0001-定量杯式灌裝機(jī)總體設(shè)計(jì)
0001-定量杯式灌裝機(jī)總體設(shè)計(jì),量杯,灌裝,總體,整體,設(shè)計(jì)
灌裝機(jī)技術(shù)及設(shè)計(jì)優(yōu)化綜述
包裝是產(chǎn)品進(jìn)入流通領(lǐng)域的必要條件，而實(shí)現(xiàn)包裝的主要手段就是使用包裝機(jī)械。
包裝機(jī)械是指能完成全部或部分產(chǎn)品和商品包裝過(guò)程的機(jī)械。包裝過(guò)程包括充填、裹包、封口等主要工序，以及與其相關(guān)的前后工序，如清洗、堆碼和拆卸等。此外，包裝還包括計(jì)量或在包裝件上蓋印等工序。使用機(jī)械包裝產(chǎn)品可提高生產(chǎn)率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的需要，并滿足清潔衛(wèi)生的要求。
一、概述
液體灌裝機(jī)按灌裝原理可分為常壓灌裝機(jī)、壓力灌裝機(jī)和真空灌裝機(jī)。
????常壓灌裝機(jī)是在大氣壓力下靠液體自重進(jìn)行灌裝。這類灌裝機(jī)又分為定時(shí)灌裝和定容灌裝兩種，只適用于灌裝低粘度不含氣體的液體如牛奶、葡萄酒等。
????壓力灌裝機(jī)是在高于大氣壓力下進(jìn)行灌裝，也可分為兩種：一種是貯液缸內(nèi)的壓力與瓶中的壓力相等，靠液體自重流入瓶中而灌裝，稱為等壓灌裝；另一種是貯液缸內(nèi)的壓力高于瓶中的壓力，液體靠壓差流入瓶?jī)?nèi)，高速生產(chǎn)線多采用這種方法。壓力灌裝機(jī)適用于含氣體的液體灌裝，如啤酒、汽水、香檳酒等。
????真空灌裝機(jī)是在瓶中的壓力低于大氣壓力下進(jìn)行灌裝。這種灌裝機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率較高，對(duì)物料的粘度適應(yīng)范圍較廣，如油類、糖漿、果酒等均可適用
????其流程一般為：裝有空瓶的箱子堆放在托盤上，由輸送帶送到卸托盤機(jī)，將托盤逐個(gè)卸下，箱子隨輸送帶送到卸箱機(jī)中，將空瓶從箱子中取出，空箱經(jīng)輸送帶送到洗箱機(jī)，經(jīng)清洗干凈，再輸送到裝箱機(jī)旁，以便將盛有飲料的瓶子裝入其中。從卸箱機(jī)取出的空瓶，由另一條輸送帶送入洗瓶機(jī)消毒和清洗，經(jīng)瓶子檢驗(yàn)機(jī)檢驗(yàn)，符合清潔標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)入灌裝機(jī)和封蓋機(jī)。飲料由灌裝機(jī)裝入瓶中。裝好飲料的瓶子經(jīng)封蓋機(jī)加蓋封住并輸送到貼標(biāo)機(jī)貼標(biāo)，貼好標(biāo)簽后送至裝箱機(jī)裝入箱中再送到堆托盤機(jī)堆放在托盤上送入倉(cāng)庫(kù)。
????裝各種飲料用的瓶子灌裝流水線的流程基本相似。但因飲料性質(zhì)不同，使用的灌裝機(jī)和壓蓋機(jī)也不同。例如啤酒灌裝流水線除選用合適的灌裝壓蓋機(jī)外，還增加一部殺菌機(jī)。封蓋機(jī)根據(jù)使用的蓋形(王冠蓋、旋蓋、塞蓋等)不同而選用相應(yīng)的機(jī)種。
二、灌裝機(jī)的分類及選擇
因?yàn)椴捎脵C(jī)械化灌裝不僅可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減少產(chǎn)品的損失，保證包裝質(zhì)量，而且可以減少生產(chǎn)環(huán)境與被裝物料的相互污染。因此，現(xiàn)代化酒水生產(chǎn)行業(yè)一般都采用機(jī)械化灌裝機(jī)。灌裝機(jī)知識(shí)分類：不同的裝填物料（含氣液體、不含氣液體、膏狀體等）和不同的包裝容器（瓶、罐、盒、桶、袋等），使用灌裝機(jī)的品種也不盡相同，通常灌裝機(jī)的分類方法如下表：
1、按自動(dòng)化程度： 手工灌裝機(jī)、半自動(dòng)灌裝機(jī)、全自動(dòng)灌裝機(jī)、灌裝壓蓋聯(lián)合機(jī)
2、按結(jié)構(gòu)：直線式灌裝機(jī)、旋轉(zhuǎn)式灌裝機(jī)
3、按定量裝置： 容杯式灌裝機(jī)、液面式灌裝機(jī)、轉(zhuǎn)子式灌裝機(jī)、柱塞式灌裝機(jī)
4、按灌裝閥頭數(shù)：?jiǎn)晤^灌裝機(jī)、多頭灌裝機(jī)
5、灌裝原理：真空灌裝機(jī)、常壓灌裝機(jī)、反壓灌裝機(jī)、負(fù)壓灌裝機(jī)、加壓灌裝機(jī)
6、按供料缸結(jié)構(gòu)分：?jiǎn)问夜┝瞎嘌b機(jī)、雙室供料灌裝機(jī)、多室供料 灌裝機(jī)
7、按包裝容器升降結(jié)構(gòu)分：滑道式升降灌裝機(jī)、 氣動(dòng)式升降灌裝機(jī)、滑道氣動(dòng)組合升降灌裝機(jī)
灌裝機(jī)的選擇：合理選擇灌裝機(jī)是保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)密切聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，盡量選擇質(zhì)量好、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用維修方便、體積小、重量輕的灌裝機(jī)。灌裝機(jī)知識(shí)在選擇灌裝機(jī)時(shí)，應(yīng)遵循以下原則。
為生產(chǎn)工藝服務(wù)的原則。首先應(yīng)根據(jù)灌裝物料的性質(zhì)（粘度、起泡性、揮發(fā)性、含氣性等）選擇適宜的灌裝機(jī)，以滿足生產(chǎn)工藝要求。例如對(duì)于芳香較濃的酒液，為避免揮發(fā)性芳香物質(zhì)受到損失，一般應(yīng)采用容杯式或常壓灌裝機(jī)；對(duì)于果汁類料液，為了減少與空氣接觸，保證產(chǎn)品質(zhì)量，一般應(yīng)采用真空加汁類灌裝機(jī)。其次，應(yīng)使灌裝機(jī)的生產(chǎn)能力和前后工序的加工、包裝機(jī)械的生產(chǎn)能力相匹配。
