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| 快速轉(zhuǎn)換在液體灌裝機(jī)生產(chǎn)線的應(yīng)用 | 2020-02-22 |
| 液體灌裝機(jī)的物料涵蓋了我們生活中的方方面面，如食品中的酒類、飲料、乳品、植物油、調(diào)味品，自動灌裝機(jī)中的洗滌劑、沐浴露、化妝品，醫(yī)藥制劑，農(nóng)藥等。液體灌裝機(jī)由于被包裝物料的不同而采用不同的充填方式和不同的灌裝技術(shù)，如等壓灌裝、負(fù)壓灌裝、常壓灌裝、壓力灌裝、稱重式灌裝。稱重液體灌裝機(jī)容器可以是玻璃瓶、塑料瓶、金屬罐，封口方式可以是蓋的壓蓋、螺紋瓶口的旋蓋或易拉罐的二重卷邊壓封。 定量液體灌裝機(jī)技術(shù)首先是向單-高速型發(fā)展的。設(shè)備制造商接受用戶訂單時，通常要求客戶提供灌裝物料、包裝容器和瓶蓋，設(shè)備驗收時也將用客戶提供的樣瓶和瓶蓋進(jìn)行調(diào)試。為規(guī)范容器和瓶蓋的一致性，還按照相關(guān)的國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)，通常一條常規(guī)的高速包裝線只適于一種瓶型。如啤酒瓶，早先就只有640ml和355ml的玻璃瓶；兩片鋁質(zhì)易拉罐的幾何尺寸就從來沒有什么大的變化。這些都為高速、可靠的灌裝提供基礎(chǔ)，包裝速度60，000瓶/小時玻璃瓶和120，000罐/小時易拉罐的啤酒灌裝機(jī)開始面世，裝備的生產(chǎn)效率得到極大地提升。許多消費品要靠受眾的眼球提高市場的競爭力，內(nèi)容物的更新速度遠(yuǎn)低于包裝容器的不斷變化，這在飲料行業(yè)和日化行業(yè)尤顯突出。傳統(tǒng)的適用于大批量生產(chǎn)的高速生產(chǎn)線已經(jīng)不能滿足企業(yè)的需求，企業(yè)必須尋找新的生產(chǎn)技術(shù)以適應(yīng)產(chǎn)品多品種、中小批量的市場變化。計量液體灌裝機(jī)設(shè)備的多功能性設(shè)計應(yīng)運而生。適用多種瓶型的液體自動灌裝機(jī)比較早在白酒、飲料生產(chǎn)企業(yè)，一些小型企業(yè)為增加包裝的品種，曾提出在一些低速灌裝機(jī)上使用形狀和外形尺寸不同的玻璃瓶，于是一臺小型自動液體灌裝機(jī)有時需要另行配置三四套星輪和導(dǎo)板，灌裝缸和封口裝置需要機(jī)械式升降機(jī)構(gòu)，以滿足客戶更換瓶型的需要。這種瓶型的機(jī)械更換和調(diào)整一般需要比較長的時間。塑料瓶質(zhì)量輕，能降低運輸成本、方便消費者攜帶、降低破損、節(jié)約包裝成本，在防爆液體灌裝機(jī)中獲得廣泛的應(yīng)用。其中PET瓶包裝的碳酸飲料、水飲料、茶飲料、果蔬汁飲料已占飲料總產(chǎn)量的80％以上，PET為瓶型的設(shè)計者提供了廣闊的設(shè)計空間，能強(qiáng)烈的吸引眾多消費者，形成市場消費的主流，這些優(yōu)勢使PET瓶包裝正逐漸替代玻璃瓶包裝。塑料瓶在視覺液體灌裝機(jī)領(lǐng)域的廣泛使用，為設(shè)備比較方便地進(jìn)行瓶型的轉(zhuǎn)換提供了基礎(chǔ)。PET瓶一般具有規(guī)格尺寸相同的瓶口，可以實現(xiàn)空氣輸送、卡瓶口灌裝和封口。這樣只需更換星輪和導(dǎo)板就可實現(xiàn)瓶型的更換，快速裝卸也成為可能。洗滌劑、沐浴露、化妝品等自動灌裝機(jī)的傳統(tǒng)包裝是PVC瓶和PE瓶，許多自動灌裝機(jī)其實基本是同質(zhì)化的，其市場的賣點往往在外包裝上，展示企業(yè)形象、匠心的精美包裝是企業(yè)的追求，用經(jīng)濟(jì)的成本生產(chǎn)與眾不同的包裝容器，開發(fā)自己的包裝，包裝容器和細(xì)微變化的產(chǎn)品在灌裝線上進(jìn)行不斷的更換，規(guī)格繁多的瓶型可以自行設(shè)計并在短時間實施生產(chǎn)。旋轉(zhuǎn)液體灌裝機(jī)由于灌裝物料的不同，容器的規(guī)格、形狀各異，封口方式多樣化，基本上屬于專用機(jī)械。尤其是中小型企業(yè)，產(chǎn)品品種多、批量小是其特點。企業(yè)經(jīng)過二十多年對包裝技術(shù)的引進(jìn)、消化、吸收和創(chuàng)新，稱重灌裝系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到模塊化的設(shè)計，通過加大通用化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的比重，裝備的通用化部件和標(biāo)準(zhǔn)化部件在不斷增加，高度的專業(yè)化生產(chǎn)，使裝備的系列化開發(fā)得以實現(xiàn)，對產(chǎn)品滿足用戶需求、縮短設(shè)備供貨期、提高設(shè)備運行的可靠性都極為有利。這種技術(shù)趨勢為設(shè)備的多功能性和數(shù)控快速轉(zhuǎn)換提供了基礎(chǔ)。生產(chǎn)線的數(shù)控快速轉(zhuǎn)換行業(yè)一致、普遍適用的包裝設(shè)備設(shè)計平臺，在滿足最基本的實際需求之后，特殊設(shè)計享有標(biāo)準(zhǔn)化的自動化控制，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)計理念，進(jìn)而實現(xiàn)設(shè)備的多功能性。一條用于飲料、乳品、藥劑、定量自動灌裝機(jī)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。