山楂片自动裹包方案研究

山楂片自动裹包方案研究
罗恒;陆佳平;虞胡宇;张志
【摘要】以锡箔纸裹包的山楂片为研究对象,研究山楂片自动裹包方案的实现方式.通过对山楂片自动裹包机械的设计要求的分析,探讨山楂片包装技术原理及其生产工艺流程,研究裹包工艺方案,以及完成裹包的各个关键机构的运动过程,并设计关键机构的工作循环图,完成了对裹包动作的工作循环图的设计.最终形成自动裹包工艺方案,为开发农副产品自动包装机械提供参考和依据.%By taking hawthorn flakes wrapped with the tinfoil as the research object,the realization method of automatic wrapping of hawthorn flakes was studied. By analyzing the design requirements of the automatic wrapping machine of hawthorn flakes,the packaging technology principle of hawthorn flakes and its production process were investigated,the wrapping process solution and the movement process of each key mechanism that completes wrapping were studied,and the working cycle diagram of each key mechanism was designed, and finally the design of the working cycle diagram of the whole wrapping action was completed. Finally,the automatic wrapping process solution was formed,which provides reference and basis for the development of automatic packaging machinery for agricultural and sideline products.
【期刊名称】《包装与食品机械》
【年(卷),期】2018(036)003
【总页数】5页(P36-40)
【关键词】山楂片;裹包工艺;工作循环图;自动包装机械
【作者】罗恒;陆佳平;虞胡宇;张志
【作者单位】江南大学,江苏无锡 214122;江南大学,江苏无锡 214122;江南大学,江苏无锡 214122;江南大学,江苏无锡 214122
【正文语种】中文
【中图分类】TS206.5
0 引言
山楂片又称山楂饼，一般以圆形薄片和方形薄片为主，色泽鲜艳，口感极佳，食后有生津开胃、助消化、降血压血脂等功效［1］，深受消费者的青睐。

在长期的发展过程中，山楂片生产制备的技术和设备已经发展得相对比较成熟，基本实现了机械化和自动化，整个生产环节所需人工操作环节较少，但是，目前我国的山楂片成品的包装环节却存在一个很大的问题。

现今山楂片的主要包装形式采用的是两层裹包，内层是一层锡纸，进行裹包后并端折封装，此后在外层裹包一层商标纸。

针对这种包装形式，国内现如今并没有发展得比较完善的山楂片包装机械，所以，这种情况下山楂片的包装环节仍然需要手工完成，并且对工人的手工熟练程度要求较高，劳动强度大。

包装环节的手工化也使得其包装环境的卫生条件无法保障，产品包装质量难以保证，严重影响了包装生产的效率和水平。

在各种包装生产都基本实现机械化、规模化的今天，国内外却很少有针对山楂片包装的自动化包装机械研究［2］。

因此，需要能形成一定产能的自动化包装装备，来实现山楂片的规模化和自动化生产，这将对食品包装领域的发展具有很大的促进作用。

1 山楂片包装和工艺分析
1.1 山楂片包装分析
与其他休闲食品一样，山楂片也有着多种包装形式。

目前国内最常见的山楂片的包装形式主要有散装，袋装及端折式裹包［3］。

散装包装常采用于超市的按斤称量之类的零售；袋式包装是山楂片的最常见的包装形式，山楂片袋装包装形式生产工艺常采用供料装置将山楂片按照一定的顺序排列好，然后传送到装袋机构处进行袋装，最后经过密封装置进行密封完成包装［4］。

另一种就是锡箔纸端折式包装，采用的是两层片纸裹包，内层一般为铝箔纸，外层是包装纸。

锡箔纸端折式包装形式属于传统经典包装，但山楂片的锡箔纸端折式包装由于缺乏与之相适应的包装机械，无法达到自动化，其包装环节仍是由手工完成。

针对现有山楂片锡箔纸端折式包装生产过程中存在的问题，提出以下设计要求：（1）自动化，提高山楂片的包装生产效率和包装质量；（2）操作方式简单，耗
费人力较少，后期维护方便；（3）对物料一定尺寸偏差范围具有适应性；（4）
机器结构紧凑、运动平稳，并控制适当的成本［5］。

