充填工艺技术与设备

第2章重点 1 掌握的基本计量方法 2 掌握容积式 称重式 计数式等典型计量装置的结构及工作原理 充填定义 将固体产品按预定量填充到包装容器内 充填工艺 则是指将固体物料装入包装容器的操作过程 2章 计数 称重 充填 本章为考试重点 一 计数法是指包装物料按个数进行计量和包装的方法 常用计数方法有如下几种类型 1 单件计数通常用于块状物料 可使物料单列定向排列并依次通过光电计数装置 光电计数器发出电信号输入计数电路进行计数 并由数码管加以显示 当计数达到给定量时 控制信号即控制输送物料闸门 从而完成一次计数循环 2 多件计数由计量腔一次装入多件物料进行计量3 转盘计数主要适用于药片 钢珠等规则颗粒物料 它是在转盘上平均分布的扇区面内均布一定数量的小孔 形成若干组均分的间隔孔区 改变每一扇形区的孔数即改变计数值 4 履带计数多适用于片状和球形等规则物料计数 主要由具有若干匀布凹槽的履带带动物料依次通过传感器进行计数 二 定容法定容法广泛用于密度稳定的粉状 颗粒状 膏状物料的计量 常见的有以下几种方法 1 量杯式 利用量杯的容积进行计量 2 螺杆式 利用螺杆的螺旋槽在单位转速中的总旋容积进行计量 3 真空充填4 定时充填5 倾注式充填三 称重法主要应用于受潮易结块 颗粒大小不均匀 密度的变化幅度较大的物料的计量 1 毛重式充填2 净重式充填 第二节容积式充填 定义 将产品按预定容量填充到包装容器内分类 根据物料容积计量方式不同 量杯式 可调容量式 气流式 柱塞式 螺杆式 计量泵式 插管式 料位式 定时式 适用范围 对于密度较稳定的粉末 细颗粒 膏状物料较合适 特点 结构简单 计量速度快 造价低 但精度低 1 螺杆式充填 通过控制螺杆旋转的转数或时间来量取产品 构成 螺杆计量装置 物料进给机构 传动系统 控制系统 机架 传动过程 1 启动电机 带动小带轮及大带轮 使大带轮绕着螺杆轴空转 2 当计量开始时 给电磁离合器一个信号 于是与主轴连在一起的离合器和大带轮吸合 主轴转动 固定在主轴上的光电码盘同时转动 计量螺杆也同步转动 3 计量螺杆转过预定圈数实现计量时 光电码盘也转过同样的圈数 使电气控制系统发出信号 离合器与大带轮脱开 计量过程结束 2 量杯式充填机 量杯式充填机适合于小粒状 碎片状及粉末状等流动性能良好的物料充填 生产中根据物料的比重稳定性的好与差 量杯分为固定式和可调式两种 过程 物料经料斗1靠重力落到计量杯内 主轴11带动圆盘旋转时 粉料刮板9将量杯3上面多余的物料刮去 当量杯转到卸粉工位时 开启圆销7推开定量杯底部活门4 于是量杯中的物料在自重作用下充填到下方的容器中 如果容积的大小不同 则还可以更换量杯 3 可调容量式充填机 采用可随产品容量变化而自动调节容积的量杯量取产品 量杯由上下两部分组成 通过调节机构可以改变上下量杯的相对位置 实现容积微调 量杯定量的包装速度可达300 600次 分 若与真空充填装置相配合 既可以防止粉尘飞扬 又可以加快落料速度 提高包装速度 还应注意使下料斗的物流道尽可能地短些 以使物料落入容器的时间减到最小 减少粉尘的飞扬 4 气流式填充机为了进一步提高计量精度或减少物料的氧化 可采用真空或气流式充填机构充填 充填物料时 先将容器抽真空 继而使物料充填到容器中去 由于容器处于真空状态下 故物料充填到容器内时相当均匀 且空隙极小 因而计量精度较高 过程 充填轮2作匀速间歇转动 当轮中量杯口与料斗接合时 恰好配气阀也接通了真空管 