Главная страница / СМИ о нас /

Hi-Tech для бакалеи. Упаковка сыпучих продуктов.


01 Сентября 2004

Сыпучие или так называемые «бакалейные» продукты являются наиболее массовыми, разнообразными и трудоемкими для ручной упаковки. Это и обусловило создание нового поколения оборудования для их дозирования и упаковки.

Расфасовка зерна, муки и соли в мешки производилась в течение многих веков, но лишь с появлением в конце XIX в. бумажных пакетов с плоским дном и складных картонных коробок упаковка бакалейных товаров стала массовым явлением. К этому времени относится и создание техники для изготовления пакетов и фасовки в них сыпучих продуктов.

На пищевых предприятиях Советского Союза к середине прошлого века использовались отечественные фасовочно-упаковочные автоматы второго поколения. Трехкарусельные АП2Б — для расфасовки порошкообразных продуктов (какао, кофе, крахмала) в изготавливаемые на этом же автомате двойные (бумага-картон) жесткие пакеты с массой продукта от 100 до 250 г. Двухкарусельные АПА — для расфасовки и упаковки круп, риса, соли и сахарного песка в изготавливаемые на этом же автомате двойные мягкие бумажные пакеты трех размеров с массой продукта в готовом пакете 250, 500 и 1000 г. Это были достаточно громоздкие, сложные в обслуживании и наладке машины с механической системой автоматизации, которые в дальнейшем, особенно с развитием массового производства термосвариваемых полимерных и комбинированных материалов, вытеснялись машинами третьего поколения с пневматическими и пневмоэлектрическими системами автоматизации.

Значительное расширение функций упаковки, ужесточение предъявляемых к ней требований, стремление не создавать больших запасов в универсамах и супермаркетах, но чаще и быстрее пополнять и обновлять ассортимент привело на рубеже ХХ-XXI вв. к бурному развитию и совершенствованию упаковочной техники на базе высоких технологий. В результате были созданы высокопроизводительные, полностью автоматические универсальные и многофункциональные программируемые фасовочно-упаковочные машины-автоматы четвертого поколения с компьютерными системами автоматизации. В большой степени этому способствовало производство новых упаковочных материалов, в том числе комбинированных с заданными свойствами.

Form/Fill/Seal

Большинство машин для фасовки и упаковки сыпучих продуктов как вертикальных, так и горизонтальных относится к классу Form/Fill/Seal (формирование/наполнение/запечатывание). Наибольшее распространение получили вертикальные воротниковые автоматы этого класса.

Модульный принцип конструирования предусматривает комплектование базового упаковочного модуля разными типами дозаторов, загрузочными и отводящими траспортерами, дополнительными опциями и сменными блоками. Это позволяет выполнять на одном автомате дозирование и упаковку самых разнообразных продуктов — сыпучих, мелкоштучных, жидких и вязких — в изготавливаемые автоматом пакеты различных размеров и формы. Автомат также может наносить печать, осуществлять контрольное взвешивание и коррекцию веса, уплотнять продукт в пакете и придавать ему более удобную форму и выполнять другие дополнительные операции.

Вертикальные воротниковые автоматы

В базовом упаковочном модуле вертикального воротникового автомата, принципиальная схема которого представлена на рисунке 1, применен способ сворачивания ленты термосвариваемого упаковочного материала при помощи формующего воротника в рукав вокруг вертикальной трубы-тубуса. Формируемый рукав перемещается шаговым фрикционным приводом вдоль трубы вниз. Лента материала, разматываясь с рулона, проходит через систему роликов, обеспечивающих постоянное натяжение. Во время остановок сначала продольными губками электронагревателя сваривается продольный шов рукава. Ниже окончания трубы расположены сварочные губки поперечного шва и нож для отрезания готового пакета. При этом поперечный шов является запечатывающим для заполненного продуктом пакета и дном для последующего пакета, заполняемого продуктом через формующую трубу после сварки нижнего поперечного шва.

Типы дозаторов

Основным сменным модулем фасовочно-упаковочного автомата является дозатор. При работе с сыпучими продуктами он выбирается в зависимости от их гранулометрического состава. По этому признаку сыпучие продукты принято делить на три основные группы:

  1. трудносыпучие и пылящие продукты с размерами частиц 0,02–0,6 мм — мука, порошковые смеси, молочный и яичный порошок, какао, крахмал, гранулированные продукты;
  2. легкосыпучие продукты с размерами частиц 0,6–6 мм — рис, горох, пшено, сахарный песок;
  3. весовые сыпучие продукты с размерам отдельных фракций более 6 мм — мелкие макаронные изделия, сухие завтраки, орехи, чипсы.

