啤酒膜包机送切膜机构的改进设计分析

啤酒膜包机送切膜机构的改进设计分析

乐霜勇

广州达意隆包装机械股份有限公司        510700

摘要：针对啤酒膜包机送切膜机构的改进设计展开详细探讨，简要介绍了膜包机的结构、工作流程以及原理，并以DBZ-MB45热收缩膜包装机为例，进一步探讨热收缩膜包装机的设备情况、物料要求和包装规格，分析了传统啤酒膜包机送切膜机构工作原理，最后结合实际设备使用需求，总结提出了啤酒膜包机送切膜机构改进设计要点。有效提高了膜包机的灵活度以及包装的准确性，使得实际操作更加简单、便捷，并提升了设备安全防护效果，有效保障了实际生产安全。此次研究结果可应用于类似膜包机结构改进优化项目当中，也可为相关理论研究提供实践经验。

关键词：膜包机；送切膜机构；改进设计

引言：啤酒膜包机的运行要求较高，但由于传统膜包机送切膜机构控制系统出现故障的频率较高，而且维修、操作麻烦，生产效率偏低，因此，加强对于啤酒膜包机送切膜机构的改进设计的研究和探讨是十分有必要的。本文在传统啤酒膜包机送切膜机构工作原理的基础上，结合实际生产要求，从自动控制系统、烤箱结构、伺服切膜技术等方面，对啤酒膜包机送切膜机构展开改进设计，取得了良好的应用效果。

一、膜包机概述

膜包机属于二次包装机器，主要用于货物的集装储存、运输等方面，多用于罐装、瓶装饮料集装，在预先罐装好的饮料瓶外包裹LDPVC材料，并通过加热瘦多的方式紧贴在货物表面。有助于提高生产效率，避免货物在搬运过程中受到损坏，而且还具有防尘、防潮等作用。

当前热塑膜包装机主要包括进口和国产两种类型，德国、意大利等国外膜包机在啤酒包装方面已经具备较为成熟的工艺，但是进口设备较为昂贵，成本极高，因此，国内啤酒厂家多使用国产膜包机。但在实际运用的过程中，由于我国在膜包机方面的技术研究起步较晚，因此，在实际使用过程中，设备出现故障的概率相对较高，亟需加强此方面的研究和改进设计。

膜包机的产品结构主要包括热收缩膜剪切和上传、入口、伺服电机、冷却出口、膜缠绕棒、热收缩炉、分道装置、膜卷支撑、赶瓶装置、托盘/纸板、膜卷张紧器以及纸板库[1]。详细工作流程如图1所示。

图1 膜包机工作流程

二、热收缩膜包装机介绍

（一）设备概况

以DBZ-MB45热收缩膜包装机为例，对热收缩膜包装机展开介绍。外形尺寸方面，该设备的规格为11191mm（长）×1570 mm（宽）×2540 mm（高）；设备总重约6500kg。生产能力方面，若为纯膜包装，该设备每分钟可完成40包；若为纸垫包装，该设备每分钟可完成30包，包装合格率高达99.5%左右。DBZ-MB45热收缩膜包装机主要由以下几个部分构成：（1）输送机1套，长、宽、高分别为3085mm、890mm、1670mm，重量约300kg；（2）包装机1套，长、宽、高分别为3520mm、1570mm、2450mm，重量在3200kg左右；（3）热收缩1套，长、宽、高分别为4780mm、1520mm、2540mm，重量约为3000kg。

（二）膜包机相关物料要求

热收缩膜要求：（1）材质为PE或LDPVC，并具备抗静电配方；（2）厚度应处于0.04～0.09mm之间，当材料厚度小于0.06mm时，需进一步展开技术确认；（3）最大膜卷直径应为500mm，并且不超过100kg；（4）膜卷盘芯直径范围为76～77mm；（5）纵向和横向的拉伸强度、热收缩率收缩比、断裂强度，以及厚度偏差，均应满足最新标准要求[2]。详细指标参数如表1所示。