物料就被吸入量杯 当量杯转位到包装容器的上方时 量杯中的物料就被经过配气阀输送过来的压缩空气吹到容器中 这种充填装置克服了真空式充填装置计量不精确的缺点 它在很大范围内应用都能达到土1 的精确度 量杯的高度一般为150mm 实际生产中 量杯的横截面形状可以是圆形 椭圆形 方形 矩形 也可以是其它任意形状 5 真空容器充填 升降机将包装容器4升起 使密封垫紧压在容器口部密封 通过抽气座2下部的滤网给容器抽真空 然后将料斗1中的物料充填到容器中 为使物料充填的紧密 多采用脉动式抽真空 由于容器处于真空 故物料充填到容器内相当均匀 紧密 充填精度也较高 6 柱塞式充填机 采用调节柱塞行程而改变产品容量的柱塞筒量取产品 并将其充填到容器中 过程 当柱塞推杆7向上移动时 由于物料自重 使进料活门5向下压缩弹簧6 于是物料从活门5与柱塞顶盘3的环隙进入柱塞下部缸体2的内腔中 当柱塞4向下移动时 活门5在弹簧的作用下关闭环隙 柱塞4下部的物料就被柱塞压出并充填到容器中 利用柱塞两极限位置间形成的一定空间的容腔来计量物料 7 计量泵式充填机 转鼓式充填机利用计量泵中齿轮的一定转数量取产品 转阀2转一圈 充填两次 每次的容量可用螺钉3调节 充填速度与转阀转速有关 转鼓回转 物料靠自重由上料口装入计量容腔 且边转动边上料 物料在容腔中随转鼓转到出料口而自由落入包装容器 袋或盒中 转鼓的转速视包装物料及计量容腔的结构不同 可在0 025 1m s范围内变化 如果转速过快 会使计量不够准确 8 插管式充填机 过程 将内径较小的插管插入具有一定粉层高度的储料槽中 由于粉末之间及粉末与管壁间都有附着力 当插管被提起时也不致于使粉末脱落下去 当插管转到卸粉工位时 由顶杆将插管中的粉末推入容器3中 多用于小容量的药粉胶囊充填 这种装置的计量范围一般为40 100mg 误差约为7 充填速度为30次 分 每次一般装5 6件 总结 1 量杯充填量杯的结构有转盘式 转鼓式 插管式3种特点 可采用固定式量杯或可调式量杯 充填精度较低 可进行高速充填 适用于充填流动性能良好的粉末状 颗粒状 碎片状物料 2 螺杆充填特点 充填速度快 飞扬小 充填精度较高 适用于充填流动性能较好的粉末状细颗粒状物料 特别是在出料口容易起翘而不易落下的物料 不适用于易碎的片状 块状物料和视密度变化较大的物料 总结3 真空充填特点 可获得较高的充填精度 能减少包装容器内氧气含量 延长物料的保存期 可防止物料粉尘弥散 真空容器充填特点 物料充填到容器内相当均匀 紧密 充填精度比较高 充填精度要受容器容积的影响 真空量杯充填特点 充填精度高 充填范围大4 定时充填原理 通过控制物料流动时间或调节进料管流量来量取产品 并将其充填到包装容器中 特点 结构简单 价格便宜 充填精度较低 计时振动充填 适用于各种粉末 颗粒状物料 等流量充填 充填精度受容器容积的影响 充填精度高 充填范围大 二 填充机的进给系统 1 螺旋推进器为自由流动和非自由流动的粉末状 片状 小粒状和其他形状的物料提供了一种均匀进给的方法 充填量控制 螺旋推进器转速 量器速率 可用于多功能包装机 如成型 充填 封口机 2 重力流动系统重力流动方法是最简单的进料方法 用在自由流动的产品包装上 如咖啡 茶叶 大米 糖和盐等 充填量控制 流速 流动角 产品特性 进料系统压力 流孔尺寸 采用大批进给和细流进给相结合的方式给料 3 振动进料器能进给各种各样的产品 如粉末 小食品一类的松脆物料 以及蔬菜交工中的大的松散颗粒料等充填量控制 