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气动技术在食品包装机械上的应用和发展趋势

点击次数:267次 发布时间:2018-05-14

中国的食品包装机械经过近二十年的发展,已经形成了一定的规模,成为机械工业中的重要组成部分。现在国内食品加工的大部分包装工作,尤其是较复杂的包装过程基本还是人工操作,从而极可能对被包装产品造成污染,这种状况极需得到改变。目前国家加大力度实施食品质量安全市场准入制度,食品包装设备也正在逐步纳入食品质量安全准入体系中,对食品包装机械行业是个实现产业升级的的良好契机。现代食品包装机械汇集了多种学科zui先进的技术,具有高效率、高精度、高自动化和高柔性的特点,并正向智能化、集成化方向发展,其中的基础组成部分之一是气动技术。

  气动技术,全称气压传动与控制技术,是生产过程自动化和机械化的zui有效手段之一,具有高速高效、清洁安全、低成本、易维护等优点,被广泛应用于轻工机械领域中,在食品包装及生产过程中也正在发挥越来越重要的作用,奶粉充填包装机、酸奶塑杯成型灌装封切机、饮料啤酒灌装机、果冻充填包装机、饼干和面包包装机枕式、薯片充填包装机、灌酱机、肉类包装机等均有大量使用,可以缩短加工辅助时间,减轻工人劳动强度,充分发挥设备的高效性能。

  但由于食品包装机械必须要符合食品机械安全的相关要求和规定,而且工作现场环境一般又较为复杂苛刻,如果使用了不适当的气动元件,往往会出现不正常现象;而现代的食品包装机械,通常是集机械、电气、液压、气动等干一体的设备,组成设备的各部分之间具有密切的,其中任何一部分发生故障均会影响其他部分的正常工作,大型食品包装设备内有成千上万只元器件,故障的检查、维修难一向是zui棘手的问题之一,因此,在食品包装机械的气动设计与应用中,一定要选用可靠的、切合实际的厂家与产品。

  

.气动技术在食品包装机械中的基本应用:

  在食品生产中,不同的生产区对卫生有不同要求;欧洲的EN 1672-2 标准将食品加工机械的环境定义为三个工作区,食品区、飞溅区和非食品区;根据不同的区域,所需要使用的气动技术及产品也不尽相同。

  在食品区和飞溅区,气动技术主要用于分配、装瓶、成形、灌装、配剂、密封等装置中,由于气动元件需要直接或间接与主要生产原料接触,为了防止产生对zui终产品产生污染的可能性,其材质应为无毒、无吸收性、耐腐蚀的不锈钢;如果使用铝合金,则应具有一定抗腐蚀能力,无毒性,无吸收性;元件内部所使用的橡胶制品如密封件等应符合相应的卫生要求,在工作环境中应具有耐热、耐酸碱、耐油的稳定性,可接受正常清洗和消毒,不溶解,无毒性、无吸收性,不得有影响产品的气味;工作空气过滤装置应保证不得使5μm以上的尘埃通过;结构及表面应平滑、耐久、易于清洁并达到良好的洗净效果。尽管飞溅区的设计需要和食品区域相似,但材料要求可酌情降低,同时必须保证该设计对食物产品无负面影响。

 

 在这两种环境中应用的典型的气动产品有不锈钢气缸、洁净型气缸、易清洗阀岛、不锈钢气源处理元件等,而其中zui具有代表意义的,是洁净型气缸,例如图1中所示的英国Norgren的PVA系列洁净型气缸,这种气缸的洁净式设计消除了食物颗粒可能附着的空腔、缝隙和锋利边角,具有自排水功能,所以液体可以直接流掉;缸筒材质采用阳极氧化铝,活塞杆采用镀硬络不锈钢,所用的密封件采用聚氨酯,气缸整体符合IP67,不仅耐腐蚀,还可进行反复清洗;而且这种气缸是符合ISO 6431的标准化产品,具有可替换性,甚至连安装件也都采用标准件,安装维修都极为方便。

 

非食品区,在这个区域,气动技术主要用于封袋、包装、贴标、检测、加盖等装置中,尽管这个区域的气动元件不需要接触生产原料,但通常仍然需要具有标准化、易清洗、智能环保、结构紧凑等特点。由于现在的食品包装设备要求在有限的空间内实现更多的功能,因此对于气动元件的尺寸也要求越来越紧凑、集成、模块化;典型产品有如图2所示的英国Norgren的易清洗阀岛VM系列,宽度仅10mm的阀体可提供430L/min的流量,可2至20位集成,多种功能、压力可集成使用,且符合IP65,是食品包装中复杂控制的趋势。此外,先进的食品包装设备普遍采用由过滤器、减压阀和不供油润滑的阀、气缸等组成的无给油润滑气动系统,这种系统在元件需要润滑处预先封入润滑脂,无需油雾器,可长时间工作而不需补充润滑脂,可降低油耗、改善环境、成本低、维修方便、性能稳定。

 

3 气动技术在食品包装机械中的应用发展趋势

  随着食品加工工艺的日益提高,食品包装的自动化水平也在不断提高,目前,食品包装机械的研发正朝着高速、多功能化及控制智能化的方向发展,工业机器人、微电子、电脑、智能型和图像传感技术等将会得到越来越广泛应用,而应用于食品包装机械的气动技术的智能化、网络化也就将成为必然。

  智能化气缸是气缸智能化的集大成者,以图3中所示英国Norgren的智能化气缸为例,这种气缸内置有电磁阀、速控阀、气缸开关等附件,根据其气路设计,无论单作用还是双作用气缸,均只需一端接气,使用这样一个气缸配上过滤减压阀,就可以替代传统的整条气动回路,而且由于省去了中间气管传输等过程的耗气因素,空气消耗也大大减少,非常节能环保;根据食品行业的洁净需要,这类气缸具有IP66防护等级,属于可直接冲洗类气缸;根据标准化的需要,这类气缸还应符合ISO/VDMA标准,这样就可以和普通标准气缸实现互换,从而满足自动化升级在设计上的简化需求。

这类气缸在电气控制上也非常简易、集成和柔性化,该气缸仅需一个电气接口即可实现远程集中控制,既可以选择多针接口也可以使用AS-I接口,如果选择ASI接口,如图4所示,通过由一台AS-I主控器连出的通信电缆(黄色)和一组智能化气缸连接,就可以进行总线远程集中控制

智能化气动三联件(见图6)则使空气处理系统的自我诊断成为可能,大多数气动系统的故障因空气处理系统而起,而传统的气源处理存在一些缺陷,主要是缺乏状态的监控和反馈,例如过滤器滤芯阻塞、调压阀调压不正常等问题常常出现,影响整个气动系统的正常运行;而智能化三联件则有效地解决了这一难题,它可以对气动系统进行持续的监控并随时通过Fieldbus及ASI连接显示相关数据,告知何时需图6智能化三联件要更换滤芯、润滑油,压力状态是否正常、记录使用时间,从而使故障率达到zui低、减少维护维修成本,提高系统及设备的正常运行时间和生产能力。

  4 总结

  这些智能化、网络化的高新气动技术已经在一些西方国家得到了开发和应用,实现了食品包装机械进一步智能化,通过对这些技术的了解和研究吸收,国内食品包装机械的水平也有望得到提升和发展,减少食品加工过程中的人为或机器差错,确保食品机械的可靠运行,实现安全生产和清洁生产,实现食品包装过程的连续化生产、专业化作业、自动化调节、全程化控制和产业化经营,早日与国际接轨。

 

 

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