表 1 热收缩膜详细指标参数

纸垫要求：（1）尺寸，纸板长度=瓶直径×瓶数+3mm（长度方向），纸板宽度=瓶直径×瓶数+3mm（宽度方向）；（2）纸垫需要倒与瓶半径一样大小的圆角；（3）材质，三层瓦楞纸；（4）材质及制造应符合国际标准，此外，纸板部分存在分层情况、色泽也能够保持一致，纸板表面应平整，无折痕、印子等，纸板切边要求平整光洁，无缺角、薄边等缺陷问题；（5）纸板厚度应控制在3mm±0.25mm左右，覆盖压力在150～200g/㎡之间。

（三）包装规格

该设备的主要包装形式包括热收缩膜（纯膜或彩膜）、热收缩膜（纯膜或彩膜）＋纸垫两种。适合的瓶类有圆形的PET瓶、易拉罐、玻璃瓶等，要求瓶底较为平整，包装瓶型高度在120～365mm之间。常用易拉罐、玻璃瓶及CSD的产品规格、包装方式以及产能如表2所示。

表 2 常用产品规格、包装方式以及产能

三、传统啤酒膜包机送切膜机构工作原理

传统啤酒膜包机送切膜机构工作过程中，由安装在膜卷气涨轴上的膜卷头绕过导辊以及涨紧辊，夹持在送切膜机构的两胶辊之间，在拉簧的牵引之下，实现薄膜的张紧。整个运作过程中，需要由伺服电机控制薄膜的输送，在待包装瓶体运送到指定位置后，会向系统发出信号，然后伺服电机进行转动，输送薄膜当薄膜长度达到包装瓶组周长后，切刀架自动闭合，完成切膜。在该系统当中，由伺服控制器发出信号，继电器接收信号，实现送切膜过程，但由于继电器本身稳定性相对较差，而在系统运转过程中，存在冲击性荷载，使得弹簧式电磁离合器失效较快，难以保障切膜的准确性以及有效性，而且实际结构复杂，配件昂贵，维修成本较高[3]。

四、啤酒膜包机送切膜机构改进设计要点

（一）多台伺服电机自动控制系统

此次啤酒膜包机送切膜机构改进设计，采用了多台伺服电机自动控制系统，有效解决了传统设备当中系统运行稳定性较差等方面的问题。而且全自动薄膜包装机采用6～8台伺服电机驱动，此传动控制系统保证薄膜的恒张力输送，方便对各种瓶型、包装规格程序预设定，能够根据实际包装需求，在指定范围内，合理调整包装规格，有效保障了包装质量，实现了生产规格的快速转换。此次膜包机优化设计过程中，通过伺服电机实现了对于各动作的单独控制，而且机械结构简单，易损件少，机械磨损轻，磨损后可通过控制系统调整而消除故障，维修难度低。除此之外，改进后的设备，电机结构均采用外置式，每一部分都有单独的检测装置，用于检测各部分的生产运行状态，一旦发现异常情况，系统能够快速做出准确判断，并具备故障自动报警与处理提示功能，在设备出现运行问题或者故障时，能够及时提醒相关管理以及维修人员，并明确故障所在，减少设备检修时间，而且由于机械结构简单，所以维修相当的便捷，极大地提升了维修的便利性，保障了维修效率，有效降低了设备故障问题对于实际生产过程的影响，以及由此产生的生产成本和经济损失。

（二）烤箱结构优化设计

在烤箱结构设计方面，采用了集中发热形式，通过将收缩温度、吹膜风量、输送速度设计为可调的结构，可提升烤箱对各种膜的适用性，保障设备的灵活性，提高对于材料收缩过程的控制能力，保障包装质量。烤箱结构优化设计内容主要包括以下几个方面：（1）通过变频器控制风机电机转速，以此实现对于总风量的有效控制；对于局部风量而言，在实际生产过程中，结合包装要求，调整、分配机械结构，并通过变频器控制输送电机转速，以此即可实现对于局部风量的有效控制。（2）烤箱通道内前、后两区温度，通过热电偶检测温度信号后经过温控表处理，控制发热室的加热管通断使烤箱通道内的温度达到设定值并保温，整个过程有另外两组热电偶与温控表检测监控两个发热室内的温度，该温度值可作为设备加热是否异常的判断依据，加热收缩后的产品包经过风扇吹冷风冷却定型后输出。（3）产品包在烤箱通道内前后两区温度、风量及输送速度可根据需要在范围内任意调整。

