【碩士論文】盒式氣調(diào)包裝機(jī)的設(shè)計(jì)與研究.pdf

上海大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 摘要 食品氣調(diào)包裝機(jī)涉及到機(jī)械、電氣、氣動(dòng)、流體力學(xué)等諸多技術(shù)領(lǐng)域，是比 較復(fù)雜的典型機(jī)電一體化產(chǎn)品。本文按照機(jī)電氣一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思想，從氣調(diào) 包裝機(jī)的工作原理和工作流程出發(fā)，運(yùn)用現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和機(jī)電氣體 化技術(shù)，對(duì)氣調(diào)包裝機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、包裝盒換氣系統(tǒng)作了比較系統(tǒng)的 探討。 本文根據(jù)氣調(diào)包裝原理探討了盒式氣調(diào)包裝機(jī)整體方案，闡述了盒式氣調(diào)包 裝機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)其包裝盒的上、下壓合模具以及熱封切裁和包裝薄膜的送收機(jī) 構(gòu)進(jìn)行了分析。重點(diǎn)對(duì)盒式氣調(diào)包裝機(jī)換氣系統(tǒng)和配氣系統(tǒng)進(jìn)行了研究。 在換氣系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)中，從提高換氣精度、減少混合氣體消耗和提高包 裝效率出發(fā)，創(chuàng)造了包裝薄膜振動(dòng)等壓換氣法，以及真空換氣法中的上下模腔的 壓力自動(dòng)平衡控制方法。 在對(duì)配氣系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)中，從提高配氣精度和配氣效率出發(fā)，研究和分 析了三種氣調(diào)包裝配氣方法：質(zhì)量流量法，壓力法和時(shí)間法。在質(zhì)量流量測(cè)量原 理基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了可動(dòng)態(tài)控制氣體配比的質(zhì)量流量控制系統(tǒng)。在壓力法配氣 原理基礎(chǔ)上研制了可連續(xù)供氣的雙氣包交替配氣系統(tǒng)，同時(shí)解決了P L C 和單片機(jī) 配氣系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊的聞?lì)}。 本文自始至終遵循機(jī)電氣一體化設(shè)備的研究開(kāi)發(fā)方法，刻意避免過(guò)去仿造的 彎路，完成自主設(shè)計(jì)，使該類型氣調(diào)包裝機(jī)順利投入市場(chǎng)，且被認(rèn)定為上海市2 0 0 4 年高新技術(shù)產(chǎn)品，并為機(jī)電氣一體化產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了一個(gè)實(shí)用案例。 關(guān)鍵詞：氣調(diào)包裝盒式氣調(diào)包裝機(jī)配氣系統(tǒng)換氣系統(tǒng) 一 圭塑查蘭堡圭塹壅蘭堂垡絲奎 A b s t r a c t F o o dM o d i f i e dA t m o s p h e r eP a c k a g i n g ( M A P ) c o m e sd o w nt ot h em e c h a n i c s 、 e l e c t r i c a l 、p n e u m a t i c 、h y d r o m e c h a n i c sf i e l d se t c ，a n di ti sat y p i c a lk i n do f p e r p l e x i n g m e c h a t r o n i c s p r o d u c t I nt h i sp a p e r , w ea p p l yt h em o d e r nd e s i g nm e t h o da n d m e c h a t r o n i c st e c h n o l o g yt os t u d yt h ep a r to fm e c h a n i c a ls y s t e m ，g a sr a t i om i x i n ga n d g a sr e p l a c e m e n ts y s t e ma c c o r d i n gt om e c h a t r o n i c sp r o d u c td e s i g nm e t h o db a s e do nt h e w o r kt h e o r ya n df l o wo f M A P I nt h ep a p e r , a c c o r d i n gt ot h ep r i n c i p l eo fM A Pw em a k ea s t u d yo f t h eh o l i s t i c p r o j e c t o fB o xM A PM a c h i n e ，a n d e x p a d a t e t h es y s t e m d e s i g n o fB o xM A P M a c h i n e ，a n da n a l y s et h em o u l do f p a c k a g i n gb o xa n dt h eh o ts e a l i n ga n df i l m s h e a r e d o r g a n T h eg a sm i x e ds y s t e ma n dt h eg a sr e p l a c e m e n ts y s t e ma r et h ee m p h a s i so ft h e s t u d yi nt h ep a p e r i no r d e rt oe n l l a n c et h ep r e c i s i o na n de f f i c i e n c yo fg a sr e p l a c e m e n t a n dr e d u c et h el o s so f g a s , t h ep a p e rc r e a t e st h em e a n so f p a c k i n gf i l ml i b r a t i o ni s o t o n i c g a sr e p l a c e m e n ta n dt h ec o n t r o lm e , i no fa u t o m a t i c a lp r e s s u r eb a l a n c ea b o v ea n db e l o w m o u l dc o n t a i n e ri nt h em e a no f v a c u u mg a sr e p l a c e m e n t B a s e do ne n h a n c i n gt h ep r e c i s i o na n de f f i c i e n c yo fM A P , t h e p a p e rr e s e a r c h e sa n d d e s i g n st h et h r e ek i n d so f m e a n sb yw h i c hm i xg a si nB o xM A PM a c h i n e ：t h em e a no f m a s sf l o w 、t h em e a no f t h e p r e s s u r ea n d t h em e a no f t i m e A c c o r d i n gt ot h et h e o r yo f m a s sf l o ww ed e s i g na n dr e a l i z et h en l a s sf l o wc o n t r o ls y s t e mw h i c hi su s e dt om i x g a s d y n a m i c a l l y B a s e do nt h ep r i n c i p l eo f t h em e a l lo f t h ep r e s s u r e ，w ed e v e l o pt h ea l t e r n a t e g a s - m i x e ds y s t e mw h i c h 鋤a p p l yg a sc o n t i n u o u s l y A tt h es 衄et i m ew es o l v et h e p r o b l e mo f t h ed a t ac o m m u n i c a t i o nb e t w e e nP L C a n dS C M g a sm i x i n gs y s t e m T h i sp a p e rf o l l o w st h er e s e a r c hm e t h o do f m e c h a l r o n i c sp r o d u c tf r o mb e g i n n i n gt o e n d W ei n t e n t i o n l ya v o i dt h ec o p yo f t h es a m ep r e v i o u s l yd i s a s t r o u sm a df o rt h es a k e o fb r i n g i n gf o n l ln e wi d e a so fi n d u s t r i a la p p l i c a t i o n T h i st y p eo fM A Pi nt h ep a p e r b e c o m e sh o m e m a d eb yi n d e p e n d e n c ed e s i g n T h i sp a p e ri si n n o v a t i o n a li nt h ef i e l do f m e c h a t r o n i c sp r o d u c td e s i g na n dh a sp r o v i d e dau t i l i t yd e s i g nf o ri t K e y w o r d s ：M A P 、B o xM A P M a c h i n e 、g a sr a t i om i x i n gs y s t e m 、g a sr e p l a c e m e n t s y s t e m 上海大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第一章緒論 隨著生活水平的不斷提高，人們對(duì)于食品包裝的要求越來(lái)越高，不僅要求包 裝中的食品清潔衛(wèi)生，還要求盡可能保持食品的新鮮度和原有風(fēng)味。常用食品包 裝的方法很多，食品氣調(diào)包裝就是其中比較先進(jìn)的方法之一，這種包裝技術(shù)根據(jù) 食品性質(zhì)和保鮮要求，將不同配比的混合氣體置換出包裝容器內(nèi)的空氣，改變包 裝內(nèi)食品的保存環(huán)境，達(dá)到抑制細(xì)菌和微生物的生長(zhǎng)繁衍，或減緩新鮮果蔬的新陳 代謝速度，從而延長(zhǎng)食品的保鮮期及貨架保存期。與冷凍食品及真空包裝加高溫殺 菌食品相比較，理想的食品氣調(diào)保鮮包裝能更有效保持產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)成分，提高食品 的保鮮質(zhì)量，保證其原汁原味原貌。通過(guò)改善包裝食品周圍的氣氛環(huán)境，進(jìn)一步延 長(zhǎng)了食品的銷售期，國(guó)外稱這種技術(shù)為M A P ( M o d i f i e dA t m o s p h e r eP a c k a g i n g ) 或C A P ( C o n t r o l l e dA t m o s p h e r eP a c k a g i n g ) 。食品氣調(diào)包裝( M A P ) 中常用氣體為 0 ：、N ：和C 0 ：其中的二或三種，根據(jù)被包裝食品的性質(zhì)和保鮮要求，配比不同比例 的組分氣體來(lái)置換出包裝容器內(nèi)的空氣?？梢韵嘈?，在以后的一段時(shí)間中，食物 保鮮將是一個(gè)熱點(diǎn)，其保鮮方式可以很多，例如保鮮劑保鮮、減壓貯藏保鮮和高 壓保鮮、電子保鮮、磁場(chǎng)保鮮和電離輻射保鮮、生物技術(shù)保鮮等。但對(duì)于現(xiàn)階段 而言，氣調(diào)包裝仍將是一個(gè)很好的方法。根據(jù)有關(guān)研究資料表明，越來(lái)越多的產(chǎn) 品可以使用氣調(diào)包裝處理，氣調(diào)包裝的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)還在于氣調(diào)包裝新鮮食品時(shí)外觀 形狀更加美觀，包裝盒內(nèi)的食品與真空包裝比較而言不易變形，對(duì)運(yùn)輸、保存、 貨品展示以及貨品的增值能力等方面都有幫助。它不僅解決了高溫高壓、真空包 裝食品的品質(zhì)劣化問(wèn)題，而且也克服了冷藏、冷凍食品的貨架期短、流通領(lǐng)域成 本高等缺點(diǎn)。因此，食品氣調(diào)包裝將在本世紀(jì)獲得蓬勃的發(fā)展。 1 1 課題來(lái)源和要求 1 1 1 課題來(lái)源 本課題系上海大學(xué)機(jī)電工程及自動(dòng)化學(xué)院與上海炬剛機(jī)械制造有限公司合作 研制項(xiàng)目，并在此課題的基礎(chǔ)上，結(jié)合盒式氣調(diào)包裝機(jī)生產(chǎn)線中的工作原理和關(guān) 鍵技術(shù)以及其發(fā)展趨勢(shì)，形成本論文。 上海炬剛機(jī)械制造有限公司是一家專業(yè)食品包裝機(jī)的生產(chǎn)企業(yè)，該廠生產(chǎn)設(shè) 上海大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 備精良，技術(shù)力量雄厚a 產(chǎn)品有多種型號(hào)的食品氣調(diào)包裝機(jī)，可滿足不同層次和 要求的客戶需求。 本次研制開(kāi)發(fā)的盒式食品氣調(diào)包裝機(jī)在取得成功后，2 0 0 4 年，被認(rèn)定為上海 市高新技術(shù)產(chǎn)品，有著廣闊的市場(chǎng)前景和豐厚的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)促進(jìn)我國(guó)的 食品氣調(diào)包裝制造業(yè)水平比較迅速地向發(fā)達(dá)國(guó)家接近有著積極的意義。同時(shí)。對(duì) 食品氣調(diào)包裝機(jī)械這樣比較復(fù)雜的機(jī)電氣一體化產(chǎn)品，自主技術(shù)開(kāi)發(fā)的成功，將 為同類型的機(jī)電一體化產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供一個(gè)實(shí)用案例。 1 1 2 本論文研究方法及研究?jī)?nèi)容 如前所述，氣調(diào)包裝機(jī)是一種比較復(fù)雜的典型機(jī)電氣一體化產(chǎn)品，其設(shè)計(jì)和 制造一定要遵循機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和研究制造程序規(guī)律。機(jī)電氣一體化研究 如何把機(jī)械、電氣、氣動(dòng)、流體力學(xué)和數(shù)字化技術(shù)有機(jī)地組合成現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)高性能、高效率、節(jié)能省料的目標(biāo)。機(jī)電氣一體化絕對(duì)不是機(jī)械、電子、氣 動(dòng)裝置的簡(jiǎn)單組合。為了實(shí)現(xiàn)氣調(diào)包裝機(jī)械、電氣和流體力學(xué)、數(shù)字化技術(shù)的有 機(jī)結(jié)合和融合，需要探求食品氣調(diào)包裝機(jī)的工作原理、功能原理和需求，并深入 掌握機(jī)電氣一體化的理論和方法【“。 首先是氣調(diào)包裝機(jī)系統(tǒng)的總體構(gòu)思方法。為了從系統(tǒng)原理組成、機(jī)電、氣動(dòng) 和數(shù)字化等方面充分有效地發(fā)揮各自特長(zhǎng)，合理確定方案，構(gòu)思方法一方面依賴 于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和前人的基礎(chǔ)，另一方面也需要現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的理論指導(dǎo)。