ПАКУВАЛЬНЕ ОБЛАДНАННЯ

Класифікація і аналіз конструктивних виконань пристроїв дозування і фасування

Проведений аналіз доступних технічно-інформаційних джерел дав змогу виділити такі характерні класифікаційні ознаки: спосіб виміру дози; спосіб підготовки продукції; вид продукції, що пакується; вид робочого органу; тип приводу робочого органу; спосіб переміщення продукції в мірну ємність; спосіб переміщення продукції в споживчу упаковку; вид запірної арматури; тип приводу на запірній арматурі (рис. 3.96).

За способом виміру дози здебільшого застосовують об’ємні пристрої. Об’ємні пристрої у свою чергу можна поділити на багато різновидів, відповідно до конструктивного вирішення. Іноді використовують спосіб виміру дози за масою. В основі таких дозаторів—тензометрична система зважування.

Для забезпечення заданої продуктивності фасування, реалізації відповідної технології пакування, продукція підлягає попередній

Пристрої дозування і фасування _ в'язкої продукції*

обробці і підготовці. Пристрої дозування залежно від способу обробки продукції бувають з попереднім розігріванням або охолодженням і без термічної обробки. Попереднє розігрівання продукції здійснюють для зменшення в’язкості. Що дає змогу збільшити продуктивність в процесі її переміщення і відповідно зменшити витрати енергії на дозування. У табл. 3.3 наведено дані щодо втрат тиску (кПа) в різних за діаметром трубопроводах від температури продукції (дані наведені для томатної пасти).

Поряд із цим потрібно враховувати, що підігрівання продукції часто змінює її якісні параметри. А тому раніше, ніж прийняти рішення щодо нагрівання, потрібно встановити можливі структурні, біологічні, смакові зміни продукції. Охолодження продукції використовують значно рідше і тільки в тих випадках, коли потрібно реалізувати відповідну технологію пакування (попереднє обгортання).

Відповідно до значень в’язкості продукцію, що дозується і фасується, умовно можна поділити на продукцію з помірною чи високою в’язкістю та продукцією з твердими включеннями. Явного поділу між цими видами продукції не існує, і перехід відбувається поступово (дані про в’язкість деяких продуктів наведено у табл. 3.4). Умовно можна вважати продукцію з помірною в’язкістю таку, що є відносно легкоплинною та з певним наближенням є ньютонівською рідиною (олія, кефір, йогурт, майонез, фарби). Для такої продукції взагалі не потрібно застосовувати

Таблиця 3.4.

В ’язкість деяких харчових продуктів

продукція

Рис. 3.97. Схема мембранного дозатора: а) формування дози; б) видача дози продукції у споживчу тару; 1 —мірна місткість; 2 —мембрана; 3 — трубопровід подачі продукції; 4 — клапани; 5 — насадка видачі продукції

додаткових операцій, таких як розігрівання або нагнітання із магістралі живлення.

Висока в’язкість продукції потребує додаткових підготовчих операцій (розігрівання) та потребує виконання додаткових вимог безпосередньо під час дозування: примусова подача продукції в мірну камеру, тому що створюване розрідження поршнем (0,095 МПа) може бути недостатнім для забезпечення заданої продуктивності; збільшення розміру перерізу трубопроводів і каналів по яких переміщається продукція та значні зусилля під час фасування.

В’язка продукція з твердими включеннями (йогурти) потребує використання досить значних перерізів трубопроводів, каналів у дозувальних і фасувальних пристроях. Особливістю дозування таких продуктів є обережний підхід до режимів дозування та вибору активних робочих органів, щоб запобігти пошкодженню твердих включень, структури продукту, та забезпечити точність дозування.

За видом робочих органів пристрої дозування бувають: без активного робочого органу, мембранні, пневматичні та поршневі.

В пристроях без активного робочого органу переміщення продукції здійснюється за рахунок сил гравітації. Застосовуються такі пристрої для малов’язких продуктів (олія, кефір). В основі таких пристроїв барометричний спосіб фасування при формуванні дози за об’ємом або за рівнем.

Мембранні дозувальні пристрої (рис. 3.97) застосовуються при формуванні малих доз малов’язкої продукції і там, де потрібно

Рис. 3.98. Пневматичний дозатор: а) наповнення мірної ємності; б) випорожнення мірної ємності

забезпечувати стерильність пакування. Робочим органом є мембрана, що здійснює коливальні рухи під дією різниці тисків повітря або електромагнітних сил. Такого типу дозувальні пристрої застосовуються для доз продукції до 50 мг і здебільшого для фармацевтичної і парфумерної продукції.

