孟爽，黎光輝，劉松昀，張煒，吳朝武，許佩華

塑料軟管灌裝封尾機(jī)的工藝分析及關(guān)鍵技術(shù)

孟爽1，黎光輝1，劉松昀1，張煒2，吳朝武3，許佩華3

（1.哈爾濱商業(yè)大學(xué) 輕工學(xué)院，哈爾濱 150028；2.浙大寧波理工學(xué)院，浙江 寧波 315100； 3.浙江日高智能機(jī)械股份有限公司，浙江 溫州 325003）

通過分析國(guó)內(nèi)外塑料軟管灌裝封尾機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和特點(diǎn)，針對(duì)國(guó)內(nèi)中小型企業(yè)研發(fā)新型高端軟管灌裝封尾機(jī)存在的技術(shù)難點(diǎn)等問題，對(duì)設(shè)備的生產(chǎn)工藝路線和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入剖析和總結(jié)。對(duì)軟管灌裝封尾機(jī)的整體布局和生產(chǎn)工藝進(jìn)行分析，對(duì)比國(guó)內(nèi)外知名企業(yè)研發(fā)生產(chǎn)的軟管灌裝封尾機(jī)關(guān)鍵工位的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，詳細(xì)分析設(shè)備的上管、對(duì)標(biāo)、灌裝和熱封尾等工藝路線。通過對(duì)軟管灌裝封尾機(jī)的工藝路線分析發(fā)現(xiàn)，未來軟管灌裝封尾機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將更加融合伺服控制技術(shù)，設(shè)備也朝更加智能化、高速化、高效化等方向發(fā)展。對(duì)軟管灌裝封尾機(jī)的生產(chǎn)工藝路線和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，為國(guó)內(nèi)新型軟管灌裝封尾的發(fā)展提供基礎(chǔ)，為研發(fā)高性能軟管灌裝封尾的企業(yè)和人員提供參考。

粘稠物料；膏體；軟管；灌裝；封尾機(jī)

近年來，人們的生活水平有了很大的改善，人們對(duì)塑料軟管熱封尾的包裝要求也逐漸提高[1]。塑料軟管包裝廣泛應(yīng)用于牙膏、藥膏、化妝品等膏體的灌裝封尾[2—7]，軟管包材主要以PE為主，其灌裝容量從幾克到四五百克，灌裝品質(zhì)主要從2個(gè)方面管控：灌裝克重偏差，以及軟管尾部封尾和剪尾質(zhì)量。隨著經(jīng)濟(jì)和科技的快速發(fā)展以及市場(chǎng)需求的多樣化，軟管灌裝封尾機(jī)已成為牙膏、藥膏、化妝品等粘稠膏體灌裝封尾的核心設(shè)備[8—12]，其整線的灌裝效率與灌裝頭數(shù)息息相關(guān)，例如德國(guó)IWK、瑞典NORDEN給行業(yè)頂尖企業(yè)配置的灌裝設(shè)備的灌裝數(shù)量達(dá)到9頭，生產(chǎn)效率高達(dá)1000支/min。當(dāng)前國(guó)內(nèi)如浙江日高、華聯(lián)藥機(jī)、上海龍騰等比較知名企業(yè)大多只能夠研發(fā)生產(chǎn)單灌裝頭的設(shè)備，灌裝速度基本為80支/min，很少有企業(yè)有能力達(dá)到200支/min。