生產(chǎn)率高和產(chǎn)品質(zhì)量好的原則。生產(chǎn)率的高低直接反映生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力。所以生產(chǎn)率越高，其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益越好。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)選擇設(shè)備精度高、自動(dòng)化程度也高的灌裝機(jī)。但是設(shè)備的售價(jià)也相應(yīng)提高，增大了產(chǎn)品的單位成本。因此在選擇灌裝機(jī)時(shí)，應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)工藝要求，對(duì)相關(guān)的因素進(jìn)行綜合考慮。
工藝范圍寬的原則。灌裝機(jī)的工藝范圍是指其適應(yīng)不同生產(chǎn)要求的能力。工藝范圍越寬，越能提高設(shè)備的利用率，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，即利用同一設(shè)備可以灌裝多種物料和多種規(guī)格。因此為了適應(yīng)酒水、飲料行業(yè)多品種、多規(guī)格的生產(chǎn)要求，應(yīng)選擇工藝范圍盡可能寬的灌裝機(jī)。
三、無(wú)菌灌裝
無(wú)菌灌裝是液體灌裝生產(chǎn)技術(shù)的大前提。自從1961年世界首臺(tái)用過(guò)氧化氫殺菌的利樂(lè)包無(wú)菌灌裝機(jī)問(wèn)世至今，無(wú)菌灌裝技術(shù)已發(fā)展到日臻完善的程度，它已成為集機(jī)電一體化技術(shù)，現(xiàn)代化學(xué)、物理學(xué)、微生物學(xué)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)通訊等多項(xiàng)高新技術(shù)于一體的高端技術(shù)[1]，并隨著現(xiàn)代技術(shù)與日俱進(jìn)地不斷發(fā)展。就紙塑無(wú)菌包裝機(jī)而言，有立式和臥式，在線成形紙盒和預(yù)成型紙盒，包裝形式也從最早的多面體包裝發(fā)展到具有不同容量的磚形紙盒包裝和屋頂包裝，式樣更為新穎并盡可能地適合消費(fèi)者的心理。PET瓶因質(zhì)輕、透明、不易破碎、可再循環(huán)而得到迅速發(fā)展。從熱灌裝發(fā)展到無(wú)菌灌裝使PET瓶的優(yōu)點(diǎn)得到了充分的發(fā)揮，無(wú)菌灌裝技術(shù)的應(yīng)用使瓶器成本降低的同時(shí)瓶型更為多樣化，可以實(shí)現(xiàn)從PET原料直接制瓶并在線無(wú)菌灌裝，使整體成本進(jìn)一步降低，這些技術(shù)的進(jìn)步與微生物柵欄系統(tǒng)的不斷完善，更立足于安全性，可靠性和環(huán)保是密不可分的。
液體食品滅菌技術(shù)的不斷創(chuàng)新和完善是無(wú)菌灌裝技術(shù)裝備得以迅速發(fā)展的重要組成部分。流體控制系統(tǒng)的應(yīng)用使液體食品的殺菌時(shí)間、溫度得到了精確有效的控制，從而確保了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定和安全。隨著人們對(duì)食品營(yíng)養(yǎng)和色、香、味的追求，希望市售的液體食品、果汁、飲料和牛奶等更接近于食品原有風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)。多年來(lái)，科學(xué)家們?yōu)榇瞬粩嗵剿骱蛯で蟾鼮橄冗M(jìn)的滅菌方法，其中除了經(jīng)典的用蒸汽作為加熱介質(zhì)的HTST和UHT之外，微波殺菌、電阻加熱技術(shù)、高壓殺菌、高壓脈沖電場(chǎng)、無(wú)線電波、激發(fā)態(tài)紫外光脈沖殺菌技術(shù)等物理方法的殺菌技術(shù)正在得到深入研究，有的已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
1.無(wú)菌灌裝機(jī)
自從1976年廣東罐頭廠引進(jìn)第一臺(tái)利樂(lè)公司的無(wú)菌灌裝機(jī)生產(chǎn)菊花茶和番石榴汁至今已經(jīng)歷了近40個(gè)年頭，現(xiàn)在全國(guó)已有超過(guò)400臺(tái)紙塑復(fù)合材料包裝的無(wú)菌灌裝機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，還有灌注濃縮果蔬汁或原漿的大袋無(wú)菌灌裝機(jī)和復(fù)合塑料薄膜包裝的無(wú)菌灌裝機(jī)在運(yùn)營(yíng)。2001年北京匯源果汁和天津頂新集團(tuán)率先引進(jìn)了5條PET瓶無(wú)菌灌裝生產(chǎn)線以來(lái)全國(guó)共引進(jìn)了17條這樣的生產(chǎn)線。這些無(wú)菌灌裝生產(chǎn)技術(shù)裝備的引進(jìn)對(duì)推動(dòng)和發(fā)展我國(guó)的飲料工業(yè)起到了促進(jìn)作用，使我國(guó)飲料行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)裝備進(jìn)入了國(guó)際先進(jìn)行列。
