Глава 16

ФАСОВОЧНО-УПАКОВОЧНЫЕ АВТОМАТЫ И ЛИНИИ

На зерноперерабатывающих предприятиях вырабатывается широкий ассортимент различных сортов круп, которые по свойствам относят к категории сыпучих продуктов. Мука, так же как и сыпучие пищевые концентраты, смеси для выпечки теста, крахмал, относится к категории порошкообразных трудносыпучих продуктов. В оборудовании для фасовки и упаковки указанных продуктов применяют объемные шнековые дозаторы и специальные устройства для утряски продуктов в пакете. Для такого оборудования весьма необходимы эффективные пылеулавливающие устройства. Особые требования к фасовке и упаковке предъявляются при соответствующих операциях с хлопьями из различных крупяных и зерновых культур и их смесей, как по способу дозирования, так и по форме и материалам упаковки, исходя из их сохранности при дозировании, транспортировании и хранении.

Различные сорта круп, семена образуют группу продуктов, характеризующихся хорошей сыпучестью. Фасовочно- упаковочное оборудование для этих продуктов оснащено весовыми и объемными дозаторами тарельчатого и стаканчикового типов. Вследствие сравнительно небольшой производительности весовых дозаторов (30—40 отвесов в минуту) возникает необходимость установки нескольких дозаторов (иногда трех или четырех) на одном высокопроизводительном фасовочно-упаковочном автомате.

В качестве упаковочных материалов для сыпучих продуктов в основном применяют бумагу, полимерные и дублированные материалы, а для хлопьев и смесей — картонные пачки. Наибольшее распространение для упаковки муки получила бумага, что обеспечивается рядом ценных свойств ее как упаковочного материала: непрозрачность, достаточная прочность, хорошие печатные свойства, широкий диапазон по жесткостной характеристике и др. Кроме того, бумага хорошо воспринимает различные виды обработки (пропитка, поверхностное покрытие, ламнирование и т. п.), технологична для работы на высокопроизводительных фасовочно-упаковочных автоматах и имеет невысокую стоимость.

Для фасовки продуктов применяют несколько видов бумаги: массой 250 г/м для изготовления жестких пачек под сыпучие продукты; оберточную, изготовленную из небеленой сульфитной целлюлозы, массой до 110 г/м²; мешочную. И

з

полимерных материалов наибольшее распространение получили полиэтилен и полиэтиленцеллофан.

Таким образом, развитие фасовочно-упаковочной техники является комплексной проблемой, связанной с оснащением предприятий высокопроизводительным оборудованием, производством современных упаковочных материалов, развитием техники печати на полимерных материалах, бумаге, металлической таре и т. д., с производством высококачественных клеев, красок, полимерных и других химических материалов.

Способы и точность дозирования сыпучих зернопродуктов

Существуют два принципиально различных способа дозирования фасуемого продукта: весовое и объемное. При весовом дозировании доза отмеривается по массе в результате применения автоматических весоизмери-телей с устройствами подачи и прерывания потока продукции. При объемном дозировании устанавливается объем дозы. Масса выдаваемой дозы М однозначно связана с объемом V соотношением М =yV, где y — насыпная масса продукта, г/см³. Задача обеспечения соответствующей точности дозирования актуальна для обоих способов дозирования (весового и объемного) и для всего процесса автоматической фасовки в целом.

Для всей номенклатуры сыпучих продуктов величина дозы выражается в единицах массы. Ее номинальное значение в зависимости от вида продукта находится в пределах от нескольких десятков грамм (перец, соль в мелкой фасовке) до 1-2 кг (мука, крупы, сахар и т. д.). Точность дозы фасуемой продукции задают в виде допуска относительно номинального значения дозы. Так, например, допуск на муку составляет 2%, крупу - 1%, сахар-песок - 1,5%, соль - 3%.