改变振动器的进料速度 进料时间 频率或振幅 或振动盘的倾角 用于加料秤系统 4 输送带进料器用来传送的产品广泛 如用于矿物和磨料等化学物品输送的坚固多层结构的输送带 输送食品等的卫生输送带等5 螺旋进料器有两种基本类型 以恒定速度输送的卧式进料器 把产品从地面料斗送到充填系统的软管进料器 进料速度控制 改变螺旋转速6 振动料仓进料系统主要用于充填大型的容器 如大桶或大袋 7 级联充填系统产品以瀑布式进给到敞口容器中 外溢的产品再循环回到最初的产品流中 充填量控制 容器的速度 容器倾斜角度 振动频率和振幅 8 真空充填系统 两种类型 一类是把容器抽成真空 产品通过一个小孔流入容器 这种装置取脉动式抽真空 真空度和脉动次数决定最终的充填量 基本充填量由抽真空用筛网伸入容器的深度决定 另一种类型是把产品充填到已抽成真空的旋转贮料器中 然后再把它排放到轮下移动的容器或漏斗中 改变套筒式贮料器深度可调整容积 第三节称重式充填 有许多物料常容易受潮而结块 使颗粒大小不均 密度变化幅度较大 此类产品适合采用称重法计量 以保证精度 分类11 毛重式充填2 净重式充填 毛重式充填装置 在充填过程中 产品连同包装容器一起称重的机器 通常用于产品在称重料斗中因有粘连现象而损害称重系统精确度的场合 包装容器本身的重量直接影响充填物料的规定重量 不适用于包装容器质量变化较大 或物料重量占整个重量百分比很小的场合 净重式充填机 先称出预定质量的产品 并将其充填到包装容器内 称量精度高 广泛用于要求充填精度高及贵重的流动性好的固体物料 还用于充填酥脆易碎的物料 特别适用于质量大且变化较大的包装容器 一 间歇式称重装置 1 单台秤采用单台秤称重 生产效率较低 且称重速度加快时精度就降低 2 多台秤采用多台秤计量可大幅提高生产率 它尤其适合于粗粒和块状物料的高精度计量 分类2 按称重的方式 分为间歇式充填机 连续式充填机 A振动给料的普通电子称B机械电子秤 双杠杆阻尼秤 双杠杆称重原理 当称量值在500 1000g时 误差可控制在0 4 以内 所以称量精度还算较高 A 副秤杆17被电磁铁20吸住 一旦主副通道同时给计量料斗8供料时 主秤杆18逐渐抬起 B 当达到主秤杆的给定量值时 吊架19的下限位板恰好吊住副秤杆 开关22发出信号 电磁铁4关闭主通道的阀门6 主通道停止供料 电磁铁20将副秤杆释放 C 副通道继续供料 当计量料斗8中的物料达到重的称量定值时 开关23发出信号 电磁铁5关闭副通道阀门7 副通道供料立即停止 D 电磁铁9将门钩10拉开 计量料斗底板自行落下 物料经漏斗11落入包装容器中 称量过程 C高精度计量组合秤一般可配备多达9 14个秤斗 呈水平辐射状排列 物料从中央料斗再进入分料斗和各秤斗 每一秤斗都配有重量传感器 可分别同时精确测出各斗中物料重量 然后根据选定的组合数目 借助电子计算机作快速计量 从至少511种物料组合中挑选出等于或略大于标重的最佳秤斗组合 作为包装物料重量 误差一般不超过 1 每分钟称重60 120次 二 连续式称重充填机 间歇式称量装置只能用于低速称量充填中 故它的生产效率也相当低 在现代化的生产中 高速称量充填机多采用连续称量装置 它可以大大提高生产率 连续称量装置实质是定时计重 即通过控制物料的稳定流量及其流动时间间隔来进行计量 电子皮带秤 物料由料斗1经自控闸门2流到输送带5上 连续运转的输送带将物料带至秤盘4时 皮带秤立即可测出该段皮带上的物料的重量 