無(wú)菌灌裝機(jī)的形式取決于包裝材料，就其實(shí)現(xiàn)無(wú)菌灌裝的關(guān)鍵技術(shù)而言，一臺(tái)性能完備的無(wú)菌灌裝機(jī)應(yīng)包含對(duì)包裝材料滅菌、無(wú)菌液體食品輸送、在無(wú)菌氛圍中灌注和密封等裝置，此外還應(yīng)具備CIP和SIP的條件。有多種方式對(duì)紙塑包裝材料的滅菌。利樂(lè)公司的紙塑包裝材料是浸沒(méi)在濃度為35%的熱過(guò)氧化氫溶液中然后形成圓柱狀卷筒，在高溫條件下將H2O2分解的O3對(duì)材料進(jìn)行殺菌，并在充滿O3的卷筒內(nèi)完成物料灌注和密封的。PKL的康美包則是在成形紙盒中將霧化的H2O2充分噴射在紙盒內(nèi)外，再用熱空氣使H2O2分解產(chǎn)生的O3對(duì)紙盒殺菌，同時(shí)也造成小環(huán)境中的O3氛圍，并在此灌裝和密封。作為大袋無(wú)菌灌裝的多層薄膜復(fù)合袋是用類似柱塞的塞子將灌注口預(yù)先密封，再以足夠劑量的CO60輻照以殺滅包裝袋中的微生物，在灌裝機(jī)的無(wú)菌室里對(duì)灌注口外消毒、拔蓋、灌注和密封。早期的無(wú)菌室是用鹵素或過(guò)氧化物等化學(xué)藥劑進(jìn)行消毒的，而現(xiàn)在已多數(shù)采用飽和蒸汽殺菌，無(wú)菌室的容積不足0.01M3。
紙塑包裝材料的缺點(diǎn)是難以再循環(huán)，如果不加以專門回收，對(duì)環(huán)境的污染是不言而諭的。近年來(lái)，PET（聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯）瓶在飲料工業(yè)中的應(yīng)用得到了迅速發(fā)展，其優(yōu)點(diǎn)除了消費(fèi)方面的便利外還可以實(shí)現(xiàn)制瓶和灌裝的高效生產(chǎn)，材料可再循環(huán)。實(shí)現(xiàn)PET瓶無(wú)菌灌裝的關(guān)鍵技術(shù)主要是瓶和蓋的殺菌、灌裝密封區(qū)的無(wú)菌氛圍的保持，以及灌裝機(jī)本身應(yīng)滿足無(wú)菌灌裝的要求。
用于瓶器和蓋子殺菌的主要方法是采用化學(xué)藥劑，目前使用較多的是過(guò)氧化氫、過(guò)氧乙酸和環(huán)氧乙烷等。使用時(shí)，將其升溫、霧化、全方位地噴射到瓶器的各個(gè)部位，經(jīng)一定的反應(yīng)時(shí)間再用無(wú)菌水沖洗使瓶?jī)?nèi)的化學(xué)殘留物降到最低程度。
高速PET瓶無(wú)菌灌裝機(jī)是將瓶器殺菌-沖洗、灌裝和密封設(shè)計(jì)成三臺(tái)獨(dú)立的旋轉(zhuǎn)式機(jī)型，由星形轉(zhuǎn)輪將其連接為組合機(jī)，并被包容在一個(gè)龐大的無(wú)菌室里，其中灌裝-密封區(qū)的潔凈度達(dá)100級(jí)，無(wú)菌空氣在無(wú)菌室里自上而下作層流流動(dòng)，呈正壓狀。生產(chǎn)結(jié)束和開(kāi)機(jī)前用發(fā)泡的消毒劑對(duì)無(wú)菌室消毒。不少企業(yè)為縮小無(wú)菌空間作了努力，如SIG西蒙納西公司將灌裝閥和瓶器傳輸通道收容在只有9m3的潔凈區(qū)域內(nèi)，在回轉(zhuǎn)體與靜止的隔離罩之間采用動(dòng)態(tài)液體密封，保持無(wú)菌區(qū)的正壓操作。縮小無(wú)菌區(qū)的好處是降低了消毒劑的用量，節(jié)省了消毒時(shí)間，減輕化學(xué)藥劑對(duì)操作人員的污染，還便于對(duì)無(wú)菌室以外的機(jī)械部件進(jìn)行維護(hù)。
灌裝機(jī)是無(wú)菌灌裝的核心，在機(jī)械構(gòu)件上普遍采用瓶頸夾持輸瓶方式，灌裝口不與瓶器接觸，用電磁流量計(jì)或稱重法計(jì)量。此外，尤其要保證機(jī)器運(yùn)行的高度穩(wěn)定性，使其在數(shù)十小時(shí)的連續(xù)運(yùn)行中基本不發(fā)生機(jī)械或控制方面的明顯故障。這就意味著對(duì)材料、制造、熱處理、另部件檢驗(yàn)等等提出了很高的要求。
2.制瓶機(jī)與灌裝機(jī)的聯(lián)線
為最大限度減少灌裝過(guò)程可能發(fā)生的細(xì)菌污染和包裝材料的物流環(huán)節(jié)，越來(lái)越多的企業(yè)采用制瓶與灌裝聯(lián)線的生產(chǎn)方式。目前國(guó)內(nèi)引進(jìn)的西帕制瓶機(jī)與博克瑪無(wú)菌灌裝機(jī)的組合，PET片材注胚和吹瓶在同一臺(tái)機(jī)器上完成，瓶器通過(guò)氣流直接送到無(wú)菌灌裝機(jī)。SIG集團(tuán)的科伯拉斯與西蒙納西，以及利樂(lè)-西得樂(lè)集團(tuán)的COMBI系統(tǒng)是用預(yù)制瓶胚為基材，吹瓶機(jī)與灌裝機(jī)直聯(lián)的生產(chǎn)線，在生產(chǎn)線中還可以插入旋轉(zhuǎn)式等離子涂層設(shè)備以增加PET瓶的阻隔性能。為了確保PET瓶的衛(wèi)生安全，利樂(lè)-西得樂(lè)的超潔凈無(wú)菌灌裝系統(tǒng)對(duì)送入加熱爐的瓶胚先進(jìn)行預(yù)殺菌，即用紫外線對(duì)瓶胚殺菌、再用0.3MPa的無(wú)菌空氣對(duì)其吹掃和真空吸塵。吹瓶機(jī)與灌裝機(jī)組合為一個(gè)機(jī)組。瓶器的殺菌和沖洗是在由4-9個(gè)星形輪組成的輪系的傳送過(guò)程中完成的。瓶器被星形輪傳送的過(guò)程中得到多次消毒和清洗，消毒液以高壓脈沖方式噴射到瓶器內(nèi)外的各個(gè)部位，再用120℃熱空氣激活殺菌劑，多工位消毒的優(yōu)點(diǎn)在于一旦個(gè)別噴頭堵塞也不會(huì)發(fā)生瓶器遺漏消毒的可能性。若干個(gè)星輪幾乎呈直線方式排列并被包容在層流流動(dòng)的百級(jí)凈化的無(wú)菌空氣中，整個(gè)系統(tǒng)的無(wú)菌空間只有十幾個(gè)立方米。
聯(lián)線生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的，它首先減少了包裝物的運(yùn)輸和儲(chǔ)存，使其在最大限度地避免細(xì)菌污染的同時(shí)減少了中間費(fèi)用。
3.國(guó)內(nèi)無(wú)菌灌裝技術(shù)裝備的進(jìn)展
液體食品無(wú)菌灌裝是屬于最有發(fā)展前景的包裝技術(shù)領(lǐng)域，新的無(wú)菌包裝產(chǎn)品，新的無(wú)菌灌裝機(jī)，以及使其應(yīng)用范圍擴(kuò)大的新包裝材料層出不窮，國(guó)內(nèi)外眾多的廠商都在為這一領(lǐng)域的發(fā)展開(kāi)展研究工作。