Для дозирования трудносыпучих пылящих продуктов первой группы применяются шнековые дозаторы. Обычно шнек устанавливается вертикально внутри питающего конического бункера, из которого шнеком выдается доза продукта. Выше питающего бункера расположена емкость, в которой поддерживается заданный уровень и давление продукта на дозирующий шнек для обеспечения некоторой постоянной точности дозирования. Величина дозы определяется числом оборотов шнека.

В шнековых дозаторах нового поколения, например, в дозаторе Helix Pond от компании Hassia-Redatron, осуществлены достижения в области реологии сыпучих сред и компьютерной автоматизации технологических процессов. При подведении к дисперсной сыпучей структуре внешних механических воздействий различной интенсивности можно в широком диапазоне управлять реологическими свойствами этой структуры. Проблема заключается в уменьшении реологического сопротивления и придания системе наибольшей легкоподвижности.

Прочность структур из дисперсных порошков и другие реологические характеристики в огромной степени зависят от скорости деформации или от скорости изменения объема системы. Диапазон изменения реологических характеристик в зависимости от скорости изменения объема очень велик. При увеличении скорости изменения объема реологические свойства дисперсной сыпучей системы изменяются так резко, что становятся подвижными и легкотекучими подобно ньютоновским жидкостям. С созданием оптимального динамического состояния стало возможным дозировать порошкообразные сыпучие продукты способами, применяемыми для розлива спокойных жидкостей.

Рассмотрим способы, которыми позволяет осуществлять дозирование конструкция шнекового дозатора:

  1. Гравиметрический способ обеспечивает высочайшую скорость дозирования даже для продуктов с изменяющимся весом, взвешивание в ходе процесса дозирования и двухступенчатое определение окончательного веса (грубое и точное).
  2. Объемный способ подходит для сыпучих продуктов с неизменяющимся весом. Точность дозирования обеспечивается прецизионным сервоприводом.
  3. Объемный способ с «регулированием тенденции», т. е. с дополнительным контрольным взвешиванием и автоматической обратной связью, корректирующей возможные отклонения, может применяться для дозирования продуктов с изменяющейся насыпной массой.
  4. Совместный (гравиметрический и объемный) способ сочетает высокую точность и большую производительность дозирования продуктов с изменяющимся насыпным весом.

Шнековый дозатор Helix Pond создан специально для вертикального воротникового автомата серии FlexiBag, интегрируется с его компьютерной системой управления и обеспечивает широкий диапазон дозирования в термосвариваемые пакеты размером от 20 х 50 мм до 750 х 1300 мм вместимостью до 120 л.

Новинка серии Helix Pond — шнековый дозатор Duplex с двумя горизонтальными расположенными рядом шнеками большого диаметра для грубого дозирования и малого для точного дозирования. Каждый шнек оборудован автоматическим отсечным устройством. Предназначен преимущественно для химической и фармацевтической промышленности.

Производительность транспортирующего шнека зависит от диаметра шнека, шага витка и частоты вращения.

Для дозирования продуктов второй группы наиболее часто используются объемные дозаторы, преимущественно стаканчиковые. Мерные стаканы размещены на горизонтальном диске, установленном на вертикальном валу. При равномерном или периодическом повороте диска стаканы перемещаются от позиции загрузки продуктом из бункера к позиции выгрузки и возвращаются на позицию загрузки.

Регулировка дозы производится изменением объема стаканов с помощью дополнительных элементов, вводимых внутрь мерных стаканов. В современных фасовочно-упаковочных автоматах регулирование объема дозы осуществляется автоматически посредством микропроцессорной системы управления.

Производительность объемного дозатора зависит от объема стаканов и времени цикла включающего время выстоя под загрузкой-разгрузкой и время поворота диска на расстояние между двумя соседними стаканами.

Сыпучие продукты третьей группы из-за неодинаковых размеров частиц имеют изменяющуюся объемную массу, поэтому точность объемного дозирования их оказывается невысокой. Эти продукты следует дозировать весовыми дозаторами различной конструкции, гарантированная точность которых значительно выше, чем объемных.

