鄭兆啟 馬季威 杜志龍 許 娜 李培剛

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院， 北京 100083； 2.中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院， 北京 100083；3.同方知網(wǎng)(北京)技術(shù)有限公司， 北京 100192)

0 引言

生鮮食品具有新鮮、美味、營養(yǎng)價(jià)值高的特點(diǎn)，需求量增長迅速，已占據(jù)食品總量相當(dāng)大的份額[1]。生鮮食品主要包括五大類型，即果蔬、水產(chǎn)品、肉類以及由西式生鮮制品衍生而來的熟食和面包等。我國生鮮食品產(chǎn)后包裝機(jī)械化水平很低，主要依靠人工，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，易產(chǎn)生食品安全問題，與歐美經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家全程機(jī)械化相比，存在重大差距[2-3]，嚴(yán)重制約生鮮產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，因此研制高效可靠生鮮食品包裝機(jī)具有重要意義。

在生鮮食品的包裝方法上，加工企業(yè)和超市最常用聚氯乙烯(Polyvinyl chloride，PVC)膜和包裝盒包裝方法，在包裝盒中放置生鮮食品，然后裹上一層PVC膜實(shí)現(xiàn)包裝，包裝成本低，可有效降低生鮮食品損失，并且外形美觀。對(duì)于這種包裝方式，全世界包裝裝備有負(fù)壓式和四折膜板式兩種型式[4-10]。我國的生鮮食品包裝機(jī)械目前還處于起步階段，主要是人工包裝或者使用簡易封口設(shè)備包裝[11-12]。華聯(lián)機(jī)械集團(tuán)開發(fā)了一款面向超市的TW-550E型保鮮膜拼接機(jī)，恒溫截切、收縮，由人工進(jìn)行操作，屬于簡易包裝設(shè)備，效率較低。文獻(xiàn)[13-14]對(duì)四折膜板式原理的生鮮食品包裝機(jī)進(jìn)行了研究，但僅處于專利形式，不夠深入。目前國內(nèi)尚未檢索到基于負(fù)壓式橫封裝置的枕式包裝機(jī)相關(guān)研究報(bào)道。

2016年，意大利FABBRI公司將基于四折膜板式的生鮮食品包裝機(jī)第一次引入我國，引進(jìn)價(jià)格約為60萬元，價(jià)格高昂，極大地提高了生產(chǎn)成本。在結(jié)構(gòu)方面，負(fù)壓式包裝機(jī)主要采用機(jī)械機(jī)構(gòu)，相對(duì)于四折膜板式在系統(tǒng)控制方面開發(fā)難度較小，因此本文設(shè)計(jì)一種負(fù)壓式生鮮食品包裝機(jī)，對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，并對(duì)樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)測試，為后續(xù)市場化推廣提供依據(jù)。

1 總體結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 裝置作業(yè)對(duì)象

圖1 包裝機(jī)所用包裝盒和PVC膜Fig.1 Packaging machine used box and PVC film

本研究設(shè)計(jì)的負(fù)壓式生鮮食品包裝機(jī)主要使用的包裝材料是目前人工包裝水果、蔬菜、肉類等冷鮮產(chǎn)品廣泛使用的PVC保鮮膜及包裝盒，如圖1所示。PVC保鮮膜主要用來包覆包裝物品以及包裝盒，PVC材料具有一定的自粘性，目前超市使用廣泛。包裝盒作為包裝物品的主要承載體，通常為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，PET)或者聚丙烯(Polypropylene，PP)材質(zhì)，具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、便于運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)。

1.2 整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

負(fù)壓式生鮮食品包裝機(jī)主要由送膜機(jī)構(gòu)(張膜輸送帶)、輸送裝置、縱封裝置、切斷機(jī)構(gòu)以及橫封裝置(前吸風(fēng)盒、輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)和后吸風(fēng)盒)構(gòu)成，能夠一次性完成物料的輸送、封膜包裝作業(yè)。包裝機(jī)采用模塊化劃分，通過功能分析，將各功能的實(shí)現(xiàn)由特定的機(jī)構(gòu)來完成。包裝機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。其送膜機(jī)構(gòu)位于機(jī)架的最前方，用于輸送保鮮膜；輸送裝置[15]位于機(jī)架的中軸線上，用于包裝盒和包裝物料的輸送；縱封裝置(部分文獻(xiàn)稱之為中封裝置)位于機(jī)架中央，輸送裝置下方，用于完成保鮮膜的卷筒制袋成型以及縱向封合；切斷機(jī)構(gòu)位于機(jī)架上部，主要用于切斷包裝盒之間保鮮膜；負(fù)壓式生鮮食品包裝機(jī)的橫封裝置位于機(jī)架的后方，通過負(fù)壓吸膜的方式完成保鮮盒前后保鮮膜的橫封作業(yè)。