Точность при обоих способах дозирования зависит от характеристик насыпной массы продукта y. Действительно, для объемного дозирования при заданном объеме V (см. формулу) видно, что точность массы в дозе будет определяться насыпной массой продукта. При весовом дозировании после поступления с весоизмерителя сигнала о достижении заданной массы веса, поступление продукта продолжается еще некоторое время т. Величина т определяется временем падения продукта от устройства подачи на площадку весоизмерителя, временем отключения устройства подачи и временем включения устройства прерывания потока продукта. Существование величины т при заданной скорости подачи продукта v эквивалентно подаче на площадку весоизмерителя продукта определенного объема V₁ т. е. точность дозирования будет зависеть от величины y.

На точность дозирования оказывают влияние и колебания величин V, V₁. При объемном дозировании величина V колеблется из-за допусков и колебаний механических узлов дозирования, а при весовом дозировании величина V₁ колеблется главным образом в зависимости от скорости v. На скорость v большое влияние оказывают изменения напряжения электрической сети, от которого зависит работа электромагнитов виброподачи продукта.

Таким образом, можно сформулировать ряд причин, которые приводят к ошибкам при любом способе дозирования:

а) неоднородный характер продукта в различных дозах из-за появления различного числа комочков, различия в размерах гранул, случайных зависаний продукта и т. п.;

б) колебания в технологическом процессе изготовления продукта, подаваемого на фасовку, а при фасовании складируемого продукта - дополнительно колебаниями из-за смены партий продукта, поступивших от разных изготовителей, и неодинаковых условий хранения;

в) отклонения из-за допусков и колебаний узлов дозирования;

г) отклонения из-за систематического износа механических узлов обо рудования;

д) колебания напряжения питающей электрической сети.

Причины а) и б) приводят к изменениям насыпной массы продукта. Остальные причины обусловливают колебания объемов V и V для объемного и весового дозирования соответственно.

Стандартами устанавливаются допустимое относительное (%) отклонение на каждую i-тую дозу:

M - VM А. = ^{н н} -100

i и ж

где М_н - номинальноезначение массы дозы.

Указанные выше причины приводят к тому, что величина A_i носит случайный характер. Причем отклонения по причинам а) и б) обусловливают быстрые изменения величины A_i, такие, что значение A_i отличается от значений A_i+1.

Колебания по остальным причинам относятся к низкочастотным колебаниям, т.е. величину А,, можно записать следующим образом: Д,-=Л.где Д~ - среднее значение, являющееся низкочастотной составляющей, вокруг которого группируются случайные значения A_i; Z -высокочастотная составляющая колебаний.

Использование того или иного способа дозирования (весового, объемного с досыпкой) определяется конкретной задачей исходя из технико-экономических показателей разработки и изготовления и вида фасуемых продуктов.

Если требования к производительности оборудования невысоки (10 -20 доз/мин), то целесообразно использовать весовые дозаторы с одной-двумя весовыми головками и с простой системой управления. При требованиях к производительности оборудования 20—60 доз/мин и фасовании дорогостоящего продукта применяют весовые дозаторы с двумя-тремя головками и электронным управлением процесса дозирования. Для высокопроизводительного оборудования (60-100 доз/мин) применение весового дозирования становится неоправданным. В этом случае возрастают габариты, металлоемкость, сложность управления и настройки оборудования. Поэтому на высокопроизводительном оборудовании используют только объемное дозирование.

Тенденция развития автоматической фасовки направлена на создание крупных фасовочных предприятий. Для них требуется высокопроизводительное оборудование. Поэтому все разработанное в последнее время фасовочное оборудование, предназначенное для зерноперерабатывающих предприятий, имеет объемное дозирование. Возможность применения объемного дозирования с досыпкой в значительной степени определяется фасуемым продуктом. Для досыпки необходим дозатор, каждая доза которого может изменяться в зависимости от сигнала управления. В настоящее время такое управление возможно только на шнековом дозаторе. Соответственно и

операцию досыпки применяют для продуктов, пригодных для шнекового дозирования (например, мука). Для продуктов повышенной сыпучести (сахар, крупа) используют системы ав томатического регулирования по среднему значению с автоматическим контролем и отбраковкой. В этом случае приходится для обеспечения точности дозировния мирится с достаточно большим процентом отбракованной продукции. Уменьшить его в данном случае можно только путем применения систем подготовки продукта к фасовке. Такие системы должны снижать неоднородность продукции, что снизит дисперсию процесса фасовки и, следовательно, процент брака.

