針對目前榨菜包裝行業(yè)存在的包裝效率低、人工耗費高等問題， 對現(xiàn)有榨菜灌裝機進行改進設(shè)計。利用TRIZ理論，對設(shè)計過程中存在的問題進行歸納和分析，通過建立放袋機構(gòu)、裝袋機構(gòu)和真空熱封機構(gòu)設(shè)計的沖突矩陣，得到相應(yīng)的創(chuàng)新設(shè)計原理，并選擇佳原理解決設(shè)計中涉及到的技術(shù)沖突問題。放袋裝置能夠適應(yīng)175.5 mm×125mm，120 g和138 mm×93 mm， 60 g等2種不同規(guī)格的包裝，且解決了上袋頻率快與上袋結(jié)構(gòu)復(fù)雜間的技術(shù)矛盾； 生產(chǎn)節(jié)拍達到了40袋/分鐘，解決了灌裝時開袋狀態(tài)與裝袋結(jié)構(gòu)復(fù)雜間的技術(shù)矛盾；提高了真空熱封效率，且通過改變熱封結(jié)構(gòu)布置方式，解決了結(jié)構(gòu)銜接緊密與物流運輸間的技術(shù)矛盾。通過綜合運用TRIZ理論，解決了設(shè)計基于榨菜灌裝機械平臺的新型榨菜包裝機涉及到的技術(shù)沖突問題。不僅實現(xiàn)了現(xiàn)有榨菜灌裝機的高效利用，提高了包裝效率，且榨菜灌裝和包裝工序銜接緊密，結(jié)構(gòu)緊湊，實現(xiàn)了生產(chǎn)的自動化。
國內(nèi)現(xiàn)有的榨菜包裝過程大多采用 “人+機械” 的生產(chǎn)模式，不僅包裝效率低、 食品安全性差，且消耗了大量的人力物力。文中結(jié)合某榨菜加工企業(yè)的包裝生產(chǎn)情況和現(xiàn)有設(shè)備重復(fù)利用的經(jīng)濟因素， 針對用工多、效率低等突出問題,運用TRIZ理論，提出一種基于灌裝機械平臺的新型榨菜包裝機械。
1 TRIZ發(fā)明問題解決理論
發(fā)明問題解決理論(TRIZ)基于技術(shù)的發(fā)展演化規(guī)律,研究整個設(shè)計與開發(fā)過程，并獲得終的理想解。TRIZ現(xiàn)已形成完整的理論體系：發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題,其體系結(jié)構(gòu)見圖1。
1.png
2 榨菜包裝機械創(chuàng)新設(shè)計
2.1工作原理及設(shè)計要求
榨菜包裝工藝大致分為取袋、填充裝袋、真空熱 封、出袋等4步，為減少人工操作，簡化真空包裝機，將包裝機附加在現(xiàn)有的榨菜灌裝機械上，見圖2。
榨菜灌裝機
在有限的空間內(nèi)要求設(shè)計的榨菜真空包裝機械 自動完成上述工藝流程，并滿足如下設(shè)計要求：生產(chǎn)節(jié)拍達到40袋/分鐘,適應(yīng)175.5mm X 125 mm, 120 g; 138 mm X 93 mm,60 g等2種規(guī)格的榨菜包裝袋，熱封部位在包裝袋頂端20~30 mm處。
2.2 包裝機械問題分析
榨菜灌裝機械工作環(huán)境比較復(fù)雜，對其真空包裝機械提出了十分苛刻的要求。既要滿足車間環(huán)境要求，又要滿足榨菜灌裝空間的要求，并能夠滿足榨菜灌裝機的工作節(jié)拍，其需求分析見圖3。針對需求，將設(shè)計問題歸納為以下3個問題。
真空包裝機功能需求分析
1)Q1。上袋裝置主要完成將成疊放置的包裝袋依次進給給包裝袋夾持機構(gòu)。上袋裝置能滿足2種規(guī)格包裝袋的擺放，上袋頻率適應(yīng)灌裝頻率，并保證裝置不復(fù)雜，結(jié)構(gòu)緊湊。對于Q1，要求上袋裝置能適應(yīng)2種不同規(guī)格的包裝袋，且要求上袋頻率快，但這一點會造成裝置更加復(fù)雜，成為一對矛盾沖突。對應(yīng)TRIZ標準工程參數(shù)，發(fā)現(xiàn)其中的運動物體體積及裝置復(fù)雜性均有助于解決沖突。
