李艷平，張 聰，2※

（1.廣州南聯(lián)實業(yè)有限公司，廣州510540；2.廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣州 510635）

調(diào)味品包裝生產(chǎn)線的洗瓶烘干一體機(jī)的研發(fā)

李艷平1，張 聰1，2※

（1.廣州南聯(lián)實業(yè)有限公司，廣州510540；2.廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣州 510635）

本文針對調(diào)味品包裝生產(chǎn)線的洗瓶烘干技術(shù)進(jìn)行深入研究，重點介紹了一套自主開發(fā)的高速對夾式連續(xù)洗瓶烘干一體機(jī)，詳述其設(shè)計方案、關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及技術(shù)原理。

包裝生產(chǎn)線 調(diào)味品 洗瓶 烘干 一體機(jī)

0 前言

近年來，隨著科技發(fā)展，調(diào)味品和罐頭自動化生產(chǎn)線上的洗瓶及其烘干技術(shù)得到了不斷的優(yōu)化，其生產(chǎn)規(guī)模、效率和自動化有了飛躍發(fā)展，洗瓶和烘干的速度由原來的每小時幾千瓶發(fā)展到現(xiàn)在的每小時幾萬瓶。

目前市面上常見的洗瓶設(shè)備品種、規(guī)格、結(jié)構(gòu)很多。就濕式洗瓶機(jī)而言，比較典型的有轉(zhuǎn)鼓式噴沖洗瓶機(jī)、鏈?zhǔn)阶詣酉雌繖C(jī)、無鏈?zhǔn)阶詣酉雌繖C(jī)、撥盤式洗瓶機(jī)、回轉(zhuǎn)式洗瓶機(jī)等，這些洗瓶機(jī)多半有上下瓶機(jī)構(gòu)，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，瓶子在輸送過程中，需要瓶套或瓶口夾，一套瓶套或瓶口夾只能對一種瓶型進(jìn)行清洗。

歐美等國家的調(diào)味品和罐頭自動化生產(chǎn)線技術(shù)領(lǐng)先，自動化程度高，其中的洗瓶烘干設(shè)備先進(jìn)實用，如德國KRONES（克朗斯）設(shè)計的Spiragrip模式具有概念變化上的突破意義，它同時適用于塑料瓶和玻璃瓶，設(shè)計思路及工藝與市場上的其它洗瓶機(jī)大有不同，且環(huán)保性已經(jīng)得到公認(rèn)，生產(chǎn)能力巨大。但這類進(jìn)口設(shè)備價格昂貴，在國內(nèi)難以大量推廣和應(yīng)用。國產(chǎn)調(diào)味品和罐頭玻璃瓶清洗和干燥自動化設(shè)備無論從結(jié)構(gòu)設(shè)計上還是技術(shù)性能上，與國外同類設(shè)備比較，均存在較大差距，洗瓶和烘干設(shè)備分離，運(yùn)行速度較低，僅達(dá)100～200瓶/min。

有鑒于此，本項目組吸收國外先進(jìn)技術(shù)，成功研發(fā)出高速對夾式連續(xù)洗瓶烘干一體機(jī)，集清洗與烘干于一體，具有500瓶/min的生產(chǎn)能力，并能適應(yīng)不同瓶徑及高度的瓶型。

1 工藝流程的確立

本項目主要針對調(diào)味品和罐頭食品的玻璃瓶等包裝容器的高效清洗和烘干技術(shù)進(jìn)行深入研究，開發(fā)高速自動化設(shè)備并實行產(chǎn)業(yè)化。研究的內(nèi)容主要是通過合理的工藝和高效的設(shè)備實現(xiàn)調(diào)味品和罐頭食品的包裝容器的潔凈和干燥處理。

確定設(shè)備生產(chǎn)的工藝流程為：

空瓶送入→進(jìn)入夾瓶鏈帶→對瓶子表面沖洗→夾持瓶子輸送→瓶子翻轉(zhuǎn)90°至180°→第1段瓶子內(nèi)腔消毒液沖洗→第2段瓶子內(nèi)腔清水沖洗→第3段高壓風(fēng)吹干→第4段熱風(fēng)烘干→瓶子翻轉(zhuǎn)180°→出瓶。

2 設(shè)備總體結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 設(shè)備總體設(shè)計