В линейных весовых дозаторах, представляющих собой систему последовательно расположенных вибролотков, поток продукта для стабильности растягивается в линию и подается во взвешивающую емкость. Обычно поток продукта разделяется на два, один из которых образует грубую дозу, а другой точную.

Рассмотрим конструктивную схему линейного весового дозатора вертикального фасовочно-упаковочного автомата. Продукт из бункера поступает на вибролоток. Выход продукта из бункера регулируется заслонкой. Лотков может быть два или три. На последнем устанавливается продольная перегородка, делящая поток на два: больший (поток грубой дозы) и меньший (поток досылки). Лотки грубого и тонкого дозирования на выходе снабжены заслонками в виде волосяных щеток, которые перекрывают потоки при окончании каждого вида дозирования.

Процесс дозирования осуществляется следующим образом. Сначала открывается заслонка грубого потока и в весоизмерительную емкость поступает доза заведомо меньше номинальной. Затем эта заслонка закрывается, и открывается заслонка потока досылки. После достижения номинального веса срабатывает тензодатчик весоизмерительного устройства, автоматически открывается взвешивающая емкость, и доза продукта поступает в формующую трубу.

Наиболее эффективным возбудителем вибраций вибролотка является электромагнитный.

Требуемые колебательные движения в электромагнитном приводе создаются непосредственно без промежуточных преобразователей. В этом приводе отсутствуют подшипники и потери на трение. Сравнительно несложно осуществляется в электрической схеме изменение амплитуды колебаний электромагнита для регулирования производительности вибролотка.

Производительность рассматриваемого весового дозатора составляет 17—18 доз/мин, иногда до 20 доз/мин. Для увеличения производительности фасовочно-упаковочных автоматов с весовыми дозаторами применяются двух-, трех- и даже четырехканальные дозаторы.

Рассматривая класс весовых дозаторов, следует особо выделить самые современные наиболее производительные и точные мультиголовочные программируемые комбинационно-весовые дозаторы четвертого поколения. Дозатор представляет собой взвешивающую автоматическую дозаторную систему с компьютерным управлением, состоящую из 8—24 взвешивающих головок, расположенных вокруг центрального распределительного конусного слота или вибробункера. Иногда взвешивающие емкости могут располагаться в линию.

Дозаторы этого типа предназначены для использования в сложных высокопроизводительных линиях фасовки и упаковки большинства сыпучих, разнообразных мелкокусковых и мелкоштучных продуктов. Рассмотрим последовательность выполнения операций и устройство мультиголовочного дозатора «Ишида» (модель CCW-NZ-210W-S/30-PB).

На первом этапе продукт свободно высыпается на распределительный стол в верхней части дозатора. На втором этапе под действием вибраций продукт равномерно распределяется по промежуточным, так называемым «складским», емкостям-бункерам. На следующем этапе содержимое каждого складского бункера сбрасывается вниз в свой весовой бункер, где очень точно взвешивается. Результаты этих взвешиваний поступают в компьютер и образуют тысячи возможных весовых комбинаций. Компьютер мгновенно просчитывает все комбинации и выбирает наиболее подходящую к заданному весу. На последнем этапе по команде компьютера выбранные весовые бункеры сбрасывают содержимое в упаковочную машину.

Мультиголовочные дозаторы, обладая очень высокой точностью взвешивания (обычно ± 0,5 г), обеспечивают производительность до 150 доз/мин. Оснащаются шаговой сервоприводной системой регулировки промежуточных и дозирующих бункеров, позволяющей устанавливать желаемые производительность и величину дозы. Дозатор легко перенастраивается для дозирования различных сыпучих, клейких, замороженных, влажных и т. п. продуктов.

В России

Базовые интегрирующие модули вертикальных фасовочно-упаковочных машин, комплектуемые различными типами дозаторов, в России выпускают многие известные машиностроительные предприятия.

Базовый модуль «Бестром 220» комплектуется объемным стаканчиковым, линейным весовым и мультиголовочным, объемным шнековым дозаторами. Машиностроительный завод «Таурас-Феникс» производит универсальные высокопроизводительные вертикальные фасовочно-упаковочные автоматы.

Хорошо зарекомендовали себя в стране и за ее пределами универсальные вертикальные фасовочно-упаковочные автоматы российских предприятий «Сигнал-Пак» (базовая упаковочная машина М3), «Термопак» (ТПА 1200), «Русская Трапеза» (РТ-УМ), «Упмаш», «Нотис».

