Фасовочнс упаковочные автоматы для производства объемных пакетов
Объемный пакет (ГОСТ 12302 — тип 1 — 11) с тремя сварными швами, с боковыми складками или без них Грис. 4.3) предназначен для фасования продуктов дозой от 200 до 5000 см3. Для получения объемного пакета упаковочный материал сначала сворачивается в рукав с круглым, овальным или прямоугольным сечением. Как правило, образование рукава производится с помощью детали, называемой из-за характерного внешнего вида «воротником». По его наличию или отсутствию и, соответственно, по способу образования рукава упаковочные части автоматов подразделяют на воротниковые И безворотниковые.
Первый промышленный образец безворотникового автомата для фасовали я i фодуктов в пакеты из термосвариваемых материалов был изготовлен в 1952 г. 3 настоящее время безворотниковые автоматы встречаются значительно реже воротниковых. Они п рименяюгся для формирования п акета как и з многослойных материалов, так и из однослойных пленок. Применение однослойных пленок целесообразно лишь при малой дозе фасуемого продукта. Принципиальные от — .личия в конструю ию безворотниковых а втоматов вноси г устройство, протягивающее свернутый в рукав упаковочный материал. Автомат может быть оснащен тянущими губками или другими элементами (чаще всего захватами в виде щипцов).
Один из первых патентов, относящихся к способу получения рукава с помощью детали, внешне напоминающей матросский воротник, зарегистрирован в 1954 г. (рис. 4.30, а). С середины 1950-х годов воротниковые автоматыначали широко распространяться. Несмотря на внешнюю простоту, деталь «воротник-рукавообразователь» сложна и в расчетах, и в изготовлении. Существует несколько теорий расчета заходной поверхности (воротника) и рукавообразующей линии, по которой пересекаются конусная поверхность воротника и цилиндрическая поверхность трубы. Для достижения высокой производительности автомата необходимо правильно подобрать угол наклона заходной поверхности. Величина угла, как правило, зависит от толщины и жесткости упаковочного материала.
Рукавообразователи бывают круглого, прямоугольного, квадратного и овального сечения. Рукавообразователи овального сечения можно увидеть на упаковочных машинах, где пленка, свернутая в рукав, протягивается на требуемую длину пакета вручную. Рукавообразователи прямоугольного сечения встречаются чаще и используются, например, на упаковочных машинах, образующих пакет с прокаткой или проваркой продольных швов. Существует рукавооб- разователь и без заходной поверхности (рис. 4.30, б), например, на автоматах компании «Теко». Тем не менее автоматы с рукавообразо — вателем подобной конструкции относят к воротниковым с низкой производительностью. Функции воротника в этом случае выполняются последним натяжным роликом и рукавообразующей линией на цилиндре.
По способу протяжки упаковочного материала воротниковые машины бывают двух видов: с тянущими губками поперечной сварки (с продольной встречаются реже) и с тянущими транспортерами. Иногда вместо транспортеров применяют ролики или захваты в виде щипцов, аналогичных тем, которые описаны в конструкции машины для образования «стик-пака».
Рис. 4.30. Воротник-рукавообразователь с заходной поверхностью (о) и без нее (б) |
У воротниковых автоматов с тя ну щими транспортерами степень заполнения пакетов пр< >дуктом выше, чем у автоматов с тя нувщмн губками (рис. 4 31). Как правило, машины, на которых образуется объемный пакет, по направлению движения упаковочного материала бывают вертикального типа Очень редко для фасования хрупких продуктов изготавливают автоматы, ось рукавообразователя которых отклонена от вертикали.
Рис. 4.31 Наполнение пакетов при протяжке транспортерами (а) и 1убками (о) |
Безворотниковые автоматы непрерывного действия с тянущиМи губками В качестве примера возьмем технологическую схему упаковочной части фасовочного автомата для жидких продуктов, разработанного фирмоиТеПга Рак, или автомата АП1Н (его отечественного ана"юга). И хотя на них изготавливались пакеты не в форме подушечки, а в форме тетраэдра, по этой сх еме можно получат ь и пакеты другой конфигурации (рис. 4 32).