1990年航空部工藝研究所研制成功的大袋無(wú)菌灌裝系統(tǒng)標(biāo)志著我國(guó)無(wú)菌包裝技術(shù)自主設(shè)計(jì)的開(kāi)端。此后，廣東遠(yuǎn)東食品包裝機(jī)械公司推出了2500CPH的磚型紙塑無(wú)菌包裝機(jī)。杭州中亞和航空集團(tuán)工藝研究所又分別研制了UHT殺菌奶的塑料薄膜包裝的無(wú)菌灌裝裝置。2001年美星順?lè)鍒?bào)導(dǎo)了該廠與廣東樂(lè)百氏集團(tuán)共同研制的36000BPH PET瓶無(wú)菌灌裝機(jī)投入試運(yùn)行以來(lái)，合肥中辰、南京輕機(jī)、廊房包裝設(shè)備制造和樂(lè)惠集團(tuán)也加快了研制步伐，其設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)是在十分嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臍夥罩羞M(jìn)行的。
開(kāi)發(fā)和研制無(wú)菌灌裝機(jī)首先要立足于提高灌裝機(jī)本身各另部件的設(shè)計(jì)和制造精度、提高機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和高可靠性，使機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足無(wú)菌灌裝的要求，而不是依靠建立一個(gè)無(wú)菌區(qū)來(lái)適應(yīng)機(jī)器的需要。此外，還應(yīng)該注意外圍裝置的配套，如無(wú)菌水、殺菌劑、無(wú)菌空氣的制備和無(wú)菌室的清洗和消毒等。性能優(yōu)良的無(wú)菌灌裝技術(shù)裝備是現(xiàn)代科技、現(xiàn)代制造和控制技術(shù)的集中體現(xiàn)，也是一個(gè)企業(yè)整體技術(shù)水平的綜合表現(xiàn)。深信在不久的將來(lái)我們期待的國(guó)產(chǎn)液體食品的無(wú)菌灌裝技術(shù)裝備將在我國(guó)飲料行業(yè)迅速推廣使用，使我國(guó)國(guó)產(chǎn)飲料裝備制造水平提升到新的高度。
四、灌裝工藝
隨著PET瓶裝飲料的制瓶和灌裝生產(chǎn)裝備不斷完善，灌裝工藝包含熱灌裝和冷灌裝，其中熱灌裝正朝兩大方向分化：高溫?zé)峁嘌b和中溫?zé)峁嘌b。
高溫?zé)峁嘌b采用的是瓶口結(jié)晶的PET瓶胚、經(jīng)高溫?zé)崮３尚偷暮癖赑ET瓶，灌入90oC左右高溫狀態(tài)物料的一種灌裝方式。
中溫?zé)峁嘌b技術(shù)是利用非結(jié)晶瓶口的普通PET瓶胚、經(jīng)熱模成型PET瓶的極限耐熱溫度進(jìn)行填充的一種灌裝方式。中溫灌裝技術(shù)的要點(diǎn)是PET瓶和瓶蓋滅菌處理后，在潔凈的環(huán)境及相對(duì)較低的70-80oC條件下灌裝經(jīng)UHT超高溫瞬時(shí)滅菌的無(wú)菌飲料，經(jīng)封蓋、冷卻、包裝而成產(chǎn)品。
飲料的無(wú)菌冷灌裝、高溫?zé)峁嘌b或中溫?zé)峁嘌b的差異就是受熱時(shí)間不同：
無(wú)菌冷灌裝采用UHT超高溫瞬時(shí)殺菌，對(duì)物料的熱處理時(shí)間不超過(guò)30秒，然后迅速降至常溫并進(jìn)行灌裝。
高溫?zé)峁嘌b采用的經(jīng)UHT殺菌后的物料，需長(zhǎng)時(shí)間處在很高溫的狀態(tài)之下，對(duì)產(chǎn)品口感、色澤以及熱敏性營(yíng)養(yǎng)素（如維生素）含量可能影響較大。
中溫?zé)峁嘌b是介于高溫?zé)峁嘌b和無(wú)菌冷灌裝之間的工藝，對(duì)產(chǎn)品口感、色澤以及熱敏性營(yíng)養(yǎng)素（如維生素）含量影響相對(duì)較小、包材成本較低。
五、多功能包裝機(jī)械
機(jī)械功能多元化醫(yī)藥產(chǎn)品已趨向精致化和多元化方向發(fā)展，單品種大批量的產(chǎn)品越來(lái)越少，而多品種小批量的產(chǎn)品日益成為主流。在大環(huán)境的變化趨勢(shì)下，多元化、具有多種切換功能，能適應(yīng)多種包材和模具更換的包裝機(jī)才能夠適應(yīng)市場(chǎng)的需求。下面詳細(xì)介紹成型—灌裝—密封三合一包裝機(jī)。
加入WTO后，國(guó)內(nèi)醫(yī)藥市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，國(guó)家對(duì)藥品包裝提出了更高要求，高速優(yōu)質(zhì)的成型—灌裝—密封三合一設(shè)備為企業(yè)提高競(jìng)爭(zhēng)力增加了強(qiáng)有力的砝碼。據(jù)調(diào)查分析，至2010年國(guó)內(nèi)制藥企業(yè)對(duì)這一技術(shù)的需求量將達(dá)1300臺(tái)以上。同時(shí)該設(shè)備更可應(yīng)用于食品、飲料行業(yè)，市場(chǎng)前景廣闊。國(guó)內(nèi)包裝設(shè)備企業(yè)也積極把握這一市場(chǎng)機(jī)遇，紛紛推出各種三合一包裝設(shè)備。
成型—灌裝—密封三合一技術(shù)的種類根據(jù)包裝制品與包裝物不同，可分為制袋—灌裝—封口、制杯—灌裝—封口、吹瓶—灌裝—封口等多種不同形式。
塑袋成型—灌裝—封口設(shè)備使用已經(jīng)印刷好產(chǎn)品標(biāo)識(shí)的復(fù)合包裝膜，在一條生產(chǎn)線上同步完成復(fù)合包裝膜制袋、包裝物填充、包裝容器封口、產(chǎn)品標(biāo)識(shí)等功能。相對(duì)于其他包裝形式如玻璃瓶、塑料瓶的包裝，進(jìn)行袋式軟包裝生產(chǎn)，相關(guān)配套設(shè)備、包裝材料費(fèi)用相當(dāng)?shù)?；包裝材料輕便，同時(shí)可帶來(lái)運(yùn)輸成本的節(jié)約；使小容量產(chǎn)品的單獨(dú)包裝（例如5-10ml）成為可能；更具有貨架展示性、品牌的強(qiáng)調(diào)性以及方便消費(fèi)者使用。
