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1、掌握灌装方法及原理，升瓶机构、灌装阀结构、灌装时间计算方法、灌装机生产能力计算方法。,第四章 灌装机械,随着现代科学技术的发展,人民生活水平的提高,人们的消费习惯也随之相应的变化,同时对消费品的包装提出了更高的要求,而液态产品的包装在包装行业中占有很大比例,这是由于液体包装涉及的行业广泛、品种繁多,如饮料方面的汽水、果汁、牛奶、矿泉水、蒸馏水、啤酒、果酒等;调味品方面的酱油、醋、味精液、果酱等;药品方面的针剂、糖浆、酊剂、气雾剂等;农药乳剂、化工产品的各种瓶装、化妆品等,要满足日益增长的液体产品的需要,就应大力发展液体产品的包装机械。,第四章 灌装机械 第一节 概述,人类自从采用容器盛装液体以
2、后,就产生了灌装方法。十九世纪末二十世纪初以前,通常使用水罐、水杓进行人工灌装或直接将容器浸入液料中进行灌装,大约在1980年美国Horix、Kiefer和U.S.BottLers等三家公司开始制造容器灌装的机械装置。第一台商业用灌装机是Kiefer公司制造;Horix公司于1920年首次制造了重力灌装机,用于灌装番茄酱,这家公司至今仍生产灌装机,二十年代初这几家公司着手生产回转式灌装机,其中U.S公司制造的是纯真空灌装机,二十世纪以来,灌装机械工业发展迅速,那时灌装的速度取决于人工将瓶子对准灌装阀,等待瓶子灌装完毕所需的时间。今天,回转式自动灌装机的生产能力 己达每分钟2000瓶。,我国在解
3、放前几乎没有灌装机械,灌装生产绝大部分处于手工操作,非常落后。70年代初,上海、北京、广州、青岛、烟台等地引进三十多条灌装线,其中有西德Seitz厂产品、意大利Simonazi公司、美国Merer公司、日本三菱公司,另外还有许多罗马尼亚灌装线。随后,我国广东轻工机械厂、北京酿酒机械厂、上海化工机械厂等许多家仿制了不少灌装线,初步改善了灌装生产的落后面貌,但灌装机械的发展与国际先进水平的差距仍很大。为此,我国应根据自己的国情,吸收国外的先进技术,设计和生产出具有先进水平的灌装机,其发展趋势向高效化、自动化、节能化发展,力图采用新技术、新材料,如计算机辅助设计、微机控制等,开创一代新型灌装机。,那
4、么,何谓灌装机呢?所谓灌装机就是将液体产品装入包装容器的机械称为灌装机。 液体产品按其粘度可分为: 流体:在自身重力作用下即可以按一定速度流过圆管的任何液体。流速主要是受流体粘度和压力影响,一般粘度范围规定为1100厘泊,如酒类、果汁、牛奶、酱油等。 半流体:在大于自身重力的压力作用下才能在圆管中流动的液体叫半流体,其粘度范围为1001000厘泊,如松糕油、番酱酱、肉糜等。 粘滞流体:产品粘度超过10000厘泊的,不属 于流体和半流体的范围。如浆糊之类 的产品属于这一范畴。,对于低粘度液料,根据液体中是否含有二氧化碳气体,可分为不含气和含气的两类;对于是否含有酒精成份又可分为软饮料(不含酒精)
5、和硬饮料(含有酒精)。 流体的流动特性还会受温度、粘度、固体粒子的含量、分解性、表面张力或起泡特性等因素的影响。 包装容器目前按其材料分主要有玻璃瓶、金属罐、纸包容器、塑料瓶等,还可分为: 硬质容器:任何可以承受15磅的向下压力而不变形的用金属、玻璃、陶瓷或塑料制成的、 加封盖后不漏液体的容器都称为硬质容器。,半硬质容器:任何以轻量塑料(通常是吹塑成型或热成型)或是纸板及其复合纸材制成的, 加封盖后不漏液体的容器叫半硬质容器。,图4.1 瓶子在灌装过程中的俯视图,非硬质容器:任何以塑料薄膜、金属箔、塑料复合薄膜或是由它们的复合物制成的容器都叫非硬质容器。例如大家熟知的袋,它一般要求灌装系统带有
