一種結構簡單、密封性強、使用方便、成本較低的紙質快餐餐盒,并開發與新的包裝結構形式相匹配的成型工藝及設備方案。

(1)調研市場上現有的快餐包裝形式并分析其優缺點,了解快餐食品及其加工特點,針對包裝配送過程中的痛點,提出新型快餐包裝的設計要求;從改善餐盒性能、滿足綠色環保要求以及創新生產模式等方面出發,設計了三種新型的快餐餐盒結構,并從材料環保性、結構可靠性、成型難度和成本多個角度分析,確定了較為理想的一紙成型、帶撕裂口的搖蓋式盤式平式熱封折疊紙盒結構。

(2)基于新型快餐餐盒結構的結構設計、制樣和性能試驗。通過調研市場上現有的快餐餐盒規格尺寸,并結合美學理論基礎,確定新型快餐餐盒結構細節和尺寸。對新型快餐餐盒設計方案進行制樣,并進行跌落試驗和抗壓試驗,分析其基本性能和實際使用效果,并研究熱封寬度對餐盒性能的影響,得出熱封寬度為8mm的餐盒跌落性能和抗壓性能優良,滿足日常需求。

(3)基于新型快餐餐盒結構的快餐食品自動化包裝設備總體方案設計。分析市場上折疊紙盒的生產成型過程,并根據快餐食品生產環境、快餐食品包裝設備的功能要求,提出了新型紙質餐盒的工藝路線和工作循環圖。針對間歇式工作要求,設計了以步進電機為驅動件的整體夾板式主傳送鏈帶系統,并結合使用場景對包裝設備進行了總體布局。

(4)基于新型快餐餐盒結構的快餐食品包裝自動設備關鍵裝置設計。對快餐食品自動包裝機中的盒坯倉、盒坯抓取裝置、折疊成型裝置、盒身熱封裝置、食物充填裝置和封口裝置進行了結構設計和參數設計,并研究了關鍵裝置的運動模型。通過計算抓盒裝置的行程、載荷、速率和功率、轉矩等物理量,選取了CDM2805型滾珠絲杠和MSMA042G1V伺服電機。通過對凸輪從動件運動的分析計算,利用MATLAB和Solid Works繪制了凸輪三維模型,并根據彎扭合成強度計算了凸輪軸的危險截面為25mm。最后結合工作機構間的配合關系,按照本方案提出的空間布局,建立了快餐食品自動包裝機的三維虛擬樣機模型。

(5)快餐食品自動包裝機關鍵機構的有限元分析及運動仿真。利用Solid Works Simulation對自動包裝機的折盒板進行了靜力學分析,并根據應力和變形云圖優化了折盒板結構,通過增加折盒板厚度和添加加強筋的方式將折盒板工作時的最大等效應力從2369MPa降為329MPa,最大變形從8.73mm降低為0.48mm。利用Solid Works Motion模塊對限位板打開過程和盒身熱封中凸輪推桿機構進行了運動仿真,得到了限位板位移、氣缸角位移和時間關系以及凸輪推桿機構中推桿運動的位移、速度、加速度與時間的關系,并與設計要求對比,表明快餐食品自動包裝設備具有一定的可靠性和穩定性。本課題開發的快餐食品自動化包裝設備,從快餐食品包裝的現狀和基本需求入手,形成了以創新的快餐包裝盒結構方案引領的紙板材料、成型工藝與自動化包裝技術方案的創新,對于實現快餐食品包裝自動化、標準化和環保化,保障快餐食品衛生安全,促進大眾消費方式的轉變,都有著較強的推動作用。