Инженерия упаковки в подушки: Глубокий технический анализ технологии упаковки в поток
За пределами базовой упаковки
Упаковка в подушки - ключевой метод горизонтальной упаковки с заполнением и запайкой (HFFS). Это основа современной автоматизированной упаковки. Эта технология позволяет создавать герметичные упаковки, которые мы видим повсюду - от конфет и хлебобулочных изделий до медицинских приборов и комплектов оборудования.
Много Руководства объясняют основной процесс. Этот анализ более глубокий. Мы разделим упаковочную машину для подушек, или упаковщик потока, на следующие части основные инженерные системы. Наше внимание сосредоточено на том, как и почему он работает с высокой скоростью и точностью.
В этом техническом исследовании рассматриваются четыре столпа обмотка потока технология:
- Система подачи и обработки продукта.
- Узел обработки, натяжения и формирования пленки.
- Устройства для продольного и поперечного уплотнения и резки.
- Электронная система управления, включая ПЛК, серводвигатели и программируемые терминалы.
Понимание этих подсистем помогает инженерам и техникам оптимизировать производительность. Они могут устранять неисправности более эффективно и принимать лучшие решения о машинах выбор и эксплуатация.
Последовательность HFFS
Весь процесс упаковки подушек представляет собой синхронизированную последовательность трех действий: формирование, наполнение и запечатывание. Прежде чем анализировать отдельные компоненты, отвечающие за каждый этап, необходимо понять этот линейный поток.
1. Формирование трубки
Процесс начинается с плоского рулона упаковочной пленки. Пленка снимается со шпинделя и проходит через ролики которые поддерживают напряжение.
Затем она попадает в важнейший узел, называемый “формующим коробом” или “плугом”. Эта металлическая направляющая складывает плоское полотно пленки вокруг себя. Таким образом, образуется непрерывная трубка с открытым концом. Два внешних края пленки сходятся в нижней части, готовые к первой операции запечатывания.
2. Заполнение и продольное уплотнение
По мере формирования пленочной трубки продукты поступают в нее с помощью подающего конвейера с точным временем. Сайт продукты расположены на одинаковом расстоянии друг от друга интервал, или шаг, внутри непрерывной трубки.
В то же время перекрытые края пленки проходят через нагретые колеса или ремни. Это продольный узел запечатывания, который создает “плавниковое уплотнение”, идущее по всей длине упаковки. Это непрерывное уплотнение превращает сложенную пленку в настоящую трубку, заключающую в себе линейка продуктов.
3. Поперечное уплотнение и резка
На последнем этапе используется вращающийся или возвратно-поступательный челюстной узел. Это так называемый поперечный или торцевой узел уплотнения. Этот узел работает с высокой точностью.
Губки зажимают пленку в пространстве между двумя продуктами. Они выполняют три действия одновременно. Они запечатывают задний конец ведущего пакета, запечатывают передний конец следующего пакета и разрезают пленку между двумя запечатываемыми пакетами. Это действие отделяет индивидуальную, готовую упаковку “подушку” от непрерывного полотна.
Анализ механических систем
Обмотчик потока представляет собой систему взаимосвязанных механических узлов. Каждый из них имеет конкретное инженерное назначение. Высокая производительность достигается только тогда, когда эти системы правильно настроены и идеально синхронизированы.
Подающий конвейер Точность
Подающий конвейер не просто транспортирует продукцию. Его основная функция - точное определение расстояния и времени. Он обеспечивает поступление каждого продукта в формующую трубку в точный момент, требуемый последовательностью упаковки.
В большинстве подающих устройств используются “рейсмусы” или “ушки”. Это регулярно расположенные толкатели на цепи, которые поддерживают постоянный шаг изделия. Этот шаг является критически важным параметром машины. Он определяет длину мешка и должен быть идеально синхронизирован с вращением запечатывающих губок.
Скорость конвейера не является независимой. Она электронно согласована со скоростью пленки и циклом работы челюстей. Это обеспечивает позиционирование одного продукта на каждую длину подаваемого пакета пленки. Любое несоответствие приводит к появлению пустых мешков или защемлению продукта в торцевых уплотнениях.
Подача и формование пленки
Путь пленки от плоского рулона до сформированной трубки регулируется натяжением и геометрией. Система подачи и формирования пленки является основой хорошей упаковки.