2)Q2。裝袋裝置主要完成將帶有湯汁的榨菜絲裝入包裝袋中。裝袋裝置需要具有一定的裝袋效率，要求裝袋裝置能夠跟隨灌裝機的節(jié)拍進行裝袋，并解決裝袋過程中出現(xiàn)的包裝袋移動及開袋動作。對于Q2,要求提高裝袋效率，加快包裝袋的送袋節(jié)拍，保證灌裝時的開袋狀態(tài)，但這明顯增加了裝置的復(fù)雜性，形成了一對技術(shù)沖突，對應(yīng)TRIZ中參數(shù):裝置復(fù)雜性及生產(chǎn)率。
3)Q3。真空熱封裝置主要實現(xiàn)快速交替工作， 而且裝置結(jié)構(gòu)必須完整，與其他裝置銜接緊密。對于Q3,應(yīng)提高真空熱封效率，并保證各結(jié)構(gòu)銜接完整，需要改變熱封結(jié)構(gòu)的布置方式，解決結(jié)構(gòu)銜接緊密與物流運輸問題間的技術(shù)矛盾。對應(yīng)的TRIZ標準工程參數(shù)為裝置復(fù)雜性和自動化程度。
2.3 包裝機械問題的解決
上袋裝置在工作過程中主要包括3個動作機構(gòu):放袋機構(gòu)、兩級聯(lián)動上袋機構(gòu)和夾持機構(gòu)。針對Q1，建立上袋機構(gòu)的沖突矩陣得到創(chuàng)新設(shè)計原理1(分割原則），6 (多功能原則），23 (反向聯(lián)系原則），30 (利用軟殼和薄膜原則），經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計原理6有助于解決該技術(shù)沖突。為了保證推進重物壓板能 起到壓緊包裝袋的作用，應(yīng)用創(chuàng)新設(shè)計原理6,將上袋 裝置整體布置成35°向下傾斜放置。為了保證吸盤 抓取包裝袋時能夠與包裝袋完全貼合，且上袋機構(gòu)不與其他機構(gòu)發(fā)生干涉，兩級聯(lián)動上袋機構(gòu)同樣傾斜35°布置于放袋機構(gòu)上部;夾持機構(gòu)的開合動力來源于安裝在放袋機構(gòu)底部的雙聯(lián)氣缸，雙聯(lián)氣缸的作用是推動滑道板翹起，保證已經(jīng)裝填了榨菜的包裝袋順利滑入熱封模內(nèi)和推動夾持機構(gòu)打開，使已經(jīng)裝填了榨菜的包裝袋掉落在已經(jīng)翹起的滑道板上，同時保持一段時間，等待新的包裝袋進入夾持開口內(nèi)，確認進 入后氣缸收縮，滑道板在重力作用下回落。放袋機構(gòu)在底層預(yù)留落袋通道。上袋裝置具體結(jié)構(gòu)見圖4。
上袋裝置
裝袋裝置主要用來實現(xiàn)榨菜包裝袋的裝填過程， 主要包括夾持機構(gòu)、開袋機構(gòu)、輸送機構(gòu)、落袋機構(gòu)等4個重要組成部分。針對Q2,建立裝袋裝置設(shè)計的沖突矩陣可得到4個發(fā)明原理12(等勢原則），17(向另一維度過渡原則），24(中介原則），28 (代替力學(xué)原理原則）。經(jīng)過分析可以利用12，17,24這3條發(fā)明原理進行創(chuàng)新，改進復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)，解決生產(chǎn)效率問題。應(yīng)用上述3個創(chuàng)新設(shè)計原理，將裝袋裝置中包括 的夾持機構(gòu)、開袋機構(gòu)、輸送機構(gòu)、落袋機構(gòu)進行如下設(shè)計。