塑料軟管灌裝封尾機(jī)的發(fā)展從行業(yè)需求的角度分析，灌裝效率要求從數(shù)十支每分鐘到數(shù)百支每分鐘。從生產(chǎn)工藝角度來分析，工藝順序?yàn)樽詣?dòng)上管、光電對(duì)標(biāo)檢測(cè)、管內(nèi)吹氣清潔、膏體灌裝、軟管加熱封尾、剪尾和下管[13—17]。當(dāng)前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)軟管灌裝封尾機(jī)的企業(yè)在設(shè)備的生產(chǎn)效率、生產(chǎn)工藝等方面的關(guān)鍵技術(shù)與國(guó)外知名企業(yè)（如德國(guó)IWK、瑞典NORDEN）相比還有很大的差距。文中將基于軟管灌裝封尾的基本工藝流程和設(shè)備布局，注重介紹軟管灌裝封尾機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和其產(chǎn)品生產(chǎn)工藝等關(guān)鍵技術(shù)路線，并進(jìn)一步對(duì)國(guó)內(nèi)外典型軟管灌裝封尾機(jī)的相關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)闡述，同時(shí)總結(jié)國(guó)內(nèi)設(shè)備生產(chǎn)存在的問題和未來發(fā)展的方向。

1 塑料軟管灌裝封尾機(jī)總體工藝和設(shè)備布局

1.1 灌裝封尾工藝

塑料軟管包裝的產(chǎn)品見圖1，這種包裝方式具有成本低、使用方便、攜帶便捷，以及能夠滿足產(chǎn)品封合要求的密封性、美觀性等優(yōu)點(diǎn)[18—19]。膏體的灌裝精度、軟管熱封尾的密封性和剪尾美觀性等都與塑料軟管灌裝封尾機(jī)的總體工藝息息相關(guān)。

塑料軟管灌裝封尾機(jī)的生產(chǎn)工藝見圖2，大致分為以下步驟。

1）自動(dòng)上管。軟管的自動(dòng)上管有2種方式，一種采用連桿凸輪機(jī)構(gòu)插管式，另一種為機(jī)械手插管式。

2）軟管對(duì)標(biāo)檢測(cè)。軟管的對(duì)標(biāo)檢測(cè)以軟管尾部黑色的小黑塊為檢測(cè)色標(biāo)，主要檢測(cè)軟管是否完好無損。若軟管有缺陷，相關(guān)信息將被反饋到控制系統(tǒng)，則停止對(duì)該軟管進(jìn)行膏體灌裝。當(dāng)軟管的材料為鋁塑管時(shí)，檢測(cè)時(shí)一般還有圓度檢測(cè)，塑料軟管則不需要。

3）軟管清潔。軟管內(nèi)部材料直接與灌裝膏體接觸，而且軟管在生產(chǎn)或搬運(yùn)過程中可能會(huì)有灰塵或者纖維屑，對(duì)軟管管內(nèi)進(jìn)行吹氣和吸氣，一般吹入的氣體為氮?dú)饣蚩諝獾?，軟管吹氣清潔能夠保證灌裝膏體不被其他雜質(zhì)所污染。

4）膏體物料灌裝。灌裝的物料大都為粘稠的膏體，而且膏體的灌裝要求快速、精確、衛(wèi)生，特別是針對(duì)灌裝藥膏等昂貴的粘稠物料，其灌裝的精度要求更高。膏體灌裝的時(shí)候不能產(chǎn)生滴漏或拉絲的現(xiàn)象，否則可能會(huì)影響到后續(xù)軟管封尾的密封性等性能要求。

5）軟管尾部加熱。軟管尾部的加熱一般有2種形式：內(nèi)熱和外熱。目前對(duì)于塑料軟管如PE等材料的加熱形式基本采用熱風(fēng)加熱的內(nèi)熱方式，軟管尾部封合的區(qū)域需要加熱，使其達(dá)到封合的溫度，并處于熔融狀態(tài)，為了把加熱的溫度控制在一定的范圍，加熱裝置需要有冷卻裝置，一般都采用水冷的方式。

6）軟管封合夾緊。軟管加熱完成后需要進(jìn)行 夾緊封合，軟管尾部的封合需要達(dá)到產(chǎn)品密封性的要求。

7）軟管尾部的剪尾。軟管熱封后需要對(duì)軟管尾部進(jìn)行剪尾，剪尾的目的是使產(chǎn)品封合美觀。

8）產(chǎn)品裝盒。剪尾完成后對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)日期、批號(hào)的打碼，接著對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)前面的工藝是否達(dá)到成品要求，對(duì)符合要求的產(chǎn)品會(huì)被打包裝盒，最后通過傳送帶把成品輸出。

