CC BY
23
|УПАКОВКА И ЛОГИСТИКА
ТЕМА НОМЕРА
Новые типы фасовочного оборудования
для малых производств
С.М. Шамшурко, Ю.А. Калошин, В.А. Трунов
Московский государственный университет технологий и управления
Развитие малых производств в пищевой промышленности и отраслях, перерабатывающих сельскохозяйственное сырье, в большей степени зависит от наличия, ассортимента и доступности оборудования, в том числе фасовочной техники, позволяющей получить законченный продукт, годный к
I 10
Рис. 1. Дозатор «тихих» жидкостей по объему: а - схема; б - внешний вид
м
у
хл
р
\
Рис. 2. Дозатор «тихих» жидкостей по уровню: а - схема; б - внешний вид
реализации. В условиях насыщенного рынка продовольственных товаров для повышения конкурентоспособности продукции помимо достаточного ассортимента изделий еще необходимо иметь и значительный набор тары, видов упаковки.
Эти условия, а также специфика малых производств, выпускающих готовые продукты, предъявляют особые требования к фасовочному оборудованию. Фасовочная техника должна иметь возможность перенастраиваться:
• на различные дозы продукта;
• на разные типы тары (бутылки, банки, флаконы, фляги и пр.);
• на разные размеры и формы тары (круглые, плоские, прямоугольные);
• на различную фурнитуру (пробки, колпачки, этикетки).
Ввиду того, что малые производства часто расположены в сельской (сырьевой) зоне и не располагают квалифицированным персоналом, оборудование не должно быть сложным в обслуживании, желательно не содержать импортные комплектующие и запасные части.
Современный рынок фасовочного оборудования достаточно представлен лишь в сегменте автоматических машин средней и высокой производительности (от 3000 шт/ч и выше). Автоматические линии и отдельные машины низкой производительности (до 1500 шт/ч) и особенно полуавтоматические и ручные машины представлены недостаточно и часто не соответствуют вышеперечисленным требованиям.
Ориентируясь на заказы предприятий, в НТЦ фасовочного оборудования МГУТУ разработаны, изготовлены и успешно эксплуатируются на малых предприятиях комплекты полуавтоматического фасовочного оборудования, отвечающие всем современным требованиям, позволяющие на малых площадях и с использованием малочисленного персонала обеспечить весь цикл фасования продуктов в потребительскую тару: ополаскивание тары, розлив (дозирование) продукта в
б
а
б
а
тару, укупорка, этикетирование, внешнее оформление. Многие виды оборудования уже освоены на производстве [1-4]. Ниже представлены новые типы машин и оборудования.
При разработке оборудования для розлива (дозирования) жидких и пастообразных продуктов необходимо учитывать много различных факторов, так как такие продукты можно дозировать по объему и по уровню; жидкости бывают «тихие» и газированные, могут содержать различные твердые включения, имеют разную вязкость, реологические свойства, адгезию и пр.
Для фасования жидких маловязких продуктов, разливаемых при атмосферном давлении («тихих» жидкостей) разработано три типа конструкций дозаторов.
Дозатор по объему [5] показан схематически на рис. 1,а и содержит мерный цилиндр 1, имеющий вверху крышку 2 и воздушную трубку 3. Жидкость подается из напорной емкости в патрубок 4, отмеренная доза сливается в тару через трубку 5. На обоих каналах имеются запорные клапаны 6 и 7, получающие сигналы от управляющего устройства (УУ) 8. Мерный цилиндр герметично закрыт вялой мембраной 9, в которой перемещается воздушная трубка 3. В нормальном состоянии затвор 6 закрыт, а затвор 7- открыт. При подаче к дозатору тары срабатывает датчик тары и УУ открывает затвор 6 и закрывает затвор 7, начинается набор дозы, при этом воздух удаляется из воздушной трубки 3. Когда уровень жидкости в мерной емкости достигает нижнего края воздушной трубки 3, выход воздуха прекращается и в воздушной полости над жидкостью образуется давление столба жидкости из напорной емкости. Под действием скачка давления мембрана 9 поднимается, срабатывает датчик положения мембраны 10, УУ закрывает клапан 6 и открывает клапан 7. Набранная доза сливается в тару. При подаче следующей тары цикл работы дозатора повторяется.
