36000瓶/小时双通道热收缩薄膜包装机研究

36000瓶/小时双通道热收缩薄膜包装机研究

乐霜勇

广州达意隆包装机械股份有限公司        510700

摘要：热收缩膜包装机主要用于各种类型产品的包装，其工作原理是通过热处理的方式，使膜收缩并且贴合在产品表面，形成紧密的包装，从而保护产品不受外界环境的侵蚀。文章介绍了一款产能可达36000瓶/小时的双通道包装机，首先介绍了设备的功能、尺寸、构成和工作流程，其次详细列举了包装物料所要满足的要求，再次讨论了设备使用的核心技术，包括自控系统、伺服切膜、烤箱，最后总结了设备的机械配置、电气配置与特点，以供参考。

关键词：热收缩膜包装机；双通道；自控系统；伺服切膜

前言：随着安全与环保政策的落实，国家对瓶/罐装制品的包装与运输提出了更高要求。传统包装材料多为周转箱或纸箱，其回收难度相对较大，鉴于此，在该行业制品的包装方式选择上，多考虑新型的热收缩膜包装。市场上包装机的途径来源主要为国内生产与国外引进，包装机控制电机也分为4轴和7轴。作为当前相对高效、安全且节能的包装机，双通道规格的包装机应用价值越来越受到人员关注，在该包装机的影响下，包装行业获得了良好发展，其市场规模也迅速扩大。由此可见，研究薄膜包装机的工作原理具有重要意义，应引起重视。

1设备概况

本设备是饮料行业较为先进的包装设备，主要负责在瓶/罐装饮料瓶体外表面包裹或是薄膜，通过持续的加热，确保薄膜能够紧贴瓶体，起到保护作用。设备的长、宽、高分别为11190、1570和2540mm，总重量在6500kg左右，共包括一套输送机、一套包装机和一套热收缩机。两端为开放式设计，可先利用筒状膜将瓶体包裹在套筒内部，再对其展开热收缩作业，使得组合瓶体的四周更为紧密，安全性更好，以达到行业最新标准。具体包装流程如下：输送带输送瓶/罐装饮料；分瓶带将瓶体分成数列并一一组对；揭纸部件联合爬坡带，把纸板仓内纸匹均匀铺设在瓶组的讴部（客户可以视情况决定是否铺设纸匹，该环节不会影响最终效果）；滚刀组件切割用支架固定的膜卷，保证切割薄膜长度符合瓶组情况；将薄膜铺设在瓶组的底部；缠绕装置按照预设指令沿特定方向缠绕薄膜，确保薄膜均匀覆盖瓶组外表面；将瓶组统一运往烤箱进行加热，高温环境下，薄膜会快速软化并紧贴瓶组表面；用风扇所吹出冷风冷却瓶组的温度[1]。

现阶段，本设备已经投入试运行，并且取得了以下效益：设备可以同时进行两个产品的包装，提高了包装效率。设备由PLC控制，具备自动化控制、操作条件，减少了人工干预，保证了加工速度。设备采用进口的优质电气元件、机械部件，具有稳定性高、故障率低的特点，能够长时间稳定、可靠的运行。设备用热收缩膜进行包装，可以使产品包装更加美观、紧密且牢固，提高了产品的陈列效果和保护效果。设备适用于各种形状、大小的瓶/罐装产品，有广泛的应用范围。

2物料要求

将热收缩膜作为包装材料的优点包括：一是热收缩膜可以将产品完全包裹其中，形成致密保护层，防止外部灰尘、湿气等对产品的侵蚀，保持产品的品质。二是热收缩膜具有透明度高、光泽度好的特点，可以使包装更加美观，提升产品的陈列效果、对消费者的吸引力。三是热收缩膜表面能够通过印刷或是贴标的方式，添加品牌标识、防伪标识等信息，增加产品的辨识度。四是热收缩膜会在加热后收缩，紧密贴合在产品表面，固定产品，避免产品在运输过程中由于碰撞而松动。

本设备对热收缩膜提出了以下要求：热收缩膜的材质选择可提供抗静电配方的或是。密度为0.93。聚合度为0.3。厚度在0.05mm至0.08mm之间，若厚度不足0.06mm，则要联系技术人员对参数是否正确加以确认。横向收缩在15%至30%之间，纵向收缩在65%以上。屈服强度为13，断裂强度在30至25间。扯裂强度在300g至490g之间，极限伸率不低于450%、不超过600%。热粘性为250g/75mm²。焊接温度最低为140℃、最高为160℃，冷却后强度达到24。膜卷直径最大不得超过500mm。盘芯直径在76mm左右。