圖1 軟管包裝產(chǎn)品

1.2 設(shè)備整體布局

目前，軟管灌裝封尾機(jī)的整體布局按結(jié)構(gòu)形式基本上分為2種類型：圓盤式和鏈帶跑道式[20—21]。

1）圓盤式。轉(zhuǎn)盤的布局方式更多應(yīng)用于單管或者雙管灌裝設(shè)備。單管圓盤式的軟管灌裝封尾機(jī)一般應(yīng)用于低速生產(chǎn)，生產(chǎn)能力在80支/min以下的場(chǎng)合，其轉(zhuǎn)盤的邊緣上周期排布軟管杯座，依次完成上述灌裝工藝步驟。雙管圓盤式生產(chǎn)速度較低，跑道速度最快是IWK TFS220雙管圓盤式軟管灌裝機(jī)，共有10個(gè)雙管杯座工位，其灌裝生產(chǎn)的速度可達(dá)到220支/ min，灌裝容量不明。

2）鏈帶跑道式。跑道式設(shè)備布局較圓盤式在設(shè)備配置、效率上具有更好的柔性，占用的場(chǎng)地較大，更加適合于機(jī)械手多管上料方式。其速度范圍涵蓋低速到高速，灌裝數(shù)量可以從單頭到6頭，灌裝的杯座超過100。目前，此種布局設(shè)備以德國(guó)IWK和瑞典NORDEN領(lǐng)先。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的軟管灌裝封尾機(jī)的布局方式基本為圓盤式，對(duì)鏈帶跑道式的應(yīng)用還不廣泛，主要的問題在于對(duì)鏈帶跑道式的結(jié)構(gòu)布局、多管灌裝、封尾等工藝路線結(jié)構(gòu)布局的研究還處于初始階段。圓盤式與鏈帶跑道式整體布局的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)見表1。

軟管灌裝封尾機(jī)的結(jié)構(gòu)布局對(duì)其生產(chǎn)效率有很大聯(lián)系，當(dāng)前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的軟管灌裝封尾機(jī)普遍采用圓盤式的結(jié)構(gòu)布局，生產(chǎn)速度基本上達(dá)不到200支/min，這也是國(guó)內(nèi)設(shè)備生產(chǎn)速度不高的原因之一。鏈帶跑道式的結(jié)構(gòu)布局廣泛應(yīng)用在高速、高精度、高質(zhì)量的軟管產(chǎn)品生產(chǎn)線上，特別是能夠滿足當(dāng)前市場(chǎng)對(duì)雙色、三色膏體的灌裝要求。鏈帶跑道式的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，需要更高的技術(shù)要求，制造、安裝、調(diào)試都很麻煩，需要投入的成本較高。

2 關(guān)鍵工位

2.1 上管裝置

上管裝置主要分為連桿凸輪機(jī)構(gòu)插管式和機(jī)械手插管式[22]。前者最多實(shí)現(xiàn)3個(gè)軟管的上管，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，在高速生產(chǎn)過程中容易產(chǎn)生噪聲。連桿凸輪機(jī)構(gòu)插管通過自動(dòng)上管裝置把待灌裝的軟管通過真空吸附旋轉(zhuǎn)90°，把軟管從水平放置成垂直，再依次自動(dòng)插入轉(zhuǎn)盤的管座內(nèi)，見圖3a。后者可實(shí)現(xiàn)10支以上軟管的上管，效率高。隨著現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的需求，越來越多的企業(yè)傾向于采用機(jī)械手上管。由圖3b可知，IWK公司的機(jī)械手芯棒伸入成排的管中，雙排錯(cuò)開抓取多支軟管，快速準(zhǔn)確地把軟管插進(jìn)轉(zhuǎn)盤的管座。超高速的灌裝機(jī)可能需要采用2個(gè)機(jī)器人互相配合，現(xiàn)已達(dá)到600支/min的灌裝速度。