塑杯成型灌裝封口設(shè)備是指在同一臺(tái)設(shè)備或由相鄰的幾臺(tái)設(shè)備組成的流水線上完成塑杯的成型、物料充填及封口工作，一次性生產(chǎn)出完整的可上市的產(chǎn)品。設(shè)備主要包含供料、預(yù)熱、成型、灌裝、密封、分切和廢料收集等工位。由于這一產(chǎn)品包裝具有成本低、灌裝中再污染的程度低、產(chǎn)品的柜臺(tái)展示效果好等優(yōu)勢(shì)，塑杯成型灌裝封口設(shè)備現(xiàn)已被國(guó)內(nèi)乳品廠家廣泛應(yīng)用于酸奶、巴氏奶、冰淇淋及醬料的包裝。
吹灌封三合一技術(shù)（Blow/Fill/Seal）是一種無(wú)菌包裝技術(shù)，機(jī)器以單一工序在無(wú)菌狀態(tài)下完成塑料容器的整個(gè)吹塑、灌裝、封口過(guò)程。這一技術(shù)目前主要用于瓶或袋裝靜脈注射劑、沖洗劑、消毒劑、呼吸系統(tǒng)產(chǎn)品、鏡片護(hù)理產(chǎn)品等（容量可為30ml-1000ml）以及用于眼、耳、鼻的滴劑，小容量非經(jīng)腸道吸收藥、口服液、油膏、軟膏、吸入藥劑和滴劑等（容量可為0.1ml-30ml）的包裝，也有部分用于食品、飲料、調(diào)味品等包裝。
近年來(lái)，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日漸加劇以及對(duì)食品、飲料、醫(yī)藥等安全衛(wèi)生要求的不斷提高，各種多功能包裝機(jī)正受到市場(chǎng)前所未有的關(guān)注。
提到多功能包裝機(jī)，其中生產(chǎn)線的數(shù)控快速轉(zhuǎn)換又是其生產(chǎn)線上不可或缺的重要技術(shù)。
行業(yè)一致、普遍適用的包裝設(shè)備設(shè)計(jì)平臺(tái)，在滿足最基本的實(shí)際需求之后，特殊設(shè)計(jì)享有標(biāo)準(zhǔn)化的自動(dòng)化控制，能使客戶受益于與其特殊應(yīng)用要求相結(jié)合的解決方案，形成了設(shè)備能夠進(jìn)行數(shù)控快速轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)理念，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的多功能性。
一條用于飲料、乳品、藥劑、日化產(chǎn)品的完整包裝線大體應(yīng)包括拆垛、理瓶、輸送、洗瓶、灌裝、封口、貼標(biāo)、裝箱、輸箱、碼垛等若干工序以及生產(chǎn)線中各工序間的檢測(cè)。包裝容器和產(chǎn)品在一條包裝生產(chǎn)線上進(jìn)行經(jīng)常的更換，為設(shè)備調(diào)整和設(shè)備的可靠運(yùn)行帶來(lái)了一定的困難。
具備快數(shù)控速轉(zhuǎn)換功能的生產(chǎn)線可以認(rèn)為是為用戶包裝需求量身訂做的設(shè)備，它是這種專用設(shè)備在一個(gè)企業(yè)進(jìn)行包裝生產(chǎn)的通用化設(shè)備，它可以實(shí)現(xiàn)包裝物料的更換、瓶型的更換、商標(biāo)的更換、紙箱的更換、貨盤的更換。
理想的數(shù)控快速轉(zhuǎn)換，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)把若干種包裝方式，涉及包裝的產(chǎn)品、瓶型、充填量、包裝能力的所有參數(shù)輸入PLC(可編程控制器)的CPU中，除必須更換的部件外，其余都靠調(diào)整實(shí)現(xiàn)。生產(chǎn)線的PLC設(shè)計(jì)有生產(chǎn)線的更換程序，所有程序的調(diào)整由預(yù)先設(shè)置完成，而不需要任何控制線路的改變。完成設(shè)備的調(diào)整，在人機(jī)對(duì)話顯示的觸摸屏上根據(jù)需要灌裝的新容器的尺寸和形狀創(chuàng)建參數(shù)，選擇所需要的某種設(shè)置，確認(rèn)即可。同時(shí)PLC的所有參數(shù)都具有修改和添加的可能性。這種轉(zhuǎn)換的調(diào)整應(yīng)該是不連續(xù)的調(diào)整。
必須變更件的數(shù)量愈少愈好，變更件將利用定位銷、夾具、刻度尺或數(shù)字顯示器定位安裝而不需要調(diào)整。為了簡(jiǎn)化這些調(diào)整，這些可調(diào)換的部件以特定容器的規(guī)格進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)，這些編號(hào)將存儲(chǔ)在PLC中。
為了讓工作程序簡(jiǎn)單、無(wú)誤，每種瓶型的所有變更件都是按相同的顏色編好順序。在生產(chǎn)線執(zhí)行產(chǎn)品、瓶型、商標(biāo)、紙箱、貨盤的更換時(shí)，PLC的變更程序一般能夠提示需要更換變更件的部位、數(shù)量和安裝方法。
它除了一次性投資費(fèi)用較高外，其他各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于常規(guī)的單一高速生產(chǎn)方案。也正是由于設(shè)備投資成本加大，制約了設(shè)備制造商對(duì)快速轉(zhuǎn)換生產(chǎn)線的研究開(kāi)發(fā)，其主要原因還是考慮市場(chǎng)的容量和用戶投資的經(jīng)濟(jì)性。