3核心技术说明

3.1自控系统

包装机由6台至8台相同型号的伺服电机负责驱动。自控系统的作用是控制薄膜输送张力，为操作人员预设定包装规格、瓶型提供便利，加快转换生产规格的速度，提高生产效率。另外，自控系统还具备自动发出故障报警、处理提示等功能，可以有效降低维修包装机的难度，使包装机价值得到最大化实现。

该系统具体包括以下几部分：（1）PLC。PLC作为核心控制设备，负责接收、处理各种传感器、执行器发出的信号，并根据预设的程序及逻辑，对设备运行状态、运行参数和运行模式进行监控。（2）触摸屏。触摸屏是操作人员与系统交互的工具。通过触摸屏，操作人员可以完成设定包装参数、启动/停止设备运行以及监控包装过程等操作。（3）传感器。自控系统中的传感器主要负责检测、测量瓶体、薄膜还有设备运行状态等信息。常见的传感器有位置、张力、阻力传感器等，系统所搭载传感器均要将所收集数据发送至PLC，以便后续的控制。（4）执行器。本设备中，执行器包括伺服驱动器、切割刀具、热收缩炉等，特点是能够根据PLC所发出指令执行相应的动作。

总而言之，自控系统一方面可通过对传感器提供的信息进行实时监测和处理，实现对设备各部件的协调控制以及调节，确保包装过程的准确性、稳定性还有高效性。另一方面支持诊断、故障保护，能够及时检测并响应异常情况，提高设备的可靠性和安全性。

3.2伺服切膜

双通道包装机的特点是可以同时对两个瓶体进行包装，在此过程中，伺服控制机构能够发挥以下作用：一是消除薄膜速度给薄膜张力产生的影响，避免薄膜张力随着速度的改变而改变，使薄膜具有理想的延展性。二是根据膜的宽度及长度调整相关参数，确保膜能够被均匀缠绕在瓶组表面，为后续的热收缩提供便利，保证热收缩均匀、整体效果达到预期。伺服切膜的原理是通过传感器检测瓶体所在位置和长度，通过伺服系统精确控制刀具的切割速度，确保切膜的准确性和稳定性。此外，该技术还可以适应不同尺寸、形状的瓶体，保证薄膜裁剪精确、包装效果理想。

3.3烤箱结构

烤箱结构如图1所示，主要包括以下几部分：①加热器。烤箱内部安装有加热器，可以提供足够的热量，通过电加热的方式，使薄膜迅速加热并收缩。②热风循环。烤箱配备有热风循环系统，能够将加热器产生的热风分布到烤箱内部的各个角落，确保薄膜的均匀加热。③温控系统。烤箱配备有温控系统，可以通过温度传感器和控制器，监测烤箱内部的温度，实现对温度的精确控制。④传送系统。烤箱内部配有传送系统，用于将封切后的薄膜送入烤箱并从烤箱中取出。本设备中，传送系统采用了链条的方式，旨在保证薄膜在烤箱内部顺畅传送。⑤安保系统。烤箱搭载有安保系统，其作用是保护烤箱的安全。

图 1 烤箱结构示意图

烤箱的运行原理如下：烤箱内部总风量取决于风机电机转速，风机电机转速由变频器负责控制。局部风量由机械结构负责调整与分配。变频机只需改变输送电机的转速，便能够对输送速度加以控制。热电偶的作用是检测烤箱通道前区、后区温度信号，将信号输送至温控表，根据经过处理的信号，对发热室内加热管路的通断状态加以控制，保证通道温度与预设值持平，使保温效果达到预期，需要注意的是，在此过程中，发热室温度始终受到温控表、电热偶的监控，操作人员可以根据检测所得到数据，判断设备是否存在加热异常等情况[2]。产品包经过加热收缩处理后，统一转移到风扇前，通过吹风的方式冷却定型，等待输出。

事实证明，该烤箱的优点有发热位置集中，输送速度、收缩温度及吹膜风量均可自行调节，搭配循环热空气的技术，在加快升温速度的同时减少能源消耗。烤箱底部、侧面风量可以经由机械结构进行调整，整体风量由变频器负责控制。收缩温度分为前区、后区，通过温控表实时监控，视情况在允许的范围内加以调整。由不锈钢网链负责输送，不锈钢的优点在于不粘膜且外部美观，可以通过风扇对温度有效调节。侧风道之间的距离可调，能够适配不同组合、不同直径的瓶体。整体结构较为紧凑，日常操作、检修和维护难度小。