圖2 包裝機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structure diagram of packaging machine1.送膜機(jī)構(gòu) 2.輸送裝置 3.縱封裝置 4.前吸風(fēng)盒 5.切斷機(jī)構(gòu) 6.輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)和后吸風(fēng)盒

圖3 工作原理圖Fig.3 Principle diagram of operation1.包裝盒a 2.切斷機(jī)構(gòu) 3.PVC膜 4.包裝盒b 5.輸送機(jī)構(gòu)6.輥?zhàn)虞斔蜋C(jī) 7.后吸風(fēng)盒 8.刮板 9.前吸風(fēng)盒 10.縱封裝置

包裝機(jī)工作原理如圖3所示，包裝機(jī)作業(yè)時(shí)，保鮮膜放置于送膜機(jī)構(gòu)上，通過送膜機(jī)構(gòu)(張膜輸送帶)滾筒牽引將保鮮膜輸送到機(jī)架后方，裝有物料的包裝盒喂入到輸送裝置輸送帶上，此時(shí)包裝盒上方就是保鮮膜，保鮮膜和包裝盒同步向下一工位運(yùn)動(dòng)。當(dāng)保鮮膜經(jīng)過縱封裝置，縱封裝置將保鮮膜收緊，保鮮膜被收攏成筒形，完成保鮮膜的制袋成型，此時(shí)包裝盒被包裝在筒形的保鮮膜內(nèi)。輸送裝置繼續(xù)向前輸送，切斷機(jī)構(gòu)完成前后2個(gè)包裝盒之間保鮮膜的切斷。切斷后的保鮮膜分成兩段，包裝盒b的后部膜被吸入后吸風(fēng)盒，包裝盒a的前部膜被吸入前吸風(fēng)盒；輸送裝置帶動(dòng)包裝盒繼續(xù)前進(jìn)，包裝盒b通過底部輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)和后吸風(fēng)盒配合實(shí)現(xiàn)后封膜，包裝盒a通過刮板和前吸風(fēng)盒實(shí)現(xiàn)前封膜，完成一個(gè)生鮮食品包裝機(jī)橫封的作業(yè)循環(huán)。

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 后吸風(fēng)盒和輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)

后吸風(fēng)盒和輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)是實(shí)現(xiàn)包裝盒后部PVC膜橫封的核心部件，2個(gè)部件通過配合完成橫封作業(yè)。

2.1.1 后吸風(fēng)盒

后吸風(fēng)盒為獨(dú)立部件，其截面為矩形，后部有圓形的吸風(fēng)口，在上部有矩形的進(jìn)風(fēng)口，其結(jié)構(gòu)如圖4a所示。后部圓形的吸風(fēng)口用于連接離心風(fēng)機(jī)，產(chǎn)生負(fù)壓；上部矩形的進(jìn)風(fēng)口用于吸膜。包裝機(jī)含有大量執(zhí)行和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，由于包裝機(jī)其他機(jī)械結(jié)構(gòu)的影響，后吸風(fēng)盒的安裝設(shè)計(jì)空間十分有限。在保證能夠執(zhí)行吸膜作用的同時(shí)，還要保證不能和輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)等部件發(fā)生干涉，因此后吸風(fēng)盒截面設(shè)計(jì)成類似矩形。后吸風(fēng)盒主視圖如圖4b所示，選取后風(fēng)盒橫截面上部長度lA和下部寬度lB作為結(jié)構(gòu)優(yōu)化的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

圖4 后吸風(fēng)盒結(jié)構(gòu)簡圖Fig.4 Structure diagrams of rear air suction box

為明確吸風(fēng)盒內(nèi)部氣室的流場分布規(guī)律，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，利用計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent對(duì)后吸風(fēng)盒的流場進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬。對(duì)后風(fēng)盒流場進(jìn)行流體仿真計(jì)算，必須對(duì)流體的流動(dòng)狀態(tài)判斷及相關(guān)核心參數(shù)分析，判斷流動(dòng)是層流還是湍流，雷諾數(shù)定義為

