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ZONGYI 利樂枕酸奶鮮牛奶包裝流水線工程案例 食品自動化裝箱碼垛流水線

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利樂枕二次包裝輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，效率低、作業(yè)工人多、勞動強(qiáng)度大的人工牛奶二次包裝已經(jīng)越來越不能適應(yīng)當(dāng)今社會的發(fā)展，由于人工牛二次包裝可靠性難以達(dá)到要求，開發(fā)全自動也裝生產(chǎn)線已成為發(fā)展的必然趨勢。利樂枕是來自瑞典利樂公司的無菌包裝技術(shù)，其包裝形狀易于裝箱、運(yùn)輸和存儲。從1997年正式推出，短短十幾年問，已經(jīng)成為中國牛奶zui主要的包裝之一[1]。

利樂枕在裝箱過程中，裝箱速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于灌裝速度，以500g利樂枕為研究對象，現(xiàn)在采用的A1灌裝生產(chǎn)線，500g灌裝速度達(dá)到7200包／h。而現(xiàn)在軟包的裝箱速度為60～80包／min。這樣導(dǎo)致一條灌裝生產(chǎn)線往往需要兩條或多條裝箱生產(chǎn)線來滿足，這樣不僅導(dǎo)致了資源的浪費(fèi)，同時(shí)也占據(jù)了較大的廠房空間。雖然文獻(xiàn)[2]對利樂枕裝箱方法進(jìn)行了詳細(xì)探討，但沒有考慮利樂枕灌裝對象對裝箱機(jī)生產(chǎn)效率的影響因素，因此，本文通過雙線輸送系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)裝箱功能，以期解決灌裝速度與包裝速度不匹配問題。

1 輸送系統(tǒng)原理與參數(shù)分析

為防止利樂枕在裝箱和運(yùn)輸過程中破損，如圖1所示通常需要在包裝箱上下兩層牛奶中問、箱側(cè)邊提手部共加放兩塊隔板，且牛奶還必需在箱內(nèi)傾斜放置，防止袋與袋之間產(chǎn)生擠壓，導(dǎo)致封口破損[2-3]。

圖1 利樂枕包裝箱結(jié)構(gòu)簡圖
1-下層利樂枕 2-提手隔板 3-中間隔板 4-提手 5-上層利樂枕 6-紙箱下層物料輸送系統(tǒng)

1．1 輸送系統(tǒng)裝箱工藝流程

利樂枕二次包裝輸送系統(tǒng)以每箱充填2層，每層3包為例來說明輸送系統(tǒng)與關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的工作原理。

整個(gè)工藝工程如圖2所示：從開箱系統(tǒng)到封箱系統(tǒng)全過程。

                          下層物料輸送系統(tǒng)開箱系統(tǒng)               上層物料輸送系統(tǒng)開箱系統(tǒng)
                                       ↓                                                       ↓
開箱系統(tǒng)→送箱系統(tǒng)→充填底層枕系統(tǒng)→放置隔板系統(tǒng)→充填上層枕系統(tǒng)→封箱系統(tǒng)
圖2利樂枕裝箱工藝圖

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1．2 輸送系統(tǒng)工作原理

采取分雙線輸送系統(tǒng)包裝時(shí)，把充填系統(tǒng)分為充填上層枕系統(tǒng)和充填下層枕系統(tǒng)，其原理如圖3所示。

圖3利樂枕裝箱輸送系統(tǒng)示意圖
1-左過渡帶 2-左加速帶 3-左伸縮帶 4-右伸縮帶 5-右加速帶 6-右過渡帶 7-換位器 8-上過渡帶 9-左擋板

利樂枕以速度V0傳送過來，首先經(jīng)過換位器傳向右過渡帶，經(jīng)過右加速帶加速后再運(yùn)動到右伸縮帶上[4]，再由伸縮式皮帶拋運(yùn)到疊層托盤上，然后再人箱，充填底層。若每箱裝6包利樂枕，系統(tǒng)輸出3n(n為某一自然數(shù))個(gè)利樂枕時(shí)，換向器換向，經(jīng)過上過渡帶以速度V1到達(dá)左擋板，然后再經(jīng)左過渡帶再轉(zhuǎn)向。運(yùn)動到左加速帶上，然后運(yùn)動到左伸縮帶，經(jīng)疊層托盤入箱再填充上層。其中，在經(jīng)過托盤入箱的過程中，托盤需根據(jù)利樂枕在箱中擺放的角度來確定其模型。如與右伸縮皮帶相配套的托盤模型制作如圖4(b)所示，通過此通道來確定利樂枕在箱子里面的角度。同樣，左伸縮皮帶輸出的利樂枕通過圖4(a)模型來確定上層利樂枕的擺放角度。模型中傾斜的角度與利樂枕在箱中擺放的角度是相等的。

