纸盒无菌包装设备.docx

真空乳化机专业制造厂家—广州新浪爱拓化工机械有限公司
4.2典型无菌包装设备

各种无菌包装系统通常由超高温短时、瞬时杀菌设备、无菌包装设备和CIP（原地清洗)设备3部分组成,产品在密封的管道内连续加工和包装，整个系统加工和淸洗消毒程序以及温度、压力等参数均采用微机控制,是高度自动控制的机电一体化系统设备。
根据包装容器形式,无菌包装系统设备主要有：纸盒无菌包装系统设备;塑料杯无菌 包装系统设备；塑料袋无菌包装系统设备；塑料瓶无菌包装系统设备；大袋无菌包装设备；马口铁罐无菌包装系统设备;玻璃瓶无菌包装系统设备。

4.2.1纸盒无菌包装设备
常见的有瑞士Tetra Pak公司的利乐包纸盒无菌包装系统,德国PKL公司的康美盒无菌包装系统(Combibloc Aseptic Packaging System)及国际液装（Liquid - Pak International) 公司预制纸盒无菌包装系统。

4.2.1.1利乐包纸盒无菌包装设备
利乐无菌包装设备能够连续将纸坯制成容器、充填并密封,通常包装机生产能力为4500包/h~6000包/h，有菱形（标准型）、砖形、屋顶形、利乐冠和利乐王等包装形式，容量从125mL~2000mL不等。目前我国普遍引进的是砖形盒利乐包无菌包装设备,其工作原理如图4-3所示。

在利乐包装机上,包装材料向上传送时，其内表面的聚乙烯层会产生静电荷，来自带 有电荷的微生物便被吸附在包装材料上,并在接解食品的表面蔓延，所以包装材料经过H2O2 水溶槽时,经35%的H2O2和0.3%湿润剂杀菌，达到化学灭菌目的。但冷的H2O2 杀菌效果不好，需加热处理以提高H2O2 的杀菌效率。
包装材料经过挤压辊时挤去多余的H2O2 液,此后包装材料便形成筒状，向下延伸并进行纵向密封。无菌空气从制品液面处吹入、经过纸筒不断向上吹去，以防再度被细菌污染。在纸筒内管状加热器可根据包装体积大小调节温度(450℃或65℃），利用红外线辐射及对流加热与食品接触的包装材料表面，在加热器终端部位可被加热到110 ℃~ 115℃。此时，H2O2 被蒸发而分解为新生态的氧和水蒸气，不仅增强了消毒作用，亦减少了H2O2 残留量。
图4 -4所示为利乐无菌包装机无菌空气循环使用原理。水环式空压机1从进水口2供水（8L/min），构成泵内密封水环并将吸入的回流空气中残留H2O2 液洗去。压出空气经过汽水分离器3分离水分，而后进入空气加热器5被加热到350 ℃。从加热器出来的热空气一部分由管道送至包装材料纵向塑胶带粘贴处和纵缝热封器，用于贴塑胶带和纵缝热封，一部分热空气流向空气冷却器7被冷却至80 ℃左右,冷却后分2路由空气控制阀8、9控制，在小体积包装生产时阀8开启体积包装生产时则阀9开启而阀8关闭。无菌空气从纸筒上部无菌空气供气管11.引军密封纸筒液面以上空间，使充填区空间无菌。无菌空气在13处折流向上，残余蒸发H2O2 亦随气流往上流动，经过空气收集罩 17的管道流回水环式空压机重新使用。

4.1.1.2屋形无菌包装机
屋形包又名屋顶包。按机械功能分为屋形无菌包装饮料生产线和无菌包装机两大类。其工作原理是将卷筒复合纸板制成纸盒,然后灭菌、充填、封合，得到相应的产品。其主要特点是采用无菌包装工艺,确保容器完全灌满,不存空气,从而获得较长的货架期。目前,乳品厂对屋顶型包装机的需求量愈来愈大。国内一些大型乳品厂已经引进了几种国外的屋顶型包装机，如美国国际纸业的Q10、Q30、GT30、GT60,日本国的UPS20RE、CSK -S30以及意大利GAIDI公司的RG50D等。但由于国外产品价格较贵，限制了中小型企业的使用,并且增加了屋顶包的成本。因此研制开发适合于中小型企业使用、性能优良、价格较低的屋顶型包装机是十分有意义的。下面介绍屋形无菌包装机设计中的一些结构及基本原理。

1)屋形无菌包装机总体结构
图4 -5所示为屋顶形包装机的总体布置图，全机由机身、电控箱、主传动、间歇传动、储盒箱、纸盒片输入机构、纸盒成型封底机构、升降机构、加热机构、定量灌装机构和顶部封合机构、输送链等部分组成，各个机构的执行部件均单独由汽缸驱动、电磁阀控制，自动完成开盒、封底、充填、顶部成型与封合以及将成品输出的全过程。其传动简单、调试方便。