Безворотниковый способ получения пакета заключается в том, что упаковочный материал с рулона 1 через натяжной ролик 2протаскивается через формирующие кольца — большое 3 и малое 4, на которых сворачивается в рукав. Кромки упаковочного материала проходят через нагреватель 5 и ] грогрева ются до темпер» пгуры пла вления термосвариваемого слоя, после чего сдавливаются холодны м роликом 6 и образуют продольный ш ов
Ниже по движению упаковочного материала под утлом 90° расположены две пары цепных транспортеров 7 и 8 (на рис. 4.32 — по одному из ка ждой пары). На транспортерах прикреплены тепловые губки поперечной сварки 9 и 10, которые, сходясь, образуют поперечный шов Доза продукта поступает внутрь рукава в тот момент, когда поперечный шов уже есть
Рис. 4 32 Схема безворотникового упаковочного автомата непрерывного действия с тянущими губками поперечной сварки, образующего пакет «тетра-классик»
Следующая пара поперечных губок запечатывает наполненный пакет и образует поперечный шов очередного пакета. Двигаясь вниз, губки протя г иьают упаковочный материал, образуя гирлянду наполненных пакетов. Ниже транспортеров 7,8 под углом 90° установлены две пары рот< >ров отрезки 11, на одной из которых расположен ы четыре ножа 12, а на другой — пластины Сходясь, ножи разрезают гирлянду — и один наполненный пакет 13 г< >тов.
Безворотниковые автоматы периодического действия с тянущими захватами. Примером этого типа могут служить автоматы, образующие упаковку «стик-гак», предназначенную для небольших доз продукта. Обычно эти машины выпускаются в много ручьевом исполнении (рис. 4.33).
Рис. 4.33 Схема безворотникового упаковочного автомата периодического действия с тянущими захватами, образующего упаковку «стик-пак» |
Упаковочный материал с рулона 1 разматывается через систему натяжных роликов 2 и дисковыми ножами 3 разрезается вдоль на полосы. Число полос и ручьев может достигать восьми и даже двенадцати. Каждая полоса сворачивается в рукав вокруг трубы про — дуктовода 4. Кольцо 5 предотвра щает расхождение кромок упаковочного материала при сварке продольного шва рукава Ра сположен — ные ниже губки продольной сварки 6, периодически прижимаясь к рукаву, производят сваривание кромок упаковочного материала, образуя продолы гые шьы
Под нижним краем трубы 4 располагаются губки поперечной сварки (обычно одна пара на все ручьи): задняя 7 и передняя 8. Схо-
Дясь, они сдавливают рукав и образуют поперечные швы. Встроенный в олну из поперечных губок (чаще заднюю 7) нож 9 отрезает готовый наполненный ] фодуктом пакет 1 /. Когда губки 6 отведены, а губки 7 и 8 разведены, захваты в виде щипцов 10 накладываются на рукав и двигаясь вниз, протягивают его на длину пакета. При последующем сведении губок створки щипцов разводятся, и щипцы поднимаются вверх, возвращаясь в исходное пол< >жение.
Воротниковые автоматы периодического действия с тянущими губками поперечной сварки. Технологическая схема такого автомата представлена на рис. 4 -34 Сначала упаковочный материал с рулона 1 через систему натяжных роликов 2 поступает к рукавообразова — телю 3, при этом упаковочный материал перед рукавообразователем должен быть хорошо натянут. Далее упаковочный материал формируется в рукав вокруг трубы 4 Расположенная ниже губка продольной сварки 5, периодически прихсимаясь к кромкам упаковочного материа ла, сваривает их образуя продольный шов.
РисУ 4 34. Схема воротникового упаковочного ав гомата периодического действия с тяну щими губками поперечной сварки
Ниже гуЬки продольной сварки и нижнего края трубы 4 расположены губки поперечной сварки 6 и 7, которые, начиная свое горизонтальное движение одновременно с губкой 5, сводятся, образуя поперечные швы верхний — нижнего пакета и нижний — верхнего пакета. Затем губка 5 отщит от трубы 4, а губки в и 7 движутся вниз, nj )отяги воя рукав на нужную длину пак ета. В губках поперечной сварки изготавливаются пазы, в одном из которых, как правило, задней губки б, установлен нож 8 I Три сведенных губках б и 7 нож совершает движение, разрезая пакеты. Продукт от дозатора поступает внутрь пакета по трубе 4 в тот период, когда губки б и 7 сошлись или совершают движение вниз либо когда расходятся. Выбор момента дозирования зависит от свойств упаковочного материала и продукта, а также от массы дозы
После окончания движения вниз 1убки 6 и 7расходятся, и готовый наполненный пакет 9 поступает на дальнейшие технологические операции, а губки поперечной сварки возвращаются в верхнее положение, и цикл повторяется.
