CC BY
15
УДК 664.871.2
АНАЛИЗ ОТКАЗОВ И ПРИЧИН ИХ ВОЗНИКНОВЕНИЯ
В АВТОМАТЕ ДЛЯ УПАКОВКИ ОТПРЕССОВАННЫХ БУЛЬОННЫХ КУБИКОВ В ФОЛЬГУ
И.Б. Давыдов
Рассматриваются основные виды отказов, причины их возникновения и возможные пути устранения отказов при упаковке отпрессованных бульонных кубиков в фольгу в упаковочном автомате.
Ключевые слова: оборудование для упаковки, бульонные кубики, завертывание, упаковывание.
В настоящее время широким спросом пользуются разнообразные пищевые концентраты, приправы, специи. К их числу относятся и бульонные кубики (Knorr®, Maggy®, Galina Blanka®), изготавливаемые на многих пищевых предприятиях как нашей страны, так и в зарубежных продовольственных компаниях [1].
Технология производства бульонных кубиков включает следующие операции. Сырье (соль, сахар, и другие компоненты) взвешивается и фасуется согласно рецептуре готового изделия. Затем с целью получения однородной смеси сырье смешивается в миксере, измельчается, очищается от мелких частиц металла или фольги и отправляется на «дозревание». После этого в прессовочной машине роторного типа происходит дозирование массы смеси, необходимой для того или иного продукта, и образование прессованного, но еще не обернутого, бульонного кубика. Далее кубики поступают в упаковочный автомат, в котором осуществляется завертывание кубиков в фольгу. Следующим этапом является поступление завернутого кубика в накопительный бункер, где происходит накопление массы кубиков для бесперебойной работы всей линии производства данного продукта. С помощью транспортера упакованные бульонные кубики поступают в центробежное бункерное загрузочное устройство, с помощью которого осуществляется выдача кубиков порциями в зависимости от требуемого количества в одной единице упаковки на элеваторное транспортное устройство. Бульонные кубики порциями подаются в требуемом количестве на вертикальную упаковочную машину, в которой происходит выброс порции кубиков в пакет с последующей его запайкой и выдачей в тару [2,
3].
Упаковка бульонных кубиков в фольгу представляет собой сложный процесс, сопровождающийся периодическими отказами в процессе работы автомата. При упаковке осуществляются подача отпрессованного бульонного кубика к зоне упаковки, отрезание слоя фольги, обертывание
241
кубика в фольгу и склеивание шва фольги. Упаковочная фольга представляет собой пятислойный материал: пищевая основа - алюминиевая фольга - дизайн-слой - клеевая основа - парафин. Использование других типов упаковочных материалов на рассматриваемой машине не допускается.
На рис. 1 показана схема автомата, предназначенного для упаковки бульонных кубиков в фольгу.
Рис. 1. Автомат для упаковки бульонных кубиков в фольгу: 1, 2, 4 - толкатель; 3 - прижим; 5 - нож; 6 - датчик метки;
7 - захват; 8 - термоэлектрический нагреватель (ТЭН)
Автомат работает следующим образом. Отпрессованные бульонные кубики по ленте с направляющей передаются толкателем 1 в зону завёртывания в фольгу (а). Толкатель 2 обеспечивает подачу кубика к фольге, движение которой обеспечивает захват 7. Датчик 6 фиксирует метку фольги и подает сигнал ножу 5, который по сигналу отрезает ее (б). Дальнейшее направление движение кубика с фольгой - зона завертывания кубика в фольгу, фиксацию которого обеспечивает прижим 3 (в). Толкателем 4 бульонный кубик, завёрнутый в фольгу, направляется к нагревательному элементу 8, который обеспечивает нагрев клейкого материала для получения прочного шва в процессе заклеивания фольги. Привод машины осуществляется с помощью коленчатого вала - основы любой современной технологической машины, для которой характерны высокая надежность и долговечность. Являясь передающим звеном машины, он служит для передачи движения всем узлам и механизмам.