表1 圓盤式、鏈帶跑道式結(jié)構(gòu)布局特點(diǎn)

當(dāng)前軟管灌裝封尾機(jī)的上管形式基本采用凸輪機(jī)構(gòu)插管和機(jī)械手插管。凸輪機(jī)構(gòu)插管式大多只能在中低速生產(chǎn)場(chǎng)合中應(yīng)用，主要為方便安裝固定零部件，凸輪基本上都采用對(duì)半開的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。凸輪對(duì)半開的結(jié)構(gòu)破壞了凸輪輪廓曲線的完整性，在雙半凸輪連接處存在細(xì)小的縫隙，凸輪在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中容易造成從動(dòng)件滾子的跳動(dòng)，在頻繁高速運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生較大的噪音。為了解決這個(gè)問題，工程上普遍采用彈簧或氣缸對(duì)從動(dòng)件進(jìn)行壓緊，使得滾子與凸輪輪廓緊貼運(yùn)動(dòng)，這種方法雖然能使?jié)L子跳動(dòng)的問題得到一定的解決，但是在工程應(yīng)用中的效果不夠完美。對(duì)此可以考慮保持凸輪輪廓曲線的完整性，在凸輪端面伸出的部分設(shè)計(jì)成兩半，只需要對(duì)凸輪端面伸出部分進(jìn)行抱緊固定，同時(shí)考慮把凸輪設(shè)計(jì)成內(nèi)溝槽凸輪，這能夠?qū)ν馆啙L子起到良好的導(dǎo)向作用，這種方法的缺點(diǎn)是凸輪的加工成本較高。機(jī)械手式插管能夠快速實(shí)現(xiàn)軟管的插管輸送，更能滿足高速生產(chǎn)的需求，機(jī)械手式插管的缺點(diǎn)是需要工作人員具備較高的技術(shù)本領(lǐng)，成本較高。

2.2 對(duì)標(biāo)裝置

軟管制造采用塑料片折圓熱封，在封口處采用雙側(cè)塑料熱壓熔合，其力學(xué)性能、熱封性能與其他單層片材不同，同時(shí)由于包裝圖案的正面展示性，需要將色標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)固定的方位[23]。光標(biāo)檢測(cè)需要把軟管頂起并旋轉(zhuǎn)，光標(biāo)檢測(cè)工位中的測(cè)管光電開關(guān)通過色標(biāo)傳感器檢測(cè)軟管上的定位點(diǎn)，由色標(biāo)傳感器將檢測(cè)到的信號(hào)反饋傳到控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)的功能[24]。對(duì)標(biāo)裝置常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有2種，分別為純齒形（見圖4）、電磁鐵式。為了增加可靠性，齒形傳動(dòng)處可增加永磁鐵。

電磁鐵需要通電才能與管座的鐵片吸合完成對(duì)標(biāo)。德國(guó)IWK公司型號(hào)為TFS220的雙管圓盤式軟管灌裝封尾的電磁鐵式對(duì)標(biāo)裝置見圖5。在桿件升降過程中，需要針對(duì)特定高度控制電磁鐵的通斷。軟管清潔裝置一般與對(duì)標(biāo)裝置在一起或相鄰，大部分企業(yè)采取的吹氣方式是當(dāng)軟管的蓋子蓋上后直接吹氣、吸氣，去除軟管內(nèi)部可能存在的灰塵和纖維屑。軟管內(nèi)部吹入的氣體大多為空氣或者氮?dú)狻?/p>

圖3 上管裝置

圖4 齒形對(duì)標(biāo)

圖5 IWK型號(hào)TFS220電磁鐵式對(duì)標(biāo)裝置

純齒形傳動(dòng)對(duì)標(biāo)是一種可靠的對(duì)標(biāo)方式，在高速生產(chǎn)的過程中需要以較快的速度實(shí)現(xiàn)齒形的嚙合，在這過程中會(huì)造成下方傳動(dòng)齒形與杯座齒形的沖擊，在高速頻繁工作的情況下容易造成齒形之間的磨損，從而造成對(duì)標(biāo)精度不高，需要經(jīng)常對(duì)磨損的齒形器件進(jìn)行更換。電磁鐵式對(duì)標(biāo)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單一些，需要解決的技術(shù)難點(diǎn)是在磁性吸附對(duì)標(biāo)停止時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生微小的滑移，影響對(duì)標(biāo)的精度。