自動(dòng)控制理論的發(fā)展和計(jì)算機(jī)的廣泛使用為新的技術(shù)解決方案的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。具有快速轉(zhuǎn)換功能的數(shù)控多功能液體包裝生產(chǎn)線，設(shè)備利用率高，生產(chǎn)具有柔性，可以適應(yīng)生產(chǎn)變化。當(dāng)市場(chǎng)需求或設(shè)計(jì)發(fā)生變化時(shí)，不需要系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的變化，設(shè)備具有生產(chǎn)不同產(chǎn)品的柔性。由于它在解決多品種、中小批量生產(chǎn)上比傳統(tǒng)的技術(shù)有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，因此隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇，無(wú)論發(fā)達(dá)國(guó)家還是發(fā)展中國(guó)家都越來(lái)越重視柔性技術(shù)的開(kāi)發(fā)。
具備數(shù)控快速轉(zhuǎn)換的多功能性設(shè)計(jì)更容易在小型包裝生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)。有報(bào)道顯示，國(guó)外包裝機(jī)械更換瓶型的快速轉(zhuǎn)換設(shè)備最早出現(xiàn)在化妝品和藥品包裝領(lǐng)域。如前所述，化妝瓶包裝更新?lián)Q代比較快，這種市場(chǎng)需求觸發(fā)了多功能包裝機(jī)的開(kāi)發(fā)?？焖俎D(zhuǎn)換基本還是兩種方式，一些部件無(wú)需使用工具實(shí)現(xiàn)快速換裝，比如灌裝機(jī)的星輪和導(dǎo)板；另一種如灌裝缸的升降，貼標(biāo)機(jī)、裝箱機(jī)和碼垛機(jī)的調(diào)整由PLC控制若干伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)整到需要的位置。
一條液體包裝生產(chǎn)線是否應(yīng)具有快速轉(zhuǎn)換的功能，亦即產(chǎn)品是單一高速型還是多功能型，取決于用戶的需求，也取決于其經(jīng)濟(jì)性。大型生產(chǎn)線的多功能性有時(shí)可能并不具有經(jīng)濟(jì)性。以產(chǎn)品品種更換為例。灌裝含氣飲料灌裝機(jī)的灌裝閥較灌裝不含氣飲料灌裝機(jī)的灌裝閥復(fù)雜，設(shè)備造價(jià)高。一個(gè)企業(yè)以生產(chǎn)含氣飲料為主，偶爾生產(chǎn)一點(diǎn)不含氣飲料，可以采購(gòu)一臺(tái)含氣飲料灌裝機(jī)灌裝兩種產(chǎn)品；反之，若以生產(chǎn)不含氣飲料為主，偶爾生產(chǎn)一點(diǎn)含氣飲料，如按照含氣飲料灌裝機(jī)配置生產(chǎn)線，就可能會(huì)在采購(gòu)一臺(tái)不含氣飲料灌裝機(jī)的同時(shí)另行配置一臺(tái)小型的含氣飲料灌裝機(jī)，比較起來(lái)可能后者更顯得經(jīng)濟(jì)。
以產(chǎn)品瓶型更換為例。藥品或化妝品瓶型的外形尺寸變化比較小，容易實(shí)現(xiàn)比較經(jīng)濟(jì)性的快i塞轉(zhuǎn)換。如果瓶型的外形尺寸變化較大，則需另有考慮。比如一臺(tái)液體灌裝機(jī)要使用直徑50mm和直徑150mm兩種瓶型，一般小規(guī)格瓶型灌裝速度快、瓶間距小、設(shè)備轉(zhuǎn)速高；大規(guī)格瓶型灌裝速度慢、瓶間距大、設(shè)備轉(zhuǎn)速低，因?yàn)樵O(shè)備的轉(zhuǎn)速要按照小瓶型設(shè)計(jì)，設(shè)備的瓶間距(通常解釋為設(shè)備的模數(shù))要按照大瓶型設(shè)計(jì)，設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性惟恐要大打折扣。高生產(chǎn)能力的理瓶設(shè)備則更不能容忍瓶型變化較大的設(shè)計(jì)。
對(duì)于貼標(biāo)、裝箱、碼垛設(shè)備，包裝的轉(zhuǎn)換主要靠調(diào)整實(shí)現(xiàn)，一個(gè)新定位尺寸的實(shí)現(xiàn)由伺服電機(jī)執(zhí)行，其準(zhǔn)確性不容置疑。但位置實(shí)現(xiàn)后定位的穩(wěn)定性和可靠性取決于定位器的剛性，對(duì)大型設(shè)備這也是加大投入的一個(gè)方面。所以對(duì)于發(fā)展中國(guó)家或發(fā)展中企業(yè)，在目前人力成本還比較低的情況下，有時(shí)更喜歡使用機(jī)械調(diào)整和機(jī)械更換，許多更換件的拆卸、安裝、調(diào)整會(huì)耗費(fèi)較多的時(shí)間，但較之?dāng)?shù)控快速轉(zhuǎn)換設(shè)備可以降低投資。
但具備快速裝換功能的多功能包裝設(shè)備已經(jīng)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的發(fā)展方向了，是一個(gè)趨勢(shì)。在國(guó)外設(shè)備大量涌進(jìn)國(guó)門之前，國(guó)內(nèi)的設(shè)備制造商應(yīng)開(kāi)始這方面的研究。企業(yè)在開(kāi)發(fā)此類產(chǎn)品時(shí)，生產(chǎn)線更要具備監(jiān)測(cè)、運(yùn)行和故障診斷的顯示系統(tǒng)，進(jìn)行生產(chǎn)線運(yùn)行的精確設(shè)計(jì)，才能使整條生產(chǎn)線的各種設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)始終處于動(dòng)態(tài)平衡之中，確保設(shè)備的效率和可靠性。
六、包裝機(jī)械的發(fā)展前景
世界包裝機(jī)械業(yè)的發(fā)展有近百年的歷史，大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：