(1)

式中Re——雷諾數(shù)d——特征長度，對(duì)于圓管流動(dòng)取圓管的直徑，m

v——空氣流速，m/s

μ——?jiǎng)恿φ扯认禂?shù)，Pa·s

ρ——流體密度，kg/m3

對(duì)于管道中的流動(dòng)問題，當(dāng)雷諾數(shù)大于2 300時(shí)，應(yīng)用湍流模型進(jìn)行分析。對(duì)于后部圓形的吸風(fēng)口，直徑為87 mm。我國規(guī)定的風(fēng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)口狀態(tài)是指：工作介質(zhì)為空氣，壓強(qiáng)為101.325 kPa，溫度為20℃，相對(duì)濕度為50%的濕空氣狀態(tài)，空氣密度為1.2 kg/m3。在后吸風(fēng)盒流場的流體仿真中，將空氣不視為理想氣體，在計(jì)算中，空氣的動(dòng)力粘度系數(shù)μ在壓強(qiáng)為101.325 kPa、溫度為20℃條件下，取值為1.8×10-5Pa·s?？諝饬魉贋?6 m/s，代入式(1)計(jì)算可得后部圓形吸風(fēng)口Re為1.5×105，遠(yuǎn)大于臨界值2 300，因此為湍流。

對(duì)于上部矩形的進(jìn)風(fēng)口，屬于異形管道內(nèi)的流動(dòng)，特征長度取水力直徑dH，其表達(dá)式為[16]

(2)

式中A1——過流斷面的面積，m2L1——過流斷面上流體域固體接觸周長，m

上部矩形的進(jìn)風(fēng)口取最大的進(jìn)風(fēng)面積，水力直徑dH為0.075 m，矩形進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速為8.4 m/s，代入式(1)，經(jīng)過計(jì)算上部矩形的進(jìn)風(fēng)口雷諾數(shù)Re為4.2×104，因此也為湍流，最終選用湍流模型計(jì)算，將特征長度d和空氣流速v等計(jì)算結(jié)果代入Fluent中進(jìn)行流場計(jì)算。

湍流模型計(jì)算公式為

(3)

式中φ——通用傳輸量?！獜V義擴(kuò)散系數(shù)δ——流體速度矢量S——廣義源項(xiàng)

通過Fluent中Standardk-e模型進(jìn)行流場分析，后吸風(fēng)盒氣流場速度矢量模擬結(jié)果如圖5所示。整體上壓強(qiáng)從圓形吸風(fēng)口到矩形進(jìn)風(fēng)口逐漸降低，但是在拐角處由于小區(qū)域的旋流導(dǎo)致壓強(qiáng)發(fā)生一定的突變；在后吸風(fēng)盒靠近圓形吸風(fēng)口的最上部和最下部所形成的壓強(qiáng)最大；對(duì)于矩形進(jìn)風(fēng)口處的壓強(qiáng)，其吸膜強(qiáng)度隨遠(yuǎn)離吸風(fēng)口逐漸降低，形成一定不同壓強(qiáng)層。優(yōu)化前后吸風(fēng)盒矩形進(jìn)風(fēng)口處壓強(qiáng)為-329～-45 Pa，經(jīng)過Fluent仿真優(yōu)化計(jì)算得出，后吸風(fēng)盒在截面參數(shù)lA和lB分別為25 mm和64 mm時(shí)，矩形進(jìn)風(fēng)口處壓強(qiáng)為-948～-156 Pa，此結(jié)構(gòu)參數(shù)下能取得較好的吸風(fēng)口壓強(qiáng)效果。

圖5 后吸風(fēng)盒氣流場速度矢量圖Fig.5 Velocity vectors diagrams of rear air suction box

2.1.2 輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)

輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)結(jié)構(gòu)如圖6所示。后吸風(fēng)盒吸風(fēng)口為敞開式結(jié)構(gòu)，后吸風(fēng)盒安裝于輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)前部。輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)主要由單排滾子鏈、托輥、主動(dòng)鏈輪和從動(dòng)鏈輪組成，其中單排鏈上的托輥有連續(xù)11節(jié)不安裝。

