Формовочно-упаковочные линии и автоматы.

Для массового производства потребительской термоформованной тары и упаковывания в нее продукции широко применяются высокопроизводительные формовочно-упаковочные автоматические линии, функциональная схема наиболее типовой из которых приведена на рис. 11.15. В процессе работы линии термоформуемое полимерное полотно 2 размазывается с рулона 1 и поступает через блок роликов 3 механизма амортизации и натяжения ленты в захваты цепного бесконечного транспортера 4, которым в шаговом режиме перемещается через исполнительные устройства линии. Устройством 5 осуществляется двусторонний нагрев материала контактными электронагревателями до пластичного состояния, а в устройстве 6 производится однорядное или многорядное пневмомеханическое термоформование в разогетом полотне потребительской тары в виде ячеек заданной формы. Затем полотно с отформованной тарой 7, охлаждаясь, перемещается к дозатору 8, фасующему в нее упаковываемый продукт. При дальнейшем перемещении полотно накрывается сверху покровной пленкой 9, разматывающейся с рулона 10.

Рисунок – 11.15. функциональная схема формовочно-упаковочной автоматической линии

Далее в устройстве 11 опускающейся горячей плитой 12 к фланцу заполненной тары герметично приваривается крышка из покровной пленки 9, а затем в устройстве 13 полученные упаковки 15 вырубаются из упаковочного полотна и ленточным транспортером 14 выводятся из машины. Отходы полотна 16 поступают из цепного транспортера 4 на вращающуюся катушку 17 для последующей утилизации. Заданный автоматический режим работы линии обеспечивается микропроцессорной системой управления 18, обладающей необходимой гибкостью в установке и регулировании технологических параметров цикла.

В частности, такая формовачно-упаковочная автоматическая линия модели ЛБУ-П400 (рис. 11.16, а), обеспечивающая упаковывание в пластмассовую тару пастообразной продукции, включает:

o секцию 1 пневмомеханического термоформования в разогретом рулонном полотне потребительской тары в виде ячеек заданной формы;

o секцию 8 фасования продукции в отформованную тару;

o секцию 20 укупоривания и отделения готовых упаковочных единиц;

o транспортеры 4, 19, осуществляющие шаговое перемещение рулонного термоформуемого полотна и вывод готовых упаковок из машины;

o пневмосистему, обеспечивающую привод исполнительных механизмов линии;

o гидросистему, обеспечивающую подвод охлаждающей воды к оснастке исполнительных устройств;

o электрооборудование, включающее микропроцессорный блок управления 15, переносной пульт 14, бесконтактные датчики контроля положений исполнительных механизмов, а также другие электросиловые и коммутационные устройства.

Рисунок – 11.16. Формовочно-упаковочная автоматическая линия модели ЛБУ-П400: а – общий вид; б – блок нагрева; в – контактный электронагреватель

На сварном карсаре секции 1 этой линии расположены рулонодержатель 2, механизм 3 амортизации и натяжения рулонного полотна, блок 5 нагрева формуемого полотна, блок 6 пневмомеханического термоформования в нем тары, а также натяжной вал со звездочками и направляющие цепного транспортера 4.

На промежуточной секции 8 расположен стаканчиково – поршневой объемный дозатор 7, обеспечивающий одновременное фасование в отформованную тару пяти порций пастообразной продукции объемом 100…250 , а также закреплены направляющие цепного транспортера 4.

Рисунок – 11.16, г – блок пневмомеханического термоформования; д – блок укупоривания тары; е – блок отделения готовых упаковок; ж - кинематическая схема транспортной системы

На сварном карсаре секции 20 крепятся две стойки, несущие микропроцессорный блок управления 15, устройство 13 размотки рулона покровной пленки и устройство 16 для наматывания отходов упаковочного полотна 17. Кроме того, на нем установлены блок 10 укупоривания тары, блок 11 отделения упаковок от полотна, транспортер 19, выводящий готовые упаковочные единицы, направляющие ролики 9, 12, 18, а также приводной вал со звездочками и направляющие цепного транспортера 4. Ножки карсаров секций опираются на пол через регулируемые опоры 21.

Рассмотрим основные исполнительные устройства данной линии.

Рулонодержатель 2 представляет собой установленную на кронштейнах карсара съемную ось, на которой в подшипниках вращается труба с фиксирующими рулон конусами.