其次， 氣調(diào)包裝機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)含有較多氣動(dòng)、流體和數(shù)字化技術(shù)的系統(tǒng)，因此需要掌握 這些相關(guān)技術(shù)的理論基礎(chǔ)。機(jī)電氣一體化強(qiáng)調(diào)機(jī)電結(jié)合中運(yùn)用共性技術(shù)成果進(jìn)行 集成，只有充分、深入地掌握這些共性技術(shù)成果和基礎(chǔ)理論，才能設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)出 機(jī)電氣深度結(jié)合、真正體化的產(chǎn)品和系統(tǒng)。 在過(guò)去，我國(guó)的大部分食品包裝機(jī)研制和其它機(jī)電氣一體化機(jī)械產(chǎn)品的研制 一樣，均采用先引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的機(jī)器設(shè)備，然后參照樣機(jī)進(jìn)行測(cè)繪和理論反推的 設(shè)計(jì)方法。這種仿造方法具有很大的缺陷： l 、作為仿造，注定永遠(yuǎn)要等別人的機(jī)器設(shè)備出現(xiàn)甚至成熟以后，已經(jīng)成為產(chǎn) 品，才能給仿造者以機(jī)會(huì)，當(dāng)我們開(kāi)始仿造時(shí)，原廠家已經(jīng)在進(jìn)行新的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)， 使我們的機(jī)械制造業(yè)永遠(yuǎn)處于落后、被動(dòng)的地位，無(wú)法縮短和發(fā)達(dá)國(guó)家的差距， 上海大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 更無(wú)法談及超越。 2 、國(guó)際知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)日益深入人心，全世界都在進(jìn)行知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，尊重 知識(shí)，尊重別人的科技成果已經(jīng)成為一種不可遏止的時(shí)代潮流。新的國(guó)際形勢(shì)已 經(jīng)不允許再進(jìn)行低級(jí)的仿造和知識(shí)剽竊，盜用別人的先進(jìn)技術(shù)被普遍視為盜竊行 為。 3 、隨著我國(guó)W T O 的正式加入，我國(guó)的機(jī)械制造業(yè)也必定面臨著重大的沖擊。 在激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程中，要使我國(guó)的機(jī)械制造業(yè)能立于不敗之地，從根本上要 改變我們的落后面貌，就必須要找到提高機(jī)械制造業(yè)科技水平的發(fā)展之路。刨新， 是一個(gè)民族發(fā)展的靈魂。 本課題在立意之初，就刻意避免過(guò)去仿造的彎路，力爭(zhēng)走出一條新的制造業(yè) 發(fā)展之路，為提高我國(guó)的機(jī)械制造業(yè)水平貢獻(xiàn)一些力量。本課題中，我們采用的 主要指導(dǎo)思想是：從產(chǎn)品的功能原理、需求和技術(shù)要求出發(fā)，運(yùn)用機(jī)電氣一體化 產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思想，由功能原理、需求到其實(shí)現(xiàn)，盡量走出仿造的設(shè)計(jì)桎梏，自主 思考，全新創(chuàng)意，自行設(shè)計(jì)，使機(jī)電氣一體化設(shè)計(jì)方法真正發(fā)揮功效。本課題總 體設(shè)計(jì)流程圖如圖l 一1 所示。 上海大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 圖卜1 氣調(diào)包裝機(jī)機(jī)電氣一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程圖 本課題在開(kāi)展過(guò)程中，首先深入了解了氣調(diào)包裝機(jī)的工作原理和工作流程， 從氣調(diào)包裝技術(shù)、包裝和食品工藝要求出發(fā)，分析氣調(diào)包裝機(jī)的機(jī)械動(dòng)作、配氣 系統(tǒng)、換氣系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)途徑，從這些系統(tǒng)功能需求到實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)。一般地來(lái)說(shuō)， 對(duì)于產(chǎn)品生產(chǎn)，熟悉食品氣調(diào)包裝工藝的技術(shù)人員，對(duì)機(jī)械、電氣、控制原理和 流體力學(xué)較缺乏研究，而研究這些領(lǐng)域的技術(shù)人員，則往往會(huì)缺乏食品及包裝工 藝的專門技能，這是一對(duì)經(jīng)常會(huì)遇到的矛盾。本課題在進(jìn)行研究的同時(shí)，也是在 不斷地解決這對(duì)矛盾的有效過(guò)程。 上海大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 1 2 氣調(diào)包裝與氣調(diào)包裝機(jī)概述 氣調(diào)包裝的起源可追溯至1 9 世紀(jì)3 0 年代。當(dāng)時(shí)將新鮮牛羊肉裝在大包裝袋 保鮮貯運(yùn)，而在水產(chǎn)品中的應(yīng)用始于1 9 3 0 年。但是這項(xiàng)技術(shù)大規(guī)模在商業(yè)上應(yīng)用 是從1 9 7 0 年以后才開(kāi)始。1 9 7 9 年英國(guó)M a r k S p e n c e r 公司推出了M A P 肉制品，兩 年后應(yīng)用到了魚類、火腿等方面。對(duì)果蔬氣調(diào)保鮮的研究，早在1 9 5 5 年，美國(guó)G e r h a r d 國(guó)家研究中心植物生理實(shí)驗(yàn)室的馬爾賽蘭，開(kāi)始研究各種P E 膜貯藏蘋果和 梨，并對(duì)貯藏環(huán)境中的氧氣( 晚) 和二氧化碳( C O 。) 變化作了系統(tǒng)的研究，1 9 6 0 年發(fā) 表研究報(bào)告，并稱為生理包裝貯藏。在過(guò)去3 0 年中，M A P 技術(shù)的使用范圍不斷擴(kuò) 大，包括生熟肉制品、魚類、家禽、貝類、水果、醬類、脆片、咖啡、茶、蔬菜、 面包等。目前M A P 已成為一些產(chǎn)品的主要包裝形式，并且其占有市場(chǎng)份額也不斷 提高。我國(guó)氣調(diào)包裝起步于2 0 世紀(jì)9 0 年代，國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程技術(shù)中心于1 9 8 8 年開(kāi)發(fā)了果蔬專用P V C 保鮮膜2 4 種配方，從中篩選出3 2 個(gè)品種，4 7 種規(guī)格用于 蒜薹、黃瓜、芹菜、葡萄、蘋果和鴨梨等保鮮膜袋的實(shí)際應(yīng)用，由于食品氣調(diào)包 裝的優(yōu)勢(shì)效果非常明顯，因此最近幾年食品氣調(diào)包裝( M A P ) 在國(guó)際和國(guó)內(nèi)已經(jīng)成 為研究熱點(diǎn)。 1 2 1 食品氣調(diào)包裝與氣調(diào)包裝機(jī) 1 、食品氣調(diào)包裝的原理 食品氣調(diào)包裝是根據(jù)被包裝食品的性質(zhì)和保鮮要求，配比不同比例的組分氣 體來(lái)置換出包裝容器內(nèi)的空氣。常用的氣體為二氧化碳( C O ：) ，氧氣( 0 ：) ，氮?dú)?( N ，) 。各種氣體對(duì)食品保藏的作用不相同。二氧化碳C 0 ：在低濃度下能促進(jìn)許多 微生物的繁殖，但在高濃度下卻能阻礙大多數(shù)需氧菌等微生物的繁殖。一般在混 合氣體中，二氧化碳濃度超過(guò)30 就足以抑制細(xì)菌的增長(zhǎng)。當(dāng)二氧化碳溶于水 會(huì)產(chǎn)生弱酸性，降低PH 而對(duì)微生物產(chǎn)生抑制作用。