Pivovarennaya_inzheneria_ / Глава 7

Однопозиционные укупорочные машины предназначены для линий малой производительности — до 3000 бут./ч. Многопозиционные укупорочные машины, как правило, ротационные, находят применение в более производительных линиях — до 60 000 бут./ч (за исключением напрессовывающих укупорочных машин).

Количество укупорочных устройств в многопозиционных машинах составляет 4, 6, 8, 10 и 12 шт.

Модуль М всех карусельных укупорочных машин (отношение диаметра карусели к числу фасовочных устройств) составляет 35 мм.

7.3.7.3.2.Основные технические требования, предъявляемые к укупорочным машинам

Кмашинам для укупорки бутылок с напитками предъявляют следующие основные технические требования:

•обеспечение бесступенчатого регулирования скорости привода машин, особенно повышенной производительности;

•наличие световой или звуковой сигнализации о сокращении запаса укупорочных средств до минимально допустимого;

•возможность процесса укупоривания только при наличии бутылки под укупорочным устройством;

•отключение привода машины при заклинивании пробки, переполнении отводящего участка конвейера или при заклинивании бутылки в машине;

•возможность быстрого перехода с одного формата бутылки на другой;

•ресурс машины до первого капитального ремонта должен быть не менее 6000 ч.

7.3.7.3.3.Конструктивное устройство и принцип действия укупорочных машин

Для укупоривания газированных безалкогольных напитков, минеральных вод и пива выпускают укупорочные машины У2-3, У2-6 производительностью соответственно 3000 и 6000 бут./ч. Эти машины различаются в основном только числом укупорочных устройств (табл. 7.9).

Пиво, безалкогольные напитки, минеральную воду и соки укупоривают жестяными колпачками с упругой пробкой или синтетической прокладкой. В процессе работы машины на горлышко бутылки накладывается колпачок с прокладкой, давлением сверху прижимается к горлышку бутылки и гофрированная юбочка колпачка обжимается вокруг венчика горлышка бутылки.

Укупорочная машина У2-3 (или У2-6) (рис. 7.43) имеет сварную станину 1, на ней размещен редуктор 2, обеспечивающий передачу вращения карусели укупоривания.

В корпусе редуктора находится неподвижная стойка 3, на которой смонтирован ротор 4 машины, состоящий из вращающейся стойки со столом и корпуса с укупорочными патронами 5. На неподвижной стойке редуктора с помощью специальной втулки закреплен копир 6, управляющий работой укупорочных патронов. К копиру прикреплен кожух 7, на нем установлен бункер 8 с наборным устройством, обеспечивающим подачу и ориентацию кронен-пробок. Они с помощью лотка 9 передаются с наборного устройства бункера в укупорочный патрон.

8

2

12

13

1

Рис. 7.43. Укупорочная машина У2-3:

1 — станина; 2 — редуктор; 3 — стойка неподвижная; 4 — ротор; 5 — патрон укупорочный; 6 — копир; 7 — кожух; 8 — бункер; 9 — лоток; 10 — трубопровод;

11 — турникет; 12 — механизм подъема; 13 — привод

По трубопроводу 10 сжатый воздух поступает на защитные блокировочные устройства и к устройству для подачи кронен-пробок в укупорочный патрон.

На станине установлен турникет 11, состоящий из направляющих, шнека и подающих звездочек. С помощью турникета бутылки перемещаются с конвейера на стол ротора машины и обратно. Бутылки должны быть прочны, не иметь сколов, инородных включений, пузырей, трещин.

Внижней части редуктора размещен механизм подъема 12, включающий в себя червячную передачу и стяжку, соединенную со специальной втулкой, прикрепляемой к корпусу укупорочных патронов. С помощью червячной передачи настраивают машину.

Впривод 13 машины входят электродвигатель, установленный на регулируемой плите, пневмофрикционная муфта, вариатор, регулирующий скорость вращения машины, и клиноременные передачи.

Бутылки шнеком-дозатором передаются на входную звездочку, которая перемещает их на стол ротора. С помощью укупорочных патронов, управляемых копиром, бутылки укупориваются. Выходная звездочка направляет укупоренные бутылки на отводящий конвейер линии.