2.3 灌裝裝置

2.3.1 灌裝原理

灌裝裝置需要根據(jù)灌裝膏體粘性的不同，采用正確的灌裝原理和相應(yīng)的灌裝閥[25]。比較常用的灌裝方法有等壓式、常壓式、真空負(fù)壓式和機(jī)械壓力式 等[26—29]。對(duì)于日用化妝品、牙膏等，其流體粘度大，靠自身重力難以流動(dòng)，必須靠外壓力才能更好地進(jìn)行流動(dòng)。此類流體在灌裝時(shí)應(yīng)采用壓力法灌裝。柱塞式灌裝具有良好的輸送和定量特性，廣泛應(yīng)用于高粘稠物料的灌裝[30—31]。

對(duì)于粘性較強(qiáng)會(huì)產(chǎn)生拉絲的膏體，灌裝完后可能存在膏體從灌嘴泄漏產(chǎn)生拉絲的情況，要求灌裝機(jī)構(gòu)帶有止漏裝置結(jié)構(gòu)[32]。對(duì)于粘稠膏體的灌裝，需要改善膏體灌裝機(jī)構(gòu)，防止灌注產(chǎn)生拉絲[33]。如果產(chǎn)生膏體拉絲容易對(duì)軟管尾部產(chǎn)生污染，從而影響后面的封尾效果，甚至造成產(chǎn)品的不合格。對(duì)于粘性較強(qiáng)的膏體灌裝，需要考慮設(shè)計(jì)吹斷剪切裝置，以及灌裝嘴口開閉堵漏裝置。柱塞式灌裝頭是灌裝機(jī)構(gòu)的重要組成部分[34—35]，常用柱塞灌裝結(jié)構(gòu)的安裝方式有豎直型（見圖6a）和水平型（見圖6b），不管采用哪種安裝方式，在頻繁灌裝膏體時(shí)柱塞缸中的密封圈總是容易磨損，密封圈的壽命一般在3～5 d。

對(duì)于灌裝速度，需要考慮物料的粘度和相關(guān)的特性，灌注的速度并不是越快越好。在灌注時(shí)物料不飛濺的前提下，灌注的速度越快越好。這是整臺(tái)設(shè)備速度最重要的限制條件。灌裝膏體時(shí)，必須防止空氣滯留在產(chǎn)品中，這樣可以減少頂空真空[36—37]。灌裝時(shí)灌嘴伸入軟管的底部，實(shí)現(xiàn)邊灌裝邊退出（見圖7），確保物料不會(huì)因空氣的進(jìn)入產(chǎn)生空段而出現(xiàn)膏體溢出[38]。

2.3.2 灌裝驅(qū)動(dòng)方式

正確灌裝動(dòng)作需要轉(zhuǎn)閥、柱塞、托管和堵料開閉這4個(gè)動(dòng)作合理配置，一般堵料開閉由氣缸驅(qū)動(dòng)，其他3個(gè)動(dòng)作可以由凸輪連桿、伺服機(jī)構(gòu)單獨(dú)或組合驅(qū)動(dòng)。