二氧化碳對(duì)油脂及碳水化合 物等有較強(qiáng)的吸附作用而保護(hù)食品減少氧化。氮?dú)釴 ：一般不與食品發(fā)生化學(xué)作 用，無(wú)味無(wú)臭，其主要作用就是取代氧氣，抑制食品本身和微生物的呼吸，其次 是作為一種充填氣體，保證產(chǎn)品在呼吸包裝內(nèi)的二氧化碳后仍有完好的外形，據(jù) 資料分析，對(duì)極易氧化變質(zhì)的食品，充氮包裝能有效地延緩食品的氧化變質(zhì)并保 上海大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 全食品質(zhì)量。氧氣O ：個(gè)性活潑，能氧化維生素和脂肪，引起產(chǎn)品變質(zhì)和加速腐敗 細(xì)菌的生長(zhǎng)，一般包裝內(nèi)都不希望它存在。但氧氣在保持肉類新鮮的外觀上是不 可缺少的角色，肉類包裝中含有一定量的氧氣就能防止產(chǎn)品脫色脫味。如果采用 適當(dāng)?shù)陌b材料和包裝方法，就能抑制果蔬儲(chǔ)存環(huán)境中的氧分壓和呼吸速度，為 此，通常把二氧化碳和氮?dú)饣旌铣伞袄硐搿钡臍怏w，作用于生鮮食品的充氣包裝， 則能使生鮮食品內(nèi)部細(xì)胞的活性維持一定時(shí)間，延緩其生命過(guò)程，保持一定程度 的生鮮狀態(tài)。 在應(yīng)用充氣包裝技術(shù)時(shí)?？梢愿鶕?jù)產(chǎn)品的不同特性來(lái)選擇氣調(diào)的狀態(tài)。一般 為了保持食品的色、香、味及防止氧化，通常使用充入氮?dú)獾姆椒?；為了使肉?顯色，則充氧氣；肉制品，魚糕，魚卷以及蛋糕的包裝，一般充入二氧化碳和氧 氣的混合氣體，而新鮮牛肉的銷售包裝則用氮和二氧化碳的混合氣體。對(duì)于各種 具體的食品，應(yīng)充入氣體的種類和混合的方式，還有待于進(jìn)一步探索。但常用的 一些食品對(duì)保存氣氛要求，人們已經(jīng)總結(jié)出來(lái)，人們?cè)谘芯渴称繁ｕr中已總結(jié)出 一些食品保鮮的氣氛要求，詳見(jiàn)下表。 附表，低酸性食品所采用的撮合氣體 簧瓤期 產(chǎn)品t體 宅上【中 氣調(diào)包裝 紅內(nèi) 觥瓣盞冒酬0 2 2 4 滅5 8 天 ， 色肉廈魚一 5 C 0 l + 船一強(qiáng)畦0 t + 一3 5 N 2 3 _ 天一呋 臺(tái)棺角3 5 4 5 C O l + 5 B 一8 6 9 N ， 2 一a 夭48 天 家禽2 5 3 5 粥C O l + 6 5 7 5 辨N I 4 7 夭加- 2 1 夭 熟肉2 0 3 6 c o l + 一州N t 1 3 用37 舟 硬干酷以外的乳制品 1 0 4 0 螄C o l + 6 0 - 伽N 1 3 朋4 - 1 4 腳 耐條產(chǎn)品4 0 一卿C o Y + 4 0 - 6 0 州N I 1 一凋3 一擁 2 、氣調(diào)包裝的換氣方式 在氣調(diào)包裝技術(shù)中，只要知道某種食品所需要的氣氛環(huán)境后，則向食品包裝 袋內(nèi)充入其所需要的氣體，便可達(dá)到保鮮要求。但如使用塑料袋作為包裝物時(shí)， 要注意的是以往用的很多塑料包裝袋，由于存在氣體滲透的現(xiàn)象，不能直接用來(lái) 作為氣調(diào)包裝。但塑料制品由于其具有輕便，廉價(jià)，透明等特點(diǎn)，尤其是很多塑 料制品經(jīng)過(guò)改性，克服了其以往易破漏，漏氣的缺點(diǎn)后，在以后的包裝中，塑料 制品仍是氣調(diào)包裝的主要材料。氣調(diào)包裝的充氣方式，國(guó)內(nèi)外主要采用兩種方法， 上海大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 一種稱為等壓換氣法，也稱為氣體沖洗式；氣體沖洗式是指連續(xù)向容器內(nèi)充入配 制好的混合氣體，以混合氣體驅(qū)除包裝盒內(nèi)的空氣，待盒口形成正壓后立即封口。 另一種稱為真空換氣法，也稱為真空補(bǔ)償式。其原理是先將包裝盒抽真空，然后 充入配制好的混合氣體恢復(fù)至常壓，并立即封口。 3 、氣調(diào)包裝的供氣方式 食品要達(dá)到保鮮的目的，對(duì)氣氛環(huán)境要求較高。因此，不管是何種氣調(diào)包裝 機(jī)，都首先要求能夠準(zhǔn)確的配置混合氣體。常用的提供給氣調(diào)包裝機(jī)混合氣體的 方式有兩種，一種是集中供氣，即以供氣站的方式，按用戶要求配氣，其配氣的 精度可達(dá)1 。另一種是將氣體比例混合裝置和經(jīng)過(guò)改型的盒式包裝機(jī)、熱成型 真空包裝機(jī)、豎式或臥式自動(dòng)制袋充真包裝聯(lián)機(jī)使用，可根據(jù)包裝產(chǎn)品要求，任 意改變配氣比例。對(duì)這類機(jī)型來(lái)說(shuō)，氣體比例混合裝置是一個(gè)很重要的部件。我 國(guó)自行研制的DQ 和HQ 型氣調(diào)包裝機(jī)內(nèi)氣體比例混合控制裝置與其它控制裝置 一體，由P L C 或單片機(jī)控制抽氣充氣熱封切裁的程序操作。 4 、氣調(diào)包裝機(jī)械 食品氣調(diào)包裝機(jī)械，一般都是在常用的包裝機(jī)械生產(chǎn)線上經(jīng)過(guò)改進(jìn)的，根據(jù) 食品包裝的要求，增加了抽氣，充氣的功能。包裝形式有塑料盒，紙塑復(fù)合盒， 枕式，大袋包裝和袋裝盒式等。氣調(diào)包裝機(jī)大都是在盒式包裝、熱成型真空包裝 機(jī)，枕式包裝機(jī)或自動(dòng)制袋充填包裝機(jī)等機(jī)型上配置氣體混合配氣裝置和充氣裝 置改裝而成。 5 氣調(diào)包裝品質(zhì)控制的手段和方法 氣調(diào)包裝需要保證充入的氣體和所要求的標(biāo)準(zhǔn)比例是符合的。目前的檢測(cè)方 法是進(jìn)行隨機(jī)取樣，即在某規(guī)定時(shí)段內(nèi)取出一定數(shù)量的已包裝好的產(chǎn)品，用空氣 分析儀分析其內(nèi)氣體是否達(dá)到比例。這樣做很煩瑣，并且有一定的延遲性，如果 檢測(cè)得太頻密，勢(shì)必要花費(fèi)很多的人力，物力，要是檢測(cè)時(shí)間相隔太長(zhǎng)，一旦發(fā) 現(xiàn)有問(wèn)題，可能要造成很多產(chǎn)品報(bào)廢。目前最新的檢測(cè)方法是在線檢測(cè)，即將氣 體分析儀安裝在包裝封口的地方進(jìn)行抽樣，假如氣體氣氛沒(méi)達(dá)到要求，控制器就 會(huì)報(bào)警，停止工序，直到進(jìn)行糾正，達(dá)到要求為止。這種方法很突出的特點(diǎn)就是 能及時(shí)發(fā)現(xiàn)氣體混合比例中出現(xiàn)的誤差，況且節(jié)省人力，如果配合使用可編程控 制器，在出現(xiàn)氣體配合比例失調(diào)時(shí)，進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，可極大提高生產(chǎn)率。 。穿竹r 賽賀 r 。 上海大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 對(duì)包裝物進(jìn)行測(cè)漏也是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)，包裝出現(xiàn)泄露，將會(huì)影響食品的 保存，尤其是含氧包裝，一旦出現(xiàn)了泄露，食品就會(huì)變質(zhì)。現(xiàn)在常用的測(cè)漏方法 是將包裝袋放進(jìn)水里，擠壓袋子，或者是在水面上抽真空，看是否有水泡出現(xiàn)， 這種方法的缺點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的，不僅煩瑣，況且也只能進(jìn)行抽樣檢測(cè)。對(duì)此，現(xiàn) 在還沒(méi)有很先進(jìn)的方法，但有資料表明，一種稱示蹤氣體法的測(cè)漏方法正在研究 和實(shí)踐中。示蹤氣體法是指在特定的真空狀態(tài)中安裝氣體傳感器，對(duì)待測(cè)包裝袋 進(jìn)行檢測(cè)，據(jù)稱，此方法可和包裝生產(chǎn)線連接在一起，進(jìn)行自動(dòng)化檢測(cè)，在近期 內(nèi)可望獲得運(yùn)用。 1 2 2 氣調(diào)包裝和氣調(diào)包裝機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 氣調(diào)包裝和氣調(diào)包裝機(jī)在我國(guó)還處于起步階段，而在國(guó)外應(yīng)用就較廣泛。