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氣動技術是實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化和機械化的有效手段之一,具有高速高效、清潔安全、低成本及易維護等優(yōu)點,被廣泛應用于輕工機械領域中,在食品包裝及生產(chǎn)過程中也正在發(fā)揮越來越重要的作用。
中國的食品包裝機械經(jīng)過近20年的發(fā)展,已經(jīng)形成了一定的規(guī)模,成為機械工業(yè)的重要組成部分?,F(xiàn)在國內(nèi)食品加工的大部分包裝工作,尤其是較復雜的包裝過程基本還是人工操作,從而極可能對被包裝產(chǎn)品造成污染,這種狀況極需得到改變。目前,國家加大力度實施食品質(zhì)量安全市場準入制度,食品包裝設備也正在逐步納入食品質(zhì)量安全準入體系中,這是食品包裝機械行業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級的良好契機?,F(xiàn)代食品包裝機械是匯集了多種學科的先進技術,具有高效率、高精度、高自動化和高柔性的特點,并正向智能化和集成化的方向發(fā)展,其中基礎組成部分之一就是氣動技術。
氣動技術是生產(chǎn)過程自動化和機械化的有效手段之一,具有高速高效、清潔安全、低成本及易維護等優(yōu)點,被廣泛應用于輕工機械領域中,在食品包裝及生產(chǎn)過程中也正在發(fā)揮越來越重要的作用。其在各類包裝機械中均有大量應用,可以縮短加工輔助時間,減輕工人勞動強度,充分發(fā)揮設備的高效性能。
但由于食品包裝機械必須符合食品機械安全的相關要求和規(guī)定,而且工作現(xiàn)場環(huán)境一般又較為復雜苛刻,如果使用了不適當?shù)臍鈩釉鶗霈F(xiàn)不正?,F(xiàn)象。而現(xiàn)代的食品包裝機械,通常集機械、電氣、液壓和氣動等技術于一體,且各部分之間有著密不可分的聯(lián)系,任何一部分發(fā)生故障都會影響到設備的正常工作。因此,在食品包裝機械氣動部分的設計與應用中,一定要選用可靠的切合實際需要的產(chǎn)品。
在食品生產(chǎn)中,不同生產(chǎn)區(qū)的衛(wèi)生要求有所不同。歐洲的EN 1672-2 標準將食品加工機械的環(huán)境定義為3個工作區(qū),即食品區(qū)、飛濺區(qū)和非食品區(qū)。根據(jù)不同區(qū)域的衛(wèi)生要求,所需使用的氣動技術及產(chǎn)品也不盡相同。
食品區(qū)和飛濺區(qū)要求安全衛(wèi)生
在食品區(qū)和飛濺區(qū),氣動技術主要用于分配、裝瓶、成形、灌裝、配劑和密封等裝置中,由于氣動元件需要直接或間接與主要生產(chǎn)原料接觸,為避免對終產(chǎn)品產(chǎn)生污染,其材質(zhì)應為無毒、無吸收性且耐腐蝕的不銹鋼原件。如果使用鋁合金材料,則應具有一定抗腐蝕能力,無毒性,無吸收性。元件內(nèi)部所使用的橡膠制品如密封件等應符合相應的衛(wèi)生要求,應具有耐熱、耐酸堿和耐油等特性,可接受正常清洗和消毒,不溶解、無毒性且無吸收性,不得有影響產(chǎn)品的氣味。工作空氣過濾裝置應保證禁止5 μm以上的塵埃通過,結(jié)構(gòu)及表面應平滑、耐久、易于清潔并能達到良好的洗凈效果。盡管飛濺區(qū)的設計需要和食品區(qū)域相似,但材料要求可酌情降低,同時必須保證該設計對食物產(chǎn)品無負面影響。
在這兩種環(huán)境中應用的典型氣動產(chǎn)品有不銹鋼氣缸、潔凈型氣缸、易清洗閥島、不銹鋼過濾器和減壓閥等(圖1),而其中具代表意義的是潔凈型氣缸,如英國Norgren的PVA系列潔凈型氣缸。這種氣缸的潔凈式設計消除了食物顆??赡芨街目涨弧⒖p隙和鋒利邊角,具有自排水功能,所以液體可以直接流掉。缸筒材質(zhì)采用陽極氧化鋁,活塞桿采用鍍硬絡不銹鋼,所用密封件為聚氨酯材料,氣缸整體符合IP67的要求,不僅耐腐蝕,還可進行反復清洗。另外,該氣缸是符合ISO 6431的標準化產(chǎn)品,具有可替換性,甚至連安裝件也都采用標準件,安裝維修都極為方便。
非食品區(qū)元件的尺寸要求日益嚴格
在非食品區(qū)域,氣動技術主要用于封袋、包裝、貼標、檢測和加蓋等裝置中,盡管這個區(qū)域的氣動元件不需要接觸生產(chǎn)原料,但通常仍然需要具有標準化、易清洗、智能環(huán)保及結(jié)構(gòu)緊湊等特點。由于現(xiàn)在的食品包裝設備要求在有限空間內(nèi)實現(xiàn)更多的功能,因此對于氣動元件的尺寸要求也越來越嚴格。典型產(chǎn)品包括如圖2所示的英國Norgren易清洗閥島VM系列,其寬度僅10 mm的閥體可提供430 L/min的流量,可進行2~20位集成,且符合IP65和食品包裝中復雜控制的趨勢。此外,先進的食品包裝設備普遍采用由過濾器、減壓閥和不供油潤滑的閥及氣缸等組成的無給油潤滑氣動系統(tǒng),這種系統(tǒng)在元件需要潤滑處預先封入潤滑脂,無需油霧器,可長時間工作而無需補充潤滑脂,能降低油耗和成本、改善環(huán)境、維修方便且性能穩(wěn)定。
氣動裝置智能化
隨著食品加工工藝的日益提高,食品包裝的自動化水平也在不斷提高,目前食品包裝機械的研發(fā)正朝著高速、多功能及控制智能化的方向發(fā)展,工業(yè)機器人、微電子、電腦、智能型和圖像傳感技術等將會得到越來越廣泛的應用,而應用于食品包裝機械的氣動技術的智能化和網(wǎng)絡化也將成為必然。
智能化氣缸是氣缸智能化的集大成者,以Norgren公司的智能化氣缸為例,這種氣缸內(nèi)置電磁閥和速控閥,氣缸提供Fieldbus及ASI接口,可以實現(xiàn)總線遠程集中控制。其具有IP66防護等級,易于沖洗;而且還符合ISO/VDMA標準,可以和普通標準氣缸實現(xiàn)互換。利用該氣缸就可以替代傳統(tǒng)的整個氣動回路。
智能化氣動三聯(lián)件(圖3)則使空氣處理系統(tǒng)的自我診斷成為可能,大多數(shù)氣動系統(tǒng)的故障因空氣處理系統(tǒng)而起,智能化三聯(lián)件有效解決了這一問題。其可以對氣動系統(tǒng)進行持續(xù)的監(jiān)控并隨時通過Fieldbus及ASI連接顯示相關數(shù)據(jù),告知何時需要更換濾芯或潤滑油,壓力狀態(tài)是否正常,并記錄使用時間,從而使故障率達到低,減少維護維修成本,提高正常運行時間和生產(chǎn)能力。
智能化和網(wǎng)絡化氣動技術的開發(fā)和應用,將使食品包裝機械進一步智能化,實現(xiàn)設備的自行診斷,從而提高國內(nèi)食品包裝機械的自動化水平。