圖6 后吸風(fēng)盒和輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.6 Diagrams of rear air suction box and conveyor1.后吸風(fēng)盒 2.單排滾子鏈 3.托輥 4.主動(dòng)鏈輪 5.從動(dòng)鏈輪

包裝機(jī)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速n1=2 700 r/min，經(jīng)減速器變速后，輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速n2=180 r/min。主動(dòng)鏈輪齒數(shù)z1=31，從動(dòng)鏈輪齒數(shù)z2=13，傳動(dòng)比i=2.38。根據(jù)實(shí)際工作狀況選取鏈條型號(hào)為08A，節(jié)距P為12.7 mm，則滾子鏈的速度為

(4)

由式(4)計(jì)算得出滾子鏈的平均速度v2=0.98 m/s。

輸送機(jī)構(gòu)帶動(dòng)包裝盒運(yùn)行速度為v1=0.35 m/s，滾子鏈運(yùn)行速度v2大于包裝盒運(yùn)行速度v1，滾子鏈的平均速度能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)包裝盒后部PVC膜的折疊，滿足橫封裝置包裝工藝要求。

包裝機(jī)包裝物品運(yùn)行周期T=1.2 s，一個(gè)周期滾子鏈需要運(yùn)轉(zhuǎn)一圈，則鏈長為

L=v2T

(5)

由式(5)計(jì)算得出滾子鏈的鏈長為L=1.18 m。

2.1.3 裹膜過程力學(xué)特性分析

圖7 PVC膜受力分析簡圖Fig.7 Diagram of force on PVC film

對(duì)包裝盒后部PVC膜的受力狀況進(jìn)行力學(xué)特性分析，如圖7所示。當(dāng)包裝盒運(yùn)動(dòng)到特定位置時(shí)，切刀切斷前后包裝盒之間的PVC膜。此時(shí)PVC膜主要受力有后吸風(fēng)盒的吸力F1、托輥的推力F2、拉伸的PVC膜剪斷時(shí)的彈力F3，以及自身重力mg，圖中θ為彈力F3與X軸的夾角。其中

F1=pA2

(6)

(7)

式中p——后吸風(fēng)盒吸風(fēng)口靜壓(真空度)，PaA2——PVC膜受力面積，m2Δl——PVC膜拉伸長度，ml——PVC膜原長，mE——PVC膜彈性模量，PaA3——PVC膜橫截面積，m2

PVC膜能被順利吸入到后吸風(fēng)盒中的必要條件為

(8)

Fx=F2+F3cosθ>0

(9)

式中Fy——PVC膜受到的Y方向合力，NFx——PVC膜受到的X方向合力，N

由以上力學(xué)分析可知，包裝盒后部PVC膜的裹膜過程，需要通過作用力Fy實(shí)現(xiàn)吸膜，而作用力Fy主要是通過風(fēng)機(jī)后吸風(fēng)盒吸風(fēng)口靜壓來實(shí)現(xiàn)，因此風(fēng)機(jī)后吸風(fēng)盒吸風(fēng)口靜壓為最重要影響因素。

以橫封率為試驗(yàn)指標(biāo)，后吸風(fēng)盒吸風(fēng)口靜壓對(duì)橫封率的影響如圖8所示，包裝盒后部橫封率隨靜壓的增大而增加。當(dāng)風(fēng)口靜壓大于32 Pa，包裝盒后部橫封率達(dá)到100%；而當(dāng)風(fēng)口靜壓小于8 Pa，包裝盒后部橫封率則低于91%；當(dāng)關(guān)閉風(fēng)機(jī)，直接使膜自然下落，包裝盒后部橫封率為40%，這主要是因?yàn)镻VC膜本身彈性模量非常低，在自身重力的作用下，PVC膜切斷后會(huì)自然下落，拖到包裝盒尾部，有可能進(jìn)入風(fēng)盒中，因此也有一定的橫封率。因此，優(yōu)選后吸風(fēng)盒吸風(fēng)口靜壓為32 Pa。

圖8 不同風(fēng)口靜壓時(shí)的橫封率變化曲線Fig.8 Effect of tuyere static pressure on transverse sealing rate

圖10 切斷機(jī)構(gòu)模型Fig.10 Parametric model of cutting mechanism1.槽凸輪 2.上切刀座 3.下切刀