尤 其是在歐洲。英、德等西歐國(guó)家的氣調(diào)包裝機(jī)械有十多個(gè)基本機(jī)型，其中多數(shù)用 于小包裝，用于大包裝的較少。包裝形式有塑料盒，紙塑復(fù)合盒，枕式，大袋包 裝和袋裝盒式等。氣調(diào)包裝機(jī)大都是在熱成型真空包裝機(jī)，枕式包裝機(jī)或自動(dòng)制 袋充填包裝機(jī)等機(jī)型上配置氣體混合裝置和充氣裝置改裝而成?，F(xiàn)概要地介紹國(guó) 外氣調(diào)包裝機(jī)的基本形式 3 1 ： 1 、臥式氣調(diào)包裝機(jī) 此機(jī)型只能用做沖洗式氣調(diào)包裝。供應(yīng)廠商有RoseForgrove 、 Aucoturer 等，這種機(jī)型是自動(dòng)制袋充填機(jī)改型，主要用來(lái)氣調(diào)包裝烘 烤、快餐、咖啡等食品。 2 、FFS 臥式熱成型氣調(diào)包裝機(jī) 這種機(jī)型可采用上述的兩種充氣方式，對(duì)半剛性塑料盒氣調(diào)包裝較好，此機(jī) 型是在熱成型真空包裝機(jī)的改型，其生產(chǎn)廠商主要有Di xieUnion 、K ramer & Grebe 和M uLTIV AC 等。主要用于新鮮肉、魚方面的包裝。 3 、預(yù)制袋或盒氣調(diào)包裝機(jī) 預(yù)制袋氣調(diào)包裝機(jī)是箱式真空包裝機(jī)的改型，只能做真空氣調(diào)式包裝，預(yù)制 盒氣調(diào)包裝機(jī)可用做兩種包裝方式。它們都是半自動(dòng)化的。生產(chǎn)能力較小。 4 、紙塑復(fù)合盒氣調(diào)包裝機(jī) 根據(jù)紙塑復(fù)合盒類型分兩類，一種是預(yù)制涂塑紙盒放入自動(dòng)充填熱封包裝機(jī) 上海大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 做真空補(bǔ)償或氣體沖洗式氣調(diào)包裝，一種是熱成型真空包裝機(jī)上放入預(yù)制板盒后 嵌入機(jī)器上熱成型的塑料盒。 5 、袋裝盒或袋裝箱氣調(diào)包裝機(jī) 袋裝盒或袋裝箱氣調(diào)包裝機(jī)均可用作兩種充氣方式。袋裝箱式包裝的氣調(diào)方 式是有二根氣管插入大包裝袋內(nèi)充氣和抽氣。主要用于咖啡，茶葉等散裝料和大 塊肉類氣調(diào)包裝。 我國(guó)各種具有充氣功能的真空包裝機(jī)都可做氣調(diào)包裝，但除插管式真空包裝 機(jī)外，其他類型真空充氣包裝機(jī)充氣包裝時(shí)均不能直接充入塑料袋內(nèi)，每次抽真 空后再充氣，因耗氣量大而造成成本高，如單室或雙室真空包裝機(jī)的充氣功能因 耗氣量大而一般不能直接用，需經(jīng)過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)才能發(fā)揮起充入氣體的功能。 1 2 3 氣調(diào)包裝和氣調(diào)包裝機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 氣調(diào)包裝技術(shù)，不但可以延長(zhǎng)食品的保存時(shí)間，還可以很好的保存食品的原 有風(fēng)味。因此，經(jīng)過(guò)氣調(diào)包裝的食品，可以實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)食品產(chǎn)品的保存期，可以使 食品反季節(jié)銷售，增加食品的附加值。結(jié)合傳統(tǒng)烹飪技術(shù)開(kāi)發(fā)出可用氣調(diào)包裝的 速食性食品，則適合生活節(jié)奏快的人們的需要。因此，氣調(diào)保鮮包裝技術(shù)，在本 世紀(jì)將會(huì)得到極大的重視和利用。但由于目前的任何一種單一保鮮方法都存在其 自身的弱點(diǎn)。保鮮效果不很理想、不能完全解決問(wèn)題。隨著水果保鮮基礎(chǔ)研究的 不斷深入，以及擴(kuò)大流通的需求，一些更新更好的綜合保鮮方法將不斷涌現(xiàn)并成 為主流。 氣調(diào)包裝機(jī)械作為包裝機(jī)械的一種，有著其比較特殊的要求，但同時(shí)有著食品 包裝機(jī)械的相同共性。進(jìn)入2 l 世紀(jì)，我國(guó)包裝機(jī)械行業(yè)將向機(jī)電化、智能化、自 動(dòng)化控制方面發(fā)展。包裝機(jī)械的未來(lái)是各種高新技術(shù)、新機(jī)構(gòu)、新控制方法的高 度結(jié)合，未來(lái)包裝機(jī)械的技術(shù)特征將趨于“三高”，即高速、高效、高質(zhì)量。重 點(diǎn)發(fā)展方向趨于節(jié)能降耗，質(zhì)量和性能穩(wěn)定可靠，控制水平先進(jìn)、結(jié)構(gòu)緊湊，占 地空間小，噪音低、效率高，操作簡(jiǎn)單方便。外觀造型適應(yīng)環(huán)境和操作人員心理 要求，有利于環(huán)保等。 當(dāng)前發(fā)達(dá)國(guó)家為滿足現(xiàn)代商品包裝多樣化的需求，開(kāi)始不斷發(fā)展適應(yīng)多品種、 小批量的食品氣調(diào)包裝機(jī)械及設(shè)備。同時(shí)又緊跟當(dāng)代高科技技術(shù)發(fā)展步伐，不斷 圭鲞查堂堡主翌塞圭差垡鯊蘭 應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)。開(kāi)發(fā)和發(fā)展應(yīng)用高新技術(shù)的現(xiàn)代化專用型包裝機(jī)械。 目前和未來(lái)，包裝機(jī)械所應(yīng)用到的新技術(shù)包括：微波技術(shù)、航天工業(yè)技術(shù)( 熱 管制袋) 、微電子技術(shù)( 控制表) 、信息處理技術(shù)、傳感技術(shù)( 光電及化學(xué)類) 、激 光技術(shù)( 切割、防偽方面) 、磁性技術(shù)、生物技術(shù)以及新的加工工藝，新的機(jī)械部 件結(jié)構(gòu)，新的纖維材料等。這些技術(shù)使得許多包裝機(jī)械已趨于智能化。 1 , 3 本論文研究意義 此次項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)與合作，有著積極的意義。首先，此次研制了具有比較先進(jìn) 水平的盒式食品氣調(diào)包裝機(jī)，它包括很多新技術(shù)，如：動(dòng)態(tài)配氣系統(tǒng)、換氣系統(tǒng)、 包裝膜張緊定長(zhǎng)系統(tǒng)等。其次，此次氣調(diào)包裝機(jī)的研制從機(jī)械到電氣、氣動(dòng)產(chǎn)品， 單片機(jī)控制控制系統(tǒng)和配氣和換氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的絕大多數(shù)部件本著降低成本原則， 盡量的，以便于今后大規(guī)模的生產(chǎn)，從而提高性價(jià)比。其三，項(xiàng)目的研制不僅可 以彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，給我們帶來(lái)很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，同時(shí)也可以縮小我國(guó) 同世界先進(jìn)國(guó)家水平的差距，提高我國(guó)的食品包裝設(shè)備的水平，為我們?cè)谑澜绶?圍內(nèi)參與社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)，更好的迎接加入“W T O ”后的貿(mào)易挑戰(zhàn)，迅速和國(guó)際大市場(chǎng)接 軌創(chuàng)造條件。 盡管氣調(diào)包裝機(jī)具有如前述的許多優(yōu)點(diǎn)，但在國(guó)內(nèi)的推廣并不很盡如人意， 原因有多方面的，但是其主要原因在于： 1 、氣調(diào)包裝技術(shù)不過(guò)硬，氣調(diào)包裝的產(chǎn)品質(zhì)量不很穩(wěn)定。 2 、相對(duì)與食品的普通真空包裝來(lái)說(shuō)，氣調(diào)包裝的成本較高，對(duì)于剛步入小康 生活水平的中國(guó)人來(lái)說(shuō)，降低食品包裝成本是十分重要的。 