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        氣動裝袋機的改進建議

        2021-12-06 20:59:17閻濤
        科學(xué)與生活 2021年23期

        摘要:食用菌生產(chǎn)過程中,將培養(yǎng)基裝入菌袋中是一項繁重的費時費力的工作。為此設(shè)計一套,絞龍式電氣驅(qū)動的急速裝袋機,可輕松調(diào)整裝袋的長度,使用電磁離合器,代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械離合器,定量更準(zhǔn)確均勻,減輕工人勞動強度, 提高生產(chǎn)效率。

        關(guān)鍵詞:食用菌,裝袋機,絞龍式,電磁離合器,計量。

        引言:

        食用菌是我國傳統(tǒng)食品之一,它含有豐富的蛋白質(zhì)和較高的食療價值。隨著食用菌產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展,我國食用菌產(chǎn)量已占世界總產(chǎn)量的65%左右。

        目前,國內(nèi)外食用菌產(chǎn)品常規(guī)的生產(chǎn)工藝是:配料—拌料—裝袋—滅菌—無菌接種—(育菌、出菇、采摘)—加工—銷售。裝袋機是整個生產(chǎn)工藝中,最為關(guān)鍵的設(shè)備,大規(guī)模集成工業(yè)化生產(chǎn),急需生產(chǎn)效率高而且操作簡單的裝袋機,根據(jù)市場上現(xiàn)有的手動裝袋機結(jié)構(gòu)進行改進,設(shè)計了電氣驅(qū)動的急速裝袋機。

        急速裝袋機的機械結(jié)構(gòu)由料斗,拌料器,齒輪盤,絞龍,出料筒,驅(qū)動氣缸,抱筒,皮帶輪,電動機,機身框架等構(gòu)成。屬于臥式絞龍式電氣驅(qū)動裝袋機。

        工作流程:

        食用菌培養(yǎng)基配料,經(jīng)過粉碎,過篩,拌料,傳送,進入進料口,裝滿料斗。

        當(dāng)接通 380 伏的三相電源以后,打開急停開關(guān),通電后,電機啟動運行,首次開機,PLC 自動檢測開機的第一個脈沖信號,啟動退出電閥Y3 以及換向電磁閥 Y4,同時開啟抱筒退出到最外端,觸發(fā) X4 開倉卸料,同時,關(guān)閉退出電磁閥 Y3,Y4,開啟排氣閥 Y5,排出氣缸內(nèi)的高壓氣體。

        手工套好塑料袋后,觸發(fā) X0 行程開關(guān),待行程開關(guān)下降沿脈沖,啟動 Y2 推進電磁閥,同時關(guān)閉排氣電磁閥 Y5,氣缸被急速推入,并保持高壓推進狀態(tài),達到最內(nèi)端,觸發(fā)傳感器 X1 啟動裝料,進入灌裝料狀態(tài)。此時 啟動小絞葉 Y0 及大絞龍 Y1,繼電器吸合,電磁離合器吸合,齒輪盤轉(zhuǎn)動同時拌料器旋轉(zhuǎn)拌料,電磁離合器吸合驅(qū)動大絞龍旋轉(zhuǎn)往菌袋裝料,抱筒被動推出,活塞外移,激活傳感器X2,關(guān)閉換向電磁閥 Y4進入封閉狀態(tài),關(guān)閉推進電磁閥 Y2,封閉氣缸兩端氣孔。氣缸活塞再次被推出時,右側(cè)端高壓氣再次壓縮,左側(cè)氣缸空間被拉伸產(chǎn)生負(fù)壓,增加了裝料的阻力,提高菌包的硬度,當(dāng)裝料達到菌包規(guī)定的長度,觸發(fā)傳感器 X3 結(jié)束裝料,開啟退出閥Y3排出氣缸右側(cè)的高壓氣體,進入掃平狀態(tài),并準(zhǔn)備急速排料。關(guān)閉 Y1 大絞龍電磁離合器失電并脫離吸合狀態(tài),大絞龍停止轉(zhuǎn)動,小絞葉 Y0 繼續(xù)高速旋轉(zhuǎn)掃平菌包袋口 0.4 秒,0.4秒后啟動,啟動換氣電磁閥 Y4,抱筒快速退出,到達卸料傳感器 X4,打開抱筒,卸掉菌包。