圖4 托盤模型簡圖

1．3 輸送系統(tǒng)運(yùn)動參數(shù)的確定

為保證裝箱系統(tǒng)連續(xù)工作，利樂枕輸送系統(tǒng)各側(cè)必須滿足的條件：灌裝生產(chǎn)線每小時(shí)灌裝Q袋牛奶，一箱裝袋個(gè)數(shù)為N。

則裝箱過程中一箱理論周期為

T=3600N/Q (1)

設(shè)填充底層周期為T1，放置隔板周期為T2，充填上層周期為T3。系統(tǒng)總周期為T0。

(1)以填充底層的右輸送帶為研究對象：

l11/v11=T1 (2)
l12/v12+l13/v13=T1 (3)
v11<v12 v12=v13 v11>0
l11、v11——分別為右過渡帶的長度與速度
l12、v12——分別為右加速帶的長度與速度
l13、v13——分別為右伸縮帶的長度與速度

過渡帶的目的是消除換向時(shí)間對充填連續(xù)性的影響。

加速帶上主要是起到加大利樂枕之問距離的目的，一方面有利于拋料式伸縮帶的使用，另一方面，由于當(dāng)輸送帶以速度v0向右過渡帶輸送3袋利樂枕時(shí)，換向器會轉(zhuǎn)向，向上過渡帶再傳出3袋利樂枕，傳輸完成后，換向器同時(shí)又轉(zhuǎn)向，再向右過渡帶傳輸3袋利樂枕，那么前3袋與后3袋之間會相隔一個(gè)填充上層枕的周期，由于在右伸縮皮帶完成填充后，伸縮皮帶在回程時(shí)采用的是快速運(yùn)動，其需要的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于充填上層枕的時(shí)間，此時(shí)會導(dǎo)致伸縮皮帶復(fù)位后，利樂枕還沒有運(yùn)動到位，因此需要在中間設(shè)置一個(gè)加速帶來緩沖，減小他們之間的時(shí)間差。讓后續(xù)的利樂枕能經(jīng)過右過渡帶快速的達(dá)到右伸縮帶，以達(dá)到其連續(xù)性。
(2)以填充上層的左輸送帶為研究對象

l0/v1=T2 (5)
l21/v21=T3 (6)
l22/v22+l23/v23=T3 (7)
v1>v21 v21<v22 v22+v23 (8)
l21、v21——分別為左過渡帶的長度與速度
l22、v22——分別為左加速帶的長度與速度
l23、v23——分別為左伸縮帶的長度與速度

左側(cè)的輸送情況基本與右側(cè)的輸送系統(tǒng)一樣，時(shí)間推遲一個(gè)周期T2。在其左側(cè)的zui左邊加一個(gè)做擋板，由于利樂枕以速度V1向左運(yùn)動，速度瞬間達(dá)到零，其引起的沖擊力*，同時(shí)應(yīng)在左擋板上裝上緩沖襯墊，如橡膠、海綿等。

(3)總體周期分析

由于采用分工位、按模塊來設(shè)計(jì)系統(tǒng)，因此在設(shè)計(jì)上要求系統(tǒng)各段工作周期需滿足：

T0≥T1=T2=T3且T0≤T(9)

其中影響系統(tǒng)周期的關(guān)鍵參數(shù)是T1和T3。為保證系統(tǒng)質(zhì)量，提高系統(tǒng)性能，下面對本系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備(伸縮皮帶)來分析其工作原理與設(shè)計(jì)參數(shù)，以期保證工作周期和能滿足下式要求。

T1≤T0  T3≤T0 (10)

2 伸縮皮帶工作原理與參數(shù)分析

2．1 伸縮皮帶工作原理

入箱系統(tǒng)主要依靠伸縮皮帶將利樂枕拋送到疊層托盤上，在由疊層托盤打開人口由利樂枕入箱。伸縮皮帶工作原理如圖5所示：

圖5 伸縮皮帶工作原理圖
1-皮帶電機(jī) 2-利樂枕 3-伺服電機(jī) 4-伸縮皮帶導(dǎo)桿組件 5-同步齒形帶 6-伸縮皮帶 7-光電傳感器 8-疊層托盤 9-紙箱