2.2 張膜輸送帶

送膜機(jī)構(gòu)是將保鮮膜輸送和進(jìn)行一定程度上的拉伸操作的機(jī)械裝置。對(duì)于負(fù)壓式生鮮食品包裝機(jī)，送膜功能主要由送膜機(jī)構(gòu)的張膜輸送帶完成，張膜輸送帶也是送膜機(jī)構(gòu)的主要部件。張膜輸送帶主要由4個(gè)偏心張緊滾筒、主動(dòng)滾筒、2個(gè)托輥組成，如圖9所示。主動(dòng)滾筒位于張膜輸送帶最后方，作為動(dòng)力滾筒，提供動(dòng)力；2個(gè)托輥位于下部輸送帶的中間，本身不可以調(diào)節(jié)，起支撐作用；4個(gè)偏心張緊滾筒分別位于下部輸送帶的最前方，上部輸送帶全部由偏心滾筒支撐，通過調(diào)整4個(gè)偏心滾筒，保證上部輸送帶和下部輸送帶之間有足夠的壓力。作業(yè)時(shí)保鮮膜需要在原有寬度上進(jìn)行一定程度的拉伸，拉伸主要靠張膜輸送帶完成。張膜輸送帶夾緊保鮮膜，具體拉伸程度需根據(jù)使用的包裝盒和保鮮膜型號(hào)決定，本機(jī)使用300～400 mm的PVC膜。

圖9 張膜輸送帶結(jié)構(gòu)示意圖Fig.9 Structure diagram of belt conveyer1、2、3、7.偏心張緊滾筒 4.主動(dòng)滾筒 5、6.托輥

2.3 切斷機(jī)構(gòu)

前后包裝盒之間PVC膜的切斷由切斷機(jī)構(gòu)[17]完成，凸輪連桿式切斷機(jī)構(gòu)如圖10所示，從圖中可以看出，切斷機(jī)構(gòu)是以一個(gè)盤形凸輪為原動(dòng)件，通過多連桿帶動(dòng)上刀座、下切刀實(shí)現(xiàn)對(duì)PVC膜切割運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。凸輪G為升-停-降型盤形槽凸輪，從動(dòng)件為簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律[18]，柔性沖擊并且最大加速度相對(duì)較小。

通過ADAMS的二次規(guī)劃算法(OPTDES-SQP)[19-20]進(jìn)行優(yōu)化后，凸輪連桿式切斷機(jī)構(gòu)的參數(shù)組合如表1所示。

表1 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)有關(guān)參數(shù)Tab.1 Motion parameter of cutting mechanism

3 性能試驗(yàn)

3.1 設(shè)備與材料

負(fù)壓式生鮮食品包裝機(jī)在中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院國家農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)研發(fā)中心農(nóng)產(chǎn)品加工裝備分中心進(jìn)行試驗(yàn)。該試驗(yàn)采用自行設(shè)計(jì)的試驗(yàn)樣機(jī)，如圖11所示。包裝機(jī)的主動(dòng)軸由2臺(tái)伺服電機(jī)(ELTA ECMA-C10804R7型，3 000 r/min)驅(qū)動(dòng)，由伺服驅(qū)動(dòng)器(ASD-A2-0421-M型)控制并驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，前吸風(fēng)盒和后吸風(fēng)盒各配套2臺(tái)吸氣風(fēng)機(jī)(GIMPOX PF-125-1型，220 V，最大靜壓0.7 kPa)，吸氣風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由變頻器(Siemens MM420)進(jìn)行控制。

試驗(yàn)材料為包裝機(jī)使用的PET包裝盒和PVC保鮮膜(恩希愛 M-350)，包裝物品為市場采購的新鮮蔬菜。

3.2 試驗(yàn)方法和指標(biāo)

由于生鮮食品包裝機(jī)目前在國內(nèi)還屬于起步階段，我國還沒有制定生鮮食品包裝機(jī)械性能試驗(yàn)方法的國家標(biāo)準(zhǔn)，因此針對(duì)本文設(shè)計(jì)制造的負(fù)壓式生鮮食品包裝機(jī)，選取包裝率、鼓包率和包裝速度3個(gè)生鮮食品生產(chǎn)企業(yè)最重視的問題作為考察包裝機(jī)作業(yè)質(zhì)量和工作性能的指標(biāo)。包裝機(jī)作業(yè)試驗(yàn)中，包裝速度、包裝率和鼓包率從不同角度反映裝備的作業(yè)性能。包裝率和鼓包率主要反映裝備的包裝質(zhì)量，包裝速度主要反映裝備的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)效率。