Объединение «ПаккерМаш» представляет импортные вертикальные автоматы ведущих зарубежных фирм — как в индивидуальном исполнении, так и в составе автоматизированных рабочих комплексов. Машины могут производить 17 различных видов удобных современных пакетов и обеспечивать производительность до 280 пак./мин.

Можно выделить уже упоминавшийся выше современный и прогрессивный упаковочный автомат Flexibag, пригодный для упаковки практически любых продуктов в пакеты любых форм и размеров из материалов горячей спайки, термопластичных пленок и сложных ламинатных, в т. ч. с большим содержанием бумаги. Для точного и экономически выгодного дозирования базовая модель может комплектоваться объемным ковшовым, шнековым, вибрационным дозаторами с контроллером времени, линейными и мультиголовочными взвешивающими системами, поршневыми помпами для жидких и вязких продуктов, индукционными расходомерами и счетчиками.

Актуальные модели

Вертикальные упаковочные машины представлены настолько широко, что даже простое перечисление рискует оказаться далеко неполным. Поэтому ограничимся лишь отдельными примерами из представленных на последних российских выставках упаковочной техники и в определенной степени отражающих ее современное состояние.

Модельный ряд Vegatronic производства итальянской фирмы Jlapak представляет постоянно совершенствуемую серию автоматических вертикальных упаковочных машин с независимым приводом всех рабочих органов и с электронным управлением контроллером PLC (Vegatronic 1000) или персональным компьютером PC (Vegatronic 2000, 3000). Базовые машины производятся как в традиционном исполнении, так и с уклоном для бережной упаковки. Представляет интерес спаренное (duplex) исполнение модели Vegatronic Twin 300/400. Такое устройство упаковочного автомата открывает большие возможности на производстве. На одном рабочем месте можно расфасовывать разные продукты, при необходимости увеличивать вдвое производство требуемой продукции, иметь резервное оборудование на случай непредвиденных остановок при техобслуживании и ремонте, при переходе на другие форматы упаковки.

Аналогичная Duplex упаковочная машина серии R250-D германской компании Hastamat с двумя совмещенными независимо друг от друга работающими упаковочными автоматами производительностью 180 такт./мин каждый обеспечивает на минимальной производственной площади наивысшую производительность и надежность при сокращении затрат на единицу продукции. Удачной компоновкой основных узлов отличается вертикальная упаковочная машина CL-250 израильской фирмы Elpack. Пакетоформирующий сварочный и рулонный разматывающий блоки полностью закрыты и оделены друг от друга, что обеспечивает хорошие условия обслуживания машины. Такая конструкция позволяет легко заменять использованный рулон новым. Прижимное колесо с приводом обеспечивает четкое устойчивое разматывание пленки, постоянное ее натяжение и центрирование. Сбалансированные автоматические системы управления сваркой и скоростью, автоматическая диагностика неисправностей обеспечивают высокое качество работы автомата и производительность до 105 пак./мин. Для расфасовки малыми дозами от 1,0 до 30 г сахара, соли, пряностей, чая, кофе, медицинских порошков и других порошкообразных и гранулированных продуктов американская компания ECJ выпускает автоматическую вертикальную упаковочную машину модели HW-103,104. Автомат класса Form/Fill/Seal с объемным дозатором, вертикальной формующей трубой и верхним расположением рулона упаковочного материала отличается удобной компактной компоновкой и малой собственной массой (около 300 кг). Упаковка производится в трех/четырехшовные пакеты длиной от 50 до 120 мм и шириной от 30 до 90 мм из любых термосвариваемых однослойных или ламинированных материалов. Производительность автомата — до 100 пак./мин.

«Стик»

В более широком диапазоне производительности и величины малых доз работают вертикальные многодорожечные фасовочные автоматы для упаковки сыпучих и пастообразных продуктов в пакеты типа «стик». Такие упаковочные машины оборудуются многоручьевыми шнековыми, объемными маятниковыми дозаторами или пневматическими помпами для вязких продуктов. Возможное число дорожек — от двух до 15, производительность — до 1200 пак./мин. Такие машины производят российское предприятие «Инженер», белорусская компания ВАЭМ, итальянская OMAG.

