加直嘴軟包袋設備的方案設計及應用

■文/牛仁紅，徐海濤

（上海博灼包裝機械有限公司，上海 201499）

隨著社會經濟的快速發展和商品經濟的繁榮，商品包裝越來越受到人們的重視，與之相關的包裝機械行業也得以迅猛發展。目前我國絕大多數的加嘴軟包袋包裝是預制袋，用給袋式包裝機[1]包裝。該包裝過程共分4步：第一步是制袋，由一卷膜制成袋子，留出上口不封；第二步是給袋子加嘴，就是給上口不封的袋子加上嘴，然后把上口封好；第三步是從吸嘴里灌裝，灌裝完后旋蓋；第四步是進入水浴殺菌或者蒸煮殺菌，完成整個包裝過程。這4道工序分別由4臺設備生產，彼此獨立操作，沒有自動鏈接控制，需要人工干預，過程煩瑣，效率低下，人工、運輸成本很高。

近年來，有一種水平式全自動加嘴包裝機逐步得到運用。該設備集制袋、灌裝、加嘴和成品包裝于一體，在一定程度上提高了包裝效率，節約了部分人工、運輸成本，但也存在一些不足。例如：先灌裝后加嘴，容易造成袋子被物料污染，而袋子受污染后很難保證吸嘴還能封牢；包裝完以后還需要殺菌，尚不能完全取代人工作業，沒有實現包裝過程的全自動化。

基于此，本文在水平式包裝機[2]的基礎上設計一臺全自動包裝機，同時具有制袋、加嘴、灌裝和殺菌的功能。通過一臺機器實現包裝過程的全自動化，完成包裝的四大工序，極大地節省人工、提高生產效率。

1 生產工藝過程

該設備的總體設計思路是，在國內水平式包裝機的基礎上進行功能改造，制成具有制袋和加嘴功能的機器。剪切前實行制袋功能，剪切后實行加嘴功能。制袋和加嘴完成后，將灌裝和旋蓋放在后面專門的旋轉式多工位[3]灌裝機上，在制袋、加嘴、灌裝的同時，其上加層流罩，這樣，一臺全自動包裝機就能完成整個包裝過程。具體工藝過程如圖1所示。

圖1 工藝路線圖

1.1 制袋過程

在放膜架1位置完成放膜、打孔、打印、殺菌等過程；在2位置將膜折成W形狀，準備制袋；在3位置開始底封；在4和5位置分別進行第一道豎封和第二道豎封；牽袋6把袋子送至剪切7位置，將其剪開成一個個袋子，完成制袋過程。

1.2 加嘴過程

輸袋裝置把袋子往后輸送，在位置8完成開袋和加嘴；在位置9～14，吸嘴封6道，確保封牢，完成加嘴過程。

1.3 灌裝過程

加好嘴的袋子在位置15處被推到灌裝機的儲袋倉16；袋子儲存到一定數量，觸發開關，使灌裝機開始動作；袋子到了位置17開始灌裝，到了位置18開始清洗袋子，到了位置19蓋上蓋子，到了位置20懸緊蓋子，到了位置21推出包裝好的袋子，完成包裝過程。

1.4 殺菌過程

該設計方案避免了水平式包裝機先下料后封口的弊端，整個制袋灌裝過程都是在超潔凈環境下進行，包裝完成后包裝產品無需進行殺菌，同時能確保包裝物品的保質期滿足設計要求。

2 技術難點及解決方案

該設計方案的主要目標是實現包裝過程的全自動化，也就是說，從卷膜到制袋再到灌裝旋蓋一次完成，中間無需任何人工干預，并且都在超潔凈環境下進行，物料中菌落數量極少，包裝完成后無需殺菌處理即可長時間保存。由于殺菌、制袋、加裝吸嘴等環節須達到很高的設計要求，在設計過程中難免會遇到不少技術難題，具體如下。

2.1 包材殺菌

一般包材的印刷都是在普通車間進行，由于包材未經殺菌，在制袋前務必先對包材進行殺菌。卷膜展開后，先進行必要的打孔等作業，折合前要進行雙氧水殺菌，隨后進行無菌熱風烘干處理。為了達到預期的殺菌效果，還要增加紫外燈殺菌過程，保證包材膜上的細菌在百萬分之一以下，滿足包裝的保質期要求。整個放膜折膜是一個獨立的作業單元，上面是層流罩吹無菌的風，只留膜出去的一個小孔，底部留有排氣孔，需要換膜時才開門，這進一步確保了包材的細菌指標。

2.2 制袋牢度

為了代替塑料瓶或者玻璃瓶，加嘴的包裝袋一般制成立式袋。立式袋的豎封在下面是4層膜，上面是2層膜，豎封時有厚度差，時常發生包裝物品爆開的情況。為了順利完成豎封過程，通常采取分組、多次豎封的方式，具體如下。

將豎封分成2組，每組封2次，共封4次。為確保封好，每次都要用橡膠封塊來保證其厚薄，如圖2所示。第一組豎封有2根加強筋。第一次橡膠封塊在前，加強封塊在后；第二次加強封塊在后，橡膠封塊在前。袋子的前后都封1次為1組。第一組有加強筋，加強筋高出來的地方封得很牢，而低的地方還沒有封好；第二組豎封金屬封塊為平的，一是可以把第一組不平的地方壓平，二是把沒封好的地方封好。經過2組4次豎封，確保了包裝袋豎封的牢固度。

