氣動技術在食品包裝機械中的應用和發展

氣動技術在食品包裝機械中的應用與發展

    氣動技術是實現生產過程自動化和機械化的有效手段之一，具有高速、清潔安全、低成本及易維護等優點，被廣泛應用于輕工機械領域中，在食品包裝及生產過程中也正在發揮越來越重要的作用。
    中國的食品包裝機械經過近20年的發展，已經形成了一定的規模，成為機械工業的重要組成部分。現在國內食品加工的大部分包裝工作，尤其是較復雜的包裝過程基本還是人工操作，從而極可能對被包裝產品造成污染，這種狀況極需得到改變。目前，國家加大力度實施食品質量安全市場準入制度，食品包裝設備也正在逐步納入食品質量安全準入體系中，這是食品包裝機械行業實現產業升級的良好契機。現代食品包裝機械是匯集了多種學科的先進技術，具有率、高精度、高自動化和高柔性的特點，并正向智能化和集成化的方向發展，其中基礎組成部分之一就是氣動技術。
    氣動技術是生產過程自動化和機械化的有效手段之一，具有高速、清潔安全、低成本及易維護等優點，被廣泛應用于輕工機械領域中，在食品包裝及生產過程中也正在發揮越來越重要的作用。其在各類包裝機械中均有大量應用，可以縮短加工輔助時間，減輕工人勞動強度，充分發揮設備的性能。但由于食品包裝機械必須符合食品機械安全的相關要求和規定，而且工作現場環境一般又較為復雜苛刻，如果使用了不適當的氣動元件，往往會出現不正常現象。而現代的食品包裝機械，通常集機械、電氣、液壓和氣動等技術于一體，且各部分之間有著密不可分的，任何一部分發生故障都會影響到設備的正常工作。因此，在食品包裝機械氣動部分的設計與應用中，一定要選用可靠的切合實際需要的產品。
    在食品生產中，不同生產區的衛生要求有所不同。歐洲的EN1672－2標準將食品加工機械的環境定義為3個工作區，即食品區、飛濺區和非食品區。根據不同區域的衛生要求，所需使用的氣動技術及產品也不盡相同。
食品區和飛濺區要求安全衛生
    在食品區和飛濺區，氣動技術主要用于分配、裝瓶、成形、灌裝、配劑和密封等裝置中，由于氣動元件需要直接或間接與主要生產原料接觸，為避免對zui終產品產生污染，其材質應為無毒、無吸收性且耐腐蝕的不銹鋼原件。如果使用鋁合金材料，則應具有一定抗腐蝕能力，無毒性，無吸收性。元件內部所使用的橡膠制品如密封件等應符合相應的衛生要求，應具有耐熱、耐酸堿和耐油等特性，可接受正常清洗和消毒，不溶解、無毒性且無吸收性，不得有影響產品的氣味。工作空氣過濾裝置應保證禁止5μM以上的塵埃通過，結構及表面應平滑、耐久、易于清潔并能達到良好的洗凈效果。盡管飛濺區的設計需要和食品區域相似，但材料要求可酌情降低，同時必須保證該設計對食物產品無負面影響。
    在這兩種環境中應用的典型氣動產品有不銹鋼氣缸、潔凈型氣缸、易清洗閥島、不銹鋼過濾器和減壓閥等，而其中代表意義的是潔凈型氣缸，如英國NORGREN的PVA系列潔凈型氣缸。這種氣缸的潔凈式設計消除了食物顆粒可能附著的空腔、縫隙和鋒利邊角，具有自排水功能，所以液體可以直接流掉。缸筒材質采用陽極氧化鋁，活塞桿采用鍍硬絡不銹鋼，所用密封件為聚氨酯材料，氣缸整體符合IP67的要求，不僅耐腐蝕，還可進行反復清洗。另外，該氣缸是符合ISO6431的標準化產品，具有可替換性，甚至連安裝件也都采用標準件，安裝維修都極為方便。
非食品區元件的尺寸要求日益嚴格
    在非食品區域，氣動技術主要用于封袋、包裝、貼標、檢測和加蓋等裝置中，盡管這個區域的氣動元件不需要接觸生產原料，但通常仍然需要具有標準化、易清洗、智能環保及結構緊湊等特點。由于現在的食品包裝設備要求在有限空間內實現更多的功能，因此對于氣動元件的尺寸要求也越來越嚴格。典型產品包括如圖2所示的英國NORGREN易清洗閥島VM系列，其寬度僅10MM的閥體可提供430L／MIN的流量，可進行2～20位集成，且符合IP65和食品包裝中復雜控制的趨勢。此外，先進的食品包裝設備普遍采用由過濾器、減壓閥和不供油潤滑的閥及氣缸等組成的無給油潤滑氣動系統，這種系統在元件需要潤滑處預先封入潤滑脂，無需油霧器，可長時間工作而無需補充潤滑脂，能降低油耗和成本、改善環境、維修方便且性能穩定。
氣動裝置智能化
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正朝著高速、多功能及控制智能化的方向發展，工業機器人、微電子、電腦、智能型和圖像傳感技術等將會得到越來越廣泛的應用，而應用于食品包裝機械的氣動技術的智能化和網絡化也將成為必然。
    智能化氣缸是氣缸智能化的集大成者，以NORGREN公司的智能化氣缸為例，這種氣缸內置電磁閥和速控閥，氣缸提供FIELDBUS及ASI接口，可以實現總線遠程集中控制。其具有IP66防護等級，易于沖洗；而且還符合ISO／VDMA標準，可以和普通標準氣缸實現互換。利用該氣缸就可以替代傳統的整個氣動回路。

   智能化氣動三聯件則使空氣處理系統的自我診斷成為可能，大多數氣動系統的故障因空氣處理系統而起，智能化三聯件有效解決了這一問題。其可以對氣動系統進行持續的監控并隨時通過FIELDBUS及ASI連接顯示相關數據，告知何時需要更換濾芯或潤滑油，壓力狀態是否正常，并記錄使用時間，從而使故障率達到zui低，減少維護維修成本，提高正常運行時間和生產能力。

   智能化和網絡化氣動技術的開發和應用，將使食品包裝機械進一步智能化，實現設備的自行診斷，從而提高國內食品包裝機械的自動化水平。