«Дой-пак»

Сыпучие продукты, наряду с жидкими и пастообразными, могут упаковываться в ставшие популярными стоячие пакеты типа «дой-пак», изготовление, наполнение и запечатывание которых выполняется на специальных горизонтальных упаковочных машинах. Из сгибаемого в полурукав движущегося горизонтально рулонного упаковочного материала автоматическая машина формирует, сваривает, наполняет продуктом и отрезает от рукава пакеты «дой-пак». Автомат может настраиваться на изготовление пакетов разнообразной формы и разных размеров. На автомат легко устанавливаются дозаторы различных типов, причем одновременно их может быть установлено несколько для упаковки различных продуктов или смесей из нескольких компонентов. Машины этого типа производятся известными испанскими фирмами Volpak, Mespack и Bossar. Не ограничиваемые высотой горизонтальные секционные машины легко варьируются по длине, обеспечивая выполнение различных дополнительных функций и высокую производительность — от 80 до 360 пак./мин.

Мука

В широком ассортименте сыпучих пищевых продуктов особое место занимает мука. В силу ее специфических свойств (взрывоопасности, подверженности быстрой порче из-за содержания углеводов, белков, жира), жесткие требования предъявляются к оборудованию для ее фасовки и упаковки. Наиболее приемлемым видом потребительской тары для муки остаются бумажные пакеты вместимостью 0,5, 1,0 и 2,0 кг. Воронежский центр «Упаковочные машины» предлагает линию А5-КОМ для фасования и упаковывания муки в готовые бумажные пакеты на 0,5–2 кг. Оператор вручную подставляет готовый пакет под дозатор и нажатием на педаль включает подачу дозы. После утряски муки в пакете оператор передает его не транспортер запечатывающей машины, где производится формирование верха пакета, придание ему формы параллелепипеда и заклеивание. Производительность линии — до 15 пак./мин.

Наибольший интерес представляют автоматические машины для наполнения и запечатывания готовых или изготовленных в автоматах из рулонов бумажные пакеты. Автомат серии Pack 50/5 итальянской фирмы Italpack в автоматическом режиме подает из магазина заготовки бумажных пакетов, формирует их и заполняет в закрытой секции с двумя шнековыми дозаторами. Уплотнение продукта в пакете, досыпка и запечатывание осуществляется в другой закрытой секции. Производительность автомата — 40 пакетов вместимостью от 0,5 до 5,0 кг в минуту.

Автомат серии RS 20 фирмы Italcom приспособлен для фасовки муки и других сыпучих продуктов в готовые пакеты из бумаги и пленки в диапазоне от 0,3 до 6,0 л. Производительностью — 58 пак./мин. Скоростной автомат серии HF 100 для упаковки муки в бумажные пакеты, формируемые из рулона, обеспечивает производительность до 100 пакетов массой 1–2 кг в минуту. Автомат оборудован микропроцессорной системой управления, двухручьевым шнековым дозатором с двойной досыпкой, контрольным взвешиванием с обратной связью и с двойным виброуплотнением муки в пакете. В России хорошо известны и популярны машины чешской фирмы Sellier & Bellot/ Машина BPU 42 предназначена для заполнения и закрывания готовых бумажных пакетов карусельного типа. Производительностью — до 35 пак./мин (Simplex) и до 70 пак./мин (Duplex).

Машина линейного типа BPU-45 выполняет дополнительно контрольное взвешивание и удаление бракованных пакетов. Производительность — до 55 пак./мин (Simplex) и до 80 пак./мин (Duplex). Несомненный интерес представляет автоматические линии АВС для упаковки сахара и АВМ для упаковки муки. Линии АВС, АВМ 90 и АВС, АВМ 120, производительностью 90 и 120 пак./мин соответственно, автоматически выполняют отрезку бумаги от рулона, формирование пакетов вместимостью 1,0 и 2,0 кг, грубую дозировку, виброуплотнение муки в пакете, взвешивание и досылку, второе взвешивание и удаление бракованной упаковки, запечатывание пакетов, нанесение печати и групповую упаковку пакетов в термоусадочную пленку. Для выполнения этих операций линия комплектуется шнековым дозатором, контрольными ленточными весами с обратной связью и детектором металла, устройством нанесения горячего клея, струйным принтером и машиной для групповой упаковки.

Виктор Каверин

 

Pakkograff 2004 #9

Ссылки по теме в разделе «СМИ о нас»