1.2 工艺流程分析
现有山楂片锡箔纸包装采用的是手工方式完成，山楂片包装工艺流程如图1所示。

图1 现有山楂片锡箔纸包装工艺流程
针对现有生产方式的低效率，需要设计自动生产线以提高山楂片锡箔纸包装的裹包效率。

在山楂片自动裹包的过程中，山楂片包装是由内纸（锡箔纸）和外纸（商标纸）共同完成裹包过程，而由于内纸与外纸的尺寸有所不同，在包装过程中操作精度不易控制，以及双重裹包的工艺要求不同等问题存在［6］，山楂片裹包流程需要进行两次裹包操作，因此，山楂片自动裹包的大致工艺步骤和动作要求为：（1）理料集料、多片集合：整理材料使之成为竖直排列，并在传送带上输送；（2）定量送料：每个山楂片成品都有一定数量的山楂片，须通过定量装置定量后再供送至包装工位；（3）内纸供送和裹包：在内包装纸经供送装置供送到位后，推料杆将
材料推入形成“U”型并被固定，在裹包装置内将“U”型上下两边抄纸并裹成柱状，在进行柱状内包装的两端折叠平整并压平，完成内包装并继续推送；（4）外纸供送和裹包：在外包装纸经供送装置供送到位后，推料杆将内包装推入形成“U”型并被固定，在裹包装置内将“U”型上下两边抄纸，外包装纸为标签纸，需要通过涂胶粘结柱状边缝，完成裹包形成成品［7］。

2 山楂片自动裹包方案
2.1 方案构思
（1）考虑到山楂片的形状为圆片状，在山楂片自动裹包的最初阶段，需完成理料集料以及多片集合的工艺步骤，纵观目前的理料方式，闸板式、振动料斗式及转盘式这三种理料方式不适合圆片状物品的理料，而孔盘式理料装置可以将多片山楂片堆积在均匀分布在料盘圆周的孔洞中，通过增加中心振动和用于刷平山楂片的毛刷完成周边孔洞的多片集合，最后通过旋转进入传输孔并在输送带上形成多片竖直集合继续传送。

针对每一个独立的山楂片包装成品，由于生产的标准化、规格化和机械化，所需包装的山楂片都是有一定规格的，每片都具有相同的成分和质量，因此在进行山楂片自动裹包时，需要计数定量充填机构进行计数定量操作。

被包装物山楂片是预先通过理料装置被整理为整齐的竖向排列再被传输到定量机构中，因此可以选用长度计量机构作为定量装置。

（2）针对山楂片的裹包过程，通过工艺分析，完成山楂片的自动裹包需要经过十多道工序，整个裹包过程要求操作方式简单、运动平稳，可以考虑典型的饼干包装生产线，山楂片包装可以考虑采用的是直线型裹包工艺路线，如图2所示。

图2 直线型裹包工艺路线
直线型裹包工艺路可以使山楂片进行水平直线运动，并在运动过程中实现对包装材料的折叠封闭，输送方式简单且易操作，唯一缺点是工序较多，输送路线较长，机
器占地面积较大。

为了减少设备的占地面积，典型糖果扭结包装机所采用的是回转式裹包工艺路线［8］，工序盘能够完成多步操作，输送路线缩短，占用空间小且生产效率高，山楂片包装可以考虑采用回转式裹包工艺路线，如图3所示。

图3 回转式裹包工艺路线
由图3可见，若采用回转式裹包工艺路线，可缩短输送路程且占用空间小，但内
纸裹包和外纸裹包的中间供送整理传输过程不易控制，装置也较为复杂。

综合考虑，直线型裹包工艺路线运动平稳且操作简单，回转式裹包工艺路线可以解决占用空间大的问题，路线缩短且效率提高，针对生产要求，可以将两种方案的优势组合。

内外纸裹包可以采用回转式裹包，两个工序盘同时工作，生产过程中，为了便于材料的输送和运动机构的控制，物料运动方向应当保持一致，因此两个工序盘应该一前一后放置，中间供送整理传输过程可以采用直线式，若增加一段直线输送和推料，可以保证整个生产的连续性和平稳性。

