孫 濤,董可宏,劉 影

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

0 引言

隨著生活水平的提高，人們對健康的認識也不斷增強，越來越多人開始關(guān)注保健營養(yǎng)食品，很多初級營養(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，仍保持營養(yǎng)價值的均衡和更佳的口感。初級食品(物料)保存水分就會額外增加一定粘性，現(xiàn)有的分裝機在稱量粘性食品(物料)時，由于食品(物料)具有一定粘性就會粘在計量容器中，使入袋后的食品(物料)重量與實際計量存在誤差，誤差值經(jīng)常超過產(chǎn)品重量誤差范圍，因此，現(xiàn)有粘性初級食品(物料)入袋大部分采用人工稱裝，不但費時費力，計量不精準，且包裝效率低。

鑒于此，針對上述現(xiàn)有分裝機存在的技術(shù)問題進行了深入研究，結(jié)合應用實際，設計一種粘性物料連續(xù)填充計量裝置，用于解決粘性食品(物料)的連續(xù)填充計量問題，達到計量過程精準，不粘連計量容器內(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)填充計量裝置由料倉、計量裝置、調(diào)節(jié)裝置、抹平裝置、懟塞裝置及內(nèi)置于控制箱動力、控制系統(tǒng)和氣動控制裝置等組成。

1.2 工作原理

通過調(diào)節(jié)裝置帶動調(diào)節(jié)圓盤沿轉(zhuǎn)軸上下平動，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定物料的量，直至將體積調(diào)至預定計量值。將控制箱內(nèi)相應裝置開關(guān)依次打開，分裝機工作，驅(qū)動轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，帶動調(diào)節(jié)圓盤和上圓盤同軸轉(zhuǎn)動，物料從料倉流出至上圓盤，進行物料的連續(xù)填充。當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)動至抹平裝置處，由抹平裝置去除多余的物料。繼續(xù)轉(zhuǎn)動至懟塞正下方c位置(圖2)時，轉(zhuǎn)軸停止轉(zhuǎn)動，端蓋自動打開。此時，氣動裝置控制懟塞由初始位置(上量杯的上端面)向下運動至終止位置(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，然后在氣動控制裝置的控制下，懟塞返回到初始位置，端蓋自動關(guān)閉，至此完成一次物料填充、計量、出料、懟送物料入袋的完整過程。然后，轉(zhuǎn)軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，帶動調(diào)節(jié)圓盤和上圓盤同軸轉(zhuǎn)動，依次循環(huán)上述步驟，實現(xiàn)粘性物料的連續(xù)填充、計量、分裝過程。

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

2 主要系統(tǒng)、裝置的設計

2.1 動力、控制系統(tǒng)的設計

控制箱內(nèi)置有動力裝置、氣動控制裝置和PLC控制系統(tǒng)，采用PLC控制技術(shù)實現(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、下運動等。

由于物料填充、計量、出料是圓周間歇運動過程，采用三項異步電機和凸輪分割器、離合器等動力輸出組合，將電機轉(zhuǎn)動輸出轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬃垦b置的圓周間歇運動，電機的轉(zhuǎn)/停由PLC控制繼電器的通電/斷電來實現(xiàn)。

氣動控制裝置由空氣壓縮機、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/斷電實現(xiàn)可調(diào)行程氣缸、回轉(zhuǎn)氣缸的動作控制，控制氣缸柱塞桿的往復運動及端蓋的開/關(guān)，并由位置傳感器檢測氣缸是否完成規(guī)定動作。

2.2 連續(xù)填充計量裝置的設計

如圖2、圖3所示，填充計量裝置由多個上量杯、多個下量杯、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)，多個圓形上量杯貫穿且沿圓周均勻布設在上圓盤下端部，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)圓盤滑動安裝于轉(zhuǎn)軸下部，亦隨轉(zhuǎn)軸間歇旋轉(zhuǎn)，多個圓形下量杯貫穿且沿圓周均勻布設在調(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，每個下量杯的下端口處都設置有自動開關(guān)的端蓋。填充計量裝置通過體積計量的方式實現(xiàn)物料定量，即由每個上量杯一一對應嵌入到下量杯內(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)值實現(xiàn)容器腔體積量變化，進而匹配物料計量的變化需求。

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

2.3 調(diào)節(jié)裝置、懟塞裝置的設計

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架上。通過調(diào)節(jié)螺桿的旋轉(zhuǎn)運動，帶動調(diào)節(jié)板跟隨上下平動，進一步帶動調(diào)節(jié)圓盤沿轉(zhuǎn)軸上下移動，實現(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。當填充計量裝置轉(zhuǎn)動至懟塞正下方c位置(圖2)時，懟塞中心與所述上量杯中心垂直對應，氣動裝置控制懟塞由初始位置向下運動至終止位置；在運動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)填充計量裝置解決了粘性大、流動性差物料的分裝問題，設備結(jié)構(gòu)簡單、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，實現(xiàn)了物料的快速充填，可獨立使用也可與供料機、給袋機配套使用，適用于小顆粒物料的計量分裝。