从而得知物料容量的变化 据此转换成电信号的变化 由称重调节器3控制料斗闸门的开度 以保持物料流量的稳定 物料输出后落入物料分配机构 通常是具有等分格子的圆盘 圆盘按给定的转速作等速回转运动 盘中的每个格子在回转中所截获的物料的重量相同 当物料转到卸料工位是就从格子的底部经漏斗落入包装容器中 匹配皮带与物料分配机构的运动速度 就到达预期的计量目的 第四节计数充填机 定义 将产品按预定数目填充至包装容器内 在包装过程中 某些较大的颗粒状 块状及棒状物料 如糖果 饼干 面包等 由于生产的机械化 规格化 标准化 使这些产品各自都具有相同的份量和质量 因而这些产品在进行包装时 多采用计数定量充填机作业 在二次包装中 一些袋装产品 如奶粉 盒式产品 什锦糖 果脯 等 也往往应用计数充填 分类一般分为两大类 第一类是被包装物料是有规则的整齐排列的 其中包括预先就具有规则而整齐的排列 其次是包装前经过供送机构将杂乱的被包装物品按一定的形式和要求进行排列 再进行计数的方法 第二类是从混乱的被包装食品的集合体中直接取出一定个数的计数方法 1 被包装物品呈有规则排列的计数机构A 单件计数法 即产品每通过一件便计一数 并显示已装件数 B 多件式计数机构也称集积式计数 是将有规则排列的产品 按其一定的长度或高度 体积取出一定数量 这类机构常见的有如下几种 1 长度计数机构这类计数机构常用在饼干包装 云片糕包装 茶叶小装盒后的第二次大包装 计量时 排列有序的物料经输送机构送到计量机构中 行进物料的前端触到计量腔的挡板时 因挡板上装有电触头或机械触头 此触头一但受到压迫 就立即发出信号 指令横推器迅速动作 将一定计量的食品推送到包装台上进行裹包包装 长度计数机构 计量时 排列有序的物料经输送机构送到计量机构中 行进物料的前端触到计量腔的挡板时 因挡板上装有电触头或机械触头 此触头一但受到压迫 就立即发出信号 指令横推器迅速动作 将一定计量的食品推送到包装台上进行裹包包装 1一输送带2一被包产品3一横向推板4 触点开关5一档板 容积计数机构 原理 物料自料斗下落到计量箱中 形成有规则的排列 计量箱充满时 即达到预定的计量数 料斗与计量箱之间的闸门关闭 同时 计量箱底门打开 物品进入包装盒 多件式 堆积计数机构 用于具有一定等径等长之类物料的包装上 物料自料斗下落到定容箱内 形成有规则的排列 为避免物品在料斗中架桥起拱 通常将料斗箱以凸轮机构带动进行振动 定容箱腔充满时 即达到了预定的计量数 这时料斗与定容箱之间的闸门关闭 同时容箱底门打开 物料就进入包装盒 包装完华 则容箱底门关闭 而进料阐门打开 如此第二次包装计量工序就又开始了 这就是容积计量机构的工作过程 2 包装食品呈杂乱形的计数机构物品多为颗粒状 如巧克力糖 药片等 一般说来 它们各自都有一定的重量与形状 但难于排列 而包装时又常常是以计数方式进行 这类计数机构常见有以下几种 1 转盘计数机构包装时 转动的定量盘上的小孔通过料箱底部时 料箱中的物料就落人小孔中 每孔一颗 由于定量盘上的小孔计数额分为三组 互成l20方位 所以 当定量盘上的小孔有二组进入装料工位时 则必有一组处在卸料位卸料 食品通过卸料槽口充人包装容器 为确保物料能顺利地进人计量盘的小孔中 常使定量盘上小孔的直径比物料的直径略大0 5 1mm 盘的厚度也较物料的厚度 或直径 稍厚些 料箱的正面平板多采用透明材料 以利于观察料箱内物料及充填入孔的情况 此板底部与计量盘上面不宜留有过大间隙 以防物料多余转出或将物料刮碎