本項目的研究參考國外先進(jìn)的洗瓶及烘干技術(shù)，結(jié)合我國調(diào)味品包裝的實際需要，制定總體方案，從而確定洗瓶烘干一體機(jī)的總體設(shè)計及原理如圖1所示。

對夾式洗瓶烘干機(jī)主要由進(jìn)瓶輸送鏈1、夾瓶輸送系統(tǒng)2、出瓶輸送鏈3三大部分組成，另外還包括液體噴射管4、風(fēng)壓管5、接水槽6、導(dǎo)向輪7以及水循環(huán)系統(tǒng)、熱風(fēng)系統(tǒng)、電器控制系統(tǒng)等。

圖1 高速對夾式連續(xù)洗瓶烘干一體機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖

如圖1示，待洗空瓶直立排列由進(jìn)瓶輸送鏈1輸入，在R位置被夾瓶輸送鏈帶2夾持。瓶子被夾瓶輸送鏈帶夾持輸送階段，經(jīng)歷如下工序：翻轉(zhuǎn)進(jìn)入下部直線輸送、消毒液和清水的噴射沖洗、熱風(fēng)吹干、再次翻轉(zhuǎn)運(yùn)行至上方。最后，瓶子運(yùn)行至C位置，夾瓶鏈帶放松，自動進(jìn)入出瓶輸送鏈。

2.2 瓶子清洗烘干過程原理

2.2.1 瓶子進(jìn)入夾瓶輸送鏈帶前

第一步，瓶子由快速輸送鏈送到與之錯接的慢速輸送鏈，以保證瓶子能夠滿載進(jìn)入夾瓶輸送鏈帶。

第二步，在瓶子進(jìn)入夾瓶輸送鏈帶之前，采用對稱噴淋方式對其外表面進(jìn)行清洗。

2.2.2 瓶子在夾瓶輸送鏈帶間

第一步，外表沖洗后的瓶子在進(jìn)瓶位置R的喇叭口進(jìn)入夾瓶輸送鏈帶，夾瓶鏈速度比前段輸送鏈快，將瓶拉開一定的距離。

第二步，瓶子進(jìn)入夾瓶輸送鏈帶后，被夾瓶鏈帶夾緊，左右夾瓶輸送鏈帶分別被電機(jī)驅(qū)動，沿封閉的循環(huán)導(dǎo)軌和導(dǎo)向輪運(yùn)動。當(dāng)瓶子翻轉(zhuǎn)90°時，進(jìn)入內(nèi)腔消毒水清洗段。

第三步，瓶子進(jìn)入內(nèi)腔清水清洗段，作用是將消毒水清洗過的瓶子沖洗干凈。

第四步，瓶子進(jìn)入內(nèi)腔高壓風(fēng)吹干段，將附在瓶子中大部份水吹干。

第五步，瓶子進(jìn)入內(nèi)腔熱風(fēng)烘干段，將前面風(fēng)干后剩余少數(shù)的水珠或水霧通過熱氣流噴射來將其烘干。

第六步，烘干后的瓶子翻轉(zhuǎn)180°，在出瓶端C位置喇叭口處，被逐漸釋放。

2.2.3 瓶子離開夾瓶輸送鏈帶后

瓶子被夾瓶鏈帶釋放后，離開夾瓶輸送鏈帶，隨即進(jìn)入出瓶輸送鏈3，經(jīng)過前段慢速輸送鏈送至與其錯接的后段快速輸送鏈，將瓶子拉開一定距離進(jìn)而將其送出洗瓶機(jī)進(jìn)入下道工序。

3 關(guān)鍵技術(shù)及性能指標(biāo)

3.1 夾瓶輸送系統(tǒng)

夾瓶輸送系統(tǒng)由左右夾瓶輸送鏈帶組成，同步相對運(yùn)行。夾瓶鏈帶是一條鏈條帶動的橡膠夾爪，具有彈性，可對合柔和夾持瓶子。根據(jù)不同的瓶徑，可通過手輪及其調(diào)節(jié)裝置調(diào)整左右夾瓶鏈的間距以適應(yīng)瓶徑，從而使夾瓶輸送鏈帶的夾緊力達(dá)到適當(dāng)?shù)牧Χ取?/p>

夾瓶輸送鏈帶的進(jìn)口端R和出口端C均形成喇叭口過渡的形式，使瓶子進(jìn)出更加順利穩(wěn)定。左右夾瓶鏈分別由反向同步運(yùn)動的電機(jī)帶動運(yùn)行，夾瓶鏈夾緊瓶子后，在封閉的導(dǎo)軌和導(dǎo)向輪上進(jìn)行循環(huán)運(yùn)動。