為此。對(duì)于盒式氣調(diào)包裝來(lái)說(shuō)，需要解決如下問(wèn)題： 1 、如何提高氣調(diào)包裝配氣和換氣精度，如何提高熱封的質(zhì)量和穩(wěn)定性，同時(shí) 被包裝食品和包裝材料在未包裝之前如何有效的消毒滅菌的問(wèn)題。 2 、在成本方面，如何節(jié)約耗氣量和包裝耗材的問(wèn)題。 3 、在效率方面，如何進(jìn)行高效率的配氣和換氣，如何盡量減少各工序中無(wú)效 時(shí)間，從而減少整個(gè)包裝循環(huán)的工作時(shí)間。 自始至終貫穿機(jī)電氣一體化的設(shè)計(jì)思想，本文作者完成了盒式氣調(diào)包裝機(jī)的 大部分設(shè)計(jì)任務(wù)，在工作中探討和采用了一些比較有創(chuàng)新思路的設(shè)計(jì)。本文主要 上海大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 內(nèi)容分五章敘述，對(duì)食品氣調(diào)包裝機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了較詳細(xì)的描述，每章大體內(nèi)容如 下： 第一章，闡述了氣調(diào)包裝和氣調(diào)包裝機(jī)械的工作原理及工作過(guò)程，并介紹了 當(dāng)前國(guó)外和國(guó)內(nèi)氣調(diào)包裝和氣調(diào)包裝機(jī)械的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，提出了課題研 究的目的與思路。 第二章，氣調(diào)包裝機(jī)械部分分析設(shè)計(jì)。重點(diǎn)介紹了氣調(diào)包裝機(jī)械總統(tǒng)方案設(shè) 計(jì)研究，同時(shí)對(duì)其包裝模具、熱封、切裁機(jī)構(gòu)和包裝薄膜推進(jìn)張緊和定長(zhǎng)機(jī)構(gòu)進(jìn) 行了簡(jiǎn)要分析研究。 第三章，重點(diǎn)對(duì)盒式氣調(diào)包裝機(jī)換氣系統(tǒng)和配氣系統(tǒng)進(jìn)行了研究。在換氣系 統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)中，從提高換氣精度、減少混合氣體消耗和提高包裝效率出發(fā)， 創(chuàng)造了包裝薄膜振動(dòng)等壓換氣法，以及真空換氣法中的上下模腔的壓力自動(dòng)平衡 控制方法。 第四章，著重介紹了食品氣調(diào)包裝機(jī)配氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)。根據(jù)配氣系統(tǒng)配氣原理 對(duì)不同的配氣方法進(jìn)行了比較深入的研究，同時(shí)也是本文重點(diǎn)闡述的部分。在質(zhì) 量流量測(cè)量原理基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了可動(dòng)態(tài)控制氣體配比的質(zhì)憊流量控制系統(tǒng)。 在壓力法配氣原理基礎(chǔ)上研制了可連續(xù)供氣的雙氣包交替配氣系統(tǒng)，同時(shí)解決了 P L C 和單片機(jī)配氣系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊的問(wèn)題。 第五章，結(jié)論與展望。 本課題的研究，以盒式食品氣調(diào)包裝機(jī)系統(tǒng)研制作為一次機(jī)電氣一體化產(chǎn)品 的研究和開(kāi)發(fā)，是機(jī)電氣一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一次新的應(yīng)用創(chuàng)新，并為其提供了一 個(gè)實(shí)用案例。 上海大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第二章盒式氣調(diào)包裝機(jī)系統(tǒng)分析設(shè)計(jì) 2 1 盒式氣調(diào)包裝機(jī)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 2 1 1 機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)的基本原則 2 1 現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)的概念和功能隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械系統(tǒng)的概念有了比較 大的發(fā)展。機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中極其重要的一部分，是產(chǎn)品 設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它直接關(guān)系到產(chǎn)品的功能、性能和質(zhì)量及其在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力和企 業(yè)的效益。在機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)遵循一些基本的原則和法規(guī)，以 保證設(shè)計(jì)的質(zhì)量，杜絕不應(yīng)有的浪費(fèi)。這些基本原則包括有： l 、需求原則產(chǎn)品的功能來(lái)源于需求，產(chǎn)品要滿足市場(chǎng)需求是一切設(shè)計(jì)最 基本的出發(fā)點(diǎn)。需求有三個(gè)特征，即時(shí)尚性、差異性和動(dòng)態(tài)性。時(shí)尚性是指需 求是隨時(shí)間變化的，任何產(chǎn)品都有一定的市場(chǎng)壽命。差異性是指客戶的需求是 有層次性的，不同的客戶有不同的需求。動(dòng)態(tài)性是指需求是隨社會(huì)的發(fā)展、經(jīng) 濟(jì)水平的提高而發(fā)展變化的。需求的發(fā)展可以導(dǎo)致產(chǎn)品的不斷改進(jìn)、升級(jí)和更 新?lián)Q代。 2 、效益原則產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須時(shí)時(shí)考慮效益，包括技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效 益。 3 、信息原則現(xiàn)代社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入信息化時(shí)代，先進(jìn)的信息處理技術(shù)使設(shè)計(jì) 的產(chǎn)品在正式加工制造之前即可采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在虛擬工廠中顯示出加工 制造、安裝調(diào)試直到運(yùn)行的全過(guò)程，從中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，以便在正式加工制造之前 進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)，以改善性能和質(zhì)量。 4 、系統(tǒng)原則每一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品都可以認(rèn)為是一個(gè)系統(tǒng)，所以應(yīng)該以系統(tǒng)工 程的觀念來(lái)指導(dǎo)其設(shè)計(jì)。其基本思想就是從系統(tǒng)的整體目標(biāo)出發(fā)，將整體功能 分解成若干子功能，然后找到能完成各子功能的技術(shù)方案，再把能完成各子功 能的技術(shù)方案進(jìn)行協(xié)調(diào)組成方案組，最后進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)和優(yōu)選，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整 體優(yōu)化。 