因此山楂片的自动裹包适合采用由直线型和回转式结合而成的组合型的裹包工艺路线。

2.2 方案设计
（1）基于山楂片形状的考虑及多种理料方式的综合对比，理料装置采用振动孔盘式理料装置。

针对运输过程中的竖向的山楂片集合的定量，考虑到定量过程的标准性和精确性，方案可采用长度定量装置，定量供送装置如图4所示。

图4 定量供送装置方案1-推料杆 2-微动开关 3-挡板4-竖向集合山楂片 5-输送
带
在传送过程中，将事先竖向排列好的山楂片经由物料输送机构输送到该充填机构中，当山楂片慢慢被输送直至接触到计量腔的挡板后，挡板上事先已经安装有微动开关，微动开关一旦受到来自山楂片的压迫而产生的压力，就会立即发出信号，控制系统接收到信号，就指挥横向推料杆发生动作，将计量腔内全部的待包装的山楂片横向
推送到包装台上，进行下一步的裹包操作。

通过振动孔盘理料装置和定量装置以及高速输送带，可以快速完成山楂片前期工序，达到产能要求。

（2）基于山楂片自动裹包的工艺流程分析，考虑到包装的连续性、操作性、自动化及山楂片的生产能力要求，山楂片锡箔纸包装的自动裹包方案采用组合型折叠裹包工艺方案，如图5所示。

组合型裹包工艺方案显著地缩短整体生产线的长度，在很大的限度上减少了包装机的占地面积，符合此类包装机要求的设计要求，同时采用水平运动和圆弧运动的工艺方式结合使得两个工序盘的运动方向保持一致，便于运动机构的控制，保证了生产的连续性和平稳性［10］。

组合型裹包工艺方案可以显著提高包装机构运动的
速度，提高生产效率。

2.3 裹包工艺方案分析
如图5所示，在第Ⅰ位置时，山楂片（柱状）和包装内纸被推料杆推送到图示位置，然后被推料杆继续推动至第Ⅱ位置，此时柱状山楂片被裹包成“U”形，此后被推送至第Ⅲ位置，柱状山楂片即进入到回转工序盘，首先工序盘上的钳手张开，等推杆将山楂片和内纸送进即夹紧闭合，在该位置上，内纸下抄纸机构运动，完成对内纸的下边纸的裹包操作，紧接工序盘转动，山楂片在钳手带动下在固定在机架上的内纸上折纸机构的作用下完成内纸的周边裹包，旋转至第Ⅳ位置，此处安装有山楂片两端面折叠机械手，端折机械手将裹包好的柱状山楂片进行内纸的两端面折叠［11］，继续运动至第Ⅴ位置，端面整形机构将柱状山楂片两端压片防止翘边，然后旋转至第Ⅵ位置推出，完成内纸裹包。

此后推移杆推送至第Ⅶ位置与外纸接触，继续推移至第Ⅷ位置，此时被外纸裹包成“U”形，然后进入第二工序盘，在第Ⅸ位置，工序盘上的钳手张开，等推杆将山楂片和内纸送进即夹紧闭合，在该位置上，外纸下抄纸机构运动，完成对外纸的下
边纸的裹包操作，然后旋转至第Ⅹ位置，此位置涂胶器在外纸内面涂胶以便进行粘贴封合［12］，继续旋转至第Ⅺ位置，山楂片在钳手带动下，由固定在机架上的外纸上折纸机构的作用完成外纸的周边裹包并粘贴，继续旋转至第Ⅻ位置被出包杆推出，完成柱状山楂片的全部裹包。

图5 山楂片自动裹包方案工艺流程图1-推料杆 2-山楂片（柱状） 3-内纸 4-内纸供送机构 5-内纸上折纸机构 6-端折机械手 7-端面整形机构8-外纸供送机构 9-外纸 10-涂胶器 11-外纸上折纸机构 12-出包杆 13-外纸下抄纸机构 14-推移杆15-内纸下抄纸机构 16-活动折内纸板
3 绘制工作循环图
3.1 工作时间计算
根据山楂片自动裹包的工艺方案，山楂片自动裹包机工作循环时间为：
式中 T ——工作循环周期/s
TS——执行机构静止时间/s
TP——执行机构运动时间/s
通过编制工作循环图，确定了执行机构的运动规律，保证执行构件的动作能够充分协调配合，有助于提高生产效率。