Механизм 3 амортизации и натяжения рулонного полотна содержит три образующих петлю свободно вращающихся ролика, средний из которых установлен с возможностью вертикального перемещения в пазах кронштейнов: вверх – при натяжении полотна и уменьшения петли, вниз – при ослаблении полотна и увеличении петли.

Блок нагрева формуемого полотна (рис. 11.16, б) содержит верхнюю 24 и нижнюю 22 плиты, причем верхняя плита прикрепляется кронштейнами к каркасу секции пневмомеханического термоформования 1, а нижняя соединяется с верхней четырьмя шпильками 23. На плитах блока установлены два диафрагменных пневмоцилиндра 25 с закрепленными на их штоках контактными электронагревателями 26.

В процессе работы выдвигающимися штоками пневмоцилиндров электронагреватели перемещаются встречно и , зажимая между собой полотно 27, осуществляют его контактный нагрев до пластичного состояния.

Электронагреватели содержат плиту 32 (рис. 11.16, в), выполненную из алюминиевого сплава марки Д16, плоская контактная поверхность которой тщательно отполирована для предотвращения прилипания к ней нагреваемого материала. Толщина плиты принимается из условия размещения в ее выемках плоских электронагревательных элементов 31 и установки в средней части боковой поверхности термопары 33, электрически связанной с термореле, обеспечивающим подачу напряжения на нагревательные элементы при снижении в процессе работы температуры плиты ниже заданной.

Электронагревательные элементы, закрепленные в соответствующих выемках плиты, закрываются плоской стеклотекстолитовой крышкой 30, содержащей в центре две латунные штыревые клеммы, обеспечивающие соединение элементов 31 с кабелем питания 28. Выступающие над крышкой части клемм закрываются стеклотекстолитовым диэлектрическим кожухом 29, к которому дополнительно закрепляется и кабель питания. Для крепления электронагревателя к штоку диафрагменного пневмоцилиндра в нем со стороны крышки выполнены четыре резьбовых отверстия М8-6Н.

Блок пневмомеханического термоформования (рис. 11.16, г) содержит закрепленную на каркасе секции термомеханического формования неподвижную плиту 41, соединенную шпильками 42 с промежуточной плитой 43, на которой попарно сверху и снизу шарнирно закреплены двухзвенные механизмы 34, приводимые в движение от установленных между ними пневмоцилиндров 44. При этом верхним пенвмоцилиндром осуществляется вертикальное перемещение по колонкам 39 подвижной плиты 35, а от нижнего пневмоцилиндра – траверсы 45, жестко соединенной колонками 39 с подвижной верхней траверсой 40. Применяемая технологическая оснастка состоит из формы 36, закрепленной на подвижной плите 35, и пневмокамеры 38, установленной на неподвижной плите 41. Внутри пневмокамеры располагается подвижная плита с пуансонами 37, соединенная штоками с верхней траверсой 40.

В процессе работы разогретое полотно 27 подается в блок 6 на уровне нижней плоскости пневмокамеры 38. Вследствие срабатывания верхнего пневмоцилиндра 44 плита 35 с формой 36 перемещается вверх разгибающимися двухзвенными механизмами 34 и, герметично смыкаясь с пневмокамерой, зажимает по периметру формуемое полотно. Затем срабатывающим нижним пневмоцилиндров 44 опускается траверса 40 и перемещающимся вместе с ней пуансонами 37 вначале производится предварительная вытяжка материала, а затем подаваемым в пневмокамеру сжатым воздухом формуемый материал окончательно прижимается к поверхности формы 36 и, охлаждаясь, оформляется в изделия (стаканы). Форма при этом постоянно охлаждается циркулирующей по ее каналам проточной водой. После охлаждения стаканов форма раскрывается в обратной последовательности действий, и цикл повторяется.

Блок укупоривания тары (рис. 11.16, д) содержит закрепленную на каркасе секции неподвижную плиту 49, на которой попарно сверху и снизу шарнирно закреплены двухзвенные механизмы 50, приводимые в движение от установленных между ними пневмоцилиндров 52. В нем под воздействием верхнего пневмоцилиндра осуществляется вертикальное перемещение по колонкам 53 подвижной плиты 48, а под воздействием нижнего пневмоцилиндра – перемещение траверсы 51, жестко соединенной колонками 53 с подвижной верхней плитой 56. Применяемая в блоке 10 технологическая оснастка состоит из плоского контактного электронагревателя 46, закрепленного через тарельчатые пружины на верхней плите 56, и импульсного нагревателя 47, расположенного на рабочей плоскости охладителя 54, установленного на подвижной плите 48. Импульсный нагреватель содержит закрепленный на тепло- и электроизолирующей плоской подкладке нагревательный элемент сопротивления, представляющий собой рамку с контуром свариваемых швов, покрытую по рабочей поверхности фторопластовой пленкой.