3.2 瓶子輸送機(jī)構(gòu)

輸瓶機(jī)構(gòu)包括進(jìn)瓶輸送鏈和出瓶輸送鏈，各由兩段平頂鏈銜接組成，形成帶彎度的輸送帶。

組成進(jìn)瓶輸送鏈的兩段平頂鏈，分別采用轉(zhuǎn)速不同的電機(jī)驅(qū)動，形成差速輸送（減速），使瓶子進(jìn)入夾瓶輸送鏈帶前能夠依次緊貼，滿載而入，隨后被夾體夾持一一拉開距離，從而確保最佳洗瓶間距。

同樣，組成出瓶輸送鏈的兩段平頂鏈，分別采用轉(zhuǎn)速不同的電機(jī)驅(qū)動，形成差速輸送（加速），可確保清洗完的瓶子在離開夾瓶輸送鏈帶時，均能拉開一定距離平穩(wěn)輸送。

3.3 控制系統(tǒng)

本設(shè)備應(yīng)用了PID控制、變頻和多級差速輸送等技術(shù)，實現(xiàn)了自動化和高效化。

在一體機(jī)上，清洗水為熱水，一般采用蒸汽加熱清洗水；熱風(fēng)烘干瓶腔需要熱源加熱氣流。技術(shù)方案上，對于使用熱風(fēng)干燥，熱風(fēng)風(fēng)量和烘干溫度是影響烘干質(zhì)量的主要因素，為提高烘干質(zhì)量，本設(shè)備采用PLC實現(xiàn)的模糊PID控制器對熱風(fēng)風(fēng)量和烘干溫度進(jìn)行控制，提高烘干質(zhì)量穩(wěn)定性。

烘干操作的控制，采用PLC作為主控單元，通過RS485總線通訊連接氣動調(diào)節(jié)閥和熱風(fēng)進(jìn)入瓶子烘干系統(tǒng)，變頻器分別控制夾瓶輸送鏈帶電機(jī)和風(fēng)機(jī)的電機(jī)，兩組電機(jī)均帶有編碼器的閉環(huán)轉(zhuǎn)速反饋，編碼器反饋轉(zhuǎn)速給PLC，PLC根據(jù)反饋轉(zhuǎn)速作相應(yīng)的處理。

洗瓶烘干一體機(jī)為高速連續(xù)的機(jī)械，為達(dá)到電動機(jī)高速響應(yīng)電機(jī)的速度變化及迅速排除電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中的擾動，在PLC中設(shè)計了一個模糊PID控制器，在其中進(jìn)行運(yùn)算后得出一個控制值，實現(xiàn)整機(jī)的溫度和風(fēng)量的控制。

3.4 主要技術(shù)指標(biāo)

本項目開發(fā)的高速對夾式連續(xù)洗瓶烘干一體機(jī)經(jīng)檢驗，主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 連續(xù)洗瓶烘干一體機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)

4 結(jié)語

本設(shè)備配套于調(diào)味品及罐頭包裝生產(chǎn)線，適用于玻璃瓶、塑料瓶灌裝前的潔凈處理，集清洗和烘干于一體，連續(xù)運(yùn)行，高速高效，主要技術(shù)性能已接近歐盟標(biāo)準(zhǔn)。與此同時，采用PLC實現(xiàn)的模糊PID控制器對熱風(fēng)風(fēng)量和烘干溫度進(jìn)行控制，提高了瓶子清洗后內(nèi)腔烘干質(zhì)量的穩(wěn)定性，符合調(diào)味醬料對包裝瓶潔凈度和干燥度的嚴(yán)格要求。

廣東省教育部產(chǎn)學(xué)研結(jié)合項目（2011B090400509）

李艷平（1984-），女，廣州南聯(lián)實業(yè)有限公司助理工程師。主要從事包裝與食品機(jī)械開發(fā)。E-mail：leayoo@163.com

※通訊作者：張聰（1967-）男，廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院教授，廣州南聯(lián)實業(yè)有限公司總工程師，主要從事包裝與食品機(jī)械、工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)研究。廣州市白云區(qū)民營科技園科園路8號廣州南聯(lián)實業(yè)有限公司，510540。E-mail：zcoz@163.com