Эта система имеет две ключевые области. Первая - это размотка пленки и контроль натяжения. Она начинается с держателя рулона пленки, или шпинделя, который часто оснащен тормозной системой. При протягивании пленки она проходит через “танцующий рычаг” - утяжеленный, вращающийся ролик. Этот рычаг обеспечивает обратную связь с тормозом, поддерживая постоянное натяжение пленки. Без этого пленка может соскользнуть во время подачи, что приведет к несовпадению длины пакета. Или она может растягиваться, что приводит к ошибкам регистрации на напечатанной пленке.
Вторая зона - это формующая коробка. Этот инструмент физически формирует плоскую пленку в трубку. Его боковые стенки, верхняя и нижняя части регулируются, чтобы приспособить их к разной ширине и высоте продукта. Плохо отрегулированный формующий короб - частый источник проблем. Это приводит к перекосам, морщинам, слишком плотному или неплотному прилеганию упаковки к продукту.
Уплотнительные и режущие губки
Запечатывающие и режущие губки - это сердце машины. Именно здесь создается и закрепляется конечная упаковка. Их эффективность зависит от точного баланса температуры, давления и времени.
Устройство продольного запечатывания, или ребровое уплотнение, обычно состоит из двух или трех пар нагреваемых роликов. Эти ролики прикладывают тепло и давление к перекрывающимся краям пленки. Основным принципом, определяющим это действие, является взаимосвязь между температурой, давлением и временем выдержки (TPD). Пленка должна выдерживаться при правильной температуре и давлении достаточно долго, чтобы слои герметика расплавились и соединились.
Поперечный узел уплотнения и резки выполняет двойную функцию - уплотнение и разделение концов. На поверхности губок нанесены зубчатые узоры. Они не только передают тепло, но и сжимают слои пленки, создавая прочное, часто отслаивающееся уплотнение. В одну из губок вложен нож. Когда губки закрываются и герметизируются, нож выдвигается для разрезания пленки.
Распространенной ошибкой при эксплуатации является установка слишком высокой температуры губок для данной скорости пленки. Это может привести к расплавлению пленки и ее налипанию на губки. Это приводит к слипанию и разрыву последующих упаковок, что приводит к остановки оборудования и продукции отходы.
Мозг машины
Современные упаковочные машины для подушек достигают своей удивительной скорости, точности и гибкости благодаря сложной электронной системе управления. Этот “мозг” синхронизирует все механические действия.
Центральный компьютер - это ПЛК (программируемый логический контроллер). Он непрерывно выполняет программу, которая считывает входные данные с датчиков. К ним относятся фотоглазки для регистрации печати и энкодеры для определения положения. Он посылает выходные команды на исполнительные механизмы, такие как нагреватели, соленоиды и двигатели. ПЛК принимает окончательные решения, выполняя логику работы машины.
Сервомоторы являются сердцем системы управления движением. В отличие от старых механических кулачковых систем или систем сцепления/тормоза, сервоприводы обеспечивают точное, программно заданное управление положением, скоростью и крутящим моментом. Это позволяет осуществлять быстрые и повторяющиеся изменения.
Сервоприводы непосредственно отвечают за самые важные синхронизированные движения машины. Сервопривод на подающем конвейере контролирует угол наклона продукта. Сервопривод на роликах привода пленки контролирует точную длину пакета. Это позволяет использовать такие функции, как “нет продукта - нет пакета”, для предотвращения образования пустых пакетов. Сервопривод на запечатывающих губках контролирует скорость и фазу их вращения относительно продукта.
Оператор взаимодействует с этой системой через интерфейс HMI (Human-Machine Interface), обычно представляющий собой панель с сенсорным экраном. HMI - это приборная панель машины. Отсюда оператор может настроить все ключевые параметры, такие как длина пакета, температура запечатывания и общая скорость машины. Что еще более важно, HMI используется для хранения “рецептов” для различных продуктов. Это позволяет полностью перенастроить машину несколькими нажатиями кнопок. Он также предоставляет важную диагностическую информацию, отображая аварийные сигналы и указывая техническим специалистам на источник неисправности.
Сравнительные архитектуры
Основным техническим отличием поточных обмотчиков является механическая конструкция челюстной системы с торцевым уплотнением. Движение челюстей определяет скорость машины, качество уплотнения и пригодность для различных продуктов и пленок. Существует три основные архитектуры.
Вращающиеся губки обеспечивают самую высокую скорость. Губки вращаются в непрерывном круговом движении, осуществляя кратковременный тангенциальный контакт с пленкой.