2)各机构执行部件的工作过程
部件1——纸金片的存储架以及通过吸盘打开纸盒成方形并推送到心轴上,为底部成型做准备。
部件2——支撑于纸盒内,使其成四方形。带着纸盒间歇旋转至各执行部件下,完成纸盒的底部封合。
部件3——通过真空吸盘将底部已封结好的纸盒自心轴上取下放入链道。
部件4——将底部成型好的纸盒输送到各个工位,完成灌装及顶部封结。
部件5——折叠器沿纸盒顶部预制好的轧线将纸盒顶部预折成型。
部件6~当纸盒的容积更换时，通过导轨的升降使纸盒与各执行部件的距离保持不变。
部件7——纸盒由输送链道输送至灌装头下面时,通过活塞杆的上下运动将需灌装液体充填至纸盒内。
部件8——当灌装头进行灌装时,随着纸盒内液面的升高，升盒机构拖着纸盒下降，使液面与灌装头保持恒定的距离，防止灌装过程中沫产生，封结时影响封结效果。
部件9——通过450尤左右的热空气对纸盒顶部的折边进行加热，使PE膜充分熔化。都件10一经过充分加热后的纸盒到达封口钳下时,经过封口钳的加压,使顶部封合并打字。
部件11——每次灌装前及灌装完毕接通CIP淸洗管道对料缸及灌装头进行淸洗,防止细菌的繁殖,保证产品的卫生。
部件12储存牛奶并保证液面的波动不超过一定的范围，保证了灌装的精度。
部件13——用压头将PE膜已充分熔化及成型好的底部压合,使底部黏结在一起。部件14一将纸盒底部沿预制好的轧线折叠成型。
部件15—将空气加热到550T左右吹送到纸盒底部需邡热的折叠封合部分，使其表面的PE膜充分融化。

3)传动的设计
从工作原理可以看出，底部、顶部的成型、封口和灌装都应该在纸盒静止的状态下进行。因此主传动为间歇运动,也就是心轴及输送链的运动为间歇运动。而且，心轴与输送链的运动应同步,即心轴转动1/5周，输送链前进1个工位(8个链节）。
(1)心轴的驱动。
心轴的驱动由圆弧面凸轮式间歇机构来完成。滚轮2上均布有5个径向柱销。传动原理类似蜗轮蜗杆传动,滚轮就似蜗轮、凸轮就似蜗杆。圆弧面的凸轮旋转1周360°，使滚轮2在0°~ 360°时静止不动,210°~ 360°时,驱动滚轮2的柱销转动72°，再循环驱动下一个柱销,使滚轮2获得1个间歇运动。心轴安装于滚轮轴上，使心轴获得1个间歇运动。
这种圆弧面凸轮式间歇机构的运转平稳,噪声、振动很小，旋转精度可达±10°,特别适合于心轴的传动。
(2)输送链的传动。
输送链的间歇运动必须与心轴的间歇运动同步，即将滚轮2的运动直接由链条传动至输送链。当滚轮暂停,心轴、输送链也暂停;当滚轮旋转72°时，心轴旋转71°，输送链运转1个工位。输送链1个工位（8个链节），即输送链链轮在心轴转72°时转&个齿s 例输送链链轮齿数16，即1个工位转1/2圈;滚轮输出轴上链轮齿数Z =60,当 滚轮转72°即1/5圈时,链轮转1/5 x60 = 12齿。
解输送链的主传动链轮转12齿为1/2圈，主传动链轮Z= 24,而输送链的主传动链轮与输送链链轮安装在一根轴上,这样当滚轮转72°,输送链走8个链节1个工位,达到心轴转动与输送链输送同步。

4)灌装机构的设计
灌装机采用定量活塞泵的形式进行灌装，但大部分屋顶形包装机的灌装量只有3种类型,即250ml、500ml、1000ml。有的是通过调节活塞杆的行程来完成这3种灌装量,但调整是不连续的;有的是通过4个250ml的活塞泵来达到这3种灌装量。这就增加了3个工位，使灌装次数增加,易起泡，而且增加了机器的体积及成本。
图4-6所示为一种新型灌装机构，只有1个活塞泵。灌装量可以连续调整，可根据用户的要求，任意调整灌装量,如220ml、275ml和300ml等。