6、制袋装置。通常是以活塞定容,灌装系统将一定容量的液体灌装到由该装置生产的容器中。,图4.2 瓶子在灌装过程中展开示意图,二、灌装机的主要类型 1.按灌装瓶的主要运动形式分类,旋转型灌装机 待灌瓶由传送系统(一般经洗瓶机由输送带输入)或人工送入灌装机进瓶机构,瓶子由灌装机转盘带动绕主立轴旋转运动进行连续灌装,转动近一周时瓶子己灌满,然后由转盘送入压盖机进行压盖,如图4.1、4.2所示: 这种灌装机在食品、饮料行业应用最广泛,如汽水、果汁、啤酒、牛奶的灌装,此机主要由流体输送(即供料系统)、容器输送(即供瓶系统)、灌装阀、大转盘、传动系统、机体、自控等部分所组成,其中灌装阀是保证灌装机能否正常工作
7、的关键。,直线型灌装机 灌装瓶沿着平直的直线运动,进行成排灌装。见图4.3,凡送来一排空瓶由推瓶板向前推送一次,到送至灌液管的下方时,阀门打开进行灌装,间歇进行操作。,图4.3 直线灌装机工作原理图 定量灌装,上盖,将盖拧紧,贴商标待装盒装箱 1-推瓶板,2-限位拨盘,3,11,13-传送带,4-传送盘,5-瓶子,6-上盖机构, 7-料斗,8-拧紧机构,9-商标盒,10-浆糊盒,12-推料板,14-贮液箱,15-灌装管,这种灌装机相对旋转灌装机来讲,结构比较简单,制造方便,但占地面积比较大,而且是间歇运动,生产能力的提高也受到一定限制,因此一般只用于无汽液料类的灌装,局限性较大。 自动化灌装机
8、 该类型可分为:单机自动机和联合自动机(可以包括连续进行洗瓶、灌装、压盖、贴标、装箱等工序)。自动灌装以采用机械传动控制为主的最普遍。 此外,还有按灌装方法、关闭装置及定量装置等多种分类方法,具体的详细内容见表4.1:,表4.1 灌装机分类表,第二节 灌装的基本原理,一、灌装的基本方法 各种液体产品的物理性质和化学性质均不相同,在灌装过程中,为了使产品的特性保持不变,必须采用不同的灌装方法。一般灌装机常采用下列几种灌装方法: 1.常压法 常压法也称纯重力法,即在常压下,液料依靠自重流进包装容器内。大部分能自由流动的不含气液料都可用此法灌装,例如白酒、果酒、牛奶、酱油、醋等。,2.等压法 等压法
9、也称压力重力式灌装法,即在高于大气压的条件下,首先对包装容器充气,使之形成与贮液箱内相等的气压,然后再依靠被灌液料的自重流进包装容器内。这种方法普遍用于含气饮料,如啤酒、汽水、汽酒等的灌装。采用此种方法灌装,可以减少这类产品中所含二氧化碳的损失,并能防止灌装过程中过量起泡而影响产品质量和定量精度。 3.真空法 是在低于大气压的条件下进行灌装的,可按两种方式进行:,压差真空式 即贮液箱内处于常压,只对包装容器抽气使之形成真空,液料依靠贮液箱与待灌容器间的压差作用产生流动而完成灌装,国内此种方法较常用。 重力真空式 即贮液箱内处于真空,包装容器首先抽气使之形成与贮液箱内相等的真空,随后液料依靠自重
10、流进包装容器内,因结构较复杂,国内较少用。真空法灌装应用面较广,它即适用于灌装粘度稍大的液体物料,如油类、糖浆等,也适用于灌装含维生素的液体物料,如蔬菜汁、果子汁等,瓶内形成真空就意味着减少了液料与空气的接触,延长了产品的保质期,真空法还适用于灌装有毒的物料,如农药等,以减少毒性气体的外溢,改善劳动条件。,4.压力法 利用机械压力或气压,将被灌物料挤入包装容器内,这种方法主要用于灌装粘度较大的稠性物料,例如灌装番茄酱、肉糜、牙膏、香脂等,有时也可用于汽水一类软饮料的灌装,这时靠汽水本身的气压直接灌入末经充气等压的瓶内,从而提高了灌装速度,形成的泡沫因汽水中无胶体尚易消失,对灌装质量有一定影响,
11、但不算太大。 5.虹吸法 利用虹吸原理完成的灌装方法。此种方法出现最早,人们最容易接受,原理比较简单,现在很少使用。,上述几种灌装方法的正确选择,除考虑液体本身的工艺性能如粘度、重度、含气性、挥发性外,还必须考虑产品的工艺要求、灌装机的机械结构等综合因素。对于一般不含气的食用液料如瓶装牛奶、瓶装酒类等,可以采用常压法,亦可采用真空法,为了减少灌装时液料中的含氧气量,以便延长产品的保质期,采用较大的真空度的真空法更有利。另外,采用真空法其灌装阀的结构较简单,液漏损失小。但是事物是辩证的,真空度越大,酒的香味越易损失,而且真空法较之常压法尚需增加设备成本。应当指出,对于某种液料的灌装不一定选择单一