В процессе работы на данном оборудовании были выявлены отказы, которые в соответствии с известной классификацией отказов могут быть представлены следующим образом.
По характеру изменения параметра до момента возникновения отказа были обнаружены внезапные и постепенные отказы.
В качестве внезапного отказа был выявлен сбой программного обеспечения. Многие современные машины-автоматы работают на базе Windows CE, сбои в работе которой происходят довольно часто; многие производители устанавливают собственное программное обеспечение, перепрошивку которого периодически осуществляют.
242
Постепенным отказом автомата является затупление ножа для обрезания фольги. Износ материала, из которого изготавливают рабочие органы современных машин пищевых производств, вследствие коррозии невозможен. Рабочие узлы и механизмы, в том числе и те, которые соприкасающиеся с продуктом, изготовлены из пищевой стали, не дающей реакций с солью, сахаром и другими компонентами смеси.
По связи с отказами других элементов отказы делят на независимые и зависимые. Независимым отказом может быть обрыв фольги, в которую завертываются кубики. Зависимым отказом автомата является, например, сход коленчатого вала со своей оси в результате износа подшипников (если подшипник исчерпал свой ресурс или под воздействием внешних факторов, например, попадания мусора).
По возможности использования элемента после отказа бывают полные и частичные отказы. Полным отказом является, например, поломка муфты, передающей движение от двигателя на коленчатый вал. Частичным отказом является сгорание ТЭНа. При этом одна поверхность фольги хоть и приклеивается к другой, но прочность склеивания невысока. Это приводит к тому, что на последующих операциях технологического процесса начинает происходить развертывание фольги, что приводит к снижению эффективности машины (падает производительность, теряется качество, появляется необходимость дополнительного задействования операторов к процессу извлекания бракованных изделий из общей массы и др.).
По характеру проявления отказа бывают отказы типа сбоя, перемежающиеся и устойчивые. К отказам типа сбоя можно отнести потерю дизайна фольги, в которую упакованы кубики, из-за засорения захвата. Кубик имеет 6 граней. Машина, завертывающая кубики, работает так, чтобы каждая грань кубика имела строго определенный рисунок. Для этого захваты, имеющие строго установленный шаг, протягивают фольгу таким образом, чтобы произошло соответствие требуемому дизайну. Если захват по каким либо причинам не сработал (например, засорился), то дизайн каждой грани кубика нарушается. Упакованный неправильным образом кубик движется дальше к датчикам. Датчик по соответствующим меткам фиксирует сбой и поэтому направляет сигнал на захваты. В свою очередь, захваты фольги самовосстанавливают требуемые параметры работы и продолжают протягивать фольгу по строго установленному шагу. Дизайн фольги, обертывающей каждую грань кубика, восстанавливается.
Перемежающимся отказом является периодическое неулавливание датчиком метки фольги, что обусловлено, прежде всего, некачественными материалами упаковки. Устойчивым отказом может быть любая внутренняя поломка, например, выход из строя подшипника.
По причине возникновения отказа последние бывают конструкционные, производственные и эксплуатационные.
Рассмотрим причину возникновения конструкционного отказа (рис. 2, а, б). Крошки пыли, образующиеся после прессования кубиков, заполняют все пустоты между лентой 2 подачи кубиков 1 в машину и на-
243
правляющей 3 ее движения. Это приводит к неточной подаче на завертывание и смещению на высоту h потока кубиков за счет налипания порошковой пыли под лентой. В результате этого происходит неточная подача кубиков к заверточному устройству упаковочного автомата, в результате чего они крошатся.
