLC控制系統(tǒng)，采用PLC控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)相關(guān)裝置的工作控制要求，如控制轉(zhuǎn)軸間歇旋轉(zhuǎn)、端蓋的開關(guān)，氣缸柱塞桿的上、下運(yùn)動(dòng)等。

由于物料填充、計(jì)量、出料是圓周間歇運(yùn)動(dòng)過程，采用三項(xiàng)異步電機(jī)和凸輪分割器、離合器等動(dòng)力輸出組合，將電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)輸出轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)量裝置的圓周間歇運(yùn)動(dòng)，電機(jī)的轉(zhuǎn)/停由PLC控制繼電器的通電/斷電來實(shí)現(xiàn)。

氣動(dòng)控制裝置由空氣壓縮機(jī)、可調(diào)行程氣缸、回轉(zhuǎn)氣缸及電磁閥、調(diào)壓閥等氣控原件組成。由PLC控制電磁閥的通電/斷電實(shí)現(xiàn)可調(diào)行程氣缸、回轉(zhuǎn)氣缸的動(dòng)作控制，控制氣缸柱塞桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)及端蓋的開/關(guān)，并由位置傳感器檢測(cè)氣缸是否完成規(guī)定動(dòng)作。

2.2 連續(xù)填充計(jì)量裝置的設(shè)計(jì)

如圖2、圖3所示，填充計(jì)量裝置由多個(gè)上量杯、多個(gè)下量杯、調(diào)節(jié)圓盤和上圓盤組成。上圓盤固定安裝于轉(zhuǎn)軸上部，隨轉(zhuǎn)軸間歇旋轉(zhuǎn)，多個(gè)圓形上量杯貫穿且沿圓周均勻布設(shè)在上圓盤下端部，上量杯的上端口面與上圓盤的上平面處于同一水平面；調(diào)節(jié)圓盤滑動(dòng)安裝于轉(zhuǎn)軸下部，亦隨轉(zhuǎn)軸間歇旋轉(zhuǎn)，多個(gè)圓形下量杯貫穿且沿圓周均勻布設(shè)在調(diào)節(jié)圓盤上端部，下量杯的下端口面與調(diào)節(jié)圓盤的下平面處于同一水平面，每個(gè)下量杯的下端口處都設(shè)置有自動(dòng)開關(guān)的端蓋。填充計(jì)量裝置通過體積計(jì)量的方式實(shí)現(xiàn)物料定量，即由每個(gè)上量杯一一對(duì)應(yīng)嵌入到下量杯內(nèi)，配合形成容器腔來定量物料；通過調(diào)整上量杯嵌入下量杯的數(shù)值實(shí)現(xiàn)容器腔體積量變化，進(jìn)而匹配物料計(jì)量的變化需求。

1.上量杯；2.下量杯；3.調(diào)節(jié)圓盤；4.上圓盤圖3 填充計(jì)量裝置主視圖

2.3 調(diào)節(jié)裝置、懟塞裝置的設(shè)計(jì)

圖1中的調(diào)節(jié)裝置包括調(diào)節(jié)板和調(diào)節(jié)螺桿，調(diào)節(jié)板一端與調(diào)節(jié)圓盤底部鉸接連接，另一端與調(diào)節(jié)螺桿鉸接連接，調(diào)節(jié)螺桿通過螺紋可拆卸連接在機(jī)架上。通過調(diào)節(jié)螺桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)調(diào)節(jié)板跟隨上下平動(dòng)，進(jìn)一步帶動(dòng)調(diào)節(jié)圓盤沿轉(zhuǎn)軸上下移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)上量杯嵌入下量杯數(shù)值的變化，通過容器腔體積量變化標(biāo)定物料的體積量。

懟塞裝置位于上圓盤一側(cè)上方，包括可調(diào)行程氣缸和懟塞，懟塞圓周表面密布韌性刷毛；可調(diào)行程氣缸固定連接于機(jī)架上，懟塞安裝于氣缸的柱塞桿頭部；懟塞外徑略大于上量杯內(nèi)徑。當(dāng)填充計(jì)量裝置轉(zhuǎn)動(dòng)至懟塞正下方c位置(圖2)時(shí)，懟塞中心與所述上量杯中心垂直對(duì)應(yīng)，氣動(dòng)裝置控制懟塞由初始位置向下運(yùn)動(dòng)至終止位置；在運(yùn)動(dòng)過程中將上量杯和下量杯的物料全部懟入包裝袋中，然后懟塞返回到初始位置。

3 主要技術(shù)參數(shù)

分裝范圍：50～100 g；

分裝精度：<2%；

分裝速度：15～25 包·min-1。

4 結(jié)論

粘性物料連續(xù)填充計(jì)量裝置解決了粘性大、流動(dòng)性差物料的分裝問題，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，采用PLC控制技術(shù)，工作穩(wěn)定可靠，在保證精度與穩(wěn)定性的前提下，實(shí)現(xiàn)了物料的快速充填，可獨(dú)立使用也可與供料機(jī)、給袋機(jī)配套使用，適用于小顆粒物料的計(jì)量分裝。