所设计的包装机的生产率为：
式中 m ——工作的执行头数
n ——包装机列数
T ——运动循环周期/s
根据山楂片自动裹包机设计要求，设定生产能力为100包/min，由方案设定的同时工作的执行机构头数为6，由公式可得T=3.6 s，则每个工位的时间T0=0.6 s。

3.2 工作循环图设计
整个山楂片自动裹包所需完成的动作依次是定量送料、内纸供送、物料入钳、内纸上折、内包端折、端面压型、内包推出、内包推移、内包入钳、外纸上折、外纸上胶、外包推出、成品输出，根据前文的各个机构的动作分析，整机执行机构的工作循环图如图6所示。

由整机工作循环图可以看出，完成整个裹包工艺的各个机构动作先后有序，互不干扰，且能够在较短的周期内完成裹包［13-16］。

各个关键动作的执行机构主要有工序盘，定量送料装置，推料接料机构，抄纸机构，端折装置，压板以及涂胶器，这些执行机构容易选型和设计，均能符合最初的设计功能要求，能够可靠的完成各个动作且相互关联，对提高山楂片裹包生产效率有很大的促进作用。

图6 整机工作循环图
4 结语
针对山楂片自动裹包的生产要求，以山楂片锡箔纸包装为研究对象，针对山楂片锡箔纸包装形式提出了山楂片自动裹包的设计要求，并对山楂片锡箔纸包装的工艺要求和生产工艺流程进行了分析研究，进一步对山楂片的自动裹包提出了由水平直线运动和工序盘旋转运动共同工作的组合型裹包工艺方案，对组合型裹包工艺方案的每一工作位置进行了详细的工艺分析。

同时针对山楂片自动裹包过程的各执行机构动作进行了工作循环图设计，并提出了完成动作方案的整机工作循环图。

本设计方案着力解决山楂片内包装由手工包装导致的生产效率低下，产品包装质量难以保证的问题，简化操作工位和机械结构并提高其内包装裹包效率，为能够适应农副产品的自动化包装生产线，且最终形成一种自主技术和包装机械产品提供参考和依据。

【相关文献】
［1］苗明三.中药药理学［M］.长沙：湖南科学技术出版社，2013.
［2］王登进.山楂片包装技术研究与包装设计［D］.无锡：江南大学，2013.
［3］戚晨晨，王向未.山楂及山楂制品在食品工业中的应用及发展现状［J］.轻工科技.2013，20（5）：9-11.
［4］杨良渠，杜力.包装机械原理与设计［M］.成都：西南交通大学出版社，2014.
［5］王桂英，崔琳琳，陈春晟.包装工艺与设备［M］.哈尔滨：东北林业大学出版社，2014. ［6］ Nair S S，Mankar S D，Jadhav A D.Automatic wrapping machine［J］.International Journal of Engineering Trends and Technology （IJETT），2016，31（5）：228-231.
［7］ Sclater N，Chironis N P.Mechanisms and mechanical devices sourcebook
［M］.New York：McGraw-Hill，2001.
［8］季月明，陆佳平，王淑慧，等.粽子自动折叠裹包集成机构研究［J］.包装工程.2015，36（19）：79-83.
［9］苏吉鑫，王永强，陈正文，等.储罐机械清洗设备的工艺改进［J］.流体机械 .2014，42（11）：47-49.
［10］ Sence D，Reinartz O.The packaging device for small pieces of products
［P］.Germany：200680045236.0，2006-10-27.
［11］陈岩，朱峰.CZC-1新型片状物料抓取叠片机机械手系统设计［J］.食品与机械.2014，29（2）：88-90.
［12］李沐沅，凌祥，彭浩，等.板式回转干燥机的颗粒流动传热特性研究［J］.压力容器 .2016，33（3）：21-31.
［13］许林成.包装机械原理与设计［M］.上海：上海科技出版社，1988.
［14］李培帅，陆佳平，蔡和平.标签自动供送系统的研究［J］.包装与食品机械 .2015，33（3）：41-45.
［15］ Roung S H.Film Slitting Apparatus［P］.Korea：KR20130090030，2014-01-23. ［16］尤松，王续跃，王连吉.自动纸箱胶带封口装置［J］.轻工机械 .2014，33（1）：82-86.。