調味品包裝生產(chǎn)線的洗瓶烘干一體機的研發(fā)

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)技術學院，廣州 510635）

調味品包裝生產(chǎn)線的洗瓶烘干一體機的研發(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)技術學院，廣州 510635）

本文針對調味品包裝生產(chǎn)線的洗瓶烘干技術進行深入研究，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，詳述其設計方案、關鍵結構及技術原理。

包裝生產(chǎn)線 調味品 洗瓶 烘干 一體機

0 前言

近年來，隨著科技發(fā)展，調味品和罐頭自動化生產(chǎn)線上的洗瓶及其烘干技術得到了不斷的優(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備品種、規(guī)格、結構很多。就濕式洗瓶機而言，比較典型的有轉鼓式噴沖洗瓶機、鏈式自動洗瓶機、無鏈式自動洗瓶機、撥盤式洗瓶機、回轉式洗瓶機等，這些洗瓶機多半有上下瓶機構，且結構復雜，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行清洗。

歐美等國家的調味品和罐頭自動化生產(chǎn)線技術領先，自動化程度高，其中的洗瓶烘干設備先進實用，如德國KRONES（克朗斯）設計的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，設計思路及工藝與市場上的其它洗瓶機大有不同，且環(huán)保性已經(jīng)得到公認，生產(chǎn)能力巨大。但這類進口設備價格昂貴，在國內難以大量推廣和應用。國產(chǎn)調味品和罐頭玻璃瓶清洗和干燥自動化設備無論從結構設計上還是技術性能上，與國外同類設備比較，均存在較大差距，洗瓶和烘干設備分離，運行速度較低，僅達100～200瓶/min。

有鑒于此，本項目組吸收國外先進技術，成功研發(fā)出高速對夾式連續(xù)洗瓶烘干一體機，集清洗與烘干于一體，具有500瓶/min的生產(chǎn)能力，并能適應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進行深入研究，開發(fā)高速自動化設備并實行產(chǎn)業(yè)化。研究的內容主要是通過合理的工藝和高效的設備實現(xiàn)調味品和罐頭食品的包裝容器的潔凈和干燥處理。

確定設備生產(chǎn)的工藝流程為：

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

2 設備總體結構及工作原理

2.1 設備總體設計

本項目的研究參考國外先進的洗瓶及烘干技術，結合我國調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的總體設計及原理如圖1所示。

對夾式洗瓶烘干機主要由進瓶輸送鏈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、風壓管5、接水槽6、導向輪7以及水循環(huán)系統(tǒng)、熱風系統(tǒng)、電器控制系統(tǒng)等。

圖1 高速對夾式連續(xù)洗瓶烘干一體機結構原理圖

如圖1示，待洗空瓶直立排列由進瓶輸送鏈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：翻轉進入下部直線輸送、消毒液和清水的噴射沖洗、熱風吹干、再次翻轉運行至上方。最后，瓶子運行至C位置，夾瓶鏈帶放松，自動進入出瓶輸送鏈。

2.2 瓶子清洗烘干過程原理

2.2.1 瓶子進入夾瓶輸送鏈帶前

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入夾瓶輸送鏈帶。

第二步，在瓶子進入夾瓶輸送鏈帶之前，采用對稱噴淋方式對其外表面進行清洗。

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瓶位置R的喇叭口進入夾瓶輸送鏈帶，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驅動，沿封閉的循環(huán)導軌和導向輪運動。當瓶子翻轉90°時，進入內腔消毒水清洗段。

第三步，瓶子進入內腔清水清洗段，作用是將消毒水清洗過的瓶子沖洗干凈。

第四步，瓶子進入內腔高壓風吹干段，將附在瓶子中大部份水吹干。

第五步，瓶子進入內腔熱風烘干段，將前面風干后剩余少數(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而將其送出洗瓶機進入下道工序。

3 關鍵技術及性能指標

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，可通過手輪及其調節(jié)裝置調整左右夾瓶鏈的間距以適應瓶徑，從而使夾瓶輸送鏈帶的夾緊力達到適當?shù)牧Χ取?/p>

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

3.2 瓶子輸送機構

輸瓶機構包括進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。

組成進瓶輸送鏈的兩段平頂鏈，分別采用轉速不同的電機驅動，形成差速輸送（減速），使瓶子進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，分別采用轉速不同的電機驅動，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)

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

在一體機上，清洗水為熱水，一般采用蒸汽加熱清洗水；熱風烘干瓶腔需要熱源加熱氣流。技術方案上，對于使用熱風干燥，熱風風量和烘干溫度是影響烘干質量的主要因素，為提高烘干質量，本設備采用PLC實現(xiàn)的模糊PID控制器對熱風風量和烘干溫度進行控制，提高烘干質量穩(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節(jié)閥和熱風進入瓶子烘干系統(tǒng)，變頻器分別控制夾瓶輸送鏈帶電機和風機的電機，兩組電機均帶有編碼器的閉環(huán)轉速反饋，編碼器反饋轉速給PLC，PLC根據(jù)反饋轉速作相應的處理。

洗瓶烘干一體機為高速連續(xù)的機械，為達到電動機高速響應電機的速度變化及迅速排除電機運轉中的擾動，在PLC中設計了一個模糊PID控制器，在其中進行運算后得出一個控制值，實現(xiàn)整機的溫度和風量的控制。

3.4 主要技術指標

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

表1 連續(xù)洗瓶烘干一體機主要技術指標

4 結語

本設備配套于調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)運行，高速高效，主要技術性能已接近歐盟標準。與此同時，采用PLC實現(xiàn)的模糊PID控制器對熱風風量和烘干溫度進行控制，提高了瓶子清洗后內腔烘干質量的穩(wěn)定性，符合調味醬料對包裝瓶潔凈度和干燥度的嚴格要求。

廣東省教育部產(chǎn)學研結合項目（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)技術學院教授，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械、工業(yè)機器人應用技術研究。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