当长转轴上驱动的凸轮4旋转时，它通过从动轮3驱动连杆1、5，并通过连轴节6带动活塞杆7上下往复运动。当活塞杆7向下运动时，需灌装的奶液自料缸向下打开单向阀9进入活塞缸8中。当活塞杆7向上运动时，就在活塞紅8中形成一定的压力，从而打开单向阀10，奶液自灌装头11中朝下灌至下边的纸盒中，完成1次灌装。
汽缸15通过电磁阀控制，拖动活塞杆7上下运动，当链道上检测无纸盒进入灌装头下时，电磁阀不换向,汽缸活塞杆处于向上的位置，不向下拉,这时随动轮3与凸轮4脱开，就不能完成灌装运动,避免了牛奶的浪费以及污染输送链。这就是“无盒不灌装”控制。
当灌装量需要改变时，通过启动电动机14的旋转，带动蜗轮13上的丝杠12旋转,从而改变了支点2的位置。这样就改变了各连杆的长度，从而改变了活塞杆7上下行程的大小，也就是改变了灌装量的大小。由于支点2的位置可以连续调整，灌装量的大小也就可以连续调整。

5）屋形无菌包装机应用范围及选用原则
屋形无菌包装生产线和无菌包装机适用于对纯牛奶、酸奶、含乳饮料、植物蛋白饮料、 果汁、蔬菜汁、汤汁、稠酒、黄酒、白酒、酱油、食醋等液体食品的无菌包装,也适用于包装油 脂化工产品，对于流体半流体的物料也有较好的包装性能，但不能包装含气的产品。用户 应根据自己要包装的产品,企业技术水平和职丁技术素质状况来选择机型。一般来说,包 装500ml以下的产品不必选择加盖的设备,但可增加贴吸管设备;500ml以上的可以增加加盖设备。

6)故障分析及使用维修
(1)故障分析。如表4-1和表4-2所列。
(2)使用及维修。 ①全自动屋形无菌包装机。在使用前应例行检査电器是否正常,机器各系统及各机 构、部件有无异常现象,发现异常应及时排除,直到正常才能在开始工作。使用时应按使 用说明书给的参数调校好热封合的温度、封合的高度、成型机械手的行程和供盒的衔接等 主要部位，运作中,发现异常应停机检查和排除，机械累计运行1000h要更换减速机的润 滑油,行至2000h时更换袖承润滑油。机器不用时要淸洁干净，在活动部位加注润滑油， 然后用塑料薄膜遮盖住。机器每使用6个月应进行检査小修1次,满12个月进行全面检 査和大修1次。

表4-1全自动屋形无菌包装机故障分析

故障现象
故障原因
排除方法
供盒空缺
盒子储备与送盒机构衔接欠佳
调整两者衔接机构
盒底封合不牢
热封合温度过低
适当调高封合温度
热封合压力不足
适当调大压力
充填容量不足
定量泵行程不够
适当调大行程并锁紧
充填容量超标
定量泵行程过大
适当调小行程并锁紧
顶部成型角度不足
成型机械手行程不足
调大机械手行程
顶部外表烧伤
封合温度偏高
适当调低封合温度
顶部外表有焦物
封合元件移位
淸除积炭
顶部封合线歪斜
置盒不平稳
调整封合机构
封合元件移位
调正封合元件

表4-2半自动屋形无菌包装机故障分析

故障现象
故障原因
排除方法
底部封合不牢
热封合温度过低
适当调高封合温度
热封合压力不足
适当调大压力并锁定
底部包封交接不到位
压板行程不够
适当调大压板行程并锁紧
充填容量不足
定量泵行程不够
适当调大定最泵行程并锁紧
充填容量超标
定量泵行程过大
适当调小定量泵行程并锁紧
顶部成型角度不足
成型机械手行程不足
调大成型机械手行程并锁紧
热封合温度过低
适当调高封合温度
热封合压力不足
适当调大压力并锁定
顶部封合不牢
封合件不平衡
调整至平衡
封合件有积炭
清理积炭
电热元件烧毁
更换电热元件
顶部外表烧伤、有焦炭物
封合温度过高、封合件有积炭
适当调低温度、淸理积炭

②半自动屋形无菌包装机组。在使用前要按制造商提供的使用维护说明书有关规定进行检査、调试，确认一切正常后才能投入使用。
③自动制盒机。按以下步骤操作：装上卷筒复合纸,按说明书所示方向、方法把纸穿好，设定工作温度按下风机按钮，启动加热开关，将机器预热,调好传感器位置和距离，到达工作温度，放下送纸离合手柄，推入加热机构，启动主电动机即行开机生产。在使用中要注意检査各机构各部位的运行情况，发现异常，应停机检查，排除故障后再重新开机。工作中要按说明书要求定期加注润滑油。机器运行2000h应更换减速机润滑油，运行3000h应更换轴承润滑油，运行6个月应全面保养1次，运行12个月应全面检查大修 一次。