12、的方法,也可以综合选择几种方法,例如为了减少啤酒中的含氧量,避免保存期失光变质,一种方法是灌装前对瓶内抽取真空,然后再充入二氧化碳进行等压灌装,即采用真空等压法,另一种方法是用二氧化碳充气等压,瓶内被替代的空气被引入单独设置的回气箱,并不排至贮液箱。灌 装前阶段在等压下进行,灌装后阶段可加快回气速度,形成与贮液箱的压差,从而提高灌装速度,即采用等压压力(差压)法。 二、定量方法 准确的定量灌装不但与产品的成本有着直接的关系,同时也影响产品在消费者心中的信誉。包装物品的定量一般有重量定量和容积定量两种。重量定量由于要增添秤等计量衡器,所以机器的结构比较复杂,适用于比重经常变化的固体物料,且往往要
13、配置一套电路用以机电配合;容积定量机器的定量结构比较简单,一般不需电路配合。液体产品一般易采用容积式定量,常见的有如下三种方法:,1.控制液位高度定量法 这种方法是通过控制被灌容器中液位的高度以达到定量灌装的目的。因为每次灌装的液料容积等于一定高度的瓶子内腔容积,故习惯称它为“以瓶定量”。该法结构比较简单,不需要辅助设备,使用方便,但对于要求定量准确度高的产品不宜采用,因为瓶子的容积精度直接影响灌装量的精度。 图4.4为消毒鲜牛奶、鲜果子汁等的灌装机构。(a)为非灌装位置,(b)为灌装位置。当橡皮垫6和滑套5被上升的瓶子11顶起后,灌装头7和滑套5间出现间隙,液体流入瓶内,瓶内原有气体由排气管
14、1排至贮液箱,当灌至排气管嘴cc截面时,气体不再能排出,随着液料的继续灌入,液面超过排气管嘴,瓶口部分的剩余气体只得被压缩,一旦压力平衡,液料就不再进入瓶内而沿排气管上升,根据连通器原理,一直升至与贮液箱内液位水平为止,然后瓶子下降,压缩弹簧4保证灌装头与滑套间的重新密封,排气管内的液料也滴入瓶内,从而完成了一次定量灌装,只要操作条件不变,瓶内每次灌装的液料高度也保持不变。,图4.4 控制液位高度定量法原理图 1-排气管,2-灌装架,3-螺母,4-弹簧,5-滑套,6-橡皮垫,7-灌装头, 8-压紧螺母,9-调节螺母,10-贮液箱,11-瓶子,对于这种定量方法,若改变每次的灌装量,则只需改变排气
15、管嘴进入瓶中的位置。 2.定量杯定量法 这种方法是先将液体注入定量杯中进行定量,然后再将计量的液体注入待灌瓶中,因此,每次灌装的容积等于定量杯的容积。 图4.5为旋塞定量原理示意图。首先三通旋塞2位于左图所示的位置,液体靠静压通过进液管4进入定量杯1中,杯内空气经细管3排出,当定量杯内的液面达到细管的下缘时,空气无法排出,但由于贮液箱内液面较高,定量杯内液面则继续上升至高于细管下缘处,杯内空气则被压缩直到两处压力平衡而停止。,管3内的液面根据连通器的原理,将继续上升至同贮液箱内液面相平,然后三通旋塞逆时针旋转90,如左图所示,使定量杯内的液体同贮液箱内的液体隔开,同时定量杯内液体(包括细管内液
16、体)流入待灌瓶中。 若改变灌装量,则只需调节管子在定量杯中的高度或者更换定量杯。,图4-5 旋塞定量杯式定量机构 1-定量杯,2-旋塞,3-管子, 4-进液管,5-灌装嘴,图4-6 定量杯式定量机构 1-定量杯,2-定量调节管,3-阀体, 4-锁紧螺母,5-密封圈,6-进液管, 7-弹簧,8-喇叭口,图4.6所示为直动定量杯的一种结构。在下面没有待灌瓶时,定量杯1由于弹簧7的作用而下降,并浸入贮液箱的液体中,则箱内的液体沿着其周边流入并充满定量杯。随后待灌瓶由瓶托抬起,瓶嘴将喇叭入口8连同进液管9,定量杯1一起抬起,使定量杯超出液面,并使进液管中间隔板上、下孔均与阀体3的中间相通,这样定量杯中液体由调节管2流下,经中间隔板的上孔流至阀体3的中间槽,再由隔板的下孔经进液管下端流进待灌瓶中,瓶内空气则由喇叭头上的透气孔逸出,当定量杯中流体下降至调节管2的上端面时,定量灌装则完成。定量杯中容量可由调节管2在定量杯中的高度来调节,也可更换定量杯。本结构适用于灌装酒类产品。,3.定量泵定量法 这是一种采用压力法灌装的定量方法,一般由动力控制活