Губки с коробчатым движением перемещаются по прямоугольной “коробчатой” траектории. Они движутся вниз для зажима пленки, перемещаются по горизонтали вместе с пленкой для увеличения времени запечатывания, а затем втягиваются вверх и возвращаются в исходное положение.
Системы с длительной выдержкой - это разновидность коробчатого движения, рассчитанная на максимально возможное время запечатывания. Зажимные губки следуют за изделием в горизонтальном направлении на большом расстоянии. Это делает их идеальными для применений, требующих гарантированной герметичности.
Таблица 1: Техническое сравнение систем торцевых уплотнительных губок
Характеристика | Ротационные губки | Box Motion Jaws | Челюсти для длительного пребывания |
Механическое движение | Непрерывное вращательное движение | Вертикальное и горизонтальное движение (образует “коробку”) | Следите за продуктом в горизонтальном положении в течение длительного времени |
Время запечатывания | Короткий, тангенциальный контакт | Длительное, прямое давление | Самое длительное, непрерывное давление |
Максимальная скорость | Очень высокая (до 1000 ppm) | От среднего до высокого (до 150 ppm) | Средний |
Качество печати | Хорошо подходит для стандартных фильмов | Превосходно; обеспечивает более глубокое проникновение тепла для создания более толстых пленок | Превосходный; идеален для герметичных/магистральных уплотнений |
Обращение с продуктами | Лучше всего подходит для небольших, устойчивых, легких изделий | Универсальный; подходит для высоких, тяжелых или хрупких изделий. | Идеально подходит для высокопрочных уплотнений, необходимых в медицине и производстве свежих продуктов питания |
Первичное применение | Кондитерские изделия, печенье, закуски | Мультиупаковки, свежие продукты, хлебобулочные изделия | Упаковка в модифицированной атмосфере (MAP), медицинские приборы |
Взаимодействие фильмов и машин
Производительность поточного обмотчика напрямую зависит от свойств используемой упаковочной пленки. Машина - это термомеханическая система, а пленка - материал, на котором она работает. Понимание материала наука необходима для технического мастерство.
Взаимодействие диктуется несколькими ключевыми свойствами пленки. Эти свойства определяют необходимые настройки машины по температуре, давлению и скорости. Пленка, хорошо работающая на одной машине, может не работать на другой, если эти настройки не отрегулированы в соответствии с ее спецификой. характеристики.
Таблица 2: Основные свойства пленки и их техническое влияние
Фильм Собственность | Описание | Влияние на процесс упаковки подушек | Общие материалы |
Слой герметика | Внутренний слой пленки, который плавится под тепло и давление для формирования уплотнения. | Определяет необходимую температуру запечатывания и время выдержки. Низкая температура начала запечатывания (SIT) позволяет увеличить скорость. | ПЭ, иономеры (например, Surlyn) |
Коэффициент трения (CoF) | Скользкость“ поверхности пленки. | Низкий CoF имеет решающее значение для плавного перемещения по формующему коробу и станине машины. Высокий CoF может вызвать сопротивление и растяжение пленки. | Варьируется в зависимости от пленки; часто контролируется с помощью добавок для скольжения. |
Жесткость / модуль | Жесткость фильма. | Жесткие пленки лучше проходят через машину, но их может быть сложнее формировать. Непрочные пленки трудно контролировать. | OPP - жесткий; PE - хромой. |
Барьерные свойства (OTR/MVTR) | Скорость пропускания кислорода / скорость пропускания паров влаги. | Критически важно для срок годности продукта но не влияет непосредственно на работоспособность машины. | Металлизированные покрытия PET, EVOH, AlOx обеспечивают высокие барьеры. |
Существует принципиальное различие между пленками с тепловой и холодной печатью. Пленки с термозапайкой являются наиболее распространенным типом. Они требуют нагретых губок для расплавления слоя полимерного герметика.
В отличие от них, в пленках с холодной печатью используется предварительно нанесенный, чувствительный к давлению клей, который прилипает только к самому себе. Такие пленки производятся на машинах с ненагреваемыми губками, которые прикладывают только давление. Они необходимы для упаковка термочувствительных продуктов, таких как шоколад. Они не выделяют тепла в процессе, позволяя работать на очень высоких скоростях без риска повреждения продукта.
Руководство по устранению технических неисправностей
Эффективное устранение неисправностей требует систематического подхода к устранению первопричин. Проблемы на линии упаковки подушек редко бывают изолированными. Они часто являются симптомом проблемы в смежной механической, материальной или электронной системе.