包裝率，是指在包裝過程中包裝盒的縱封和橫封都能順利完成，計(jì)算公式為

(10)

鼓包，是指在包裝過程中包裝盒的縱封和橫封都能順利完成，但是包裝的PVC膜內(nèi)部出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象，鼓包率計(jì)算公式為

(11)

包裝速度，是指在包裝過程中包裝盒每分鐘能夠包裝的包裝盒數(shù)量，計(jì)算公式為

(12)

式中N1——包裝機(jī)作業(yè)后成功包裝的包裝盒數(shù)量，包

N2——包裝機(jī)作業(yè)后出現(xiàn)PVC膜鼓包的包裝盒數(shù)量，包

N——包裝機(jī)作業(yè)后總的包裝盒數(shù)量，包

t——包裝機(jī)作業(yè)時(shí)間，min

3.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

負(fù)壓式生鮮食品包裝機(jī)包裝效果如圖12所示，對(duì)于目前農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)最常用的2016盒型、3010盒型和1910盒型分別進(jìn)行包裝試驗(yàn)，包裝機(jī)均能達(dá)到良好的包裝效果。同時(shí)將包裝機(jī)包裝和目前超市人工包裝的產(chǎn)品進(jìn)行包裝效果對(duì)比，如圖13所示，從圖中可以看出，人工包裝產(chǎn)品背部撕扯痕跡明顯，PVC膜有翹起現(xiàn)象；而對(duì)于包裝機(jī)機(jī)器包裝產(chǎn)品背部PVC膜接縫整齊，切口平直，PVC膜完全貼合包裝盒底部，包裝機(jī)機(jī)器包裝效果好于人工包裝。

圖12 樣機(jī)包裝效果Fig.12 Packaging effects of prototype

圖13 機(jī)器和人工包裝效果對(duì)比Fig.13 Comparison of machine and manual packagings

負(fù)壓式生鮮食品包裝機(jī)樣機(jī)試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，樣機(jī)對(duì)于生鮮食品的包裝速度為49.4包/min，滿足生鮮食品包裝機(jī)包裝作業(yè)的速度設(shè)計(jì)要求，生產(chǎn)效率可代替食品加工廠8～10個(gè)工人。包裝率為99.4%，鼓包率為5%，均在可接受范圍內(nèi)，樣機(jī)的作業(yè)質(zhì)量指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。負(fù)壓式生鮮食品包裝機(jī)價(jià)格比國外同類機(jī)型降低20%～30%。試驗(yàn)表明，基于負(fù)壓式原理的生鮮食品包裝機(jī)，可以較好的滿足生產(chǎn)企業(yè)的需求。

表2 樣機(jī)試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Test results of prototype

4 結(jié)論

(1)設(shè)計(jì)了一種負(fù)壓式生鮮食品包裝機(jī)，確定了包裝機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，為生鮮食品包裝提供了設(shè)備平臺(tái)。

(2)通過理論分析和性能試驗(yàn)，確定了生鮮食品包裝機(jī)關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)及工作參數(shù)：通過Fluent流場分析，后吸風(fēng)盒采用直角盒型，在截面參數(shù)lA和lB分別為25 mm和64 mm時(shí)，能取得較好的吸風(fēng)口壓強(qiáng)效果，并通過試驗(yàn)確定后吸風(fēng)盒吸風(fēng)口靜壓為32 Pa；張膜輸送帶通過調(diào)整偏心滾筒，保證上部輸送帶和下部輸送帶之間有足夠的壓力；對(duì)凸輪連桿式切斷機(jī)構(gòu)通過ADAMS進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

(3)負(fù)壓式生鮮食品包裝機(jī)樣機(jī)試驗(yàn)表明，包裝機(jī)可滿足多種規(guī)格食品的包裝，并且包裝效果優(yōu)于人工包裝。樣機(jī)對(duì)于生鮮食品的包裝速度為49.4包/min，包裝率為99.4%，鼓包率為5%，基于負(fù)壓式原理的負(fù)壓式生鮮食品包裝機(jī)達(dá)到了生鮮食品包裝作業(yè)要求。

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