精制糖紙袋自動裝包系統(tǒng)的應(yīng)用

梁清武，曾德美，張 譽

（1.中糧屯河（崇左）糖業(yè)有限公司，廣西 崇左 532200；2.廣西博斯特機(jī)械有限公司，廣西 南寧 530001）

1 前言

目前國內(nèi)市場上精制糖自動裝包機(jī)裝包形式大部分為編織袋內(nèi)外袋袋口折邊后縫包密封，此種裝包形式對食品糖質(zhì)量安全存在以下幾個方面問題。

第一，編織袋縫包針孔間隙只能在8～10mm之間調(diào)節(jié)，編織袋內(nèi)外袋折邊縫包后，針孔偏大，然而精制糖顆粒小，在糖包疊包或裝車過程中從針孔處漏糖，遇濕氣后袋口容易發(fā)霉，引起微生物超標(biāo)等。

第二，編織袋縫包針孔間隙過大，裝包白砂糖密封性差，容易受潮漏糖，引起白砂糖漏糖結(jié)塊等。

第三，編織袋糖包使用時無法實現(xiàn)內(nèi)外袋分離，存在質(zhì)量隱患，無法達(dá)到高端客戶用糖安全要求。

現(xiàn)歐美、日韓的精制白砂糖均使用20～30kg可內(nèi)外袋分離的牛皮紙袋進(jìn)行包裝，得到國際上高端食糖客戶的認(rèn)可，但由于紙袋包裝成本高、儲存及搬運過程容易產(chǎn)生破包，產(chǎn)品及紙袋損耗大，所以國內(nèi)制糖企業(yè)很少使用25～30kg紙袋裝包精制糖。

針對以上制糖行業(yè)的通病問題，2017年底廣西博斯特機(jī)械有限公司對編織袋自動裝包系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)升級改造，實現(xiàn)了25～30kg牛皮紙袋無縫包線自動包裝生產(chǎn)和糖包內(nèi)袋與外袋分離，使國產(chǎn)精制糖包裝更精致、更高檔、更符合食品安全要求，滿足了高端食糖客戶的需求，從而提高精制糖的溢價能力。

2 全自動紙袋裝包系統(tǒng)技術(shù)介紹

2.1 結(jié)構(gòu)組成

2.1.1 紙袋輸送部分

紙?zhí)谴斔筒糠謽?gòu)成：三檔紙袋儲存輸送袋倉、風(fēng)機(jī)真空系統(tǒng)、取袋機(jī)構(gòu)、吸盤開袋機(jī)構(gòu)。真空吸盤從袋倉提取空袋，放置于運動的鏈板輸送機(jī)上，將袋子送到等待期，真空吸盤打開袋口，等待上袋臂撐開袋口上袋。紙袋輸送部分使用感應(yīng)開關(guān)、變頻器及PLC等自控設(shè)備自動輸送系統(tǒng)，保證了紙袋的正常供應(yīng)。

2.1.2 全自動喂料稱重系統(tǒng)

全自動喂料稱重，型號DCS50-2，雙稱。主要系統(tǒng)構(gòu)成為：供料漏斗、弧形給料門，稱量料斗，稱重控制器；精制糖從供料漏斗由重力作用下落，通過弧形給料門攔截，稱量料斗稱重量、稱重模塊計算糖重量后發(fā)出粗給料、細(xì)給料、關(guān)閉命令給電磁閥控制氣缸驅(qū)動弧形門執(zhí)行動作，完成精確稱重。

2.1.3 裝糖輸送部分

裝糖部分的結(jié)構(gòu)組成：上袋臂、袋口夾緊密封塊、皮帶輸送機(jī)、袋口夾袋輸送機(jī)。紙袋輸送部分將紙袋輸送到位并打開袋口后，上袋臂套到袋口將袋口撐開，接著將紙袋口自動套到稱重系統(tǒng)放糖口，袋口夾緊密封塊將袋口夾緊后，稱重系統(tǒng)感應(yīng)后自動卸糖，袋口夾緊密封塊將糖包夾緊放到皮帶輸送機(jī)上，皮帶輸送機(jī)將糖包放入袋口夾袋輸送機(jī)，輸送系統(tǒng)將糖包輸送到排氣系統(tǒng)進(jìn)行排氣。