В этом руководстве представлена схема диагностики распространенных неисправностей. При возникновении проблемы очень важно проанализировать возможные причины во всех трех областях. Не концентрируйтесь только на самом очевидном симптоме. Например, в непостоянной длине мешка часто винят пленку. Но это может быть и неисправный энкодер, и изношенные механические ролики.
Таблица 3: Распространенные дефекты набивки подушек и их технические причины
Симптом / неисправность | Возможная механическая причина | Потенциальная существенная причина | Возможная электронная/контрольная причина |
Плохие торцевые уплотнения (негерметичные, слабые) | Недостаточное давление на губки; износ зубцов губок; несоосность губок. Первое, что необходимо проверить, - это температура уплотнения. | Герметизирующий слой пленки не совместим с температурой/скоростью; пленка слишком толстая для имеющегося времени выдержки. | Неправильная настройка температуры в HMI; неправильный параметр времени выдержки (в системах с коробчатым движением). |
Непостоянная длина сумки | Изношенные ленты/ролики для транспортировки пленки; Неправильное давление на вытяжные колеса; Механическое проскальзывание в приводном механизме. | Высокий или непостоянный CoF пленки, приводящий к ее проскальзыванию или перетягиванию через формующий буртик. | Серводвигатель для подачи пленки может нуждаться в перенастройке; энкодер загрязнен или вышел из строя, что приводит к неправильным показаниям перемещения пленки. |
Морщинистость пленки на уплотнении плавника | Неправильное расположение уплотнительных колес; Неправильное давление на колеса (слишком высокое); Слишком узкий или широкий формующий ящик для изделия. | Пленка имеет низкую жесткость (слишком жесткая) и не может сама себя поддерживать; Неоднородная толщина пленки (полосы калибровки). | Это часто ошибочно диагностируется как электронная проблема. Проверьте тормоз размотки на наличие “рывков”, которые создают скачки натяжения. |
Фильм не отслеживается централизованно | Рулон пленки не центрирован на шпинделе; формующая коробка не центрирована на осевой линии машины; станина/ролики машины расположены неровно. | Сам рулон пленки был намотан с помощью “телескопа” или имеет неровные края от процесса резки. | N/A (это почти всегда связано с механической настройкой или проблемой сырья). |
Синтез для производительности
Машина для упаковки подушек - это сложная, синхронизированная система. Оптимальная производительность достигается не за счет освоения какого-то одного компонента. Она достигается за счет понимания глубокой взаимозависимости между механической точностью, материаловедением и электронным управлением.
Ключ к переходу от базового оператора к настоящему технический эксперт должен понять эти основные принципы. Это понимание того, как TPD запечатывающих губок связан с герметизирующим слоем пленки. Нужно знать, как CoF пленки влияет на работу сервопривода. И понимание того, как неправильно отрегулированный формующий ящик может вызвать каскад последующих отказов.
Забегая вперед, отметим, что эволюция технологии упаковки в потоки продолжается. Будущее указывает на более тесную интеграцию с робототехникой для полностью автоматизированной загрузки и упаковки ящиков. Мы увидим более широкое внедрение принципов Индустрии 4.0. Интеллектуальные датчики будут предоставлять данные об износе и производительности компонентов в режиме реального времени, что позволит проводить прогнозируемое техническое обслуживание и еще больше сократить время простоя. Однако даже в таком продвинутом будущем фундаментальные инженерные принципы, проанализированные здесь, останутся основой успешных операций по упаковке подушек.
- Packaging World - ведущее издание упаковочной индустрии https://www.packworld.com/
- PMMI - Ассоциация технологий упаковки и переработки https://www.pmmi.org/
- Стратегии упаковки - Инновации в упаковке для продуктов питания и напитков https://www.packagingstrategies.com/
- Дайджест по упаковке - упаковочные технологии и передовой опыт https://www.packagingdigest.com/
- Ассоциация гибкой упаковки (FPA) https://www.flexpack.org/
- Институт профессионалов упаковки (IoPP) https://www.iopp.org/
- ProMach - решения для гибкой упаковки и HFFS https://www.promach.com/
- Packaging Europe - Европейские инновации в области упаковки https://packagingeurope.com/
- ISA - Международное общество автоматизации https://www.isa.org/
- Технология и наука упаковки - Wiley Journal https://onlinelibrary.wiley.com/journal/10991522
