气动技术在食品包装机械上的应用

　　中国的食品包装机械经过近二十年的发展，已经形成了一定的规模，成为是机械工业中的重要组成部分。现在国内食品加工的大部分包装工作，尤其是较复杂的包装过程基本还是人工操作，从而极可能对被包装产品造成污染，这种状况极需得到改变。目前国家加大力度实施食品质量安全市场准入制度，食品包装设备也正在逐步纳入食品质量安全准入体系中，对食品包装机械行业是个实现产业升级的的良好契机。现代食品包装机械汇集了多种学科最先进的技术，具有高效率、高精度、高自动化和高柔性的特点，并正向智能化、集成化方向发展，其中的基础组成部分之一是气动技术。

　　气动技术，全称气压传动与控制技术，是生产过程自动化和机械化的最有效手段之一，具有高速高效、清洁安全、低成本、易维护等优点，被广泛应用于轻工机械领域中，在食品包装及生产过程中也正在发挥越来越重要的作用，奶粉充填包装机、酸奶塑杯成型灌装封切机、饮料啤酒灌装机、果冻充填包装机、饼干和面包包装机枕式、薯片充填包装机、灌酱机、肉类包装机等均有大量使用，可以缩短加工辅助时间，减轻工人劳动强度，充分发挥设备的高效性能。

　　但由于食品包装机械必须要符合食品机械安全的相关要求和规定，而且工作现场环境一般又较为复杂苛刻，如果使用了不适当的气动元件，往往会出现不正常现象；而现代的食品包装机械，通常是集机械、电气、液压、气动等干一体的设备，组成设备的各部分之间具有密切的联系，其中任何一部分发生故障均会影响其他部分的正常工作，大型食品包装设备内有成千上万只元器件，故障的检查、维修难一向是最棘手的问题之一，因此，在食品包装机械的气动设计与应用中，一定要选用可靠的、切合实际的厂家与产品。

　　气动技术在食品包装机械中的基本应用

　　在食品生产中，不同的生产区对卫生有不同要求；欧洲的EN 1672-2 标准将食品加工机械的环境定义为三个工作区，食品区、飞溅区和非食品区；根据不同的区域，所需要使用的气动技术及产品也不尽相同。

　　在食品区和飞溅区，气动技术主要用于分配、装瓶、成形、灌装、配剂、密封等装置中，由于气动元件需要直接或间接与主要生产原料接触，为了防止产生对最终产品产生污染的可能性，其材质应为无毒、无吸收性、耐腐蚀的不锈钢 ；如果使用铝合金，则应具有一定抗腐蚀能力、无毒性、无吸收性 ；元件内部所使用的橡胶制品如密封件等应符合相应的卫生要求，在工作环境中应具有耐热、耐酸碱、耐油的稳定性，可接受正常清洗和消毒，不溶解，无毒性、无吸收性，不得有影响产品的气味；工作空气过滤装置应保证不得使5μm以上的尘埃通过；结构及表面应平滑、耐久、易于清洁并达到良好的洗净效果。尽管飞溅区的设计需要和食品区域相似，但材料要求可酌情降低，同时必须保证该设计对食物产品无负面影响。

　　在这两种环境中应用的典型的气动产品有不锈钢气缸、洁净型气缸、易清洗阀岛、不锈钢气源处理元件等，而其中最具有代表意义的，是洁净型气缸，例如图1中所示的英国Norgren的PVA系列洁净型气缸，这种气缸的洁净式设计消除了食物颗粒可能附着的空腔、缝隙和锋利边角，具有自排水功能，所以液体可以直接流掉；缸筒材质采用阳极氧化铝，活塞杆采用镀硬络不锈钢，所用的密封件采用聚氨酯，气缸整体符合IP67，不仅耐腐蚀，还可进行反复清洗 ；而且这种气缸是符合ISO 6431的标准化产品，具有可替换性，甚至连安装件也都采用标准件，安装维修都极为方便。

　　非食品区，在这个区域，气动技术主要用于封袋、包装、贴标、检测、加盖等装置中，尽管这个区域的气动元件不需要接触生产原料，但通常仍然需要具有标准化、易清洗、智能环保、结构紧凑等特点。由于现在的食品包装设备要求在有限的空间内实现更多的功能，因此对于气动元件的尺寸也要求越来越紧凑、集成、模块化；典型产品有如图2所示的英国Norgren的易清洗阀岛VM系列，宽度仅10mm的阀体可提供430L/min的流量，可2至20位集成，多种功能、压力可集成使用，且符合IP65，是食品包装中复杂控制的趋势。此外，先进的食品包装设备普遍采用由过滤器、减压阀和不供油润滑的阀、气缸等组成的无给油润滑气动系统，这种系统在元件需要润滑处预先封入润滑脂，无需油雾器，可长时间工作而不需补充润滑脂，可降低油耗、改善环境、成本低、维修方便、性能稳定。

　　气动技术在食品包装机械中的应用发展趋势

　　随着食品加工工艺的日益提高，食品包装的自动化水平也在不断提高，目前，食品包装机械的研发正朝着高速、多功能化及控制智能化的方向发展，工业机器人、微电子、电脑、智能型和图像传感技术等将会得到越来越广泛应用，而应用于食品包装机械的气动技术的智能化、网络化也就将成为必然。

　　智能化气缸是气缸智能化的集大成者，以图3中所示英国Norgren的智能化气缸为例，这种气缸内置有电磁阀、速控阀、气缸开关等附件，根据其气路设计，无论单作用还是双作用气缸，均只需一端接气，使用这样一个气缸配上过滤减压阀，就可以替代传统的整条气动回路，而且由于省去了中间气管传输等过程的耗气因素，空气消耗也大大减少，非常节能环保；根据食品行业的洁净需要，这类气缸具有IP66防护等级，属于可直接冲洗类气缸 ；根据标准化的需要，这类气缸还应符合ISO/VDMA标准，这样就可以和普通标准气缸实现互换，从而满足自动化升级在设计上的简化需求。

　　这类气缸在电气控制上也非常简易、集成和柔性化，该气缸仅需一个电气接口即可实现远程集中控制，既可以选择多针接口也可以使用AS-I接口，如果选择ASI接口，如图4所示，通过由一台AS-I主控器连出的通信电缆（黄色）和一组智能化气缸连接，就可以进行总线远程集中控制，该系统的具体回路图可以参考图5。

　　智能化气动三联件（见图6）则使空气处理系统的自我诊断成为可能，大多数气动系统的故障因空气处理系统而起，而传统的气源处理存在一些缺陷，主要是缺乏状态的监控和反馈，例如过滤器滤芯阻塞、调压阀调压不正常等问题常常出现，影响整个气动系统的正常运行；而智能化三联件则有效地解决了这一难题，它可以对气动系统进行持续的监控并随时通过Fieldbus及ASI连接显示相关数据，告知何时需要更换滤芯、润滑油，压力状态是否正常、记录使用时间，从而使故障率达到最低、减少维护维修成本，提高系统及设备的正常运行时间和生产能力。

　　总结

　　这些智能化、网络化的高新气动技术已经在一些西方国家得到了开发和应用，实现了食品包装机械进一步智能化，通过对这些技术的了解和研究吸收，国内食品包装机械的水平也有望得到提升和发展，减少食品加工过程中的人为或机器差错，确保食品机械的可靠运行，实现安全生产和清洁生产，实现食品包装过程的连续化生产，早日与国际接轨。

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