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液体包装多功能型Vs单一高速机创新技术

2021-07-09 来源:长春机械信息网

液体包装多功能型Vs单一高速机创新技术

液体包装的物料涵盖了我们生活中的方方面面,如食品中的酒类、饮料、乳品、植物油、调味品,日化产品中的洗涤剂、沐浴露、化妆品,医药制剂,农药等等。

液体包装由于被包装物料的不同而采用不同的充填方式和不同的灌装技术,如等压灌装、负压灌装、常压灌装、压力灌装、称重式灌装。

液体包装容器可以是玻璃瓶、塑料瓶、金属罐,封口方式可以是皇冠盖的压盖、螺纹瓶口的旋盖或易拉罐的二重卷边压封。

液体包装技术首先是向单一高速型发展的。

设备制造商接受用户订单时,通常要求客户提供灌装物料、包装容器和瓶盖,设备验收时也将用客户提供的样瓶和瓶盖进行调试。为规范容器和瓶盖的一致性,还制定相关的国家行业标准进行规范,通常一条常规的高速包装线只适于一种瓶型。如啤酒瓶,早先就只有640ml和355ml的玻璃瓶;两片铝质易拉罐的几何尺寸就从来没有什么大的变化。这些都为高速、可靠的灌装提供基础,最大包装速度60000瓶/h玻璃瓶和120000罐/h易拉罐的啤酒灌装机开始面世,装备的生产效率得到极大地提升。

许多消费品要靠受众的眼球提高市场的竞争力,内容物的更新速度远低于包装容器的不断变化,这在饮料行业和日化行业尤显突出。传统的适用于大批量生产的高速生产线已经不能完全满足企业的需求,企业必须寻找新的生产技术以适应产品多品种、中小批量的市场变化。液体包装设备的多功能性设计应运而生。

适用多种瓶型的灌装机

比较早在白酒、饮料生产企业,一些小型企业为增加包装的品种,曾提出在一些低速灌装机使用形状和外形尺寸不同的玻璃瓶,于是一台小型灌装机有时需要另行配置三四套星轮和导板,灌装缸和封口装置需要机械式升降机构,以满足客户更换瓶型的需要。这种瓶型的机械更换和调整一般需要比较长的时间。

塑料瓶质量轻,能降低运输成本、方便消费者携带、降低破损、节约包装成本,在液体包装中获得广泛的应用。其中PET瓶包装的碳酸饮料、水饮料、茶饮料、果蔬汁饮料已占饮料总产量的80%以上,PET为瓶型的设计者提供了广阔的设计空间,能强烈的吸引众多消费者,形成市场消费的主流,这些优势使PET瓶包装正逐渐替代玻璃瓶包装。

塑料瓶在液体包装领域的广泛使用,为设备比较方便地进行瓶型的转换提供了基础。

PET瓶一般具有规格尺寸相同的瓶口,可以实现空气输送、卡瓶口灌装和封口。这样只需更换星轮和导板就可实现瓶型的更换,快速装卸也成为可能。洗涤剂、沐浴露、化妆品等日化产品的传统包装是PVC瓶和PE瓶,许多日化产品其实基本是同质化的,其市场的最大卖点往往在外包装上,展示企业形象、独具匠心的精美包装是企业的追求,用经济的成本生产与众不同的包装容器,开发自己独特的包装,包装容器和细微变化的产品在灌装线上进行不断的更换,规格繁多的瓶型可以自行设计并在短时间实施生产。

液体包装由于灌装物料的不同,容器的规格、形状各异,封口方式多样化,基本上属于专用机械。尤其是中小型企业,产品品种多、批量小是其特点。经过近二十多年对包装技术的引进、消化、吸收和创新,包装机械已经达到模块化的设计,通过加大通用化、标准化设计的比重,装备的通用化部件和标准化部件在不断增加,高度的专业化生产,使装备的系列化开发得以实现,对产品满足用户需求、缩短设备供货期、提高设备运行的可靠性都极为有利。

这种技术趋势为设备的多功能性和数控快速转换提供了基础。

生产线的数控快速转换

行业一致、普遍适用的包装设备设计平台,在满足最基本的实际需求之后,特殊设计享有标准化的自动化控制,能使客户受益于与其特殊应用要求相结合的解决方案,形成了设备能够进行数控快速转换的设计理念,进而实现设备的多功能性。

一条用于饮料、乳品、药剂、日化产品的完整包装线大体应包括拆垛、理瓶、输送、洗瓶、灌装、封口、贴标、装箱、输箱、码垛等若干工序,以及生产线中各工序间的检测。包装容器和产品在一条包装生产线上进行经常的更换,为设备调整和设备的可靠运行带来了一定的困难。

具备快数控速转换功能的生产线可以认为是为用户包装需求量身订做的设备,它是这种专用设备在一个企业进行包装生产的通用化设备,它可以实现包装物料的更换、瓶型的更换、商标的更换、纸箱的更换、货盘的更换。