При работе машины на бутылку, захваченную зубом центральной звездочки поворотного стола, опускается укупорочный патрон, конструкция которого описана ниже.

7.3.7.3.3. Основные узлы и механизмы укупорочных машин

Основными узлами и механизмами укупорочных машин являются:

•укупорочное устройство (патрон);

•загрузочное устройство;

•механизм перемещения бутылок (подъемный столик) или перемещения укупорочных устройств (при подвижных устройствах);

•привод;

•механизм ориентации и подачи пробок;

•бункерный питатель;

•разгрузочное устройство;

•система управления.

Наиболее важным механизмом укупорочных машин является укупорочный патрон (рис. 7.44).

Укупорочный патрон, опускаясь на бутылку, держателем 5 прижимает стальной колпачок, находящийся в приемнике патрона, к горлышку бутылки. При дальнейшем опускании патрона обжимные конические кулачки 6 заходят на колпачок и обжимают его гофрированную юбочку по венчику горлышка бутылки. Обжимные кулачки 6 стягиваются спиральной пружиной 7, которая воспринимает горизонтальные усилия при обжиме колпачка. Вертикальные усилия передаются патроном на копир.

В конце обжима запирающие щеколды 2 плунжером 1 выталкиваются к центру патрона, и дальнейшее движение корпуса патрона вниз продолжается в результате сжатия амортизационной пружины 3, что предохраняет бутылки, высота которых больше стандартной, от боя. При движении патрона вверх амортизационная пружина возвращает патрон в первоначальное положение, а пружина 4 держателя выталкивает закупоренную бутылку из патрона. После этого бутылка, упираясь в направляющий бортик, сходит со стола и подхватывается конвейером.

1

2

3

4

5

6

7

AÀ—-ÀA

Рис. 7.44. Укупорочный патрон машины У2-3

7.3.7.3.4. Инженерные расчеты укупорочных машин

Производительность многопозиционных укупорочных машин карусельного типа рассчитывают так же, как и производительность фасовочных машин (см. выражение (7.49)).

Mодуль карусели (мм) укупорочной машины карусельного типа рассчитывают так же, как и модуль фасовочных машин (см. выражение (7.57)).

Определение оптимальных усилий при укупоривании бутылок корончатыми крышками (кронен-пробками) с полихлоридной прокладкой определяют по следующей методике.

На рис. 7.45 показана схема сил, действующих при укупоривании: R — сила, действующая на дно бутылки при укупоривании, Н; Р — сила, действующая со стороны обжимного кольца на каждую гофру корончатого колпачка, Н; P1, Р2 — составляющие силы Р; S ′— сила, действующая со стороны венчика горлышка бутылки на каждую гофру колпачка во время укупоривания, Н; S ′1, S ′2 — составляющие силы S ′; Т — сила воздействия (подпружиненного) прижима на дно бутылки, Н.

На рисунке показаны также q — давление горлышка бутылки на прокладку при укупоривании, Н; q ′— давление прокладки на горлышко бутылки после укупоривания с учетом внутреннего давления газа в напитке, Н; d — внутренний диаметр горлышка бутылки, м (d = 0,0168 м).

Для осуществления качественного укупоривания бутылок необходимо соблюдать определенные условия, изложенные ниже.

1. Надежная герметичность укупоривания обеспечивается при условии

где Qм — максимальная сила сжатия эластичной прокладки при укупорке бутылки, Н; Q1 — сила прижатия прокладки к горлышку бутылки, при которой прекращается утечка газа через уплотнение, Н.

Рис. 7.45. Схемы действующих сил при укупоривании бутылок кронен-пробками:

а— силы, действующие на колпачок в процессе укупоривания; б — силы, действующие на колпачок после укупоривания; в —силы, действующие на горлышко бутылки

впроцессе укупоривания

Максимальную силу сжатия эластичной прокладки при укупорке бутылки рассчитывают по формуле

где P1 — вертикальная составляющая силы Р, действующей со стороны обжимного кольца на каждую гофру корончатого колпачка, Н; S ′′1 — вертикальная составляющая силы S ′′, действующей на одну гофру корончатого колпачка со стороны горлышка бутылки во время укупоривания, Н; z — количество гофр (z = 21 шт.); Т — сила воздействия (подпружиненного) прижима на дно бутылки, Н.