20世紀(jì)40年代中期，食品與卷煙等行業(yè)最先使用包裝機(jī)械進(jìn)行產(chǎn)品包裝，成為現(xiàn)代包裝的先驅(qū)；20世紀(jì)50年代，在包裝機(jī)上廣泛采用光電管、電氣開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)了包裝機(jī)械的初步自動(dòng)化；20世紀(jì)60年代，在包裝機(jī)上廣泛采用各種新興電子原件組成控制系統(tǒng)，并采用機(jī)械、電氣、液壓、氣動(dòng)等綜合技術(shù)，出現(xiàn)了專用的自動(dòng)包裝生產(chǎn)線；20世紀(jì)70年代，采用電子計(jì)算機(jī)對(duì)包裝機(jī)進(jìn)行控制，進(jìn)一步提高了單機(jī)和自動(dòng)線的自動(dòng)化水平；20世紀(jì)80年代以來(lái)，包裝機(jī)械行業(yè)大量地應(yīng)用高新技術(shù)，使包裝機(jī)械及包裝生產(chǎn)線自動(dòng)化程度、生產(chǎn)效率及包裝質(zhì)量大大提高。
如今，包裝機(jī)械業(yè)已經(jīng)跨入了飛躍發(fā)展的進(jìn)程。在經(jīng)歷一個(gè)多世紀(jì)的不斷改革和發(fā)展后，也已形成了完整且成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，現(xiàn)在就讓我們了解一些關(guān)于目前世界包裝機(jī)械業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r。
我國(guó)包裝機(jī)械業(yè)發(fā)展的腳步較晚，再結(jié)合我國(guó)建國(guó)初期遇到的一些困難，在一定程度上也影響了包裝機(jī)械工業(yè)的整體發(fā)展。
隨著國(guó)家整體綜合國(guó)力的不斷增強(qiáng)，技術(shù)難關(guān)的逐個(gè)突破，我國(guó)的包裝工業(yè)已經(jīng)取得了非常大的進(jìn)步。但是，也不可否認(rèn)，我國(guó)的包裝機(jī)械水平較之于世界發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)水平仍顯落后，市場(chǎng)發(fā)展過(guò)程中也凸現(xiàn)許多問(wèn)題亟需解決。
基于國(guó)家當(dāng)前的科研水平和經(jīng)濟(jì)能力，我們有理由相信，這些現(xiàn)在看似棘手的問(wèn)題在不久的將來(lái)都可以得到妥善的解決。
任何產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都必須依托技術(shù)作其最堅(jiān)實(shí)的后盾。同樣，包裝機(jī)械業(yè)作為一門生產(chǎn)型的配套工業(yè)，對(duì)技術(shù)的依賴則更是強(qiáng)烈。
經(jīng)過(guò)近一個(gè)半世紀(jì)的發(fā)展，包裝機(jī)械業(yè)的相關(guān)技術(shù)已日臻成熟。但是隨著科技日新月異的進(jìn)步和新興材料的不斷出現(xiàn)，對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的要求也隨之增高。因此，包裝機(jī)械業(yè)不僅要解決好目前仍然存在一些問(wèn)題，更要迎合世界發(fā)展以及人類進(jìn)步的需求，創(chuàng)新技術(shù)。唯有如此，才能跟上時(shí)代不斷向前發(fā)展的步伐。
包裝機(jī)械業(yè)發(fā)展的最初是隨著新的包裝材料的出現(xiàn)和包裝技術(shù)的不斷革新而逐漸發(fā)展、壯大起來(lái)的。
隨著工業(yè)革命的興起以及二十世紀(jì)60年代以來(lái)新材料的出現(xiàn)，特別是對(duì)塑料包裝材料的應(yīng)用后，包裝機(jī)械的整個(gè)產(chǎn)業(yè)更是發(fā)生重大變革。再加上市場(chǎng)的不斷擴(kuò)張尤其是超級(jí)市場(chǎng)的迅速興起，從而對(duì)商品的包裝業(yè)也提出了更新、更高的要求，促進(jìn)了包裝機(jī)械進(jìn)一步地完善和發(fā)展。
包裝機(jī)械業(yè)是包裝業(yè)最重要的配套行業(yè)，與人們的生活息息相關(guān)。因此，包裝機(jī)械業(yè)必定會(huì)隨著人類的不斷進(jìn)步而持續(xù)發(fā)展，是一個(gè)將會(huì)得到永久發(fā)展的行業(yè)體系?？梢哉f(shuō)，只要有人類的存在，就必然有包裝機(jī)械業(yè)的存在。
目前，人類的科學(xué)技技術(shù)水平仍以非常迅速的速度發(fā)展著，這必定會(huì)帶動(dòng)起包裝機(jī)械業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。眾所矚目，包裝機(jī)械業(yè)是一個(gè)前景非常樂(lè)觀的行業(yè)，新興的包裝機(jī)械設(shè)備和技術(shù)是完全可以擁有廣闊市場(chǎng)發(fā)展的空間。
我國(guó)包裝機(jī)械業(yè)的技術(shù)水平目前仍然較低，產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、性能、質(zhì)量、可靠性、服務(wù)等方面在國(guó)際的競(jìng)爭(zhēng)中依然處于劣勢(shì)。因此我國(guó)必須采取強(qiáng)有力的措施，如加強(qiáng)宏觀調(diào)控、增大資金投入、引進(jìn)優(yōu)秀專業(yè)技術(shù)人員等，以進(jìn)一步加快包裝機(jī)械業(yè)整體的發(fā)展速度，趕超世界發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)水平。
[1] 孫鳳蘭，馬喜川. 包裝機(jī)械概論. 北京：印刷工業(yè)出版社, 2005.
[2] 吳國(guó)榮，何宗金. 我國(guó)包裝機(jī)械業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展方向. 包裝與食品機(jī)械, 2003, 21 (6).