中低速的軟管灌裝封尾機(jī)常采用凸輪連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)上述3個(gè)灌裝動(dòng)作的配合。凸輪連桿機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)整組灌裝機(jī)構(gòu)的上下移動(dòng)[39]，是保證灌裝設(shè)備平穩(wěn)、快速地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜動(dòng)作的核心部件[40]。浙江日高企業(yè)的RGNF-80B機(jī)型見圖8，該機(jī)型的灌裝裝置采用純凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行傳動(dòng)，為了能夠?qū)崿F(xiàn)大容量灌裝，凸輪需要較大的推程，凸輪的尺寸會(huì)相對(duì)較大。凸輪連桿機(jī)構(gòu)在軌跡參數(shù)設(shè)計(jì)、加工等方面存在一定的難度，若凸輪連桿機(jī)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)得不合適，設(shè)備一旦高速運(yùn)行便會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象，雖然設(shè)備出現(xiàn)抖動(dòng)對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)不會(huì)造成很大的影響，但是各執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的傳動(dòng)會(huì)有一定的沖擊，設(shè)備在頻繁運(yùn)行后會(huì)產(chǎn)生較大的噪音。

圖6 灌裝機(jī)構(gòu)

圖7 灌裝

圖8 日高純凸輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)封尾機(jī)

浙江日高企業(yè)新研發(fā)的雙軟管灌裝封尾機(jī)見圖9，轉(zhuǎn)閥采用凸輪驅(qū)動(dòng)，柱塞和托管采用伺服驅(qū)動(dòng)。日高新型的雙軟管灌裝封尾機(jī)簡(jiǎn)化膏體灌裝機(jī)構(gòu)，柱塞采用滾珠絲桿驅(qū)動(dòng)，托管采用伺服電機(jī)同步帶機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)閥采用擺桿凸輪機(jī)構(gòu)。IWK公司率先采用純伺服驅(qū)動(dòng)[41—42]，3個(gè)主要?jiǎng)幼鞫疾捎盟欧?qū)動(dòng)，并且采用曲柄連桿滑塊機(jī)構(gòu)（見圖10）。

灌裝裝置是軟管灌裝封尾機(jī)的核心部件之一，并且能夠?qū)崿F(xiàn)粘稠膏體的定量灌裝，目前灌裝裝置中尚有2個(gè)關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)需要解決，其中一個(gè)是密封件易損問題，另一個(gè)是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的純伺服驅(qū)動(dòng)控制。用于灌裝機(jī)構(gòu)的密封圈一般采用食品級(jí)材料的O型密封圈，經(jīng)過多年的工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在設(shè)備正常運(yùn)行的情況下柱塞缸中活塞頻繁往復(fù)運(yùn)動(dòng)加劇了密封圈與柱塞缸的干摩擦，密封圈最長(zhǎng)的壽命約為7 d，提高密封圈的使用壽命是當(dāng)前膏體灌裝生產(chǎn)需要解決的技術(shù)難題之一。純伺服傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制是實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能化生產(chǎn)的前提，當(dāng)前國(guó)內(nèi)設(shè)備大多采用傳統(tǒng)的純凸輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，少部分能夠采用伺服和凸輪傳動(dòng)組合的結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)凸輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)路線復(fù)雜，而且在設(shè)備高速運(yùn)行過程中容易發(fā)生抖動(dòng)等現(xiàn)象，這也是國(guó)內(nèi)設(shè)備目前存在的問題之一。

圖9 日高凸輪與伺服電機(jī)組合灌裝封尾機(jī)

圖10 IWK純伺服傳動(dòng)灌裝封尾機(jī)

2.4 熱封尾

軟管進(jìn)行尾部封合前，其內(nèi)側(cè)必須處于熔融 狀態(tài)，同時(shí)外側(cè)平整。加熱方式為內(nèi)熱的熱風(fēng)加熱封尾[43]。熱風(fēng)加熱封尾利用電加熱器產(chǎn)生的熱風(fēng)進(jìn)入加熱裝置的內(nèi)腔，加熱裝置內(nèi)腔的熱噴頭會(huì)發(fā)熱，利用熱噴頭產(chǎn)生的熱量對(duì)軟管尾部進(jìn)行熔融密封，見圖11。塑料軟管的熱封一般不采用高頻、電加熱和超聲波等加熱方式[44]，高頻密封技術(shù)只適用于極性材料的介電密封，如聚氯乙烯或需要金屬元件的感應(yīng)密封，如鋁[45]，超聲波密封主要適用于粉末、咖啡、面粉等松散物料的灌裝封尾[46]。

