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氣動技術(shù)在食品包裝機械上的應(yīng)用和發(fā)展趨勢
閱讀：1934 發(fā)布時間：2018-5-14中國的食品包裝機械經(jīng)過近二十年的發(fā)展，已經(jīng)形成了一定的規(guī)模,，成為機械工業(yè)中的重要組成部分?，F(xiàn)在國內(nèi)食品加工的大部分包裝工作，尤其是較復(fù)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(zhǔn)入制度,，食品包裝設(shè)備也正在逐步納入食品質(zhì)量安全準(zhǔn)入體系中,，對食品包裝機械行業(yè)是個實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級的的良好契機。現(xiàn)代食品包裝機械匯集了多種學(xué)科的技術(shù),，具有率,、高精度、高自動化和高柔性的特點,，并正向智能化,、集成化方向發(fā)展，其中的基礎(chǔ)組成部分之一是氣動技術(shù),。
氣動技術(shù),，全稱氣壓傳動與控制技術(shù)，是生產(chǎn)過程自動化和機械化的zui有效手段之一,，具有高速,、清潔安全、低成本、易維護等優(yōu)點,，被廣泛應(yīng)用于輕工機械領(lǐng)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，奶粉充填包裝機,、酸奶塑杯成型灌裝封切機,、飲料啤酒灌裝機、果凍充填包裝機,、餅干和面包包裝機枕式,、薯片充填包裝機、灌醬機,、肉類包裝機等均有大量使用,，可以縮短加工輔助時間，減輕工人勞動強度,，充分發(fā)揮設(shè)備的性能,。
但由于食品包裝機械必須要符合食品機械安全的相關(guān)要求和規(guī)定，而且工作現(xiàn)場環(huán)境一般又較為復(fù)雜苛刻,，如果使用了不適當(dāng)?shù)臍鈩釉?，往往會出現(xiàn)不正常現(xiàn)象,；而現(xiàn)代的食品包裝機械,，通常是集機械、電氣,、液壓,、氣動等干一體的設(shè)備，組成設(shè)備的各部分之間具有密切的,，其中任何一部分發(fā)生故障均會影響其他部分的正常工作,，大型食品包裝設(shè)備內(nèi)有成千上萬只元器件，故障的檢查,、維修難一向是zui棘手的問題之一,，因此，在食品包裝機械的氣動設(shè)計與應(yīng)用中,，一定要選用可靠的,、切合實際的廠家與產(chǎn)品。
.氣動技術(shù)在食品包裝機械中的基本應(yīng)用：
在食品生產(chǎn)中,，不同的生產(chǎn)區(qū)對衛(wèi)生有不同要求,；歐洲的EN 1672-2 標(biāo)準(zhǔn)將食品加工機械的環(huán)境定義為三個工作區(qū)，食品區(qū),、飛濺區(qū)和非食品區(qū),；根據(jù)不同的區(qū)域,，所需要使用的氣動技術(shù)及產(chǎn)品也不盡相同。
在食品區(qū)和飛濺區(qū),，氣動技術(shù)主要用于分配,、裝瓶、成形,、灌裝,、配劑、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,，為了防止產(chǎn)生對zui終產(chǎn)品產(chǎn)生污染的可能性，其材質(zhì)應(yīng)為無毒,、無吸收性,、耐腐蝕的不銹鋼；如果使用鋁合金,，則應(yīng)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(yīng)符合相應(yīng)的衛(wèi)生要求,，在工作環(huán)境中應(yīng)具有耐熱、耐酸堿,、耐油的穩(wěn)定性，可接受正常清洗和消毒,，不溶解,，無毒性、無吸收性,，不得有影響產(chǎn)品的氣味,；工作空氣過濾裝置應(yīng)保證不得使5μm以上的塵埃通過；結(jié)構(gòu)及表面應(yīng)平滑,、耐久,、易于清潔并達到良好的洗凈效果。盡管飛濺區(qū)的設(shè)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(shè)計對食物產(chǎn)品無負(fù)面影響。
在這兩種環(huán)境中應(yīng)用的典型的氣動產(chǎn)品有不銹鋼氣缸,、潔凈型氣缸,、易清洗閥島、不銹鋼氣源處理元件等,，而其中有代表意義的,，是潔凈型氣缸,，例如圖1中所示的英國Norgren的PVA系列潔凈型氣缸，這種氣缸的潔凈式設(shè)計消除了食物顆?？赡芨街目涨?、縫隙和鋒利邊角，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(luò)不銹鋼,，所用的密封件采用聚氨酯,，氣缸整體符合IP67，不僅耐腐蝕,，還可進行反復(fù)清洗,；而且這種氣缸是符合ISO 6431的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，具有可替換性,，甚至連安裝件也都采用標(biāo)準(zhǔn)件,，安裝維修都極為方便。
