一种结构简单、密封性强、使用方便、成本较低的纸质快餐餐盒,并开发与新的包装结构形式相匹配的成型工艺及设备方案。

(1)调研市场上现有的快餐包装形式并分析其优缺点,了解快餐食品及其加工特点,针对包装配送过程中的痛点,提出新型快餐包装的设计要求;从改善餐盒性能、满足绿色环保要求以及创新生产模式等方面出发,设计了三种新型的快餐餐盒结构,并从材料环保性、结构可靠性、成型难度和成本多个角度分析,确定了较为理想的一纸成型、带撕裂口的摇盖式盘式平式热封折叠纸盒结构。

(2)基于新型快餐餐盒结构的结构设计、制样和性能试验。通过调研市场上现有的快餐餐盒规格尺寸,并结合美学理论基础,确定新型快餐餐盒结构细节和尺寸。对新型快餐餐盒设计方案进行制样,并进行跌落试验和抗压试验,分析其基本性能和实际使用效果,并研究热封宽度对餐盒性能的影响,得出热封宽度为8mm的餐盒跌落性能和抗压性能优良,满足日常需求。

(3)基于新型快餐餐盒结构的快餐食品自动化包装设备总体方案设计。分析市场上折叠纸盒的生产成型过程,并根据快餐食品生产环境、快餐食品包装设备的功能要求,提出了新型纸质餐盒的工艺路线和工作循环图。针对间歇式工作要求,设计了以步进电机为驱动件的整体夹板式主传送链带系统,并结合使用场景对包装设备进行了总体布局。

(4)基于新型快餐餐盒结构的快餐食品包装自动设备关键装置设计。对快餐食品自动包装机中的盒坯仓、盒坯抓取装置、折叠成型装置、盒身热封装置、食物充填装置和封口装置进行了结构设计和参数设计,并研究了关键装置的运动模型。通过计算抓盒装置的行程、载荷、速率和功率、转矩等物理量,选取了CDM2805型滚珠丝杠和MSMA042G1V伺服电机。通过对凸轮从动件运动的分析计算,利用MATLAB和Solid Works绘制了凸轮三维模型,并根据弯扭合成强度计算了凸轮轴的危险截面为25mm。最后结合工作机构间的配合关系,按照本方案提出的空间布局,建立了快餐食品自动包装机的三维虚拟样机模型。

(5)快餐食品自动包装机关键机构的有限元分析及运动仿真。利用Solid Works Simulation对自动包装机的折盒板进行了静力学分析,并根据应力和变形云图优化了折盒板结构,通过增加折盒板厚度和添加加强筋的方式将折盒板工作时的最大等效应力从2369MPa降为329MPa,最大变形从8.73mm降低为0.48mm。利用Solid Works Motion模块对限位板打开过程和盒身热封中凸轮推杆机构进行了运动仿真,得到了限位板位移、气缸角位移和时间关系以及凸轮推杆机构中推杆运动的位移、速度、加速度与时间的关系,并与设计要求对比,表明快餐食品自动包装设备具有一定的可靠性和稳定性。本课题开发的快餐食品自动化包装设备,从快餐食品包装的现状和基本需求入手,形成了以创新的快餐包装盒结构方案引领的纸板材料、成型工艺与自动化包装技术方案的创新,对于实现快餐食品包装自动化、标准化和环保化,保障快餐食品卫生安全,促进大众消费方式的转变,都有着较强的推动作用。