Типы оборудования и материалы для фасовки и упаковки

На зерноперерабатывающих предприятиях для мелкой фасовки применяют следующие виды фасовочно- упаковочного оборудования:

• пакетоделательное;

• для фасовки и упаковки в готовую бумажную тару;

• для фасовки и упаковки пакетов с одновременным изготовлением бу

мажной или картонной тары (из готовой высечки);

• для фасовки и упаковки в полимерную тару;

• для групповой упаковки пакетов с мукой или крупой в блоки по не

сколько пакетов.

До недавнего времени в фасовочном оборудовании для зерноперерабатывающих предприятий реализовался принцип раздельного изготовления пакетов и фасовки продукции. Соответственно оборудование разделяли на пакетоделательное и фасовочное, его выпускают и эксплуатируют и в настоящее время.

Опыт разработки и эксплуатации фасовочного оборудования показал, что наиболее перспективным направлением является сочетание пакетоделательной и фасовочной части в одном автомате. В настоящее время требования к фасовке существенно изменились. Все больше круп фасуют в пленочные и дублированные материалы (полиэтилен, полипропилен, полиэтилен-целлофан, ламинат и т. п.) с красочной печатью. В то же время достаточно большие объемы круп фасуются и в бумагу. Мука в основном фасуется в бумагу, иногда с покрытием.

Среди мягких упаковочных материалов бумага, как уже отмечалось, получила наибольшее распространение.

; Для фасовки и упаковки продуктов используют несколько видов бумаги:

• массой 250 г/м² - для изготовления жестких пачек под сыпучие про дукты;

• оберточную, изготовленную из небеленой сульфитной целлюлозы, массой до 120 г/м²;

• мешочную;

• подпергамент (применяют в пакетах для внутренней прокладки).

Бумажные пакеты выпускают одно- или двухслойные, с прямоугольным или шестиугольным дном. Для однослойных

пакетов и наружного слоя (при двухслойных) используют мешочную бумагу 78А и 78Б массой 80-120 г/м². Для

внутреннего слоя применяют подпергамент марки ПВ. В качестве клея используют эмульсию ПВАДДС 47/48.

В фасовочных и тарных цехах мукомольных и крупяных заводов фасовку сыпучих пищевых продуктов осуществляют на автоматических линиях и полуавтоматах. Наиболее перспективное оборудование — это автоматиче­ские линии, но они требуют значительных площадей, высокого уровня механизации подготовительных работ, таких как загрузка продуктов в бункер фасовочного автомата, погрузка фасованной продукции в контейнеры, высокой квалификации обслуживающего персонала. Кроме того, эти линии достаточно дороги.

Стоимость фасовочно-упаковочного оборудования в последние годы значительно выросла. Классические фасовочные линии для упаковки крупы и муки в бумажные пакеты с дальнейшей их групповой упаковкой, аналогичные линиям «ЗИГ» (Швейцария) и «Хессер-Бош» (Германия), стали недоступны большинству предприятий, хотя примерно сопоставимые отечественные линии в 3-5 раз дешевле зарубежных.

Благодаря этому обстоятельству способ фасовки, при котором изготовление пакетов и фасовку в них продукта осуществляют на разном оборудовании, достаточно распространен. Так фасуют муку на отечественных и зарубежных линиях и полуавтоматах с использованием готовых пакетов, оформленных необходимом образом (рисунок, реквизиты). Применяют такое оборудование и для фасовки круп, однако в последние годы фасовку круп осуществляют все больше в пленочные и дублированные материалы на рукавных автоматах. Производительность их в последнее время существенно повышена и, как правило, соответствует необходимым объемам фасовки на предприятиях.