非食品區(qū),，在這個區(qū)域,，氣動技術(shù)主要用于封袋、包裝,、貼標(biāo),、檢測、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(biāo)準(zhǔn)化、易清洗,、智能環(huán)保,、結(jié)構(gòu)緊湊等特點。由于現(xiàn)在的食品包裝設(shè)備要求在有限的空間內(nèi)實現(xiàn)更多的功能,，因此對于氣動元件的尺寸也要求越來越緊湊,、集成、模塊化,；典型產(chǎn)品有如圖2所示的英國Norgren的易清洗閥島VM系列,，寬度僅10mm的閥體可提供430L/min的流量，可2至20位集成,，多種功能,、壓力可集成使用，且符合IP65,，是食品包裝中復(fù)雜控制的趨勢,。此外,，*食品包裝設(shè)備普遍采用由過濾器、減壓閥和不供油潤滑的閥,、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(yù)先封入潤滑脂，無需油霧器,，可長時間工作而不需補充潤滑脂,，可降低油耗、改善環(huán)境,、成本低,、維修方便、性能穩(wěn)定,。
3 氣動技術(shù)在食品包裝機械中的應(yīng)用發(fā)展趨勢
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,、多功能化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(shù)等將會得到越來越廣泛應(yīng)用,，而應(yīng)用于食品包裝機械的氣動技術(shù)的智能化,、網(wǎng)絡(luò)化也就將成為必然。
智能化氣缸是氣缸智能化的集大成者,，以圖3中所示英國Norgren的智能化氣缸為例,，這種氣缸內(nèi)置有電磁閥、速控閥,、氣缸開關(guān)等附件，根據(jù)其氣路設(shè)計,，無論單作用還是雙作用氣缸,，均只需一端接氣，使用這樣一個氣缸配上過濾減壓閥,，就可以替代傳統(tǒng)的整條氣動回路,，而且由于省去了中間氣管傳輸?shù)冗^程的耗氣因素，空氣消耗也大大減少,，非常節(jié)能環(huán)保,；根據(jù)食品行業(yè)的潔凈需要，這類氣缸具有IP66防護等級,，屬于可直接沖洗類氣缸,；根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的需要,，這類氣缸還應(yīng)符合ISO/VDMA標(biāo)準(zhǔn)，這樣就可以和普通標(biāo)準(zhǔn)氣缸實現(xiàn)互換,，從而滿足自動化升級在設(shè)計上的簡化需求,。
這類氣缸在電氣控制上也非常簡易、集成和柔性化,，該氣缸僅需一個電氣接口即可實現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制,，既可以選擇多針接口也可以使用AS-I接口，如果選擇ASI接口,，如圖4所示,，通過由一臺AS-I主控器連出的通信電纜（黃色）和一組智能化氣缸連接，就可以進行總線遠(yuǎn)程集中控制
智能化氣動三聯(lián)件（見圖6）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,，而傳統(tǒng)的氣源處理存在一些缺陷，主要是缺乏狀態(tài)的監(jiān)控和反饋,，例如過濾器濾芯阻塞,、調(diào)壓閥調(diào)壓不正常等問題常常出現(xiàn)，影響整個氣動系統(tǒng)的正常運行,；而智能化三聯(lián)件則有效地解決了這一難題,，它可以對氣動系統(tǒng)進行持續(xù)的監(jiān)控并隨時通過Fieldbus及ASI連接顯示相關(guān)數(shù)據(jù)，告知何時需圖6智能化三聯(lián)件要更換濾芯,、潤滑油,，壓力狀態(tài)是否正常、記錄使用時間,，從而使故障率達到zui低,、減少維護維修成本，提高系統(tǒng)及設(shè)備的正常運行時間和生產(chǎn)能力,。
4 總結(jié)
這些智能化,、網(wǎng)絡(luò)化的高新氣動技術(shù)已經(jīng)在一些西方國家得到了開發(fā)和應(yīng)用，實現(xiàn)了食品包裝機械進一步智能化,，通過對這些技術(shù)的了解和研究吸收,，國內(nèi)食品包裝機械的水平也有望得到提升和發(fā)展，減少食品加工過程中的人為或機器差錯,，確保食品機械的可靠運行,，實現(xiàn)安全生產(chǎn)和清潔生產(chǎn)，實現(xiàn)食品包裝過程的連續(xù)化生產(chǎn),、專業(yè)化作業(yè),、自動化調(diào)節(jié)、全程化控制和產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營,，早日與接軌,。
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