5 、創(chuàng)新原則設(shè)計(jì)人員的大膽創(chuàng)新，有利于沖破各種傳統(tǒng)觀念和慣例的柬 上海大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 縛，創(chuàng)造發(fā)明出各種原理獨(dú)創(chuàng)、結(jié)構(gòu)新穎的產(chǎn)品。 6 、繼承原則繼承原則就是將前人的成果有批判的吸收、推陳出新、加以 發(fā)揚(yáng)、為我所用，從而可以達(dá)到事半功倍地創(chuàng)新設(shè)計(jì)，集中精力解決設(shè)計(jì)中的 問(wèn)題。 7 、優(yōu)化原則由于機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)和原動(dòng)機(jī)的類型和組合方式眾多，因此 能滿足設(shè)計(jì)基本要求的方案很多。應(yīng)該從這些方案中以科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)和方法評(píng)價(jià) 各種方案，評(píng)價(jià)值最高者為優(yōu)選方案。 8 、簡(jiǎn)化原則在確保滿足功能的前提下，應(yīng)力求設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)單化，以確保 質(zhì)量的同時(shí)減低成本。 9 、理論與實(shí)際相結(jié)合的原則產(chǎn)品設(shè)計(jì)不僅要有理論知識(shí)，更要注意工程 實(shí)踐，力求做到理論與實(shí)際相結(jié)合。 1 0 、廣義的原則現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)已經(jīng)成為有計(jì)算機(jī)控制的機(jī)、電包括光、 液、氣一體化的綜合系統(tǒng)。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中不僅要用到機(jī)、電、氣知識(shí)，而且還 必須向其他學(xué)科擴(kuò)展。 基于上述原則，食品氣調(diào)包裝機(jī)的方案設(shè)計(jì)也必須從這些原則出發(fā)，同時(shí)在設(shè) 計(jì)中貫徹執(zhí)行一些基本的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。如概念和原理的標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)品及其零部件 的標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)和加工生產(chǎn)的程序。由于食品在衛(wèi)生上的特殊要求，因此食品氣 調(diào)包裝機(jī)在遵循各項(xiàng)原則的基礎(chǔ)上，還必須了解和遵守國(guó)際和國(guó)內(nèi)關(guān)于食品生產(chǎn) 的法律和法規(guī)。 2 1 2 基于功能原理與功能分析的方案設(shè)計(jì) 基于功能原理與功能分析方案設(shè)計(jì)的任務(wù)是：針對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的某些確定的功 能要求，去尋找某些物理效應(yīng)、原理方法，并借助一些作用原理來(lái)求得實(shí)現(xiàn)這些 功能目標(biāo)的解法原理。在功能方案設(shè)計(jì)中常常引入某種新技術(shù)、新工藝、新材料， 它首先要求設(shè)計(jì)者要有新想法、新構(gòu)思。同時(shí)同一功能要求可以采用不同的工作 原理來(lái)實(shí)現(xiàn)，而同一種工作原理，又可以采用不同的實(shí)現(xiàn)方法，從而等到不同的 方案設(shè)計(jì)。 當(dāng)明確了設(shè)計(jì)任務(wù)后，把要實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行功能分析，分析其總功能。 上海大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 為了便于實(shí)現(xiàn)，一個(gè)系統(tǒng)的總功能常常需要分解成若干個(gè)分功能，并相應(yīng)找到實(shí) 現(xiàn)各分功能的原理方案，如果分功能還是太復(fù)雜，則可進(jìn)一步分解為更低層次的 分功能。一個(gè)同時(shí)對(duì)總功能進(jìn)行功能分解，可以得到不同的功能元，再通過(guò)系統(tǒng) 搜索得到一系列的功能元解，從而形成功能元矩陣，就可以得到若干種組合方案。 機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的最終目的是要尋求一種既能實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能要求、又能性能優(yōu) 良、價(jià)格低廉的最佳方案。最后通過(guò)對(duì)各種方案進(jìn)行分析、比較，經(jīng)過(guò)科學(xué)的評(píng) 價(jià)和決策，才能獲得最佳方案【2 1 。 圖2 一l 基于功能分析的機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 2 1 3 盒式氣調(diào)包裝機(jī)功能原理與功能分析 盒式氣調(diào)包裝機(jī)作為一種典型的機(jī)電氣一體化產(chǎn)品，主要由兩部分組成：第一 部分為氣體比例混合裝置，它可以作為單獨(dú)部件與氣調(diào)包裝機(jī)、真空包裝機(jī)配套使 上海大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 用，也可以與氣調(diào)包裝機(jī)控制系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合在一起。氣體比例混合裝置的作用。 是根據(jù)不同的食品包裝工藝的需要，很方便地將0 。N 。、C O ?；旌铣筛鞣N不同比例 的混合氣體，供包裝工作時(shí)使用。另一部分為包裝機(jī)，其作用是先將待包裝的食品 通過(guò)定量系統(tǒng)定量后，裝入食品包裝盒中，在包裝模具中與包裝薄膜形成密封腔， 再將裝有食品的盒中的空氣抽出，然后充入所需的比例混合保護(hù)氣，然后將包裝盒 熱封封口，用切裁系統(tǒng)切除包裝膜，然后通過(guò)輸送帶輸出包裝成品。 傳統(tǒng)的盒裝氣調(diào)包裝機(jī)為人工輔助機(jī)型，一般設(shè)計(jì)為雙工位，分別為取放盒位 和氣體置換封切位。模具往復(fù)運(yùn)動(dòng)于兩工位間，需要人工把包裝成品取出模具、然 后把待封合硬塑包裝盒放入，生產(chǎn)效率較低，取決于工人操作的熟練程度。而且，傳 統(tǒng)機(jī)型均采用無(wú)壓差氣體置換技術(shù)，也就是在充入保鮮氣體前，并沒(méi)有排除干凈盒 內(nèi)固有空氣，包裝后的食品內(nèi)部不可避免存在殘留空氣，影響保鮮效果。有鑒于此， 盒式食品氣調(diào)包裝機(jī)的研究開(kāi)發(fā)，首先要實(shí)現(xiàn)過(guò)程自動(dòng)化，其次要保證食品包裝盒 不存在殘留空氣。實(shí)際設(shè)計(jì)中，需要解決的難題是：如何使待包裝盒自動(dòng)進(jìn)入模板 并置于密封室中，然后在實(shí)現(xiàn)氣體置換和封合分切后，又能自動(dòng)脫出模板，并且這 一過(guò)程必須連續(xù)循環(huán)進(jìn)行。這一切決定了機(jī)器的工作機(jī)構(gòu)應(yīng)具備機(jī)械手的功能，因 此其結(jié)構(gòu)需要有針對(duì)性的作特別設(shè)計(jì)。盒式氣調(diào)包裝機(jī)應(yīng)自動(dòng)完成如下功能要求 和工序如圖2 2 所示： 卜一迸入工砟硬L 一進(jìn)辯、刊包裝盒 - 4 覆蓋包裝膜、密封包裝盒模具卜一 廠瓦襄歪騷刪 一 圖2 2 盒式氣調(diào)包裝機(jī)功能要求和工序 現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)“1 的目的是對(duì)輸入物質(zhì)、能量和信息進(jìn)行預(yù)定的變換( 加工、處 理) 、傳遞( 移動(dòng)、輸送) 和保存( 保持、存儲(chǔ)和記錄) 。