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[文]食品包装机械中气动技术的应用及发展


中国禽蛋门户网.中国 http://www.chinaegg.net     2011-12-31 15:18:54

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 中国的食品包装机械经过近20年的发展,已经形成了一定的规模,成为机械工业的重要组成部分。现在国内食品加工的大部分包装工作,尤其是较复杂的包装过程基本还是人工操作,从而极可能对被包装产品造成污染,这种状况极需得到改变。目前,国家加大力度实施食品质量安全市场准入制度,食品包装设备也正在逐步纳入食品质量安全准入体系中,这是食品包装机械行业实现产业升级的良好契机。现代食品包装机械是汇集了多种学科的先进技术,具有高效率、高精度、高自动化和高柔性的特点,并正向智能化和集成化的方向发展,其中基础组成部分之一就是气动技术。

    气动技术是生产过程自动化和机械化的有效手段之一,具有高速高效、清洁安全、低成本及易维护等优点,被广泛应用于轻工机械领域中,在食品包装及生产过程中也正在发挥越来越重要的作用。其在各类包装机械中均有大量应用,可以缩短加工辅助时间,减轻工人劳动强度,充分发挥设备的高效性能。

    但由于食品包装机械必须符合食品机械安全的相关要求和规定,而且工作现场环境一般又较为复杂苛刻,如果使用了不适当的气动元件,往往会出现不正常现象。而现代的食品包装机械,通常集机械、电气、液压和气动等技术于一体,且各部分之间有着密不可分的联系,任何一部分发生故障都会影响到设备的正常工作。因此,在食品包装机械气动部分的设计与应用中,一定要选用可靠的切合实际需要的产品。

    在食品生产中,不同生产区的卫生要求有所不同。欧洲的EN1672-2标准将食品加工机械的环境定义为3个工作区,即食品区、飞溅区和非食品区。根据不同区域的卫生要求,所需使用的气动技术及产品也不尽相同。

    食品区和飞溅区要求安全卫生

    在食品区和飞溅区,气动技术主要用于分配、装瓶、成形、灌装、配剂和密封等装置中,由于气动元件需要直接或间接与主要生产原料接触,为避免对最终产品产生污染,其材质应为无毒、无吸收性且耐腐蚀的不锈钢原件。如果使用铝合金材料,则应具有一定抗腐蚀能力,无毒性,无吸收性。元件内部所使用的橡胶制品如密封件等应符合相应的卫生要求,应具有耐热、耐酸碱和耐油等特性,可接受正常清洗和消毒,不溶解、无毒性且无吸收性,不得有影响产品的气味。工作空气过滤装置应保证禁止5μm以上的尘埃通过,结构及表面应平滑、耐久、易于清洁并能达到良好的洗净效果。尽管飞溅区的设计需要和食品区域相似,但材料要求可酌情降低,同时必须保证该设计对食物产品无负面影响。

    在这两种环境中应用的典型气动产品有不锈钢气缸、洁净型气缸、易清洗阀岛、不锈钢过滤器和减压阀等,而其中最具代表意义的是洁净型气缸,如英国Norgren的PVA系列洁净型气缸。这种气缸的洁净式设计消除了食物颗粒可能附着的空腔、缝隙和锋利边角,具有自排水功能,所以液体可以直接流掉。缸筒材质采用阳极氧化铝,活塞杆采用镀硬络不锈钢,所用密封件为聚氨酯材料,气缸整体符合IP67的要求,不仅耐腐蚀,还可进行反复清洗。另外,该气缸是符合ISO6431的标准化产品,具有可替换性,甚至连安装件也都采用标准件,安装维修都极为方便。

    非食品区元件的尺寸要求日益严格

    在非食品区域,气动技术主要用于封袋、包装、贴标、检测和加盖等装置中,尽管这个区域的气动元件不需要接触生产原料,但通常仍然需要具有标准化、易清洗、智能环保及结构紧凑等特点。由于现在的食品包装设备要求在有限空间内实现更多的功能,因此对于气动元件的尺寸要求也越来越严格。典型产品包括如图2所示的英国Norgren易清洗阀岛VM系列,其宽度仅10mm的阀体可提供430L/min的流量,可进行2~20位集成,且符合IP65和食品包装中复杂控制的趋势。此外,先进的食品包装设备普遍采用由过滤器、减压阀和不供油润滑的阀及气缸等组成的无给油润滑气动系统,这种系统在元件需要润滑处预先封入润滑脂,无需油雾器,可长时间工作而无需补充润滑脂,能降低油耗和成本、改善环境、维修方便且性能稳定。

    气动装置智能化

    随着食品加工工艺的日益提高,食品包装的自动化水平也在不断提高,目前食品包装机械的研发正朝着高速、多功能及控制智能化的方向发展,工业机器人、微电子、电脑、智能型和图像传感技术等将会得到越来越广泛的应用,而应用于食品包装机械的气动技术的智能化和网络化也将成为必然。

    智能化气缸是气缸智能化的集大成者,以Norgren公司的智能化气缸为例,这种气缸内置电磁阀和速控阀,气缸提供Fieldbus及ASI接口,可以实现总线远程集中控制。其具有IP66防护等级,易于冲洗;而且还符合ISO/VDMA标准,可以和普通标准气缸实现互换。利用该气缸就可以替代传统的整个气动回路。

    智能化气动三联件则使空气处理系统的自我诊断成为可能,大多数气动系统的故障因空气处理系统而起,智能化三联件有效解决了这一问题。其可以对气动系统进行持续的监控并随时通过Fieldbus及ASI连接显示相关数据,告知何时需要更换滤芯或润滑油,压力状态是否正常,并记录使用时间,从而使故障率达到最低,减少维护维修成本,提高正常运行时间和生产能力。

    智能化和网络化气动技术的开发和应用,将使食品包装机械进一步智能化,实现设备的自行诊断,从而提高国内食品包装机械的自动化水平。

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