        同時關(guān)閉退出閥 Y3,打開排氣電磁閥 Y5,打開排氣孔,釋放氣缸筒內(nèi)的高壓氣體,為快速推進氣缸做好準(zhǔn)備。

        整體設(shè)計及建議

        裝袋機,是生產(chǎn)過程中一個關(guān)鍵的設(shè)備,但是在整個生產(chǎn)工藝流程中,它不是孤立的設(shè)備,還應(yīng)該考慮前后設(shè)備的銜接。裝好的菌包,還要經(jīng)過扎口機,扎口,然后插棒裝筐。

        電氣部分也應(yīng)該考慮多臺設(shè)備的相互銜接,盡量為前后端輔助設(shè)備提供電源插座的,動作信號的輸入輸出控制。

        電氣控制改進的關(guān)鍵點及建議:

        1,封閉增壓。采用 4V230C 電磁閥,當(dāng)兩端停電時,封閉氣缸左右兩端,絞龍旋轉(zhuǎn)擠壓出料時,氣缸被推動拉伸時,右端被壓縮成高壓,左端被拉伸產(chǎn)生負(fù)壓,以增加推動氣缸的阻力提升菌包硬度。

        2,泄氣減壓。提前打開 4V230 進氣電磁閥,排出氣缸左側(cè)的高壓氣體降為普通大氣壓。當(dāng)再一次推進氣缸時,兩端氣壓差較大,使得推進速度大大提高。

        3,缺料報警。如果機器啟動裝料,5 秒鐘之內(nèi)沒有裝料結(jié)束。啟動 Y7 蜂鳴器報警,同時排出不合格菌包。

        4,建議料斗內(nèi)增加一個傳感器。當(dāng)料斗里面沒有料時自動開啟閘門 , 裝滿料斗。

        5,建議升級自動套袋代替人工套袋,減輕勞動強度。

        機械設(shè)計方案關(guān)鍵點:

        料斗

        較大料斗開口,容積擴大,可以儲存大量的原料,只適合單機操作。

        大規(guī)模集成工業(yè)化生產(chǎn)流水線上,食用菌培養(yǎng)基配料,經(jīng)過輸送機傳送,持續(xù)不斷地送入進料口,裝入料斗,因此,料斗的尺寸不應(yīng)該過大。料斗尺寸過大,既增加了成本,又增加了攪拌器的負(fù)荷,降低絞龍轉(zhuǎn)速,嚴(yán)重影響工作效率。

        2. 拌料器

        拌料器擺葉擺動幅度要小 , 速度要慢,應(yīng)該貼近絞龍,減少阻力,降低負(fù)荷。提高絞龍旋轉(zhuǎn)速度,提高裝袋效率。

        3. 鏈輪

        由于絞龍高速旋轉(zhuǎn),通過通過一次鏈輪減速,拌料器旋 轉(zhuǎn)速度還是比較快,應(yīng)該采取 二次降速,降低拌料器的旋轉(zhuǎn) 速度,減小阻力,提高絞龍的旋轉(zhuǎn)速度。

        4. 絞龍

        絞龍是裝袋機核心,分大絞龍及小絞葉。其參數(shù)十分關(guān)鍵。大絞龍參數(shù):絞龍螺距 =60mm 外徑 =86mm 軸徑 =27mm,小絞葉參數(shù):軸徑 =22mm,外徑 =84mm ,節(jié)距 =60mm,小絞葉按照形狀可以分成兩種:一種是雙葉平齊,它的優(yōu)勢在于掃平速度快,但是出料慢。另一種是雙葉前后分離一段距離,它的優(yōu)勢是出料快,但掃平效果差。