Дозатор может плавно настраиваться на величину дозы путем перемещения воздушной трубки 3 в мембране 9. Дозатор изготовляется в трех типоразмерах: малый - от 50 до 250 мл, стандартный - от 250 до 1000 мл, большой - от 1000 до 2000 мл или больше (по требованию). Относительная погрешность дозы не выше 0,5 %. Внешний вид дозатора по объему стандартного исполнения показан на рис. 1,б.
Дозатор по уровню [6] основан на том же принципе дозирования, но не содержит мерной емкости, так как дозирование протекает непосредственно в тару (рис. 2,а). Разливочная головка 1
с патрубком 2 подачи дозируемой жидкости прижимается герметично к бутылке 3, причем трубка подачи жидкости 4 свободно размещается выше требуемого уровня, а нижний край воздушной трубки 5 соответствует заданному уровню жидкости в бутылке. По сигналу от датчика 6 бутылки открывается запорный клапан на линии подачи, жидкость наливается в бутылку, а воздух удаляется по трубке 5. Когда уровень жидкости в бутылке достигнет нижнего края трубки 5, выход воздуха прекращается, над уровнем жидкости в бутылке образуется давление. Срабатывает датчик давления 7 и подача жидкости в бутылку прекращается. Для настройки требуемого уровня жидкости на нижнем конце воздушной трубки имеется передвижной наконечник.
Преимущества этого типа дозатора в основном определяются его универсальностью. Он может разливать в тару любой формы и объема (с горловиной одинаковой формы), причем точность срабатывания дозатора определяется не формой или размером бутылки, а только положением конца воздушной трубки в бутылке.
Положительное отличие вышеописанного дозатора - также большая производительность, так как в дозаторе по объему сначала отмеряется, а затем выдается требуемая доза, а в данном дозаторе период набора дозы в мерной емкости исключен. Один из промышленных образцов дозатора по уровню показан на рис. 2,б.
Дозатор прямого действия [7 ] применяется в тех случаях, когда по условиям производства не желательно применение электрических средств или же они должны быть во взрывоза-щищенном исполнении. Такие требования возникают при розливе пожароопасных или взрывоопасных сред, и обычно в таких случаях применяют дозаторы с пневматическими приводами. Однако такие дозаторы более сложные и дорогие, требуют наличия компрессора и устройств воздухоподготовки, а также содержат быстроизнашиваемые подвижные уплотнения.
Показанный схематически на рис. 3,а дозатор не требует применения посторонних источников энергии (электрической или пневматической) и срабатывает только за счет давления дозируемой жидкости (прямое действие). Мерная емкость 1 имеет патрубки 2 и 3 для подачи жидкости и слива ее в тару. Управляющее устройство (УУ) 4 в нормальном положении обеспечивает закрытый клапан на патрубке входа и открытый клапан на патрубке слива жидкости.
При наличии тары клапан на патрубке 3 закрывается, клапан на линии по-
PACKAGING AND LOGISTICS Щ
дачи 2 открывается, жидкость начинает поступать в дозатор, воздух из дозатора удаляется по трубке 5 и через полость А и канал 7 уходит в атмосферу. Как только уровень жидкости в дозаторе достигнет нижнего края воздушной трубки 5, выход воздуха из дозатора прекращается, в воздушной полости над уровнем жидкости образуется давление, определяемое давлением столба жидкости из напорной емкости или напорной магистрали. При этом вялая кольцевая мембрана 6 прижимается к телу крышки 9, перекрывает каналы воздушных трубок 5 и 7, препятствуя дальнейшему набору дозы жидкости. При наличии тары УУ закрывает клапан на линии 2, открывает клапан на линии 3, отмеренная доза жидкости сливается в тару, после чего цикл работы дозатора повторяется.