2.1.4 糖包排氣系統(tǒng)

糖包排氣系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)包括料袋阻擋器、袋口夾持輸送機(jī)、前后氣缸擠壓排氣裝置等。當(dāng)料袋途經(jīng)新增的袋口夾持單元時，料袋阻擋器動作，料袋停止輸送，此時袋口依舊處于夾持狀態(tài)，同時氣缸擠壓排氣裝置動作擠壓袋口，氣體從袋口被排出，進(jìn)而阻擋器撤離，排氣完畢的料袋得以進(jìn)入紙袋熱合密封部分，排氣高度位置可在一定范圍內(nèi)調(diào)整。

2.1.5 紙袋熱合封口機(jī)部分

熱合封口機(jī)主要結(jié)構(gòu)包括糖包輸送機(jī)、紙袋PE內(nèi)袋熱合單元、袋口切邊單元、袋口折邊單元和袋口貼易撕條單元等裝置，用于紙袋PE內(nèi)袋熱合，接著袋口切邊折邊后，袋口貼易撕紙膠帶。內(nèi)袋熱合高度位置可在一定范圍內(nèi)調(diào)整，重要部件說明如下。

傳送鏈：整個密封過程當(dāng)中一直夾著袋子上部，從而避免縫合故障或者袋子拖后，如圖1所示。

圖1 傳送鏈

集塵器：真空打開袋口PE內(nèi)襯層，吹入的空氣清除密封區(qū)的雜物及糖粉，從而保證密封效果，如圖2所示。

圖2 集塵器

PE內(nèi)袋加熱塊：易于控制溫度和壓力，適用于各種厚度皮紙袋PE內(nèi)袋熱合，根據(jù)產(chǎn)量最多可安裝6組12塊，從而保證熱合效率，如圖3所示。

圖3 PE內(nèi)袋加熱塊

袋口切邊包熱封紙膠帶：PE內(nèi)袋熱合后通過切刀將袋口切平整后，在沿中心線自動折疊紙膠帶，并且外覆到經(jīng)修加熱塊，外覆紙膠帶密封后將自動切斷，如圖4所示。

圖4 袋口切邊包熱封紙膠帶

紙膠帶熱封塊：易于控制溫度和壓力，適用于各種厚度紙膠帶熱合，根據(jù)產(chǎn)量最多可安裝4組8塊加熱塊，從而提高熱合效率，如圖5所示。

圖5 紙膠帶熱合塊

熱合封口機(jī)高度調(diào)節(jié)：熱合封口機(jī)可以上下移動，根據(jù)糖包重量及高度可以通過手柄或電動機(jī)調(diào)節(jié)熱合高度，從而保證熱合高度需求，如圖6所示。

圖6 熱合封口機(jī)高度調(diào)節(jié)器

2.1.6 倒袋皮帶輸送機(jī)

用于熱合封口以后的紙袋糖包放倒，水平輸送。主要結(jié)構(gòu)包括倒帶推桿、擺正滾筒和皮帶輸送機(jī)等。直立的料袋隨輸送機(jī)行進(jìn)至推袋位經(jīng)推袋氣缸的動作而倒向倒袋斜板，此時傾斜的料袋繼續(xù)隨輸送機(jī)前行進(jìn)，在倒袋轉(zhuǎn)輥的作用下，使料袋平放在輸送機(jī)上，導(dǎo)向板可使料袋保證在輸送皮帶的中間順利進(jìn)入下一段輸送機(jī)。