現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)同時(shí)要必 須具備四種內(nèi)部功能，即主攻能。動(dòng)力功能、控制信息功能和結(jié)構(gòu)功能。其中主 功能是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目的所必須的，它表明了系統(tǒng)的主要特征和功能。食品氣調(diào)包裝 機(jī)的主功能就是定量稱重待包裝食品入包裝盒，然后把配氣系統(tǒng)配置好的一定比 例的組分氣體置換出包裝盒中的空氣，形成氣調(diào)包裝。動(dòng)力功能為系統(tǒng)的運(yùn)行提 供必要的能量?？刂菩畔⒐δ馨ㄐ畔z測(cè)、處理以及控制，是使系統(tǒng)正常運(yùn)行， 達(dá)到精確、可靠、節(jié)能、協(xié)調(diào)所必須的。 圭堂查堂堡主堡壅生堂垡堡奎 分析盒式氣調(diào)包裝機(jī)功能、信息視圖如圖2 3 、2 4 所示。 主功 輔 廠抽氣利用壓差進(jìn)行抽氣 氣調(diào)動(dòng)作| L 充氣 配比好的混合氣體 氣體配比 電磁閥壓力法質(zhì)量流量法 熱封 機(jī)構(gòu) 信 使用加熱模和切刀 進(jìn)符小包裝盒的封裝 ) 上模壓板、熱封和 茸岳r 切刀上升與下降 o “ 下模拖板 自h 上升與下降 o “ 包裝盒的頂出與下降氣缸 包裝膜的移動(dòng) 電機(jī) 輸送帶傳動(dòng) 電機(jī) 廠加熱模溫度檢測(cè)熱電偶 - + 一包裝膜位移檢測(cè)光電傳感器 r 一工作用氣包壓力檢測(cè)壓力傳感器 L 混合用氣包壓力檢測(cè)壓力傳感器 包裝工藝參數(shù)設(shè)置設(shè)置觸摸屏 包裝計(jì)數(shù)及工作狀態(tài)顯示觸摸屏顯示 圖2 3 盒式氣調(diào)包裝機(jī)功能視圖 氣調(diào)包裝機(jī)各種信息包括有用戶的包裝需求、包裝機(jī)工作時(shí)各種包裝參數(shù)、 熱封溫度、配氣系統(tǒng)各氣體配氣比例，包裝膜長(zhǎng)度和光標(biāo)圖案等各種信息。 步進(jìn)電機(jī)( 卷膜) 電磁閽( 氣調(diào)動(dòng)作) P L C 通訊 單片機(jī) 電磁閥( 配氣動(dòng)作) 圖2 4 盒式氣調(diào)包裝機(jī)信息視圖 根據(jù)上面所述盒式氣調(diào)包裝機(jī)功能原理和需求，可進(jìn)行如下方案設(shè)計(jì)，如圖2 5 所示 圖2 5 盒式氣調(diào)包裝機(jī)工作原理圖 1 上模具2 壓板3 封切氣缸4 彈簧5 熱封頭6 切刀7 包裝膜 8 進(jìn)盒輸送帶9 包裝盒1 0 托板1 1 推送氣缸 1 2 下模具1 3 出盒輸送帶氣缸1 4 自動(dòng)定量稱重系統(tǒng)1 5 充氣管1 6 抽氣管 其工作位設(shè)計(jì)常采用上或下運(yùn)動(dòng)室式結(jié)構(gòu)，設(shè)備的關(guān)鍵裝置為氣體密封室，由 上海大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 上模具1 和下模具1 2 共同組成。其中上模具固定不動(dòng)，下模具可由氣缸驅(qū)動(dòng)作升 降運(yùn)動(dòng)，向上升可與上模具壓合形成一個(gè)密封工作室，以便抽真空和實(shí)現(xiàn)氣體置 換。上模具1 內(nèi)安裝有壓板2 ，壓板平面布置有若干熱封頭5 和切刀6 ，由彈簧4 壓 緊，熱封頭內(nèi)藏電熱絲，由溫控儀控制表面溫度。通過(guò)氣缸3 可驅(qū)動(dòng)壓板并帶動(dòng)熱 封頭和切刀作下壓沖切運(yùn)動(dòng)。下模具內(nèi)裝配有承托模1 1 ，承托模內(nèi)配合托板1 2 ，氣 缸1 3 可帶動(dòng)托板1 2 升降。托板上升到頂剛好與承托模相平，方便導(dǎo)入待包裝盒： 托板下降則可使待包裝盒依靠重力進(jìn)入承托模具。 圖2 - - 6 上、下模具三維圖 氣調(diào)密封封合室右邊布置有進(jìn)盒輸送帶8 ，運(yùn)動(dòng)方向由外向內(nèi)，采用平項(xiàng)鏈結(jié) 構(gòu)。鏈面與下降狀態(tài)的下室座面相平。輸送帶8 右側(cè)安裝推送氣缸，可通過(guò)推板把 進(jìn)入的待包裝盒向左推送至承托模上。氣調(diào)封合室左邊布置有出盒輸送帶1 3 ，用于 卸出完成包裝的成品。具體的包裝工序如圖2 - - 2 所示，分述如下： 1 、盒送進(jìn)定位。已裝填物料的硬塑盒由輸送帶1 0 送進(jìn)，到端部被擋板定位， 同時(shí)觸發(fā)接近開(kāi)關(guān)，發(fā)出一個(gè)定位信號(hào)： 2 、盒推送至下室座。接受定位信號(hào)后，機(jī)械手或氣缸動(dòng)作，通過(guò)推板把盒向左 平推入下室座，置于托板面上：推板向右撤回，托板1 2 受氣缸1 3 帶動(dòng)下降，盒依靠 重力落入承托模內(nèi)： 3 、氣調(diào)封合室密封。下室座1 4 由氣缸驅(qū)動(dòng)上升，與上室座壓合形成一個(gè)密封 一圭塑查蘭堡圭塹塞生堂垡絲奎 工作室，使硬塑盒及其覆合上膜置于密封室內(nèi)。密封室接通真空管路，把室內(nèi)空氣 抽除，經(jīng)抽氣后的室內(nèi)真空度一般可達(dá)到0 0 9 7 0 0 0 9 8 7 MPa ，創(chuàng)造個(gè)潔凈 的環(huán)境。其后，按一定配比混合的保鮮氣體充入室內(nèi)，由上膜與硬塑盒的兩側(cè)接合 縫隙進(jìn)入并充滿盒內(nèi)空間。最后，氣缸3 驅(qū)動(dòng)壓板2 下行，同時(shí)帶動(dòng)熱封頭5 和切 刀6 動(dòng)作，熱封頭首先接觸上膜，通過(guò)彈簧施壓，使上膜與硬塑盒接觸面熱融封合： 當(dāng)彈簧壓縮到一定程度，切刀到達(dá)盒面，實(shí)現(xiàn)沖切薄膜動(dòng)作： 4 、氣調(diào)封合室開(kāi)啟、盒出模。下室座降落，已封合并分切上膜的成型盒隨座 下降。其后，氣缸1 3 動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)托板1 2 上升，把包裝盒頂升并脫出承托模：氣缸9 動(dòng)作，通過(guò)推板把新送進(jìn)并定位的待包裝盒向左平推入下室座，而成品盒則被待包 裝盒推出下室座，并被輸送帶1 5 卸出。與此同時(shí)，封合上膜在卷膜機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下步 迸一段行程，步進(jìn)長(zhǎng)度與硬塑盒長(zhǎng)度相適應(yīng)。如上所述，可實(shí)現(xiàn)熬個(gè)包裝工序的自 動(dòng)循環(huán)。 同時(shí)，從以上的方案設(shè)計(jì)來(lái)分析，硬塑盒氣調(diào)保鮮包裝的過(guò)程控制，與室式真 空充氣包裝機(jī)相似，實(shí)際上是一連串工序按順序調(diào)控而實(shí)現(xiàn)的，其效率受到各工序 時(shí)間的影響，其單位時(shí)間工作循環(huán)計(jì)算公式為州： T = 6 0 ( t1 + t2 + t3 + t 3 + t 4 + t5 + t6 ) 式中： T 為工作循環(huán)( 1 min ) ： t1 為推送盒時(shí)間( s ) ： t2 為包裝盒入模和上下模具壓合時(shí)間( s ) ： t3 為抽真空時(shí)間： t4 為充氣時(shí)間( s ) ： t5 為熱封時(shí)間( s ) ； t6 為室座分離和包裝盒出模時(shí)間( s ) 。 推送盒時(shí)間tl 受機(jī)械手或氣缸速度和推送行程影響，推送行程為固定值，通 過(guò)調(diào)整節(jié)流閥可改變氣缸速度，使推送運(yùn)動(dòng)迅速而平穩(wěn)。t2 和t6 ，同樣受氣缸速 度和運(yùn)動(dòng)行程影響，其中運(yùn)動(dòng)行程取決于硬望盒深度，可根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)確定。熱封 時(shí)間t5 與包裝材料有關(guān)，而且應(yīng)配合不同的熱封溫度來(lái)選擇，應(yīng)根據(jù)不同的包裝 材料選擇不同的熱封溫度以及熱封時(shí)間。由于采用的旋片式真空泵屬于容積式泵， 因此真空時(shí)間t3 和充氣時(shí)間t4 可參考本文第三