Наиболее совершенные автоматические линии отечественных и зарубежных предприятий фасуют муку по 2 кг и упаковывают ее в штабели по 6 пакетов. Такими линиями оборудуются крупные мелькомбинаты (начиная с 500 т/сут).

Машиностроительные предприятия в настоящее время их серийно не выпускают, а изготавливают по отдельным заказам. Многие мелькомбинаты переходят на фасовку муки на рукавных автоматах, поскольку стоимость их существенно ниже.

Пакетоделательные автоматы также в основном сняты с производства; по отдельным заказам поставляется модель последней разработки - автомат А5-АПЖ.

С учетом вышесказанного и дается информация по фасовочно-упако-вочной технике.

Пакетоделательные автоматы

Пакетоделательный автомат А5-АПЖ предназначен для изготовления одинарных пакетов с прямоугольным дном, его применяют на предприятиях по производству бумажной тары, в тарных цехах мелькомбинатов и крупозаводов.

Автомат (рис. 16.1) состоит из следующих основных групп механизмов: рулонодержатель /, клеенаносящее устройство 2, рукавообразователи 3, печатного механизма (красконаносящего устройства) 10, днооформляющего устройства 5, фальцбарабана 8, устройства отклада 7 и стола отклада пакетов 6.

Рис. 16.1. Пакетоделательный автомат А5-АПЖ:

1 -рулонодержатель; 2 - клеенаносящее устройство; 3 -рукавообразователь; 4 - привод автомата; 5 - днооформляющее устройство; 6 - стол отклада пакетов; 7 -устройство отклада; 8 - фальцбарабан; 9 - нож-отсекатель; 10 — печатный механизм

Автомат работает в соответствии с технологической схемой (рис. 16.2). Рулон бумаги 1 по ширине соответствующей ширине раскроя пакета, закрепляют на оси и устанавливают на рулонодержателе. Полотно бумаги заправляют в автомат, контроль натяжения полотна 2 осуществляют роликом. Ролики протягивают бумагу до механизма отрезки. Предварительно печатным устройством 3, 4 наносится красочный рисунок в одну или две краски и клей для продольного шва 5.

При дальнейшем прохождении бумаги по шинам образуется рукав с фальцами 6-9 при помощи шин и подвижных роликов, а также производится надрез под клапаны 10. Образованный рукав тянущими роликами 11 подается к отрезному ножу 12, где отрезается заготовка необходимой длины. Она транспортируется 13, 14, 15 к большому фальцбарабану, на котором совместно с малым фальцбарабаном производятся раскрытие рукава и образование дна пакета 16, 17, 18. Дальнейшее транспортирование пакета производится большим фальцбарабаном.

На сложенное и разглаженное дно наносится клей поз. 19, после чего производятся закрывание клапанов 21, 22 и передача пакета транспортирующими роликами и бесконечными лентами на стол 23, 24. Готовые пакеты выдаются 25 на стол готовой продукции в вертикальном положении в стопу, причем каждый 25-й или 50-й пакет выдвигается для удобства отсчета 26.

Привод всех устройств (красконаносящего, клеящего, днооформляющего, отклада) осуществляется от электродвигателя через клиноременную передачу. Стабильная работа автомата зависит прежде всего от качества бумаги, качества намотки рулона, правильной его установки относительно продольной плоскости автомата. Намотка рулона должна быть плотная, торец — ровным, без выступов, места обрыва должны быть аккуратно подклеены, лишние концы срезаны.

Очень важными показателями качества бумаги, влияющими на работу автомата и его производительность, являются воздухопроницаемость и разнотолщинность бумаги. Воздухопроницаемость проверяют в лабораторных условиях, она не должна превышать 300-400 мл/мин. Разнотолщинность легко проверить микрометром.