圖2 豎封封塊組合圖

2.3 吸嘴封合牢度

袋子封合最難處就是封吸嘴。由于吸嘴本身存在大小誤差，必須熱封合后保證最小尺寸的吸嘴也能封牢。第一次加嘴須保證吸嘴與袋子粘住，在運動過程中不至于掉落即可；緊接著封吸嘴4次，封刀的尺寸要逐步縮小，保證最小尺寸的吸嘴也能封牢。這4次只封吸嘴，不管吸嘴邊上的地方，最后2次封合，不封吸嘴，封刀只封沒封過的地方。如此交替封合，可以保證封合牢固，防止物料泄漏。另外，水平機的原設計方案是抓住袋子移動到下一個工位，這種方法在不加嘴時還可以，有了吸嘴后對定位要求比較高。而采用抓住吸嘴移動的方法，由于吸嘴是硬的，重復定位精度高，在包裝袋移動過程中可以保證精度，能使吸嘴封得更牢固。

2.4 灌裝速度

吸嘴加裝完成后，下面的關鍵工序就是灌裝。對于灌裝，本文采用旋轉式多工位設計，可有效節省占地面積。由于吸嘴的口徑比較小，通過吸嘴灌裝勢必降低下料速度，影響整體包裝效率。為此，本文采用并行作業方式以提升灌裝效率，即1次同時灌裝多個袋子。制袋工位每次出1個袋子，然后存儲在給帶倉，由給帶倉向灌裝機供袋。灌裝機通過轉盤上的開口定位吸嘴袋，當開口轉至給袋位置時，吸嘴袋在給帶倉氣缸的推力下被掛在轉盤上，1次走4個袋，并一起走到下料工位開始下料。根據灌裝量的不同，轉盤灌裝機的走速可以在8～15組/min之間進行調節，即袋子的包裝速度在32～60袋/min之間。這樣，既滿足了快速制袋要求，又極大地提升了包裝效率。

2.5 包裝過程殺菌

如前所述，包材在制袋前已經過殺菌處理；物料是熱灌裝，也是經過殺菌處理；制袋和灌裝是在超潔凈區域進行。這些措施可以確保包裝袋及物料符合細菌指標要求。為了保證灌裝過程處于超潔凈環境，須在制袋和灌裝區域上面配置層流罩，并且開機時確保所有門都關閉；在每個門下面預留100 mm高、長度為門的寬度的出氣孔，以保證層流罩吹出的空氣順利排出的同時，阻止外面的空氣進入包裝區域，確保整個灌裝區域都是正壓，是超潔凈的，能達到包裝產品的潔凈指標要求。

3 主要技術特點和相關指標

3.1 包裝機的主要技術特點

（1）適用范圍廣。包裝物料具有不同的流動性，對包裝機的灌裝系統有不同的要求。為了擴大該設備的適用范圍，最大程度地滿足不同包裝物料的灌裝需求，本設計方案采用靈活的計量裝置。通過更換不同的計量裝置，滿足多種物料如液體、醬體、膏體、顆粒等的包裝。

（2）高速全自動。配合微機控制系統，借助預先存儲的程序控制多臺伺服電機，分別驅動相應機構，實現包裝過程的全自動控制。

（3）參數化調整和設計。對主要操作部件如底部沖孔、底封、豎封、剪切等進行參數化設計，通過參數調整，在一定尺寸范圍內滿足不同尺寸袋型的包裝要求。

（4）模塊化結構設計。對底部沖孔，底封、豎封、剪切、封嘴等主要部件進行模塊化設計。不同的模塊可以靈活組合。實際應用時，根據具體的包裝要求進行組合，滿足定制化需求。

3.2 包裝機的主要技術指標

包裝機的主要技術指標一般從包裝速度、精度、容量等方面進行衡量。在設計該設備過程中，充分考慮了不同的包裝需求，以及高標準設計技術參數，具體如下。

（1）包裝速度：30～60袋/min。

（2）包裝量精度：≤＋2%。

（3）最大包裝容量：1 000 m。

（4）耗氣量：0.3 m3/min。

（5）運轉噪聲：≤70 dB。

以上技術參數目前在行業中屬于領先水平。

4 應用前景

如今全球都在提倡節能環保，用袋裝代替塑料瓶或者玻璃瓶逐漸成為主流趨勢。目前市場上，加嘴袋已經在調味品、化妝品、飲料等行業中得到推廣使用：在調味品領域，主要用以包裝番茄醬、沙拉醬等；在化工領域，主要用以包裝洗手液、洗衣液、洗發水等；在飲料領域，主要用以盛裝豆漿、豆奶、飲用水等。加嘴袋包裝制品，既經濟實惠又攜帶方便，符合人們的生活習慣。本文設計的產品正好滿足目前的應用需求，在上述行業都能得到廣泛應用，具有良好的市場前景。目前該設備樣機已經在豆漿工廠進行試用，取得了良好的用戶反饋。后續將會進行積極推廣，擴大使用范圍；同時切實提高包裝行業整體包裝效率，進一步縮小與國外發達國家包裝水平的差距。