Основним недоліком таких дозувальних пристроїв є складність регулювання величини дози продукції.

У пневматичних дозаторах використовується енергія стисненого повітря для пришвидшення переміщення в’язкої продукції із мірного стакана (рис. 3.98). Такі дозатори можуть бути використані для фасування продукції як з помірною, так і з високою в’язкістю та продуктів із твердими включеннями.

В основі конструкції таких дозаторів є мірна ємність, що здійснює зворотно-поступальний рух у витратному резервуарі із продукцією, запірна арматура, здебільшого кранова, конічний ковпак, в який подається стиснене повітря після його герметичного приєднання до корпусу мірної ємності.

Перевагами такого дозатора є відсутність зношування активного робочого органу та дія стисненого повітря до повного видалення продукції із мірної місткості. До недоліків пневматичного дозатора можна віднести: необхідність очищення повітря, а за потреби і стерилізацію; високу ступінь аерації продукції, що обмежує асортимент продукції;

складність регулювання як точності дозування, так і величини дози; швидке зношування рухомих деталей (кран, ущільнювачі для мірної місткості). Перераховані недоліки стримують широке застосування пневматичних дозаторів.

Найширшого застосування знайшли поршневі дозатори. Вони можуть використовуватись для фасування практично будь-якої в’язкої продукції і за наявності будь-якої системи подачі продукції (магістрального, з накопичувального бункера). Робочим органом в таких дозаторах є поршень, за рахунок руху якого створюється або розрідження у мірній камері для пришвидшення переміщення продукції

Рис. 3.99. Поршневий дозатор

із витратного резервуару, або зусилля витискання продукції із мірної ємності. У деяких випадках, особливо коли ставиться задача про суттєве збільшення продуктивності, використовують плунжерні дозатори. Плунжерні дозатори можуть створювати значний тиск продукції під час її переміщення в каналах дозувальних пристроїв, що безумовно збільшує їх пропускну здатність. Поряд із цим дослідженнями встановлено, що тиск на продукцію обмежується: вимогами щодо початкової структури продукції; співвідношенням параметрів поперечного перерізу мірної ємності і каналом фасувального пристрою, співрозмірністю витрат енергії і збільшенням продуктивності. А тому для невеликої групи в’язкої продукції використовують плунжерні дозатори, а для значної кількості — поршневі. Принципова схема поршневого дозатора наведена на рис. 3.99.

Поршневий дозатор складається із мірного циліндра, поршня із ущільнювальними елементами, запірної арматури; каналів подачі і видачі продукції; приводу. За розташуванням у просторі поршневі дозатори поділяють: з вертикальним, горизонтальним або похилим, розташуванням в залежності від компоновки пакувальної машини. Суттєвих переваг в режимах дозування і фасування розташування дозатора не відіграє. Поряд із цим під час уточнення циклограми роботи пристрою потрібно врахувати дію сил гравітації на сили опору переміщення продукції, що впливає на пропускну здатність каналів дозатора, а також на точність дозування.

Поршневі дозатори мають значну кількість переваг: простота конструкції та монтажу дозатора; можливість легкого та швидкого варіювання величини дози в заданих межах та використання широкої гами приводів; герметичність дозувальної камери. Величина дози визначається внутрішніми параметрами поперечного перерізу мірного циліндра і ходом поршня. Тому що змінити параметри мірного циліндра практично не можливо, то єдиним параметром, за допомогою якого варіюється величина дози, є хід поршня. Точність дозування залежить від багатьох факторів, в тому числі: стабільності переміщення продукції в мірний циліндр; точністю ходу поршня; співвідношенням площі поперечного перерізу мірного циліндра до площі поперечного перерізу каналів запірної арматури; конструктивного виконання як торця поршня, так і перехідної втулки мірного циліндра. До недоліків поршневих дозаторів можна віднести: зношуваність ущільнювальних елементів поршня; неповне видалення продукції із дозувальної камери; обмеження по продуктивності дозування.

Для забезпечення руху робочих органів широко використовують: пневматичні; електромагнітні та електромеханічні приводи. У сучасних зразках пакувальних машин із мікропроцесорною системою керування найчастіше застосовують пневматичний привід. Сучасний пневмопривід забезпечує точне позиціювання робочого органу, реалізацію будь-якого закону руху, є безпечним в експлуатації.