2. Сохранение герметичности в укупоренной бутылке при силе сжатия прокладки обеспечивается при условии

где Q ′cж — сила сжатия прокладки, при которой сохраняется герметичность в укупоренной бутылке, Н; Q2 — сила прижатия прокладки к горлышку бутылки, при которой начинается разгерметизация бутылки, Н.

Силу сжатия прокладки, при которой сохраняется герметичность в укупоренной бутылке, расчитывают по формуле

где S1′′— вертикальная составляющая силы S ′′, действующей на одну гофру корончатого колпачка со стороны горлышка бутылки после укупоривания; pб — внутреннее избыточное давление газа в бутылке (рб = 0,3–0,4 МПа), dср — средний диаметр контактной поверхности горлышка бутылки с прокладкой, м.

3. Укупоривание без образования боя бутылок обеспечивается при условии

где Rр — сила сжатия бутылки вдоль оси, вызывающая бой бутылки, Н; (Rр = 14 400 ±1360 H). Сила, действующая на дно бутылки при укупоривании

где S — сила, действующая на горлышко бутылки со стороны каждой гофры короны колпачка при укупоривании, Н; Sс — сила, действующая на венчик горлышка бутылки от одной гофры колпачка, при которой появляется скол горлышка, Н (Sс = 450 ± 40 Н).

Сила, действующая на горлышко бутылки со стороны каждой гофры короны колпачка при укупоривании

где S1 и S2 — вертикальная и радиальная составляющие силы S, Н.

Вертикальная составляющая силы S1, действующей на стекло бутылки со стороны одной гофры во время укупоривания (Н),

где R — сила, действующая на дно бутылки, Н (по экспериментальным данным для укупорочных устройств R = 2030–6500 Н).

Из опытных данных, полученных тензометрическим способом, радиальная составляющая сила S2, действующая на одну гофру, равна 16,5–20,4 Н.

В расчетах усилий следует иметь в виду, что левые части неравенства, определяющие условия укупоривания бутылок, содержат силы, действующие на прокладку и на бутылку в процессе и после укупоривания. Правые части двух первых неравенств (7.60) и (7.62) представляют силы, характеризующие свойства прокладок корончатого колпачка при герметизации, а остальных неравенств — несущую способность бутылок при укупоривании.

Величины сил, возникающих при укупоривании бутылок корончатыми колпачками, значительно изменяются в зависимости от отклонений от стандартных размеров высоты бутылок, среднего диаметра горлышка бутылки, типа прокладок, толщины жести, из которой изготовлен колпачок, и других факторов.

Экспериментально с помощью бутылки, в которую были вмонтированы специальные датчики (динамометры), установлены средние величины силы Qм, определяющей максимальную величину сжатия прокладки при укупоривании бутылки для различных прокладок.

Величины максимального сжатия прокладки Qм, сжатия прокладки, обеспечивающего герметизацию бутылки Q1 и сжатия прокладки, при котором начинается разгерметизация бутылки Q2 приведены в табл. 7.10.

Таблица 7.10

Силы сжатия герметизирующей прокладки

7.3.7.3.5. Основные проблемы и тенденции развития укупорочных машин

Анализ современного состояния укупоривания бутылок с напитками позволяет отметить, что современные укупорочные машины (в том числе используемые в составе фасовочно-укупорочных и пр. агрегатов) технически довольно совершенны, тем не менее их эксплуатация сопряжена с рядом технических проблем, к которым следует отнести:

•обеспечение асептических условий укупоривания;

•обеспечение минимизации контакта напитка с кислородом воздуха;

•сохранение диоксида углерода в напитках.

Вэтой связи дальнейшее совершенствование укупорочных машин, очевидно, будет направлено прежде всего на решение перечисленных проблем.

