氣動(dòng)技術(shù)在食品包裝機(jī)械中的應(yīng)用與發(fā)展

   氣動(dòng)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化和機(jī)械化的有效手段之一，具有高速、清潔安全、低成本及易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于輕工機(jī)械領(lǐng)域中，在食品包裝及生產(chǎn)過程中也正在發(fā)揮越來越重要的作用。中國(guó)的食品包裝機(jī)械經(jīng)過近20年的發(fā)展，已經(jīng)形成了一定的規(guī)模，成為機(jī)械工業(yè)的重要組成部分?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)食品加工的大部分包裝工作，尤其是較復(fù)雜的包裝過程基本還是人工操作，從而極可能對(duì)被包裝產(chǎn)品造成污染，這種狀況極需得到改變。目前，國(guó)家加大力度實(shí)施食品質(zhì)量安全市場(chǎng)準(zhǔn)入制度，食品包裝設(shè)備也正在逐步納入食品質(zhì)量安全準(zhǔn)入體系中，這是食品包裝機(jī)械行業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的良好契機(jī)?，F(xiàn)代食品包裝機(jī)械是匯集了多種學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)，具有率、高精度、高自動(dòng)化和高柔性的特點(diǎn)，并正向智能化和集成化的方向發(fā)展，其中基礎(chǔ)組成部分之一就是氣動(dòng)技術(shù)。
氣動(dòng)技術(shù)是生產(chǎn)過程自動(dòng)化和機(jī)械化的有效手段之一，具有高速、清潔安全、低成本及易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于輕工機(jī)械領(lǐng)域中，在食品包裝及生產(chǎn)過程中也正在發(fā)揮越來越重要的作用。其在各類包裝機(jī)械中均有大量應(yīng)用，可以縮短加工輔助時(shí)間，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，充分發(fā)揮設(shè)備的性能。但由于食品包裝機(jī)械必須符合食品機(jī)械安全的相關(guān)要求和規(guī)定，而且工作現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境一般又較為復(fù)雜苛刻，如果使用了不適當(dāng)?shù)臍鈩?dòng)元件，往往會(huì)出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象。而現(xiàn)代的食品包裝機(jī)械，通常集機(jī)械、電氣、液壓和氣動(dòng)等技術(shù)于一體，且各部分之間有著密不可分的，任何一部分發(fā)生故障都會(huì)影響到設(shè)備的正常工作。因此，在食品包裝機(jī)械氣動(dòng)部分的設(shè)計(jì)與應(yīng)用中，一定要選用可靠的切合實(shí)際需要的產(chǎn)品。
在食品生產(chǎn)中，不同生產(chǎn)區(qū)的衛(wèi)生要求有所不同。歐洲的EN1672－2標(biāo)準(zhǔn)將食品加工機(jī)械的環(huán)境定義為3個(gè)工作區(qū)，即食品區(qū)、飛濺區(qū)和非食品區(qū)。根據(jù)不同區(qū)域的衛(wèi)生要求，所需使用的氣動(dòng)技術(shù)及產(chǎn)品也不盡相同。
食品區(qū)和飛濺區(qū)要求安全衛(wèi)生
    在食品區(qū)和飛濺區(qū)，氣動(dòng)技術(shù)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(dòng)元件需要直接或間接與主要生產(chǎn)原料接觸，為避免對(duì)zui終產(chǎn)品產(chǎn)生污染，其材質(zhì)應(yīng)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(yīng)具有一定抗腐蝕能力，無毒性，無吸收性。元件內(nèi)部所使用的橡膠制品如密封件等應(yīng)符合相應(yīng)的衛(wèi)生要求，應(yīng)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(chǎn)品的氣味。工作空氣過濾裝置應(yīng)保證禁止5μM以上的塵埃通過，結(jié)構(gòu)及表面應(yīng)平滑、耐久、易于清潔并能達(dá)到良好的洗凈效果。盡管飛濺區(qū)的設(shè)計(jì)需要和食品區(qū)域相似，但材料要求可酌情降低，同時(shí)必須保證該設(shè)計(jì)對(duì)食物產(chǎn)品無負(fù)面影響。
