隨著中國勞動力市場的不斷轉型[1]，青壯年農民工比重不斷下降，在包裝行業，特別是大米、飼料等行業，包裝工人短缺現象越來越嚴重。另一方麵，中國包裝機械起步晚，目前存在著與國際先進水平差距較大，進口依賴嚴重、企業規模較小、缺乏創新平台等問題，因此國產包裝機械還遠遠滿足不了包裝行業的實際需求。通過對大米、飼料行業進行市場調研可以發現國內的大米行業其包裝袋種類及包裝規格較多，並且普遍采用包裝完畢直接裝車的方式，存在每一批次包裝數量較少，包裝種類及規格更換頻繁的現象。因此，國際先進的包裝機械不能完全滿足國內的實際需求，而且還存在著價格高、維護困難等問題。
本文介紹的全自動編織袋包裝機主要用於大米、飼料等小顆粒物料的自動上袋、灌裝及縫包。該包裝機能適應不同種類和包裝規格的編織袋，能快速方便地進行規格切換，並且安裝高度低、整體占地小。同時，該包裝機采用可選模塊設計，可根據實際場地及預算進行模塊選擇，並兼容後續的升級改造。另一方麵，包裝機可由儲料倉直接供料，裝包完畢可自動對接裝車輸送帶和碼垛生產線，能有效減少包裝車間對於包裝工人及搬運工人的數量要求。
1全自動編織袋包裝機的模塊化方案設計
全自動編織袋包裝機采用模塊化設計，如圖1所示，主要分為備袋套袋、計量灌裝、理袋縫包3個模塊。

其中，備袋套袋模塊主要功能是自動對整疊的編織袋進行初步的整理定位，並從中分離出單個袋子，對其進一步定位後，將袋口張開，並套入計量灌裝模塊的灌裝口。計量灌裝模塊主要功能是自動稱量出指定重量的散裝物料，並檢測套袋是否成功，若成功則將物料灌入包裝袋中，否則將套袋失敗的袋子自動剔除。理袋縫包模塊主要功能是自動對灌裝好的包裝袋進行袋口整理，並縫包封口。
2全自動編織袋包裝機的工作流程設計
本機工作流程設計如圖2所示。

工作流程說明：當係統上電自檢完成後，檢測指定的儲袋工位是否有編織袋存在，如果沒有，則觸摸屏上提示缺袋，需備袋；如果有，對袋堆進行初步整理，並居中定位。定位結束後，取袋機構從袋堆取出一個袋子至下一工位並定位，以確定袋口位置。袋口位置確定後，利用機械裝置將袋口張開，並夾住兩側以防變形，再將袋子套入灌裝機構的灌裝口後夾緊，等待灌裝。與此同時，係統會先檢測套袋是否成功，如果套袋不成功，係統會自動將灌裝口上的袋子剔除，並重新套袋。另一方麵，係統會檢測計量機構內有無物料，如果沒有，會啟動進料機構進行加料。當計量完成，且灌裝口套袋成功，則啟動灌裝動作。灌裝過程中，拍袋機構同時動作，使袋內物料更加充實。灌裝完成後，灌裝口鬆開包裝袋，並利用移袋機構將灌裝好的包裝袋由灌裝工位移至理袋工位。理袋機構將袋口整理平齊並閉合，再將其移到縫包工位，進行縫包封口，最後利用輸送帶送往下道工序。
理袋縫包模塊和備袋套袋模塊是可選模塊，如果不選擇，相關工序可以由人工完成。但由於計量是包裝車間的必備功能，所以計量灌裝模塊為必選模塊。
3全自動編織袋包裝機的關鍵技術
3.1計量精度的測試及結果分析

對於定量包裝設備而言，計量的動態精度是最基本也最重要的測試參數，下文以25kg包裝規格為例，進行動態精度測試與分析。
對於預設值（presetvalue）為25kg的規格進行576次計量的動態精度測試，並以裝料重量為橫軸，以每種裝料重量出現總次數為縱軸，得圖3所示結果。根據標準[2]，本規格檢定次數為32次，測試裝料次數遠大於32次，因此測試裝料次數符合標準。從圖3可以看出，最大裝料重量為25.007kg，最小裝料重量為24.995kg，從而計算出最大誤差為12g，同時能從圖3計算出裝料重量平均值為25.0019kg。
按X（0.5）級標準，查表1[2]可知，預設值（presetvalue）為25kg情況下，首次檢定(initialverification)、後續檢定(subsequentverification)的最大允許偏差（mpd）為0.35%，即25kg×0.35%=87.5g；此次測試的最大誤差為12g，小於最大允許偏差87.5g，因此最大允許偏差（mpd）符合標準。
按最大允許預設值誤差的（mpse）[2]的要求，預設值（presetvalue）與裝料平均之間的最大差值不超過最大允許偏差的0.25倍。
即：(25.0019kg-25kg=1.9g)＜(87.5g×0.25=21.875g)
因此最大允許預設值誤差的（mpse）符合國家標準。
3.2不同模塊間的快速定位對接機構
為了便於不同模塊的快速增減，以及出現設備故障時可以快速替換為人工操作，本機設計有快速定位對接機構[3]。
如圖4所示，對接架1與導向座5分別安裝於兩個不同模塊上麵，對接時利用定位輪4與導向座5進行快速定位，然後用卡鉗2進行快速夾緊；如果有需要，兩個模塊間的距離可通過過渡架3上麵的滑槽進行微調，調整完利用滑槽上螺釘鎖緊固定。兩模塊需要分離時，則鬆開夾鉗2即可。