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)備的可靠運行帶來了一定的困難。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)備在一個企業(yè)進(jìn)行包裝生產(chǎn)的通用化設(shè)備，它可以實現(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)整實現(xiàn)。生產(chǎn)線的PLC設(shè)計有生產(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，這些編號將存儲在PLC中。為了讓工作程序簡單、無誤，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，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用較高外，其他各項指標(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)備制造商對快速轉(zhuǎn)換生產(chǎn)線的研究開發(fā)，其主要原因還是考慮市場的容量和用戶投資的經(jīng)濟(jì)性 多功能型設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性，自動控制理論的發(fā)展和計算機(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)控多功能自控液體灌裝機(jī)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)市場需求或設(shè)計發(fā)生變化時，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，因此隨著國際競爭的加劇，無論發(fā)達(dá)國家還是發(fā)展中國家都越來越重視柔性技術(shù)的開發(fā)。具備數(shù)控快速轉(zhuǎn)換的多功能性設(shè)計更容易在小型包裝生產(chǎn)線上實現(xiàn)。有報道顯示，國外自動灌裝系統(tǒng)更換瓶型的快速轉(zhuǎn)換設(shè)備出現(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，這種市場需求觸發(fā)了多功能包裝機(jī)的開發(fā)?？焖俎D(zhuǎn)換基本還是兩種方式，一些部件無需使用工具實現(xiàn)快速換裝，比如稱重自動灌裝機(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)的運轉(zhuǎn)調(diào)整到需要的位置。一條調(diào)速液體灌裝機(jī)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。灌裝含氣飲料計量灌裝機(jī)的灌裝閥較灌裝不含氣飲料定量灌裝機(jī)的灌裝閥復(fù)雜，設(shè)備造價高。一個企業(yè)以生產(chǎn)含氣飲料為主，偶爾生產(chǎn)一點不含氣飲料，可以采購一臺含氣飲料定量灌裝機(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)一點含氣飲料，如按照含氣飲料計量自動灌裝機(jī)配置生產(chǎn)線，就可能會在采購一臺不含氣飲料灌裝機(jī)的同時另行配置一臺小型的含氣飲料計量稱重灌裝機(jī)，比較起來可能后者更顯得經(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。比如一臺變頻變速液體灌裝機(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，因為設(shè)備的轉(zhuǎn)速要按照小瓶型設(shè)計，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，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。對于貼標(biāo)、裝箱、碼垛設(shè)備，包裝的轉(zhuǎn)換主要靠調(diào)整實現(xiàn)，一個新定位尺寸的實現(xiàn)由伺服電機(jī)執(zhí)行，其準(zhǔn)確性不容置疑。但位置實現(xiàn)后定位的穩(wěn)定性和可靠性取決于定位器的剛性，對大型設(shè)備這也是加大投入的一個方面。所以對于發(fā)展中國家或發(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)整會耗費較多的時間，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灌裝設(shè)備已經(jīng)是產(chǎn)品設(shè)計的發(fā)展方向了，是一個趨勢。在國外設(shè)備大量涌進(jìn)之前，國內(nèi)的設(shè)備制造商應(yīng)開始這方面的研究。企業(yè)在開發(fā)此類產(chǎn)品時，伺服自動灌裝機(jī)生產(chǎn)線更要具備監(jiān)測、運行和故障診斷的顯示系統(tǒng)，進(jìn)行調(diào)速自動灌裝機(jī)生產(chǎn)線運行的精確設(shè)計，才能使整條生產(chǎn)線的各種設(shè)備運轉(zhuǎn)始終處于動態(tài)平衡之中，確保設(shè)備的效率和可靠性。 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