在這兩種環(huán)境中應(yīng)用的典型氣動(dòng)產(chǎn)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(guó)NORGREN的PVA系列潔凈型氣缸。這種氣缸的潔凈式設(shè)計(jì)消除了食物顆?？赡芨街目涨?、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(zhì)采用陽(yáng)極氧化鋁，活塞桿采用鍍硬絡(luò)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(jìn)行反復(fù)清洗。另外，該氣缸是符合ISO6431的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，具有可替換性，甚至連安裝件也都采用標(biāo)準(zhǔn)件，安裝維修都極為方便。
非食品區(qū)元件的尺寸要求日益嚴(yán)格
    在非食品區(qū)域，氣動(dòng)技術(shù)主要用于封袋、包裝、貼標(biāo)、檢測(cè)和加蓋等裝置中，盡管這個(gè)區(qū)域的氣動(dòng)元件不需要接觸生產(chǎn)原料，但通常仍然需要具有標(biāo)準(zhǔn)化、易清洗、智能環(huán)保及結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)。由于現(xiàn)在的食品包裝設(shè)備要求在有限空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更多的功能，因此對(duì)于氣動(dòng)元件的尺寸要求也越來越嚴(yán)格。典型產(chǎn)品包括如圖2所示的英國(guó)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(jìn)行2～20位集成，且符合IP65和食品包裝中復(fù)雜控制的趨勢(shì)。此外，先進(jìn)的食品包裝設(shè)備普遍采用由過濾器、減壓閥和不供油潤(rùn)滑的閥及氣缸等組成的無給油潤(rùn)滑氣動(dòng)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)在元件需要潤(rùn)滑處預(yù)先封入潤(rùn)滑脂，無需油霧器，可長(zhǎng)時(shí)間工作而無需補(bǔ)充潤(rùn)滑脂，能降低油耗和成本、改善環(huán)境、維修方便且性能穩(wěn)定。
氣動(dòng)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(dòng)化水平也在不斷提高，目前食品包裝機(jī)械的研發(fā)正朝著高速、多功能及控制智能化的方向發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人、微電子、電腦、智能型和圖像傳感技術(shù)等將會(huì)得到越來越廣泛的應(yīng)用，而應(yīng)用于食品包裝機(jī)械的氣動(dòng)技術(shù)的智能化和網(wǎng)絡(luò)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(nèi)置電磁閥和速控閥，氣缸提供FIELDBUS及ASI接口，可以實(shí)現(xiàn)總線遠(yuǎn)程集中控制。其具有IP66防護(hù)等級(jí)，易于沖洗；而且還符合ISO／VDMA標(biāo)準(zhǔn)，可以和普通標(biāo)準(zhǔn)氣缸實(shí)現(xiàn)互換。利用該氣缸就可以替代傳統(tǒng)的整個(gè)氣動(dòng)回路。

   智能化氣動(dòng)三聯(lián)件則使空氣處理系統(tǒng)的自我診斷成為可能，大多數(shù)氣動(dòng)系統(tǒng)的故障因空氣處理系統(tǒng)而起，智能化三聯(lián)件有效解決了這一問題。其可以對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)的監(jiān)控并隨時(shí)通過FIELDBUS及ASI連接顯示相關(guān)數(shù)據(jù)，告知何時(shí)需要更換濾芯或潤(rùn)滑油，壓力狀態(tài)是否正常，并記錄使用時(shí)間，從而使故障率達(dá)到zui低，減少維護(hù)維修成本，提高正常運(yùn)行時(shí)間和生產(chǎn)能力。

智能化和網(wǎng)絡(luò)化氣動(dòng)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，將使食品包裝機(jī)械進(jìn)一步智能化，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自行診斷，從而提高國(guó)內(nèi)食品包裝機(jī)械的自動(dòng)化水平。

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