熱風(fēng)加熱塑料軟管時(shí)溫度需要控制在一定的范圍，溫度過高容易造成軟管膜損壞，影響外觀質(zhì)量[47]。加熱機(jī)構(gòu)需要設(shè)置冷卻裝置，如圖11中的冷卻管道，這樣可以防止熱封的溫度過高。熱封的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)也有2種，分別為軟管上升和加熱裝置下降。需要其能夠根據(jù)軟管規(guī)格型號(hào)的不同進(jìn)行上下升降行程的調(diào)節(jié)。

圖11 加熱裝置

軟管加熱和封尾是軟管灌裝封尾機(jī)的2個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，封尾需要控制合適的壓力和間隙。熱封夾頭有2種設(shè)計(jì)：控制壓力和控制間隙?？刂茐毫νǔ２捎脷飧走M(jìn)行夾緊密封；控制間隙需要有能夠微調(diào)的間隙，采用凸輪插片凸輪式來微調(diào)。同時(shí)，一般這兩者的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都可以采用凸輪連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，上下升降的行程可以通過調(diào)節(jié)連桿的長(zhǎng)度來實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)前采用較多的塑料軟管的加熱方式是內(nèi)熱的熱風(fēng)加熱，這種加熱方式在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用都很成熟。熱噴頭吹出來的熱風(fēng)還不能實(shí)現(xiàn)回收利用，而是直接排到大氣中。若能對(duì)熱噴頭吹出的熱氣經(jīng)過濾回收利用，能有效減少資源浪費(fèi)，同時(shí)也是未來高端軟管灌裝封尾機(jī)發(fā)展的方向之一。

2.5 剪尾

剪尾機(jī)構(gòu)與夾緊封尾機(jī)構(gòu)的執(zhí)行動(dòng)作很相似，可以借鑒夾緊封尾機(jī)構(gòu)。常見的軟管剪尾形式（見圖12）有波浪形、裙邊形、圓弧形等。

為了保證剪尾效果的美觀，需要注意剪尾刀的布局放置：外側(cè)切刀平行安裝，切尾時(shí)先到位，靠住已經(jīng)封尾的外側(cè)邊；內(nèi)側(cè)切刀傾斜安裝，切尾時(shí)后到位，完成切尾動(dòng)作；外側(cè)刀在垂直方向上應(yīng)該浮動(dòng)，補(bǔ)償剪尾是切刀的垂直方向上的間隙，見圖13。

圖12 軟管剪尾形式

圖13 剪尾機(jī)構(gòu)

上述軟管剪尾形式都體現(xiàn)了剪尾機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)多元化的軟管尾部剪尾。在工程中還需考慮到實(shí)際應(yīng)用的問題，例如直線型采用的是剪刀方式切邊，受力區(qū)域是1個(gè)點(diǎn)，依次形成一條直線，這樣切出的軟管尾部才美觀；曲線型（如弧線、波浪形狀）切刀的形狀和磨損特別嚴(yán)重，可能1次磨完尺寸就會(huì)有變化，曲線切割應(yīng)該從中間向兩邊切開，刀具的磨損和刀具的布置是軟管尾部剪尾需要解決的技術(shù)難點(diǎn)之一。

3 結(jié)語

概述了塑料軟管灌裝封尾機(jī)的工藝分析和關(guān)鍵技術(shù)的研究，并分析得到以下結(jié)論。

1）灌裝機(jī)構(gòu)中密封件壽命短，需要頻繁更換的問題尚未得到有效的解決。在灌裝機(jī)構(gòu)中密封圈的應(yīng)用比較多，密封圈的類型以食品級(jí)硅膠O型密封圈為主，若密封圈處于靜密封的環(huán)境中壽命能夠長(zhǎng)達(dá)一兩個(gè)月，處于動(dòng)密封的環(huán)境中密封圈的使用壽命最長(zhǎng)為7 d。對(duì)于膏體灌裝密封問題，至今尚未找到一 種材料既滿足食品衛(wèi)生要求，又具備較長(zhǎng)壽命的密 封圈。