2.1.7 控制部分

控制部分構(gòu)成：動力柜、控制柜、分散IO、閥島、檢測原件和執(zhí)行元件等。動力柜內(nèi)主要是電源回路、接觸器、變頻器等電機(jī)控制回路。電源配電器件選用西門子產(chǎn)品，變頻器選用施耐德ATV32系列。控制柜內(nèi)主要是PLC、繼電器、安全模塊裝置、接觸器等。

PLC選用西門子S7 315-2DP處理器，擴(kuò)展設(shè)備通過DP通訊協(xié)議，連接有分布IO、TP700人機(jī)界面、FESTO閥島控制電磁閥。

2.2 工作流程

全自動裝包機(jī)在操作人員將空糖袋整齊疊放在袋倉上以后，根據(jù)操作規(guī)程啟動設(shè)備后，裝包機(jī)將按程序設(shè)定步驟實現(xiàn)自動送袋、稱重、套袋、輸送，排氣、PE內(nèi)袋熱合、袋口裁剪平整、折邊包密封紙膠帶等工作，具體流程如圖7所示。

圖7 全自動裝包機(jī)的工作流程圖

2.3 技術(shù)難點

2.3.1 糖包排氣系統(tǒng)選型

糖包內(nèi)部的空氣量是紙袋糖破包率的最重要技術(shù)，如糖包內(nèi)部空氣量太多，存在鼓包現(xiàn)象時，糖包在輸送疊包存儲過程中容易產(chǎn)生破包，成品糖被污染，造成損失。目前生產(chǎn)上常見的幾種排氣方式如下。

一是機(jī)械式雙桿排氣。由高往低將紙袋內(nèi)空氣擠壓排出。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，可連續(xù)排氣，費用低，裝包速度可達(dá)700～800包/小時。缺點：排氣效果差，容易卡包或袋口褶皺，糖包密封后存在鼓包現(xiàn)象，破包率高，如圖8所示。

圖8 機(jī)械式雙桿排氣示意圖

二是雙氣缸前后擠壓排氣。由糖包前后氣缸推出，將袋口內(nèi)部空氣擠壓排出。優(yōu)點：排氣效果充分，袋口密封后，糖袋剛好與糖緊密接觸，無鼓包現(xiàn)象，且結(jié)構(gòu)簡單。缺點：排氣停留時間長，裝包速度只能達(dá)550～600包/小時，如圖9所示。

圖9 雙氣缸前后擠壓排氣示意圖

三是上下活動推桿排氣。由糖包前后氣缸夾住袋口后向下推動，將袋口內(nèi)部空氣擠壓排出。優(yōu)點：排氣充分，排氣量可達(dá)80%以上，袋口密封后，糖袋剛好與糖緊密接觸，無鼓包現(xiàn)象，如設(shè)計成雙工位排氣時裝包速度可達(dá)750～800包/小時。缺點：機(jī)構(gòu)復(fù)雜，價格貴，如圖10所示。

圖10 上下活動推桿排氣示意圖

2.3.2 熱合加熱組選型

現(xiàn)對編織袋自動裝包機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造后紙袋裝包熱合速度為600包/小時，選用紐朗型號為FT-32D熱合封口機(jī)，線速度8～12m/min，紙袋的熱合設(shè)備設(shè)計為PE內(nèi)袋使用3組6塊500W加熱塊，加熱溫度依次為170～200℃、200～230℃、230～260℃，加熱時間為4秒，當(dāng)溫度超過265℃時，PE袋熱合后會出現(xiàn)溫度過高有燒焦味及熱合線上部斷裂現(xiàn)象，當(dāng)最后一組加熱塊溫度低于240℃或者加熱時間少于4秒時，PE內(nèi)袋熱熔不完全，存在漏糖現(xiàn)象；袋口折邊后包紙膠帶熱合密封使用2組4塊500W加熱塊，加熱溫度依次為100～130℃和130～160℃，加熱時間為2秒，當(dāng)溫度設(shè)定超過165℃時，出現(xiàn)粘膠燒焦現(xiàn)象，當(dāng)最后一組加熱塊溫度低于110℃或者加熱時間低于2秒時，紙膠帶沒有完全熱合密封，存在漏糖現(xiàn)象。由以上經(jīng)驗可得出，當(dāng)裝包速度超過600包/小時即線速度加快時，PE內(nèi)袋和袋口密封紙膠帶加熱塊數(shù)量也要按比例增加。