В процессе работы линии полотно 27 с отформованными и заполненными стаканами накрывается покровной пленкой 55 и подается в блок на укупоривание, которое производится встречным перемещением плит 48 и 56 разгибающимися двухзвенными механизмами 50 от срабатывающих пневмоцилиндров 52. Нагреватели 46, 47 в конце хода смыкаются, прижимают по контуру сварки покровную пленку к фланцам стаканов, нагревают в зоне контакта материала до пластичного состояния, и они герметично свариваются между собой. Для соединения разнородных материалов, например полистирольных стаканов с покровной пленкой из алюминиевой фольги, сопрягающаяся поверхность последней покрывается термоклеем. В процессе работы электронагреватель 46 постоянно нагрет до температуры сварки, а импульсный нагреватель 47 кратковременно нагревается только при сварке, обеспечивая (при необходимости) дополнительный нагрев обычно более толстого термоформуемого материала. Укупориваемые стаканы во время сварки располагаются в гнездах охлаждаемого проточной водой охладителя 54, предохраняющего их от нагрева. По истечении заданного времени сварки импульсный нагреватель выключается, механизмы блока возвращаются в исходное положение, полотно 27 с укупоренными стаканами перемещается на шаг, и цикл повторяется.

Установка вычисленного усилия в блоке 10 осуществляется соответствующим предварительным поджатием тарельчатых пружин, расположенных между плитой 56 и электронагревателем 46.

Блок отделения готовых упаковок от полотна (рис. 11.16, е) содержит закрепленную на каркасе секции верхнюю плиту 66 и подвижную плиту 62, перемещающуюся по колонкам 58, соединяющим плиту 66 с траверсой 60, на которой шарнирно закреплены двухзвенные механизмы 59, шарнирно связанные плитой 62 и приводимые в движение от установленного между ними привода 61, состоящего из блока пневмоцилиндров. Верхняя плита 65 вырубного штампа, несущая пуансоны с подпружиненным прижимом, неподвижно закреплена на плите 66, а нижняя плита 64 штампа, содержащая вырубную матрицу и направляющие колонки 57, закреплена кронштейнами 63 на подвижной плите 62 блока. В пространстве же между кронштейнами расположен транспортер 19, выводящий отдельные упаковки из машин. В процессеработы линии шаговым перемещением полотна 27 укупоренные стаканы подаются в блок на уровне нижней плоскости прижима штампа. Далее разгибающимися двухзвенными механизмами 59 подвижная плита 62 вследствие срабатывания привода 61 перемещается вверх вместе с нижней частью штампа. В конце хода полотно зажимается между матрицей и прижимом штампа, а затем пуансоны врезаются в материал и отделяют упаковки от полотна по контуру сопрягающихся окон матрицы. Отделенные упаковочные единицы падают через окна матрицы на транспортер 19, плита 62 возвращается в исходное положение, и цикл повторяется.

Транспортная система линии состоит из кинематически связанных с общим приводом (рис. 11.16, а) цепного транспортера 4 шагового перемещения упаковочного полотна, ленточного транспортера 19 вывода готовых упаковок из машины, а также устройства 16, обеспечивающего наматывание на вращающуюся катушку отходов упаковочного полотна 17. Транспортер 4 шагового перемещения упаковочного полотна содержит установленные на концах линии натяжной 67 и приводной 78 валы (рис. 11.16, ж) со звездочками 68, на которых натянуты две параллельные бесконечные пластинчатые цепи 70 с зажимами 82, движущиеся вдоль линии в профильных направляющих 81. Шаговое движение транспортера осуществляется поворотом приводного вала 78 на полный оборот обгонной муфтой 75 связанной зубчатой передачей с выдвигаемой рейкой-штоком приводного пневмоцилиндра 76. При этом точное позиционирование вала осуществляется путем западания в выемку на диске 80 ролика, установленного на конце штока поджимающего пневиоцилиндра 79. Для ручного привода транспортера на конце валов 67, 78 закреплены штурвалы 69. От приводного вала 78 движение передается также через цепную передачу 77 на приводной барабан ленточного транспортера 19, выводящего готовые упаковки из машины, а через цепную передачу 74 – на вал 73 устройства 16, обеспечивающего наматывание отходов упаковочного полотна на вращающуюся катушку 72, связанную с валом 73 через фрикционную муфту 71.