除此之外，在烤箱结构优化方面，为便于风量调整，还设计了烤箱带风盒调整机构、风力分配机构以及加热保温机构。（1）带风盒调整机构，包括风盒组件、调节组件和承重构件，并在风盒本体长度方向两端，设置调节组件，通过该组件能够实现对于风盒位置的灵活调整，便于移动风盒，改变输送通道的数量，可结合实际生产加工需求，合理调整烤箱加工模式，进而提高实际生产效率；（2）风力分配机构，主要针对分配盒结构进行优化设计，分配盒上设置有进风口，与膜包机的加热风机的出口连通，并配备分隔板，可在实际生产过程中，实现对于风力分配的灵活调整，而且互不干扰，保障热风分配更加均匀，降低设备能耗，提高生产能效；（3）加热保温机构，包括加热风机和风盒组件，相邻两个风盒之间构成输送通道，并且在输送通道一侧，在风盒本体上设置多个出气孔，内部设置导风腔，与出气孔相连，该结构设计能够使得每一个出气孔均有热风流出，且热风风量一致，以此确保输送通道内各处的温度一致，进而提升产品包装质量效果。加热风机、分配盒和连接风管示意图如图2所示

图2 加热风机、分配盒和连接风管示意图

（三）伺服切膜技术

伺服切膜技术的合理运用，能够实现对于切膜结构的有效优化，避免薄膜张力随薄膜的速度变化而变化，有效保证了薄膜延展的均匀性，提升啤酒包装质量，防止由于薄膜延展不均，导致运输存储过程中，出现薄膜破裂的情况，影响生产质量，增加生产成本

[4]。

（四）薄膜缠绕伺服控制机构

薄膜缠绕伺服控制机构的设计和应用，有助于提高啤酒膜包机送切膜机构的灵活性。实际生产过程中，可以将不同长度和宽度的膜均匀地绕在已编好的瓶组上，利于薄膜的均匀热收缩，为后面达到优良的收缩效果创造了条件，有效保障了包装的准确性。

在完成啤酒膜包机送切膜机构的改进设计后，设备的主要元器件情况如下：（1）电机方面，主要包括伺服电机、普通电机以及减速机；（2）电控箱，包括变频器、伺服控制器、电气及自动控制系统的串、并口、接线端子、低压电气开关、按钮；（3）检测系统，包括气缸、阀内元件、气缸磁力开关、外围传感器（光电开关、接近开关等）；（4）此外，还包括气动元件、轴承、切膜离合器，以及人机界面触摸面板。

结束语：综上所述，啤酒膜包机送切膜机构的改进设计，应在传统膜包机结构的基础上，根据实际生产需求，在保障生产安全的同时，尽可能提高包装的准确性以及灵活性。对此，本文运用了多台伺服电机自动控制系统、伺服切膜技术以及膜缠绕伺服控制机构，并对烤箱结构展开优化设计，有效提高了啤酒膜包机送切膜机构的灵活性以及包装的可靠性，此外，还在原有结构的基础上，增设了安全警报功能，提高了生产的安全性，以及后续设备维修的便利性。相信随着对啤酒膜包机送切膜机构以及相关技术的研究和实践探索，国产膜包机的设计水平以及包装质量都将会得到进一步提升。

参考文献：

[1]梁晏萍.膜包产品的质量控制研究[J].中外酒业,2022(07):35-37.

[2]唐健.热收缩薄膜包装机自动控制系统的研究[D].山东大学,2020.

[3]张军.伺服电机在提升机床定位精度中的设计与应用[J].内燃机与配件,2018(13):105-107.

[4]韦玉科,曾贵,范鹏.基于计算机视觉的切膜机薄膜表面缺陷检测系统的设计[J].计算机测量与控制,2014,22(09):2752-2753+2757.