Величина дозы регулируется двумя путями: грубая регулировка задается положением нижнего края трубки 5, а точная настройка - изменением положения вытеснителя, что изменяется вращением штока 10 вытеснителя. Кроме того, при различных условиях подачи жидкости и напора дозируемой жидкости необходимо иметь регулируемую чувствительность срабатывания при окончании набора дозы. В описываемом дозаторе это осуществляется изменением упругости мембраны 6, а именно, при вращении регулировочного винта 8 изменяется расстояние между верхней и нижней половинами крышки 9, что приводит к изменению натяжения мембраны и, следовательно, ее чувствительности.
На рис. 3,б показан один из промышленных образцов описанного дозатора.
Укупорочные устройства полуавтоматического типа отличаются высокой универсальностью как по применяемой таре, так и по типоразмерам укупорочных средств. В общем случае используемые при расфасовке пищевых продуктов пробки и крышки можно условно разделить на три вида: требующие вращательного движения при укупорке, требующие поступательного движения и требующие того и другого одновременно. Укупорочный полуавтомат ВРУ-2.02 имеет привод, обеспечивающий оба вида движения, и может комплектоваться сменными укупорочными головками под все виды применяемых пробок и колпачков: металлические винтовые с отрывным кольцом (разного размера и формы), ПЭТ-и кронен-пробки, корковые типа «Алко» и IV А, ниппельные типа «Гуа-ла», «Макси-краун» и пр., в том числе
LU ш
* * 3
Рис. 3. Дозатор прямого действия: а - схема; б - внешний вид
и для приварки к пластиковой таре крышечек из ламинированной фольги.
На рис. 4,а схематически показана одна из укупорочных головок [8], предназначенная для укупорки бутылок с винтовым горлом алюминиевым колпачком с отрывным кольцом. При наличии в машине тары с надетым предварительно колпачком вращающийся корпус 1 головки опускается вниз до тех пор, пока сменная вставка, закрепленная в головке на подшипнике, не соприкоснется с колпачком на бутылке 2, а три обкатных ролика 3 при этом не соприкасаются с колпачком. После этого корпус 1 продолжает вращаться, но не опускается ниже, а конус 4 продолжает движение вниз, раздвигает верхние плечи 5, которые вращают оси 6 и нижние плечи 7, несущие закаточные ролики. Усилие от осей 6 пе-
б
а
|УПАКОВКА И ЛОГИСТИКА
ТЕМА НОМЕРА
редается плечам 7 через пружины 9, что позволяет осуществить гибкую связь между приводом (конус 4) и рабочими органами (закаточными роликами 8), расширяет диапазон настройки головки на различные усилия закатки и повышает качество укупорки.
Сменные ролики 8 позволяют закатывать колпачки с контрольным пояском снизу колпачка и на боковой поверхности колпачка. Сменные вставки для пробок и ориентатор пробок позволяют закатывать одной головкой винтовые колпачки разного размера с диаметрами 18; 22; 28; 30; 31,5 мм и более. Имеются также укупорочные головки для крышек типа СКО и «Твист-офф» различных размеров.
На рис. 4,б показан один из вариантов укупорочного полуавтомата, снабженный укупорочной головкой для пробок винтовых, а также дополнительной приставкой для одновременного оформления уже укупоренных бутылок декоративными термоусадочными колпачками.
Этикетировочные машины разработаны для использования самоклеящихся этикеток (в рулоне). Существенная особенность этих машин - боль-
шое разнообразие вариантов исполнения в зависимости от требований заказчика. Этикетки предполагается клеить на фронтальные поверхности круглой тары (обычные бутылки), некруглые бутылки (например, штофы или фляжки), на противоположные стороны (контрэтикетки), на горло (колье-ретки), либо комбинировать эти варианты. В особых случаях требуется наносить кольцевую этикетку на круглую тару, этикетки - на верхнюю или боковые поверхности тары в форме коробок и др.