3.3高兼容性的理袋機構的設計
由於包裝袋種類及規格的多樣性，對理袋機構的設計有著高兼容性的要求，不僅要適用於風琴包裝袋與枕形包裝袋，更要能針對不同寬度的包裝袋進行快速自動切換，針對這種情況，本機設計有自動理袋機構[3]。

如圖5所示，在理袋伺服電機通過傳動鏈條2的傳動下，帶動內拔叉6及外拔叉4以中心對稱移動。理袋時，內、外撥叉向中移動，包裝袋到位後，升降氣缸1動作使內撥叉6進入袋口，然後內、外撥叉根據預設的不同移動距離向外分離，自動適應不同袋寬的包裝袋。到位後，外拔叉4在理袋氣缸5作用下旋轉90度進行理袋，此種方式適用於風琴包裝袋袋邊向內折的理袋要求。如果外撥叉4初始狀態為豎直，理袋時向水平方向轉動，則適用於枕形包裝袋，袋邊向外撐的理袋要求。
3.4具有自適應功能的抱夾及移動裝置
本抱夾及移動裝置[4]主要用於確保已灌裝完畢但還未縫包的包裝袋在不同工位間隨輸送帶移動時不發生傾斜及倒塌，該裝置具有自動適應不同規格包裝袋的功能，方便於整機頻繁切換規格。

如圖6所示，抱夾裝置5在驅動鏈輪1帶動驅動鏈條2的作用下，通過移動滑塊4可沿著移動導軌3左右移動；而抱夾裝置5則有張開和抱夾兩種狀態，通過兩者的組合，實現抱或夾住包裝袋並移動的功能。由於抱夾裝置采用單根氣缸作抱夾的驅動動力，可通過調整氣缸的工作氣壓的方式來調整抱夾力量，同時，由於氣缸受到超過輸出力量的阻力時，會自動停止，因此，抱夾裝置可以自動適應不同規格包裝袋。
3.5前置拍袋裝置
本前置拍袋裝置[5]可緊湊地安裝於灌裝口下方的輸送帶上，用於對正在灌裝的包裝袋進行底部拍袋，使包裝袋內部物料更加充實，提升包裝袋利用率，使包裝袋底部更加規整，並且在輸送帶上被輸送時更不容易傾斜或倒塌。當拍袋動作後，本拍袋裝置可自動移開，使灌裝完畢的包裝袋可以落到下方的輸送帶。
如圖7所示，拍袋板1可在兩端的兩根拍袋氣缸2的驅動下實現上下運動的拍袋動作，同時，拍袋氣缸2及拍袋板1又能在移動氣缸6的驅動下，通過滑塊5沿著導軌4移動。整套機構通過安裝架3固定於輸送帶上。

3.6自動剔袋機構
備袋套袋模塊由於袋口粘合過緊或袋口卷邊等問題，有可能出現袋口無法張開的現象，為了避免影響正常工作流程，必須將其剔除。為此，我們研發出一種自動滾輪剔除裝置[6]，以解決傳統人工剔除存在的人力資源成本較高、剔除不夠快捷的問題。

如圖8所示，擺動杆3可以在擺動氣缸1的驅動下進行開合動作，正常工作時，擺動杆3處於鬆開狀態，不影響備袋套袋模塊的正常工作流程，需要剔除袋子時，從動輪2在擺動杆3的作用下把包裝袋4壓緊在主動輪5上，同時主動輪5在電機帶動下旋轉，將包裝袋送出剔除。
3.7備袋套袋模塊成功率的測試及分析
設備運行環境溫度32℃，分別對10組200個情況不同的袋子進行試驗。結果如表2所示。

通過分組試驗，可以確定備袋套袋模塊穩定性良好，能保證較高的套袋成功率。其中套袋失敗而導致袋子被剔除的主要原因為：袋口粘合過緊及袋子卷邊，張袋吸盤無法完全張開袋口，從而撐袋機構無法正常伸入袋口撐袋。
3.8灌裝速度的計算
由於本機適用的包裝規格範圍較大（5~25kg），各種規格需要灌裝的物料體積差異達5倍，灌裝時間相差較大，因此對灌裝時間的計算和校核很有必要。以下以常用物料大米為例，進行計算及校核。
為了便於自動套袋機構設計，灌裝口采用矩形出料口的方形截麵錐筒形狀設計，在出料口長度不超過160mm，寬度不超過長度的前提下，可根據灌裝速度的需要調整設計尺寸。
4結語
全自動編織袋包裝機項目在研發過程中做出了較大突破，並獲得多項國家發明專利和實用新型專利。它采用模塊化設計，可以根據現場條件靈活選用模塊，且更換規格方便快捷，對不同規格不同類型的編織袋具有良好的適應性，能有效減少包裝車間的工人數量。全自動編織袋包裝機投入市場後受到糧油加工企業的廣泛認可，提升了企業的核心競爭力，推動了糧食機械的發展，創造了較好的社會經濟效益。
 

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