氣動(dòng)技術(shù)在食品包裝機(jī)械上的應(yīng)用和發(fā)展趨勢
中國的食品包裝機(jī)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(jī)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(shí)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(jī)械行業(yè)是個(gè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的的良好契機(jī)?，F(xiàn)代食品包裝機(jī)械匯集了多種學(xué)科的技術(shù)，具有率、高精度、高自動(dòng)化和高柔性的特點(diǎn)，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(dòng)技術(shù)。
氣動(dòng)技術(shù)，全稱氣壓傳動(dòng)與控制技術(shù)，是生產(chǎn)過程自動(dòng)化和機(jī)械化的zui有效手段之一，具有高速、清潔安全、低成本、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于輕工機(jī)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(jī)、酸奶塑杯成型灌裝封切機(jī)、飲料啤酒灌裝機(jī)、果凍充填包裝機(jī)、餅干和面包包裝機(jī)枕式、薯片充填包裝機(jī)、灌醬機(jī)、肉類包裝機(jī)等均有大量使用，可以縮短加工輔助時(shí)間，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，充分發(fā)揮設(shè)備的性能。
但由于食品包裝機(jī)械必須要符合食品機(jī)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?dòng)元件，往往會(huì)出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象；而現(xiàn)代的食品包裝機(jī)械，通常是集機(jī)械、電氣、液壓、氣動(dòng)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(huì)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(jī)械的氣動(dòng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用中，一定要選用可靠的、切合實(shí)際的廠家與產(chǎn)品。
.氣動(dòng)技術(shù)在食品包裝機(jī)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(jī)械的環(huán)境定義為三個(gè)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(dòng)技術(shù)及產(chǎn)品也不盡相同。
在食品區(qū)和飛濺區(qū)，氣動(dòng)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(dòng)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(dá)到良好的洗凈效果。盡管飛濺區(qū)的設(shè)計(jì)需要和食品區(qū)域相似，但材料要求可酌情降低，同時(shí)必須保證該設(shè)計(jì)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(dòng)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(jì)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(jìn)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(gè)區(qū)域，氣動(dòng)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(gè)區(qū)域的氣動(dòng)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(diǎn)。由于現(xiàn)在的食品包裝設(shè)備要求在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更多的功能，因此對于氣動(dòng)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(dòng)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(shí)間工作而不需補(bǔ)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(dòng)技術(shù)在食品包裝機(jī)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(dòng)化水平也在不斷提高，目前，食品包裝機(jī)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(jī)器人、微電子、電腦、智能型和圖像傳感技術(shù)等將會(huì)得到越來越廣泛應(yīng)用，而應(yīng)用于食品包裝機(jī)械的氣動(dòng)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(jì)，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(gè)氣缸配上過濾減壓閥，就可以替代傳統(tǒng)的整條氣動(dòng)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(hù)等級(jí)，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(shí)現(xiàn)互換，從而滿足自動(dòng)化升級(jí)在設(shè)計(jì)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(gè)電氣接口即可實(shí)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(tái)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(jìn)行總線遠(yuǎn)程集中控制
智能化氣動(dòng)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(dòng)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(gè)氣動(dòng)系統(tǒng)的正常運(yùn)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(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)的監(jiān)控并隨時(shí)通過Fieldbus及ASI連接顯示相關(guān)數(shù)據(jù)，告知何時(shí)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(shí)間，從而使故障率達(dá)到zui低、減少維護(hù)維修成本，提高系統(tǒng)及設(shè)備的正常運(yùn)行時(shí)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(dòng)技術(shù)已經(jīng)在一些西方國家得到了開發(fā)和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了食品包裝機(jī)械進(jìn)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(jī)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(jī)器差錯(cuò)，確保食品機(jī)械的可靠運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)和清潔生產(chǎn)，實(shí)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(dòng)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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