Рис. 16.2. Технологическая схема пакетоделательного автомата А5-АПЖ:

1 -рулон; 2 - контроль натяжения полотна; 3, 4 - нанесение печати; 5 - нанесение клея на продольный шов; б - образование рукава; 7 — подогрев продольного шва; 8 - придание рукаву объемной формы; 9 — образование внутреннего фальца; 10 - надрез под клапаны; 11 — протягивание рукава; 12 - отрезка заготовки пакета; 13, 14, 15 - транспортирование заготовки; 16 - образование предварительной биговки; 17 — раскрытие дна; 18 -раскладывание дна; 19 -нанесения клея на дно; 20 - фальцевание дна; 21, 22 - закрывание переднего и заднего клапанов; 23 - съем пакета с барабана и передача на конвейер; 24 -транспортирование пакета; 25 — выдача пакета на стол готовой продукции; 26 — отсчет 25-го или 50-го пакета

Основной вариант автомата изготавливают с однокрасочным печатным механизмом. По требованию заказчика автоматы могут быть изготовлены с двухкрасочным печатным механизмом. По исполнению электрооборудования автомат можно эксплуатировать в пожароопасных помещениях класса П-Па (но не во взрывоопасных В-Па). Электрический шкаф с аппаратурой управления устанавливают в том же помещении, в котором смонтирован автомат, с учетом размещения его не далее 10 м от электрического ввода.

Автомат А5-АПЖ отличается от ранее выпускавшихся автоматов большей компактностью, меньшей массой и более высокой надежностью. По производительности он несколько меньше, однако полностью отвечает требованиям предприятий по современной организации процессов изготовления пакетов. Более высокая надежность автомата позволяет также повысить действительную (техническую) его производительность.

Технические характеристики пакетоделательного автомата А5-АПЖ

Производительность, пакетов/мин 180-200

Размеры пакетов, мм:

ширина высота Вместимость пакета, кг Клей

Печатный механизм Мощность электродвигателей, кВт Диаметр рулона бумаги, мм Габариты, мм: длина ширина высота Масса, кг

Рукавные автоматы для фасовки круп

Отечественные машиностроительные заводы и фирмы «Упмаш», «Бес-тром», «Русская трапеза», «Таурас-Феникс», «Резон», «Макиз» и др.) производят сегодня достаточно широкую гамму рукавных фасовочных автоматов разнообразной производительности и сравнительно небольшой стоимости.

Такие автоматы могут быть использованы как на промышленных, так и на небольших сельскохозяйственных предприятиях. Фасовка производится в полимерные пленки (полиэтилен, полиэтиленцеллофан, полипропилен, ламинаты и т. п.) с красочной печатью и вполне удовлетворительным товарным видом упаковки, в соответствии с современными требованиями торговли. Вертикальные пленочные фасовочные автоматы преимущественное распространение получили на предприятиях по фасовке круп. Для крупяной промышленности объединением «Упмаш» проведены большие работы по совершенствованию базового вертикально-линейного рукавного автомата периодического действия типа АРВ. На его основе созданы разнообразные автоматы для фасовки различных сыпучих пищевых продуктов, в том числе для упаковки круп А5-КЛШ/4М (манная, пшено, рис, гречиха и т. п.).

Серийное производство усовершенствованных автоматов начато в 2001 году.

Значительно упрощены системы механического перемещения основных рабочих органов, привода, существенной переработке подверглась система управления и автоматизации

В результате коренной модернизации конструкция и обслуживание упростились, масса автомата, например, модели А5-КЛШ/4М, уменьшилась с 1130 до 810 кг, а высота - с 3100 до 2250 мм. При этом производительность увеличилась с 45 до 60 упаковок в минуту. Внешний вид нового автомата А5-КЛШ/4М представлен на рисунке 16.3.

65-94

170-358

0,25-3,0

эмульсия ПВАДДС 47/48

двухкрасочный

7,3

900

6600 1500 1750 5800

длина

90-152

Автомат может работать на упаковочном материале с заранее нанесенным рисунком и центрирующей меткой или на материале со сквозным (непрерывным) рисунком. Используются полимерные упаковочные материалы: полиэтилен, полипропилен, полиэтилен-целлофан и др. Для формирования пакета применяется контактно-тепловая и контактно- импульсная сварки.