Воротниковые автоматы периодического действии с тянущими губками продольной сварки. Очень редко для протягивания рукава используются губки продольной сварки. Пример такой конструкции — упаковочная часть автомата, фасующего продукты в пакеты с проваркой продольных углов (рис. 4.35).
Упаковочный материал / через ролик 2 подводится к рукавообра — зователю прямоу] ольного сечения 3, где оборачивается вокруг трубы 4. Совмещение кромок упаковочного материала производится в одном из углов прямоугольной трубы. Четыре пары продольных губок 5,6 и 7 (четвертая пара не показана) сдавливают кромки рукава и, двигаясь вниз, протяг ивают и сваривают материал. Три угловых шва придают па кету жесткость, а четверты й образует продольный шов. Таким обра зом, традиционный продольный шов объемного пакета оказывается спрятан в одном из углов.
Когда движение вниз зако! гчено, губки п родольной сварки разводятся и возвращаются в верхнее положение. В это время губки поперечной сварки 8 и 9 сдавливают рукав, образуя поперечные швы. Когда они с ведены, вст роенны й в одну из губок нож 10 о гделяет готовый наполненный пакет 11 Пакет со сваркой продольных углов чаще всего выполняется со складкой. У зарубежных производителей такой стоячий пакет носит название stable-bag.
Ворот-ликоЕые автоматы непрерывного действия с тянущими 1убкамипоперечной сварки Технологическая схема, позволившая
С тянущими гудками продольной сварки
Значительно увеличить производител ьность упаковочных частей автоматов, была известна еще в 1960-х годах. В несколько модифицированном виде (протяжка осуществляется не с помощью роликов, а с помощью губок) она представлена на рис. 4.36. Отличие этого автомата от машины, изображенной на рис. 4.34, состоит в том, что вместо губок продольной сварки устанавливает ся устройство непрерывной сварки 5, а вместо одной пары губок поперечной сварки установлены две пары: б—7 и 8—9.
Сварку продольного шва обеспечивают следующие устройства: горячий роликР комбинация неподвижного нагревателя и холодного ролика, горячая лента или устройства сварки нагретым газом, ТБЧ, ультразвуком. Движение пар губок взаимосвязано: когда одна пара расходится, вторая сходится. Так осуществляется непрерывное движение упаковочного материала.
^Продукт |
Приведен ные вы ше схемы воротниковых автоматов (к роме автомата с тянущими губками продольной сварки) начали широко ис- пользоватьужеккош^у 1960-хгодов. Впервой половине 1980-хгодов считалось, что ни одна из рассмотренных схем не способна обеспе-
Рис. 4.36. Схема в< >ротникового упаковочного автомата непрерывного действия с тянущими губками поперечной сварки
Чнть производительность упаковочной части автоматов периодического действия свыше 100 пакетов/мин. Ограничи вали производительность процессы сведения и разведения сварочных электродов (губок), образования сварных швов, а также некоторые свойства упаковочных материалов (низкая прочность, деформация под нагрузкой, высокий коэффициент трения) и малопроизводительные дозаторы.
Новые упаковочные материалы (ПП, ПЭТ) и комбинационный дозатор японской фирмы Ishida позволили значительно повысить производительность упаковочных машин. Компания Robert Bosch (Германия) разработала упаковочную машину непрерывного действия с вакуумными тянущими транспортерами SVK2500 производительностью до 160 пакетов/мин Протяжка рукава с помощью вакуума является одним из условий обеспечения высокой скорости. Robert Bosch первая в мире (патент был заявлен в апреле 1981 г.) применила протяжку рукава с помощью транспортеров, в специальных отверстиях которых создается вакуум
Воротниковые автоматы периодического действия с тянущими транспортерами. Образование и заполнение пакета на такой машине происходит в соответствии со схемой, представленно на рис. 4.37. Упаковочный материал с рулона 1 через систему натяжных роликов 2 поступает к рукавообразователю 3, на котором вокруг трубы 4 формируется рзчкав. Два транспортера 5 периоди чески протягивают рукав на длину пакета.
J родукт
Рис. 4 37. Схема воротникового упаковочного автомата периодического действия с тянущими транспортерами |
В некоторых конструкциях транспортер движется постоянно, соприкасаясь с рукавом только в момент протяжки. Встречаются также и автоматы, оснащенные транспортером с непрерывно движу! цейся перфорированной лентой, под которой периодически создается вакуум, притягивающим упаковочный материал.
