紫菜卷自动化生产关键装置结构设计

韩服善，师炳灿，王洪宇，刘 璇

（江苏海洋大学，江苏 连云港 222061）

0 引 言

随着生活水平的不断提高，人们对紫菜产品口味的追求越来越多样化、品质要求越来越高。从单一的紫菜片烤制，到在紫菜片上添加沙糖、瓜子仁、花生仁、芝麻、核桃仁、水果干、蔬菜、肉粒干等调味辅料，再到紫菜卷的出现，即食紫菜种类越来越多。即使相同配方，不同年龄段的口感需求也不一样，比如同样是加糖的紫菜产品，儿童和老年人口感需求就不一样，糖的添加量也大不同。每一种配方口味的紫菜产品种类，生产工艺各不相同。因此，研发适用于不同配方与口味紫菜产品生产的高效柔性加工装备是当前紫菜加工业的发展趋势。

1 紫菜卷自动成型机总体结构设计

基于现有的紫菜卷成型二次加工设备基础上，针对我国沿海地区对紫菜加工装备需求高的实际情况，设计一种紫菜二次加工设备—即食紫菜卷自动成型机，该设备可自动批量生产紫菜卷、面饼卷等，减少人工投入，提高生产效率，减少成品破坏，保证销售外观和食品安全，从而减少生产成本，并且能标准化控制紫菜卷的尺寸，全面提升紫菜二次加工设备高端化和智能化。紫菜卷加工工艺流程如图1 所示。

图1 紫菜卷加工工艺流程

根据紫菜卷加工工艺流程，利用仿生法设计一种多工位转盘式紫菜卷自动成型机，转盘有6 个工位，分别完成海苔片抓取放置和佐料定量供给、原材料加热及温度控制、烘焙打片、折叠成型、捲卷成型及抓取拔离。捲卷轴（辊）自转完成紫菜卷成型，转盘公转完成不同工位转换。整机结构示意图如图2 所示。

图2 整机结构示意图

2 主要部件结构设计

2.1 海苔片自动放置机构设计

自动机工作前，首先把裁切好的海苔片放于贮料盒中，贮料盒安装在机架上。自动送料机构主要由吸菜头、导料连杆、齿轮齿条和气缸组成，吸菜头中通入负压。整体结构如图3 所示。工作过程为：吸菜头吸住紫菜片后，导料杆在齿轮、齿条机构和气缸作用下转动180°，同时下移到加热盘上释放，而后上移到原来位置，偱环运动。

图3 海苔片自动放置机构结构示意图

2.2 佐料供给机构设计

紫菜卷制需加入一些佐料（辅料、调味剂等），自动供料机构包括：导料杆、料斗、容积式定量器、移动气缸，工作时通过移动气缸推动定量装置把一定量的佐料放入加热盘上，主要结构如图4 所示。

图4 佐料供给机构结构示意图

2.3 折边机构结构设计

海苔卷制作时，要加入一些佐料，例如面糊、糖浆等混合物。经过烘焙后变成圆饼形，需要折边成长条才可捲卷。折边机构主要由一对折爪和与其相联的驱动装置、按压头等组成，能完成上下运动和左右摆动。当转盘转至折边工位时，一对折爪下移到加热盘表面，折爪向内翻转，同时按压头下压，完成折边动作。主要结构如图5 所示。

图5 折边机构结构示意图

2.4 捲卷机构结构设计

紫菜卷制作成型是紫菜卷制作时一个关键环节，需要完成捲卷成型、取卷等动作，主要由捲卷轴、折指、挡指及动力气缸等组成。当工作台转至搓卷工位时，折指把片张翻卷在卷轴，卷轴在步进电机驱动下转动540°左右，同时挡指配合完成捲卷成型。主要结构如图6 所示。

图6 捲卷机构结构示意图

3 控制软件设计

根据自动机生产工艺要求，选择型号为FX2N-128MR-001 的PLC，旋转工作台驱动选用型号步进电机130BYG350-270, 设计控制系统流程图如图7所示。

图7 控制系统流程

工作过程:自动机启动上电，物位传感器检测紫菜片料、辅助材料情况，若满足条件要求，开始取紫菜片、加入佐料；若不满足条件要求，则自动停机。原材料加注完成后，步进电机驱动转盘转动60°；转盘定位开关判断位置是否正确，若位置不正确，则机器报警；若位置正确，则开始烘培打片、折边成型、捲卷取卷。每完成一道工序转盘转动60°，周而复始，不断偱环。

4 结 语

自动机试制完成后经测试，主要技术指标有：产能：200 卷/h；成品规格尺寸（直径×高度）（mm）：（Φ20～Φ40）×（50～100）；成品质量一致性误差：≤10%；单枚成品直径一致性误差：≤10%；破损率：≤1.5%。在经过一系列测试、调整和完善后，对样机进行生产性试验，基本达到设计要求。