3 精制糖紙袋裝包優(yōu)點

紙袋PE內(nèi)袋熱合袋口折邊貼紙膠帶密封形式被歐美日韓廣泛應(yīng)用于食品及化工等粉體和顆粒產(chǎn)品的自動化包裝上。它適合敞開式灌裝的紙袋上封閉，袋口牢度好、氣密性強(qiáng)、外形美觀、拆袋便利、封袋和拆袋時能保證被包裝物不被封口材料污染，使被包裝物得到妥善保護(hù)，熱合封口機(jī)主要有以下優(yōu)點。

3.1 高度密閉

由于經(jīng)過紙袋和內(nèi)襯塑料袋通過齊口、內(nèi)襯PE袋熱合和一次折邊，再經(jīng)過壓緊壓實和貼熱封膠紙帶，因此包裝袋密閉性強(qiáng)，甚至能產(chǎn)生一定的水密效果，基本不必?fù)?dān)心袋內(nèi)物品受潮。

3.2 袋口及袋底無縫紉線密封

在使用單折邊熱合封口袋物料時無需工具即可輕易拆袋，可實現(xiàn)內(nèi)外袋分離，同時在拆袋過程中與物料無任何接觸，可避免污染物料，大大降低食品安全風(fēng)險，拆袋步驟如圖11所示。

圖11 內(nèi)外袋分離步驟示意圖

3.3 抗反彈性好

由于雙層牛皮紙紙袋和內(nèi)襯塑料袋所用材料比較厚實，經(jīng)過齊口切平后折彎必須經(jīng)過橡膠彈性壓輪壓緊壓實方可貼熱封易撕紙膠帶，折邊后因為牛皮紙和塑料內(nèi)袋物理特性容易形成反彈撐開袋口，所以一道折邊后貼膠帶抗反彈性好，比二道折邊貼膠帶更牢固。

圖12 自動裝包機(jī)技術(shù)改造升級后效果圖

3.4 美觀大方

單折邊熱合封口方底袋，為目前國際流行包裝袋，灌裝物料經(jīng)過封口后袋基本成立方體，因而堆包整齊、美觀。屬于環(huán)保包裝，適合出口物料使用。

4 小結(jié)

2017年底廣西博斯特機(jī)械有限公司將編織袋自動裝包機(jī)進(jìn)行技術(shù)更新，改造成紙袋自動裝包系統(tǒng)后，如圖12所示。擺脫了傳統(tǒng)精制糖編織袋折邊縫包的裝包方式，實現(xiàn)了25～30kg精制糖紙袋裝包后PE內(nèi)袋袋口熱合，并折邊貼易撕紙膠帶裝包密封方式，實現(xiàn)了糖包內(nèi)外袋分離，使精制糖包裝更精致，更高檔，更符合食品安全要求。2018年3月初，國產(chǎn)紙袋精制糖正式投入市場后，給客戶提供了更為便捷、更為安全的產(chǎn)品服務(wù)，雀巢、蒙牛、安琪、益力多、養(yǎng)樂多等高端客戶紛紛到現(xiàn)場審核評估，提升了國產(chǎn)紙袋精制糖的好感度和認(rèn)可度，并認(rèn)為國產(chǎn)精制糖外包裝設(shè)計已超越韓國外包裝設(shè)計。因此，相信通過不斷的技術(shù)改進(jìn)，國產(chǎn)紙袋精制糖將會逐步替代進(jìn)口紙袋精制糖。