На рисунке 16.4 приведена функциональная схема автомата, показывающая принцип его действия. Полотно упаковочного материала с рулона 1 через направляющие ролики 3 поступает на рукавообразователь 6, протягивается двумя ленточными конвейерами 8 между рукавообразователем и трубой, обволакивая ее. Для обеспечения протягивания упаковочного материала тянущими конвейерами размотка пленки с рулона осуществляется механизмом подачи пленки 2. Механизм разматывания пленки при помощи двух роликов с системой прижима роликов и управления ими протягивает полотно упаковочного материала на величину, равную высоте пакета.

Рис. 16.4. Функциональная схема фасовочно-упаковочного автомата А5-КЛШ/4М:

1 - рулонодержателъ; 2 - механизм подачи пленки; 3 - направляющие ролики; 4 - фотоэлемент; 5 - дозирующее устройство; 6 - рукавообразователь; 7 -губки продольной сварки; 8 - ленточные конвейеры; 9 - отрезной нож; 10, 11 -губки поперечной сварки; 12 - транспортер; 13 — устройство для нанесения переменных реквизитов

Рис. 16.3. Фасовочно-упаковочный автомат для крупы А5-КЛШ/4М

Далее производится термосваривание одновременно продольного шва пакета губкой 7, поперечный швов — губками 10, 11. Поперечные губки одновременно осуществляют термосваривание верха

нижнего пакета, дна верхнего пакета и нанесение переменных реквизитов 13 на пакет. При этом нижний пакет отрезается от верхнего ножом 9. Термосваривание пакетов производится постоянно нагретыми тепловыми губками.

Продукт поступает в машину от дозирующего устройства 5, доза продукта выдается внутрь трубы рукавообразователя и по ней поступает в сваренный из упаковочного материала рукав.

После термосваривания продольная губка отводится от продуктопро-вода, а поперечные губки разводятся. Сваренный рукав с продуктом ленточными конвейерами протягивается на величину, равную высоте пакета. Высота пакета при наличии на пленке рисунка с фотоцентрирующей меткой контролируется фотоэлементом 4, который дает сигнал на окончание протягивания пленки при прохождении им метки. После этого цикл повторяется: происходят термосваривание верха нижнего пакета и дна верхнего, отрезание нижнего заполненного пакета и дна верхнего, отрезание нижнего заполненного пакета и разведение губок. Заполненные пакеты подаются на отводящий транспортер 12 и перемещаются в зону для последующей групповой упаковки либо укладки в контейнеры. Привод машины позволяет регулировать скорость основных технологических операций в зависимости от физико -химических свойств фасуемого материала, а также условий труда на данном предприятии.

Крупные зарубежные фирмы, занятые производством упаковочного оборудования, например, «Бош-Хессер» (Германия), «ЗИГ» (Швейцария) и другие, уделяют большое внимание доводке автоматов на продукте в условиях собственного производства. Это позволяет значительно повысить степень готовности автоматов, устранить мелкие производственные недоработки и значительно повысить качество машин. «Упмаш», располагая хорошей производственной базой и достаточно высоким уровнем ее оснащенности, организовал экспериментальный участок, где автоматы проходят обкатку и доводку на реальных продуктах или имитаторах.

При необходимости здесь можно воспроизвести полный производственный режим предприятия, эксплуатирующего данный тип автомата. Обслуживает автомат один человек.

Технические характеристики автомата для фасовки крупы А5-КЛШ/4М

Производительность, пакетов/мин до 60

Тип автомата вертикально-линейный периодического

действия

Объем дозы, см³ 700-1400

Размер пакета, мм: ширина 140

высота 100-280

Материал пакета пленка ПЦ-2, бумага-полиэтилен,

пленка полипропиленовая, цефлен и др.

Ширина рулона, мм 300-310