4设备配置与特点

4.1机械配置

4.1.1具体配置

本设备的机械配置如下：输送系统，负责将产品从生产线输送至对应的包装区域，具体包括进料、出料传送带两部分。封切系统，用于封切薄膜，形成长度符合产品要求的包装袋，可以拆解成封切刀、封切架、封切刀座等组件。热收缩系统，用于对封切后的薄膜做加热处理，使其收缩并完全贴合在产品上。控制系统，负责控制设备运行状态、设置相关参数，系统配备触摸屏，可以实现自控和监控。传感器，用于检测产品的位置、长度等重要参数，以便进行准确的封切和包装。机架，其作用是支撑、固定设备，确保设备的稳定性和耐用性。

4.1.2机械特点

设备为单通道结构。工作步骤有①进瓶②分组③裹膜④热收缩等。设备安防门自带开关，整体设计与设备安防规则所提出要求相符。转动轴由调质不锈钢制成，剩余部件则由防腐铝、镀铬钢以及不锈钢制成。输送瓶体的输送带由热塑链板组合而成，热塑材料的优点在于摩擦系数低，可以不间断进瓶。设备下方安装有两个膜卷，二者互为备用。渐进制动装置负责控制膜卷的开合状态，确保膜卷张力恒定，搭配的补偿装置能够使薄膜张力维持在相对稳定的状态，保证薄膜得到平整且均匀的输送。膜卷芯轴支持气动锁定，若设备检测发现膜卷已经使用到末端，则会自动停止运行，此时，操作人员可使用手动密封杆，对卷膜末端进行连接。刀片在高速离合器的带动下沿特定方向旋转并切膜，薄膜切口的边缘整齐。烤箱通过顶部位置集中加热，出口安装有冷却包装的风扇，输送带由不锈钢制成。设备自带去除包装静电的装置、震瓶装置，可以一键更改薄膜长度、控制加热温度。电器柜内安装有专用空调。热风隧道的输送链网同样由不锈钢制成，能够视情况对热空气的流动方向及速度加以调整。遇到断电或其他计划外的情况时，操作人员可以通过手动的方式摇出隧道内的输送带，并将包装完毕的产品转移到下一工序，减小突发情况给日常生产造成的不利影响。

4.2电气配置

4.2.1具体配置

电源系统包括主电源输入、各电气设备的供电系统，采用三相交流电，通过电源开关、断路器有效控制。将PLC作为主要的控制设备，负责控制设备运行和参数的设置。触摸屏用于人机交互，操作人员可以通过触摸屏完成包装机的参数设置、运行控制和故障诊断操作。传感器用于检测产品的位置、长度及高度，为后续封切和包装等操作提供便利。加热系统的作用是加热薄膜，通过温度传感器、控制器进行温度的调节还有控制。急停开关、安全门等组成的安保系统，主要负责保护设备、操作人员的安全。

4.2.2电气特点

模块结构灵活可调，直线布置保证包装准确。多轴伺服系统负责控制各项操作，支持一键更改格式，生产速度更快。总线控制技术的现场响应速度能够达到毫秒级。优化后的生产线设备，根据日常生产可能遇到的突发情况，新增了发布报警信息、自动停机及其他安防功能，能够为设备安全、操作人员的安全提供保护。人机界面完整显示并更新报警信息。电气设备额定电源为380V至480V/50Hz至60Hz，标准控制电压为24V[3]。按钮的保护等级应达到IP65，电气柜的保护等级应在IP32至IP44间。电气柜通过强制通风调节内部空气。

结束语：事实证明，本设备由多伺服负责控制，支持自动运行，具有操作简单、安全可靠、自动化和智能化程度高的优点，可在医药、饮料还有化工等行业大力推广，既能够单独包装瓶/罐，也能够配合瓶/罐装生产线批量加工产品。

参考文献：

[1]罗清华,陈永安,程文海,等.片剂包装自动线热收缩包装机的改进与探索[J].机电信息,2021(25):19-21.

[2]陈红,马露畅,万琛,等.宽皮柑橘贮藏用薄膜包装机的设计与试验[J].农业工程学报,2020,36(23):317-323.

[3]轩建举,李艳.基于模糊Smith控制的热收缩包装机机械节能研究[J].包装工程,2019,40(15):214-218.