7.3.8.Фасовочно-укупорочные агрегаты

Внастоящее время повсеместно наблюдается тенденция сокращения применения отдельных фасовочных и укупорочных машин — они эксплуатируются лишь на некоторых пивоваренных предприятиях. Это предопределено следующими обстоятельствами.

Поскольку важнейшей задачей современного оборудования для упаковывания пива

ипрочих напитков является сохранение их потребительских свойств и увеличение сроков хранения, то в связи с этим особое значение имеет быстрота укупорки после наполнения бутылки. Для того чтобы бутылки укупоривались как можно быстрее после заполнения, необходимо минимизировать расстояние между фасовочной и укупорочной машинами — сделать его настолько коротким, насколько это возможно.

Самым простым и очевидным способом сокращения перемещения бутылок между стадиями наполнения и укупоривания — агрегатирование фасовочной и укупорочной машин в единый блок. С точки зрения системологии между этими машинами как элементами системы обеспечивают жесткую связь, при которой обе машины работают синхронно в одном темпе.

Поэтому в современных поточных линиях упаковывания напитков эти основные технологические операции осуществляют преимущественно в фасовочно-укупорочных агрегатах, в которых объединены в единый блок фасовочная и укупорочная машины и благодаря этому минимизировано перемещение бутылок между этими технологическими операциями и, следовательно, сокращена продолжительность между фасованием и укупоркой.

Фасовочно-укупорочные агрегаты укомплектовывают системами для стерилизации пробок и их бесперебойной подачи к укупорочным устройствам.

Основные технические характеристики некоторых отечественных фасовочноукупорочных агрегатов, применяемых в производстве пива и прочих напитков, приведены в табл. 7.11.

Фасовочно-укупорочный агрегат Т1-ВРЦ-12. Этот агрегат предназначен для наполнения бутылок пивом и укупоривания их кронен-пробками, состоит из синхронно работающих и установленных на общей станине фасовочной и укупорочной машин, имеющих общий привод.

Вагрегате Т1-ВРЦ-12 на фасовочной машине подъемные столики поднимаются пневматически, а опускаются под действием роликов, катящихся по копиру. При такой комбинации пневматического подъема и механического спуска столиков уменьшается

716 ПИВОВАРЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

расход сжатого воздуха и сокращается продолжительность его выпуска. На расходном резервуаре смонтированы 60 фасовочных устройств кранового типа с длинной трубкой для стекания жидкости, газовый и воздушный клапаны и связанный с расходным резервуаром при помощи четырех труб для жидкости распределитель пива и газа. Работа фасовочного устройства (наполнительного крана) управляется блокировочным механизмом путем поворота пробки крана в определенное положение. Бутылки, подаваемые от бутылкомоечной машины, направляются на фасовочную машину шнеком-делителем.

Фасовочно-укупорочный агрегат Т1-ВДР-12В универсален и предназначен для фасования минеральных вод, газированных безалкогольных напитков и пива. По конструкции и принципу действия агрегат Т1-ВДР-12В (рис. 7.46) аналогичен агрегату Т1-ВРЦ-12, они имеют много взаимозаменяемых узлов и деталей (привод, укупорочную систему, турникетную часть, подъемные столики и др.).

Агрегат работает следующим образом. Бутылки, поступающие после мойки, по конвейеру шнеком-делителем 18 подаются к загрузочной звездочке 17, захватываются ее зубьями и выставляются на подъемные столики фасовочной карусели под фасовочные устройства. В крайнем верхнем положении бутылки входят в контакт с уплотнительными центрирующими колокольчиками фасовочного устройства, образуя герметичную систему наполнитель– бутылка, срабатывает цилиндр блокировки 5 наличия бутылок, штоком поворачивает кулачок 4 управления фасовочного устройства, открывается газовый клапан, и газовая смесь, находящаяся под давлением в расходном резервуаре 14 над поверхностью жидкости, через газовую трубку устремляется в бутылку. Давления в ней и газовом пространстве резервуара выравниваются, после чего автоматически открывается жидкостный клапан фасовочного (наливного) устройства и через кольцевой зазор между горлышком бутылки и резиновым конусом газовой трубки напиток начинает поступать в бутылку.