В каждом из перечисленных вариантов изменяется компоновка машин, однако способ наклеивания и главные узлы машин остаются неизменными [9]. На рис. 5,а схематически показаны (в плане) размещение и основные узлы устройства для наклеивания одной позиции этикетки на боковую поверхность круглой тары (бутылки). На станине 7 имеется опора 2 для исходного роля с этикетками и опора 3 для намотки использованной ленты. Исходная лента с этикетками проходит через датчик положения этикетки 4 и кассету 5 с узлом натяжения ленты и прижимным роликом 6. Далее лента огибает утонченную кромку кассеты (отделитель этикеток) и механизм 7 протяжки ленты, после чего свободная часть ленты наматывается в рулон на опоре 3.
Бутылка 8 подается по транспортеру 9 или вручную и воздействует на датчик тары 10. При этом включается узел протяжки 7, исходная лента с этикетками сматывается с опоры 2, причем при огибании кромки отделителя на кассете 5 часть этикетки отделяется от ленты, выдвигается вперед, после чего движение ленты прекращается. Длина выдвигаемой части этикетки определяется установкой датчика положения этикетки 4 и может регулироваться в широком диапазоне.
Бутылка 8 подходит к кассете 5 с уже выдвинутой этикеткой, прижимается к ней валиком 6, приклеивается и при дальнейшем движении вытягивает этикетку до ее полного отделения от ленты. Валик 6 (один или несколько) разглаживают этикетку на поверхности тары. При подаче очередной тары (бутылки) цикл работы машины повторяется. На рис. 5,б приведена фотография одного из вариантов полуавтоматической этикетировочной машины для наклеивания двух позиций: этикетки и контрэтикетки.
К достоинствам описанной машины можно отнести ее простоту, универсальность и наличие дополнительных опций. Машина предусматривает перенастройку на различные размеры и форму бутылок, размеры этикеток, их положение на бутылке. Во многих слу-
чаях требуется точное позиционирование этикеток на бутылке, например, при наклеивании двух позиций или при необходимости наклеить этикетку в заданное место на бутылке. Соблюдение этих требований выполняется выдвижением строго заданной части этикетки, а также тем, что оставшаяся часть этикетки вытягивается самой бутылкой, т.е. обеспечивается их синхронизация. В качестве дополнительной опции предлагается встроенный датер, позволяющий наносить на этикетку необходимую переменную информацию: дату изготовления, номер смены и пр.
Описанные выше полуавтоматические машины отличаются большим разнообразием по конкретным вариантам исполнения, адаптируются по требованиям Заказчика к особенностям применяемой тары и условиям производства. По заказу изготовляются машины, сочетающие в одном моноблоке любые две из операций фасования, например, розлив + укупо-ривание, укупоривание + этикетиров-ка, а также предварительное ополаскивание бутылок или дополнительно к розливу дозирование заданного количества купажа.
На все перечисленное оборудование получено Санитарно-эпидемиологическое заключение Минздрава РФ о допуске к контакту с пищевыми продуктами, а также Сертификат соответствия Росстандарта.
ЛИТЕРАТУРА
1. Новые типы фасовочного оборудования малой производительности// Ликероводочное производство и виноделие. 2003. № 11.
2. Оборудование для упаковки продуктов питания: Каталог. - М.: Росин-формагротех, 2004.
3. Фасовочное оборудование для малых производств//Ликероводочное производство и виноделие. 2003. № 1.
4. Оборудование для ликероводоч-ных производств: Справочник. - М.: Отраслевые ведомости, 2004.
5. Патент РФ № 2054631 «Порционный дозатор жидкости» // Бюлл. изобр. 1996. № 5.
6. Положительное решение о выдаче патента по заявке № 2005105741/12 «Дозатор жидкости по уровню».
7. Положительное решение о выдаче патента по заявке № 95102312/28 «Дозатор жидкости».
8. Положительное решение о выдаче патента по заявке № 2005105742/12 «Укупорочная головка».
9. Положительное решение о выдаче патента по заявке № 2005106470/12 «Способ наклеивания этикеток и устройство для его осуществления».