В начале цикла по команде системы управления пневмоцилиндра 79 втягивает шток и выводит ролик из выемки диска 80, расфиксируя этим вал 78. Далее срабатывает пневмоцилиндр 76 и от его выдвигающейся рейки-штока через зубчатое зацепление вместе с обгонной муфтой 75 на полный оборот проворачивается вал 78 со звездочками 68, синхронно протягивающими цепи 70 на заданный шаг вместе с закрепленным в их зажимах 82 термоформуемым полотном. Одновременно на шаг перемещается лента транспортера 19, выносящего готовые упаковки из машины, и вращается катушка 72, на которую наматываются отходы упаковочного полотна, освобождающегося из самораскрывающихся на звездочках зажимов 82. Во время вращения вала 78 выдвигающимся штоком пневмоцилиндра 79 ролик поджимается к цилиндрической поверхности диска 80 и катится по ней, а в конце проворота вала западает в выемку диска и с высокой точностью фиксирует перемещение транспортера на заданный шаг. Затем на всех позициях линии исполнительными устройствами выполняются соответствующие технологические операции. В это же время пневмоцилиндром 76 в исходное положение возвращается рейка-шток и находящийся с ней в зацеплении свободно вращающийся в обратную сторону корпус обгонной муфты 75. Далее цикл повторяется.

Данная линия может работать с производительностью 15…30 циклов в минуту в зависимости от толщины термоформуемого полотна и обеспечивает упаковывание пастообразной продукции в полимерную тару, формуемого на рулонном материале шириной до 400 мм и толщиной 0,14…1,0 мм. В частности, в приведенном исполнении упаковывание осуществляется одновременно в пять формуемых в одном ряду полистирольных стаканов прямоугольной формы размерами 105х62х40 мм порциями по 0, 25 кг с производительностью 20 циклов в минуту. Потребляемая мощность – 7 КВт. Габаритные размеры – 1700 мм. Масса линии – 1200 кг.

Разработчиком и изготовителем линии модели ЛБУ-П400 является ОАО « Гомельский техноприбор ».

Формовочно-упаковочные автоматические линии изготавливаются также в конструктивных исполнениях, обеспечивающих вакуумирование внутренней полости упаковки и (при необходимости) ее заполнение МГС, благодаря чему существенно увеличиваются сроки хранения упаковываемой продукции. Для этого в блоке укупоривания тары (рис. 11.16, д) плоский контактный электронагреватель 46 размещается внутри герметизирующей камеры (на рисунке не показана), сопрягающейся своим нижним торцом с термоформуемым полотном и соединенной трубопроводом с вакуумным насосом и баллоном с МГС. В процессе укупоривания поднимающейся плитой 48 через охладитель 54 и импульсный нагреватель 47 полотно прижимается по периметру к торцу этой камеры и герметизирует ее. Далее камера соединяется с вакуумным насосом, удаляющим из нее и тары воздух, а затем через открывающийся пневмоклапан ее рабочая полость и внутренняя полость упаковок заполняются из баллона МГС. В это же время опускающимся электронагревателе 46 покровная пленка 55 прижимается по контуру сварки к фланцам стаканов и в процессе совместного нагрева герметично приваривается (приклеивается) к ним контактирующей поверхностью. Затем баллон закрывается, герметизирующая камера заполняется атмосферным воздухом, все механизмы блока укупоривания тары возвращаются в исходное положение, и цикл повторяется.

Формовочно – упаковочные автоматические линии, аналогичные рассмотренной, производятся и поставляются во многие страны, например, фирмой WEBOMATIC (Германия). В частности , линия модели APS ML4600 этой фирмы, предназначенная для вакуумного упаковывания в термоформуемую тару рыбных и мясных полуфабрикатов, молочной и другой аналогичной продукции, изготавливается из высококачественной нержавеющей стали и оснащается пультом управления, содержащим 12 – дюймовый монитор фирмы Mitsubishi (256 цветов), который обеспечивает удобный визуальный контроль за технологическим процессом упаковывания.

Таблица 1 - Техническая характеристика формовочно-упаковочной автоматической линии модели ЛБУ-П400.

Таблица 2 – Технологическая циклограмма формовочно-упаковочной автоматической линии модели ЛБУ-П400.

Таблица 3 – Циклограмма работы формовочно-упаковочной автоматической линии модели ЛБУ-П400.