理想的数控快速转换,已经能够实现把若干种包装方式,涉及包装的产品、瓶型、充填量、包装能力的所有参数输入PLC(可编程控制器)的CPU中,除必须更换的部件外,其余都靠调整实现。生产线的PLC设计有生产线的更换程序,所有程序的调整由预先设置完成,而不需要任何控制线路的改变。完成设备的调整,在人机对话显示的触摸屏上根据需要灌装的新容器的尺寸和形状创建参数,选择所需要的某种设置,确认即可。同时PLC的所有参数都具有修改和添加的可能性。这种转换的调整应该是不连续的调整。

必须变更件的数量愈少愈好,变更件将利用定位销、夹具、刻度尺或数字显示器定位安装而不需要调整。为了简化这些调整,这些可调换的部件以特定容器的规格进行统一编号,这些编号将存储在PLC中。

为了让工作程序简单、无误,每种瓶型的所有变更件都是按相同的颜色编好顺序。在生产线执行产品、瓶型、商标、纸箱、货盘的更换时,PLC的变更程序一般能够提示需要更换变更件的部位、数量和安装方法。

它除了一次性投资费用较高外,其它各项指标均优于常规的单一高速生产方案。

也正是由于设备投资成本加大,制约了设备制造商对快速转换生产线的研究开发,其主要原因还是考虑市场的容量和用户投资的经济性。

多功能型设备的经济性

自动控制理论的发展和计算机的广泛使用为新的技术解决方案的产生奠定了基础。

具有快速转换功能的数控多功能液体包装生产线,设备利用率高,生产具有柔性,可以响应生产变化。当市场需求或设计发生变化时,不需要系统硬件结构的变化,设备具有生产不同产品的柔性。由于它在解决多品种、中小批量生产上比传统的技术有明显的经济效益,因此随着国际竞争的加剧,无论发达国家还是发展中国家都越来越重视柔性技术的开发。

具备数控快速转换的多功能性设计更容易在小型包装生产线上实现。

有报道显示,国外包装机械更换瓶型的快速转换设备最早出现在化妆品和药品包装领域。如前所述,化妆瓶包装更新换代比较快,这种市场需求触发了多功能包装机的开发。快速转换基本还是两种方式,一些部件无需使用工具实现快速换装,比如灌装机的星轮和导板;另一种如灌装缸的升降,贴标机、装箱机和码垛机的调整由PLC控制若干伺服电机的运转调整到需要的位置。

一条液体包装生产线是否应具有快速转换的功能,亦即产品是单一高速型还是多功能型,取决于用户的需求,也取决于其经济性。

大型生产线的多功能性有时可能并不具有经济性。

以产品品种更换为例。灌装含气饮料灌装机的灌装阀较灌装不含气饮料灌装机的灌装阀复杂,设备造价高。一个企业以生产含气饮料为主,偶尔生产一点不含气饮料,可以采购一台含气饮料灌装机灌装两种产品;反之,若以生产不含气饮料为主,偶尔生产一点含气饮料,如按照含气饮料灌装机配置生产线,就可能会在采购一台不含气饮料灌装机的同时另行配置一台小型的含气饮料灌装机,比较起来可能后者更显得经济。

以产品瓶型更换为例。药品或化妆品瓶型的外形尺寸变化比较小,容易实现比较经济性的快速转换。如果瓶型的外形尺寸变化较大,则需另有考虑。比如一台液体灌装机要使用直径50mm和直径150mm两种瓶型,一般小规格瓶型灌装速度快、瓶间距小、设备转速高;大规格瓶型灌装速度慢、瓶间距大、设备转速低,因为设备的转速要按照小瓶型设计,设备的瓶间距(通常解释为设备的模数)要按照大瓶型设计,设备的经济性唯恐要大打折扣。高生产能力的理瓶设备则更不能容忍瓶型变化较大的设计。

对于贴标、装箱、码垛设备,包装的转换主要靠调整实现,一个新定位尺寸的实现由伺服电机执行,其准确性不容置疑。但位置实现后定位的稳定性和可靠性取决于定位器的刚性,对大型设备这也是加大投入的一个方面。所以对于发展中国家或发展中企业,在目前人力成本还比较低的情况下,有时更喜欢使用机械调整和机械更换,许多更换件的拆卸、安装、调整会耗费较多的时间,但较之数控快速转换设备可以降低投资。

但具备快速装换功能的多功能包装设备已经是产品设计的发展方向了,是一个趋势。在国外设备大量涌进国门之前,国内的设备制造商应开始这方面的研究。在开发此类产品时,生产线更要具备监测、运行和故障诊断的显示系统,进行生产线运行的精确设计,才能使整条生产线的各种设备运转始终处于动态平衡之中,确保设备的效率和可靠性。

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