[3] 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M1.北京:化學(xué)工業(yè)出版社 ，1993 .
[4] 陳鏡波. 日本包裝機(jī)械產(chǎn)業(yè)概況. 包裝與食品機(jī)械, 2001, 19 (1).
2003, 21 (4).
[5] 奚英. 中國(guó)食品和包裝機(jī)械進(jìn)出狀況分析與國(guó)際市場(chǎng)開(kāi)拓[J]. 包裝與食品機(jī)械, 2001, 1.
[6] 奚英，劉杰. 2002年中國(guó)食品和包裝機(jī)械進(jìn)出口分析. 包裝與食品機(jī)械,
[7] 林益平,王菊槐. 多功能包裝機(jī)三維造型設(shè)計(jì)研究. 包裝與食品機(jī)械, 2002,(4)
[8] 鄒恩,潘宗預(yù). 無(wú)菌灌裝機(jī)械的溫度控制. 包裝工程, 2001, (2).
[9] 鄢臘梅,曾曉紅. 多功能包裝機(jī)械的智能化設(shè)計(jì). 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程, 2001,(2).
[10] 屈能勝. 我國(guó)食品包裝機(jī)械發(fā)展綜述. 機(jī)電產(chǎn)品市場(chǎng), 2004,(9).
[11] 屈平. 世界包裝機(jī)械生產(chǎn)的市場(chǎng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì). 湖南包裝, 2005,(2).
[12] 鐘寶紀(jì). 預(yù)測(cè)包裝機(jī)械產(chǎn)業(yè)的四大發(fā)展趨勢(shì). 中國(guó)包裝工業(yè), 2006,(2).
[13] 林益平,王菊槐. 多功能包裝機(jī)三維造型設(shè)計(jì)研究. 包裝與食品機(jī)械, 2002,(4).
[14] 李江. 灌裝機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量行業(yè)狀況分析. 包裝與食品機(jī)械, 2006,(2).
[15] M.F.Rahaman, S.Bari, D.Veale. Flow investigation of the product fill valve of filling machine for packaging liquid products. Journal Of Food Engineering, 2008,(85), 252-258
[16] Richard K Davis, Keith W. Apparatus and method for monitoring power. Environment International,?Volume 17, Issue 6,?1991, Page XVII
[17] A. Illig, Pratique du thermoformage (in French), HERMES Science Publications, Paris, 1999, pp. 151–184.
[18] J.L. Throne, in: Two-Day Seminar on Thermoforming Process and Design, Basel, Switzerland, Technomic Publisging AG, 1998.
[19] J.-C. Jammet, Thermoformage, Techniques de l’ingénieur (in French), vol. AM3, AM3660, 1997.
[20] S. Monteix, F. Schmidt, Y. Le Maoult, in: Experimental Study and Numerical Simulation of Sheet and Tubular Preform Infrared Heating, QIRT 2000, Eurotherm Seminar No. 64, Reims, France,2000.
[21] S. Monteix, F. Schmidt, Y. Le Maoult, G. Denis, M. Vigny, in: Recent Issues in Preform Radiative Heating Modelling, PPS 2001, Montreal, 2001.
[22] M. Petterson, Heat transfer and energy efficiency in infrared papers dryers, Ph.D. Thesis, Lund University, Sweden, 1999.
[23] K. Esser, E. Haberstroh, U. Hüsgen, D. Weinand, Infrared radiation in the processing of plastics: precise adjustment—the key to productivity, Adv. Polym. Technol. 7 (1987) 89–128.
[24] T. Miyanaga, Y. Nakano, Analysis of Infrared Radiation Heating of Plastics, Central Research Institute of Electric Power Industry,Tokyo, Japan, 1990.
[25] S.V. Patankar, Numerical Heat Transfer and Fluid Flow, McGraw-Hill, New York, 1980.
[26] R. Rammohan, Efficient evaluation of diffuse view factors for radiation, Int. J. Heat Mass Transf. 39 (6) (1996) 1281–1286.
收藏