        絞龍軸的尺寸盡量設(shè)計細(xì)小,不占料筒空間,增加有效截面,提高工作效率,小絞葉轉(zhuǎn)速一定要大于大絞龍轉(zhuǎn)速,小絞葉外邊緣應(yīng)該超過出料筒。

        大絞龍與小絞葉之間,擁有足夠的間隙,避免當(dāng)原料顆粒過大,卡住,造成堵塞。

        5. 絞龍溝槽

        大絞龍裝料的絞龍溝槽空間要狹窄。絞龍高速的旋轉(zhuǎn), 產(chǎn)生巨大的離心力,如果絞龍溝槽與大絞龍間隙過大原料四處飛濺,就可能減少絞龍上的纏繞密度,降低了出料速度, 裝袋的過程時間延長。

        6. 出料筒

        出料筒尺寸,內(nèi)徑 =88mm,外徑=93mm 長度 =260mm,為了增加有效截面,出料筒的內(nèi)徑應(yīng)該盡可能大,但是,過大會影響套袋效率。

        7. 抱筒

        抱筒的尺寸,應(yīng)該與塑料袋的尺寸吻合。塑料袋口寬度163mm 的塑料袋,菌包直徑計算,163*2/3.14=103.77mm,因此, 抱管內(nèi)徑應(yīng)該近似等于 104mm,不得小于菌包內(nèi)徑。否則打袋不緊,稀松,沒有硬度。抱筒開口一端,應(yīng)安裝膠皮法蘭,方便菌袋的整形。

        8. 皮帶輪

        在設(shè)計皮帶輪傳動裝置時,皮帶輪的尺寸,應(yīng)該根據(jù)減速比的需要精確計算,同時還要滿足驅(qū)動大小絞龍的皮帶要使用相同長度,這樣可以很容易調(diào)整,控制皮帶的松緊程度。 否則,工作一段時間以后,皮帶磨損不一致,容易產(chǎn)生松緊不一致,造成打滑,無法正常工作。

        9. 傳動皮帶:

        傳動皮帶是這套設(shè)備最容易被磨損的消耗材料,建議使用雙皮帶輪,同型號,增加使用壽命,降低更換成本。

        10. 電動機底座設(shè)計:

        電動機底座設(shè)計,首先,要方便電動機底座升降操作, 簡單便捷地調(diào)整皮帶松緊程度。其次,電動機底座可以選擇使用3KW 或4KW 電動機,固定的螺絲孔,應(yīng)該是可以調(diào)整電機的位置,使主從皮帶輪平行。

        11. 機身腳輪

        為了方便移動,機身底座支架應(yīng)該安裝腳輪,但是工作期間由于,設(shè)備震動幅度較大,機身容易移動,因此要安裝固定支架,同時又方便調(diào)整升降機身。

        12.軸向壓力

        裝袋機工作時,軸向有很大的負(fù)荷,應(yīng)該在軸的末尾或軸頭安裝平面推力軸承或安裝角接觸軸承,軸線上安裝的角接觸軸承或平面推力軸承可以承擔(dān)軸向壓力負(fù)荷,減少調(diào)心軸承的軸向損耗。

        經(jīng)過設(shè)備的調(diào)試以及試運行,每裝一袋需要的時間 3.5 秒下降至 2.7 秒,大幅度地提高了工作效率。

        致謝:

        感謝大連富森智能科技有限公司 ?耿峻禮。

        參考文獻 :

        1高鐘毓,機電控制工程(第二版),北京:清華大學(xué)出版社,2002,

        2趙建城 ?李樹 ?全自動粉料罐裝機結(jié)構(gòu)設(shè)計 ?包裝與食品機械,2005,

        作者簡介:閻濤(1966-04-26),男,山東榮成人,本科,高級講師,主要從事計算機專業(yè)教學(xué)工作,包括硬件維修,軟件應(yīng)用,網(wǎng)絡(luò)工程,機械自動化控制。

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