а
б
Рис. 2. Возникновение конструкционного отказа в процессе движения кубика к зоне упаковки и пути его устранения: а - требуемое направление потока кубиков по ленте; б - возникновение отказа при подаче бульонных кубиков к зоне завертывания в фольгу; в - модернизированная направляющая с отверстиями: 1 - бульонный кубик, 2 - лента; 3 - направляющая ленты; 4 - зона завертывания в фольгу
в
Возникновение данного отказа обусловлено тем, что на этапе конструирования деталей, узлов и механизмов машин не всегда можно в полном объеме учесть многие факторы, которые влияют на надежность технологической системы. Так, при проектировании и конструировании машины для завертывания кубиков в фольгу не было учтено то, что после прессования бульонных кубиков образуется некоторое количество пыли, которая начинает забиваться во все поры, зазоры и др. аналогичные пустоты, сопряженных с продуктом рабочих плоскостей. Одним из таких участков является зона между лентой подачи кубиков в машину и направляющей ее движения (см. рис. 2, б). Это приводит к неточной подаче кубиков на завертывание, и кубики крошатся при подаче.
При конструировании новых аналогичных по назначению машин указанный недостаток был устранен следующим образом. Направляющая ленты была выполнена с отверстиями для вывода крошки в случае заполнения ею пространства между лентой и направляющей (рис. 2, в). Для того чтобы с такой направляющей крошки пыли не падали на нижнюю ленту, был выполнен наклоненный под углом отсекатель (на рис. 2, в не показан), благодаря которому крошки попадают в область, удаленную от движущихся рабочих органов машины.
Производственный отказ возникает из-за нарушения или несовершенства технологического процесса изготовления или ремонта автомата. Примером производственного отказа является использование непредназначенного упаковочного материала (например, вместо пятислойной фольги использование пластмассовой упаковочной фольги). Это обусловлено тем, что при расчете параметров узлов и механизмов машин проводятся высокоточные расчеты для конкретных изделий, материалов и т.п., обладающих определенными физико-механическими свойствами. При использовании же изделий, материалов и т.п. с параметрами, значения которых выходят за установленные пределы, может произойти поломка узлов и механизмов машин.
К эксплуатационному отказу можно отнести поломку машины, обусловленную, например, установлением скорости рабочих органов машины, значение которой превышает ее значение, установленное в правилах и режимах эксплуатации.
Таким образом, понятие надежности является основным понятием, охватывающим все стороны технической эксплуатации элементов, узлов, блоков и систем. Для современных машин-автоматов пищевых и перерабатывающих производств, в том числе и для рассматриваемой машины, характерно наличие большого количества датчиков, которые предупреждают возникновение отказов и способствуют надежному и долговечному функционированию системы [4]. Причинами отказа автомата для упаковки бульонных кубиков в фольгу являются просчеты, допущенные при конструировании, дефекты производства, нарушения правил и норм эксплуатации, повреждения. Все это приводит к снижению качества производимой продукции и уменьшению производительности упаковочной линии. Поэтому при создании, конструировании и эксплуатации упаковочных машин особое внимание необходимо уделить вопросам надежности и прогнозирования отказов элементов их конструкции.
Список литературы
1. Давыдов И.Б., Давыдова Е.В. Вопросы автоматизации изготовления и упаковки бульонных кубиков // Вестник ТулГУ. Автоматизация: проблемы, идеи, решения. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. Ч. 1. С. 12 - 17.
245
2. Давыдова Е.В., Прейс В.В. Механические бункерные загрузочные устройства в пищевой промышленности / под науч. ред. В.В. Прейса. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. 168 с.
3. Давыдова Е.В., Давыдов И.Б., Прейс В.В. Бункерные загрузочные устройства центробежного типа для автоматической загрузки прессованных штучных пищевых продуктов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2012. Вып. 1. С. 103-111.
4. Проников А.С. Надежность машин. М.: Машиностроение, 1978.
592 с.
Давыдов Иван Борисович, инженер, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS OF FAILURES AND THEIR CAUSES IN THE MACHINE FOR THE PACKAGING OF PRESSED STOCK CUBES IN FOIL
I.B. Davydov
The main types offailures, causes of their occurrence and possible ways of eliminating failures when packing pressed bouillon cubes in foil in the packaging machine are considered.
Key words: equipment for packaging, bouillon cubes, wrapping, packaging.
Davydov Ivan Borisovich, engineer, svoryi@gmail. com, Russia, Tula, Tula State University