1)將上袋機構(gòu)的位置上升，預(yù)留出榨菜袋滑落所用滑道，同時將4個機構(gòu)在豎直空間上分梯度、錯落布置，把輸送機構(gòu)布置在底層，即安裝在其他3個機構(gòu)下方，這樣可以在一定程度上使機械結(jié)構(gòu)變得緊湊。
2)將沿x軸線性分布的夾持機構(gòu)、開袋裝置、輸 送機構(gòu)、落袋機構(gòu)，適當(dāng)?shù)赝ㄟ^增加桿長條件使其部分機構(gòu)沿y軸方向擴展，可避免各機構(gòu)間的相互干涉，即通過凸輪結(jié)構(gòu)將輸送機構(gòu)的x軸方向動作變?yōu)殚_袋機構(gòu)在y軸方向的開合動作。
3)將夾持機構(gòu)、開袋裝置、落袋機構(gòu)等需要安裝的機構(gòu)，附加安裝在輸送機構(gòu)上，即通過凸輪機構(gòu)實現(xiàn)輸送機構(gòu)和夾緊機構(gòu)的適應(yīng)性動作。這樣使得機械結(jié)構(gòu)非常緊湊，并能夠通過輸送機構(gòu)的運動為其他3種機構(gòu)提供動力。
應(yīng)用3個創(chuàng)新設(shè)計原理，將各機構(gòu)合理布置，終完成裝袋機構(gòu)的設(shè)計，其中包含了使用同一套機構(gòu)、先后實現(xiàn)動作的上、落袋機構(gòu)、空滿袋的水平運袋自適應(yīng)夾持機構(gòu)、T字形對稱布置帶真空吸盤的開袋機構(gòu)。往復(fù)運動的動力由無桿氣缸提供。裝袋裝置見圖5。
真空袋裝結(jié)構(gòu)
為保證熱封效率，真空熱封機構(gòu)需交替熱封包裝。針對Q3，建立真空熱封機構(gòu)設(shè)計的沖突矩陣可得到3個創(chuàng)新設(shè)計原理10(預(yù)先作用原則），15 (動態(tài)原則），24(中介原則），經(jīng)過分析其中10,15有助于解決矛盾沖突。根據(jù)創(chuàng)新設(shè)計原理10，在滑道處設(shè)置分流機構(gòu)，使真空熱封機構(gòu)實現(xiàn)交替熱封包裝。根據(jù)原理15，將真空熱封動作拆分，分為合模、抽真空、壓平包裝袋、熱封、開模等多個小工藝，同時將包裝袋的熱封姿態(tài)改為立式，且按照裝有榨菜的包裝袋形態(tài)設(shè)計掛片貼合面。真空熱封機構(gòu)見圖6。
真空熱封結(jié)構(gòu)
2.4 榨菜真空包裝裝置創(chuàng)新方案
綜合上述3個沖突的解決方法，得到了榨菜真空包裝裝置的創(chuàng)新設(shè)計方案，見圖7。
榨菜真空包裝系統(tǒng)
包裝裝置按照生產(chǎn)工藝流程劃分成3個部分:采用傾斜放袋機構(gòu)實現(xiàn)不同規(guī)格包裝袋的放置，且設(shè)計二級聯(lián)動放袋機構(gòu)解決了機構(gòu)干涉問題;采用雙凸輪機構(gòu)實現(xiàn)了裝袋機構(gòu)在輸送的同時完成開袋機構(gòu)動作及夾持機構(gòu)的自適應(yīng)動作;采用立式真空熱封機構(gòu)不僅提高了真空熱封效率和包裝質(zhì)量，而且機構(gòu)的緊 湊性有了較大提升，空間利用率高。
3 結(jié)語
運用TRIZ理論對榨菜加工企業(yè)中包裝環(huán)節(jié)存在的突出問題進行了功能分析，并解決了設(shè)計過程中出現(xiàn)的技術(shù)沖突，利用現(xiàn)有灌裝機械平臺，設(shè)計了一種新型經(jīng)濟的榨菜包裝機械。該包裝裝置現(xiàn)應(yīng)用于浙江某榨菜加工企業(yè)，該設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊實用，能很好地滿足企業(yè)榨菜真空包裝的要求。