供料裝置主要由伸縮皮帶、伸縮皮帶導(dǎo)桿組件、同步齒形帶、皮帶電機(jī)(M1)和伺服電機(jī)(M2)組成。當(dāng)利樂枕袋裝物經(jīng)過減速帶皮帶減速后，達(dá)到伸縮皮帶上，在皮帶電機(jī)作用下，將利樂枕袋裝物，按一定速度送入疊層托盤中，其輸送速度可根據(jù)要求變頻可調(diào)。同時(shí)，伸縮皮帶還在伺服電機(jī)的驅(qū)動下，通過伸縮皮帶導(dǎo)桿組件每次移動一定的長度將軟袋包裝物依次擺放于疊層托盤中[5]。


2．2 伸縮皮帶運(yùn)行參數(shù)

假定伸縮皮帶工作周期為T'，實(shí)際單包充填時(shí)間為t：

且 T'≤mt (11)

式中m——每箱包數(shù)
t=t1+T2+t3 (12)
式中 t1——光電傳感器檢測包裝物到拋出時(shí)的h延時(shí)時(shí)間，且t1=nh3/v1
t2——伸縮皮帶每次以V2速度移動的距離所需時(shí)間的總和，且t2=n△h/v2
t3——n袋包裝物擺完后，伸縮皮帶返回原先位置所需要的時(shí)間，且t3=n△h/v3

將t1、t2、t3代入式(9)得：

t=t1+t2+t3=n(h3/v1+△h/v2+△h/v3) (13)

式中n——裝箱中每層利樂枕所裝的個(gè)數(shù)。
v1——利樂枕包裝袋在伸縮皮帶上的移動速度
v2——同步齒形帶工作段移動速度
v3——同步齒形帶回程段移動速度
△h——伸縮皮帶每次伸縮的距離
h3——檢查包裝袋的光電傳感器離伸縮皮帶端部的距離

△h與包裝袋寬度有關(guān)，一般要求△h比袋寬W大，這是由于包裝袋以速度平拋出伸縮皮帶并落人疊層托盤8時(shí)，若△h=w，則必出現(xiàn)當(dāng)前包裝袋對上一次擺好的包裝袋存在沖擊，影響包裝物在疊層托盤中整齊擺放，因此，常取△h=1．1—1．2w。

為保證伸縮皮帶與利樂枕包裝袋運(yùn)動的*性，包裝袋在伸縮皮帶上的移動h的距離所需的時(shí)間應(yīng)剛好等于包裝物通過h與伸縮皮帶縮回一個(gè)△h所需的時(shí)間之和，即：

t'=h3/v1+△h/v2=h/v1 (14)

式中h3/v1+△h/v2——包裝物通過h3與伸縮皮帶縮回一個(gè)△h所需時(shí)間之和
h/v1——包裝袋在伸縮皮帶上的移動h的距離所需的時(shí)間
由式(11)式化簡得
v1=(h0-h3)v2/△h (15)
由式(12)式可得
v1與v2相關(guān)，且v1>v2 (16)
由式(16)可以得出：要想滿足式(I1)要求，必須保證利樂枕包裝袋在伸縮皮帶上的移動速度v1大于同步齒形帶工作段移動速度v2。

3 結(jié)論

目前我國在機(jī)械包裝方面的技術(shù)大多是消化*而得到的，在牛奶灌裝方面，國外已經(jīng)超出國內(nèi)水平很多，如何利用國內(nèi)現(xiàn)有的包裝入箱速度來達(dá)到國外的灌裝生產(chǎn)線的速度，本文在此嘗試用分工位的方法來減少裝箱的周期。達(dá)到裝箱速度與灌裝速度相匹配的目的[6]。

參考文獻(xiàn)：
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[3]利樂中國．乳品消費(fèi)發(fā)展趨勢[J]．中國乳業(yè)，2009，8(8)：6—7．
[4]侯海濤．國內(nèi)外大袋包裝方式與設(shè)備選擇簡述[J]．中國包裝，2005，26(4)：89—90．
[5]張國全．利樂枕裝箱技術(shù)的方案設(shè)計(jì)[J]．中國食品工業(yè)，2007，22(5)：62—64．
[6]王曉花，丁世云，張國全，等．大袋包裝機(jī)自動套袋裝置設(shè)計(jì)[J]．包裝與食品機(jī)械，2010，28(6)：26—29．

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