Когда транспортеры 5 не протягивают рукав, с трубо> 4 соприкасается ]убка продольной сварки б, образующая продольный шов пакета. Губки поперечной сварки 7 и 8 практически одновременно с губками продольной сварки образуют понеречные швы пакетов. В 1убках поперечной сварки изготавливаются пазы, в одном из которых установлен нож 9, разрезающий материал при сведенных губках. К< »гда губки ‘/и 8 расходятся, губка б отходит от трубы 4 и наполненный пакет Ю отводится от автомата. Транспортеры протяжки
включаются, и цикл повторяется. Иногда вместо тянущих транспортеров применяются ролики.
Воротниковые автоматы непрерывного действия с Т5шущими 1 рапсиортерамиидвумя (или более) паюами губок поперечной сварки. Данную схему в патенте ФРГ с приоритетом от 20 декабря 1985 г. предложила немецкая фирма Rovema. В совокупности с рядом дру-
Ги х решенш i, зарегистрированных позже, специалисты создали высокопроизводительную (до 270 пакетов/мин) упаковочную машину Rotoseal.
|
Технологическая схема машины Rotoseal соединила два типа упаковочных частей воротниковых а втоматов: непрерывного действия с тянущими губками и с протяжкой транспортерами. Протяжка рукава осуществляется транспортерами, а поперечная сварка — губками, которые, сопровождая непрерывно движущийся рукав, соединяют пленки и отрезают пакет. Работа такой машины ocyi цествляет- ся в соответствии со схемой, представленн ой на рис. 4 33.
Продукт
Рис. 4.38. Схема воротникового упаковочного автомета непрерывного действия с тя] гущими транспортерами и двумя парами губок поперечной сварки |
Упаковочны й материал 1 с рулона через систему натяжных роликов 2Поступает к рукавообразователю 3, где вокругтрубы 4 формируется рукав. Далее материал протягивается постоянно движущимися транспортерами 5, устройство непрерывной сварки 6 сваривает кроя, образуя продольный шов пакетов На высокопроизводительных упаковочн ых машинах для образования продольных швов чаще всего используется сварка горячей лентой. Две пары поперечных губок 7—8 и 9—10, сходясь поочередно, образуют поперечные швы, а встроенные в губки ножи 11 и 12 отделяют готовый пакет 13.
Схожие решения были заявлены фирмой Ilapak в патентах с приоритетом от 27 января 1986 г., 31 июля 1986 г. и 21 яньаря 1986 г, Вскоре подобную конструкцию запатентовала и Robert Bosch.
Рассмотренные автоматы (рис. 4.36 — 4.38) не только самые производительные, но и самые сложные в исполнении и управлении. Здесь необходимо синхронизир ивать работу нескольких механизмов: у стройства, разматывающего рулон упаковочного материала, подающего материал к рука вообразователю, транспортеров и 1убок. При этом транспортеры протяж ки и устройства непрерывной продольной сварки сложнее, чем на других автоматах.
Воротниковые упаковочные автоматы всех ьидов могут снабжаться устройствами, образующими на пакете боковую складку. Такой пакет носит несколько названий: пакет с боковой складкой, пакет с поперечной складкой, стоячий пакет, пакет с гассетом.
Схема работы такого уст ройства представлена па рис. 4 39 Губки поперечной сварки м< >жно заменить ус гройством, устанавливаю щим пластиковую или алюминиевую клипсу В пакет, образованный па воротник< >вом автомате, можно встав.ять кла пан или замок дл я мн< >- горазового открывания и закрывания.
Рис. 4.39 Схема образования пакета с боковыми складками |
Таким образом, важнейшими технологическими процессами изготовления мягкой тары являются печать, сварка, склеивание, дозирование продукции и отрезка.
Процесс печати на полимерных i [ленках и листах осложнен специфическими особенностями их поведения в печатных машинах — восприятием краски на невпитывающих поверхностях, повышенной разпотолщиппостыо при высокой прочности, ползучестью и т. д. С Следует отметить, что качество печати в первую очередь зависит от свойств полимерных пленок и ли стов, которые в широком диа пазоне можно регулировать технологическими режимами их производства [25,40]. Поскольку печать на упаковочных материалах во многих вузах изучается отдельным курсом, эта объемная тема в данном учебном пособии не рассмотрена.
Производство тары из полимерных пленок и листов29 ноября, 2012