2）在未來的設(shè)計(jì)和發(fā)展中，軟管灌裝封尾機(jī)的發(fā)展需要集多種新材料于一體，采用高新的技術(shù)提升設(shè)備的使用性能，進(jìn)一步拓寬設(shè)備的使用范圍，主要體現(xiàn)在設(shè)備的灌裝機(jī)構(gòu)具備易清洗結(jié)構(gòu)、符合人機(jī)工程學(xué)、用途多、外觀整潔美觀，符合食品衛(wèi)生等要求，以及設(shè)計(jì)過程中注入的環(huán)保意識(shí)強(qiáng)，節(jié)能化程度高等。

3）新型的軟管灌裝封尾機(jī)的結(jié)構(gòu)布局將趨向于鏈帶跑道式結(jié)構(gòu)發(fā)展，生產(chǎn)也將朝著更加高速、高效化等方向發(fā)展，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品更加美觀，封尾、剪尾的圖案類型也更加多元化。

4）未來高端的軟管灌裝封尾機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式將朝著純伺服控制技術(shù)的方向發(fā)展，能夠?qū)崿F(xiàn)更加智能化生產(chǎn)，例如能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品的在線稱質(zhì)量、遠(yuǎn)程控制診斷、自動(dòng)排查處理故障等一系列的智能化服務(wù)。

文中詳細(xì)介紹了軟管灌裝封尾的關(guān)鍵工藝和技術(shù)，分析了軟管灌裝封尾機(jī)的各個(gè)生產(chǎn)工藝路線，包括自動(dòng)上管的不同方式、光電傳感器對(duì)標(biāo)檢測(cè)的不同傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、灌裝的工作原理，以及不同的結(jié)構(gòu)類型、熱封尾和剪尾形式等關(guān)鍵工位結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。文中還對(duì)比分析了國(guó)內(nèi)外知名企業(yè)研發(fā)生產(chǎn)的典型軟管灌裝設(shè)備的關(guān)鍵裝置和技術(shù)，為從事此類研發(fā)的人員提供了技術(shù)綜述。

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Process Analysis and Key Technology of Plastic Hose Filling and Sealing Machine

MENG Shuang1, LI Guang-hui1, LIU Song-yun1, ZHANG Wei2, WU Chao-wu3, XU Pei-hua3

(1.School of Light Industry, Harbin University of Commerce, Harbin 150028, China; 2.Ningbo Tech University, Ningbo 315100, China; 3. Zhejiang Rigao Intelligent Machinery Co., Ltd., Wenzhou 325003, China)

The work aims to analyze the development status and characteristics of plastic hose filling and sealing machines at home and abroad, in order to deeply analyze and summarize the production process route and key technologies of the equipment for solving the technical difficulties existing in the research and development of new high-end hose filling and sealing machines by domestic small and medium-sized enterprises. The overall layout and production process of hose filling and sealing machine were analyzed. Compared with the structural features of key stations of hose filling and sealing machines developed and produced by well-known enterprises at home and abroad, the process routes such as hose feeding, benchmarking, filling and heat sealing were investigated in details. Through the analysis on the process route of the hose filling and sealing machine, it was found that the transmission mechanism of the hose filling and sealing machine was more integrated with servo control technology, and the equipment would be more intelligent, high-speed and efficient in the future. The production process route and key technologies of hose filling and sealing machine are introduced in details, which provides a basis for the development of new hose filling and sealing machine in China and a reference for enterprises and personnel developing high-performance hose filling and sealing machine.

sticky materials; paste; hose; filling; sealing machine

TB486

A

1001-3563(2022)01-0042-10

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.01.006

2021-08-01

寧波市公益類科技基金（202002N3082）

孟爽（1979—），女，博士，哈爾濱商業(yè)大學(xué)副教授，主要研究方向?yàn)楝F(xiàn)代食品加工技術(shù)與裝備。