Електромеханічний привід здебільшого застосовується в одноприводних пакувальних машинах, в яких керування здійснюється від розподільно-керуючого вала через відповідні виконавчі механізми. Складність таких технічних систем обмежує їх застосування в нових розробках пакувальних машин.

Умови і експлуатаційні показники дозувальних пристроїв багато в чому залежать від способу переміщення продукції в дозувальну камеру. Наповнення мірної ємності продукцією може бути примусовим і за рахунок сил гравітації. Наповнення за рахунок сил гравітації і власного напору використовують для продукції малої в’язкості; для всіх інших типів в’язкої продукції — примусове. Примусове наповнення може відбуватися за рахунок тиску продукції в магістралі живлення, створюваного розрідження робочими органами в дозувальній камері або за рахунок обох вищенаведених факторів. Безумовно, примусове переміщення продукції дає можливість збільшувати продуктивність пристрою, поряд із цим потрібно враховувати і відповідні силові обмеження на продукцію.

Переміщення продукції з дозувальної камери в споживчу тару може також здійснюватись за рахунок дії сил гравітації і примусовим способом. Гравітаційне переміщення здійснюється за рахунок власного напору продукції і сил гравітації. Цей спосіб використовується лише в обладнанні без активного робочого органу, для продукції малої в’язкості. Примусовий — за рахунок дії на продукт робочого органу. Важливою складовою дозувально-фасувальних пристроїв є запірна арматура. У дозувальних пристроях для в’язких продуктів застосовують клапанні, кранові та золотникові види запірної арматури. Кожен із видів запірної арматури використовується в залежності від заданої точності дозування, типу продукції та конструктивного виконання робочого органу.

Клапанна запірна арматура (рис. 3.100) компонується індивідуальним приводом (як правило, пневматичним, рідше електромагнітним чи механічним) та спрацьовує відповідно до циклограми роботи пакувальної машини. Використовуються клапанні системи в пристроях для дозування продукції з помірною та високою в’язкістю. Для продуктів із твердими включеннями здебільшого використовуються кранові системи.

Основною перевагою клапанної системи є можливість керування процесом дозування, а значне зусилля притискання клапану до сідла (тобто висока щільність з’єднання) та висока швидкість спрацювання дають змогу виконувати операцію відсмоктування залишків продукції у насадці після видачі дози.

До недоліків цієї системи можна віднести значний коефіцієнт втрат напору продукції під час її переміщення, необхідність контролю ущільнювальних елементів у місцях контакту клапана з сідлом.

Кранові системи (рис. 3.101) застосовують практично для всіх видів в’язкої продукції. За рахунок значного пропускного перерізу каналу можна ефективно дозувати і фасувати в’язку продукцію із твердими включеннями та продукцію з високою в’язкістю. Як правило, кранові системи оснащуються пневматичним приводом (рідше електромагнітним або механічним) та керуються відповідно до циклограми роботи пакувальної машини.

Такі системи також дають змогу відсікати залишки продукції у вихідному каналі фасувального пристрою.

До переваг застосування кранових систем можна віднести: можливість

керування швидкодією; видалення залишків продукції у насадці; значна пропускна здатність; простота конструкції та монтажу. До недоліків — складність ущільнення крана та корпуса; високі вимоги до точності обробки поверхонь крана та корпуса.

Дещо менше в дозувальних пристроях застосовується золотникова запірна арматура. Золотникова запірна арматура (рис. 3. 102) не має приводу і керується різницею тисків продукції. Використовується для

продукції з помірною в’язкістю. Широко застосовується в мембранних дозаторах. Має такі переваги: відсутність власного приводу; простота конструкції та монтажу, постійне положення за відсутності зовнішнього зусилля. До недоліків можна віднести: неможливість створення значного зусилля до сідла; значний коефіцієнт втрат; необхідність комплектування додатковим механізмом відсікання залишків продукції, необхідність в ущільнювальних елементах.

На запірну арматуру встановлюють механічний, пневматичний та електромагнітний приводи.

Реальні конструктивні виконання дозувально-фасувальних пристроїв мають різні варіанти поєднання складових елементів. А тому для оцінювання переваг і недоліків конкретної конструкції дозувально - фасувального пристрою потрібно проаналізувати окремо складові пристрою і в комбінації.