Различаются два основных вида оборудования: обеспечивающее изготовление пачки непосредственно из картонного кроя (высечки) с последующим фасованием продукта и обеспечивающее изготовление пачки из кроя, предварительно склеенного по продольному шву. Как правильно выбрать оборудование? Ответ прост: нужно понять, как оно работает!

Технологические схемы оборудования, осуществляющего фасование в картонные пачки.

Различаются два основных вида оборудования: обеспечивающее изготовление пачки непосредственно из картонного кроя (высечки) с последующим фасованием продукта и обеспечивающее изготовление пачки из кроя, предварительно склеенного по продольному шву. Как правильно выбрать оборудование? Ответ прост: нужно понять, как оно работает!

Картон принято считать разновидностью бумаги. Основным отличием картона от просто бумаги является плотность (масса 1 м2). Разделение бумажной продукции у нас в стране проходит по величине 250 г⁄м2. Все материалы, имеющие плотность выше обозначенной, относят к картону, продукцию с «граничной» и меньшей плотностью — к бумаге. Толчком к широкому применению картона в фасовании и упаковывании самой разнообразной продукции стало изобретение складной картонной коробки в 1879 году. Существует легенда, зафиксированная в литературе, что изобретение современной заготовки картонной коробки произошло из-за невнимательности или лени человека.

Некий американский рабочий, резавший рулонный картон на заготовки коробок, поленился вовремя заточить нож. В результате, вместо разрезания картона, на нем получились продавленные полосы, по которым удобно было складывать картон для получения коробок. Практически первые пачки из картона имели все свойства современной: по сути, это был крой пачки с биговкой и нанесенной печатью. Очень скоро крой картонных пачек стали получать про мышленным способом. Первые попытки автоматически фасовать продукты в картонные пачки, получаемые из кроя, относятся к концу XIX века. Широкое применение картона для автоматического фасования и упаковывания продукции началось на стыке 20-х и 30-х годов прошлого века. В СССР оборудование для автоматического фасования продукции в картонные пачки стало разрабатываться с начала 50-х годов.

Сейчас картон в упаковке заметно потеснен полимерами, но он прочно занимает свое достойное место в подарочной и элитной упаковке. Да и некоторый, наблюдаемый на наших прилавках, уход картона из потребительской упаковки продуктов повседневного потребления далеко не всегда оправдан и вызван, на наш взгляд, не столько неудобством размещения товаров в картонной упаковке, сколько относительной дороговизной оборудования для фасования и упаковывания в картонную пачку. И все же те продукты, для которых обозначены определенные требования при хранении (сохранность от повреждения, сохранение надлежащего товарного вида, обеспечение воздухопроницаемости, и т. п.), лучше упаковывать в картонную упаковку.

Различаются два основных вида оборудования: обеспечивающее изготовление пачки непосредственно из картонного кроя (высечки) с последующим фасованием продукта и обеспечивающее изготовление пачки из кроя, предварительно склеенного по продольному шву.Оборудование первого типа в настоящее время встречается редко. Как правило, оно выполнено по роторной (карусельной) или роторно-линейной схеме периодического действия. Оно характеризуется достаточно сложной кинематикой, наличием большого количества исполнительных механизмов с приводом от кулачков, что сдерживает возможности увеличения производительности.

Что касается оборудования, изготавливающего пачки из высечки, предварительно склеенной по продольному шву, то это оборудование имеет часто непрерывный принцип действия, хотя и периодический принцип действия тоже встречается. В оборудовании непрерывного действия все операции по формированию пачки, фасованию продукта и т.д. проводятся «на ходу», без остановки транспортирующего органа, что резко снижает (в сравнении с оборудованием периодического действия) динамические нагрузки и обеспечивает возможности увеличения производительности.

Ранее изготавливалось оборудование еще одного вида, который совершенно не удовлетворяет современным требованиям. Это оборудование, которое непосредственно изготавливает крой из рулонного картона. Отказ от дальнейших работ по такому оборудованию вызван его сложностью, наличием операций, которые прекрасно выполняют изготовители кроя, и низкой производительностью.

Оборудование, использующее крой пачки, предварительно склеенный по продольному шву, в настоящее время — наиболее распространенное фасовочное оборудование, оперирующее с картоном. В большинстве своем, на оборудовании из предварительно склеенного по продольному

шву кроя формируется пачка, которая располагается вертикально, и все дальнейшие операции с нею производятся при движении ее в операционном устройстве (конвейере, роторе и т. п.) в этом положении.

На рисунке 1 показана технологическая схема работы такого оборудования.

Добавим, что здесь представлен полный цикл работ по формированию картонной пачки из кроя, заполнения ее дозой продукта и заклеивания. Крой пачек в сложенном положении находятся в кассете фасовочного автомата (1), откуда по одной захватывается (2), раскрывается (формируется), переносится (3) и устанавливается в гнездо (карман) операционного, он же транспортирующий, органа (4). Производится контроль наличия пачки в гнезде (5). Далее пачка движется в перемещаемом гнезде.

При ее непрерывном или дискретном движении выполняются все следующие операции. Производится заделка дна пачки в следующем порядке: подгибаются узкие клапаны (6), а широкие раскрываются (7), на них наносится клей (8), после чего они закрываются (9) и створки дна пачки прижимаются для их приклеивания (10).Далее чаще всего отгибается, по крайней мере, одна (широкая) створка верха пачки (11) и в нее опускается воронка (12).

Через воронку в пачку поступает фасуемый продукт (13). Далее воронка выводится, производится утряска продукта в пачке (14) и контроль продукта по массе (15а) или уровню (15б). По результатам контроля определяется величина массы продукта, который необходимо досыпать для получения номинальной дозы. На следующей позиции производится досыпка определенного количества продукта (16). Далее следует еще одна утряска продукта (17) и еще один контроль (18).

Бракованная по массе продукта в ней пачка выталкивается из гнезда (19), а у пачек, количество продукта в которых находится в пределах допуска, производится заделка верха: загибаются узкие створки (20), а широкие отгибаются (21). В некоторых конструкциях предусмотрено удаление с верхних кромок возможно попавших на них частиц продукта (22). На эти створки наносится клей 23. После этого широкие створки загибаются (24). Верхние створки прижимаются (25), после чего готовая наполненная пачка выводится из гнезда операционного органа 26 и поступает на конвейер, выводящий пачку из автомата (27). При движении пачек по конвейеру, они поджимаются еще одним ленточным конвейером (28), что способствует их лучшему заклеиванию. Готовая наполненная пачка (29) поступает на дальнейшие операции.

В реальном оборудовании в зависимости от физических свойств продукта и применяющегося дозатора не всегда выполняются вышеперечисленные операции. Далее о технологических операциях фасования и упаковывания сыпучих продуктов будет рассказано подробнее, будет отмечено, какие операции могут быть пропущены в тех или иных случаях. Если все эти операции (или часть из них) производить на оборудовании, где пачка движется по одной линии, как показано на рисунке (оборудование линейного типа), то оборудование будет иметь очень большую протяженность в длину. Чтобы этого избежать, пачки чаще заставляют двигаться по круговой или в форме беговой дорожки стадиона, превращая фасовочное оборудование, оперирующее с картонными пачками, в оборудование роторного (в зарубежных источниках часто еще употребляется термин «карусельного») типа. Если же часть операций выполняется при движении пачки по прямой линии — оборудование роторно-линейного типа.

Некоторые продукты при фасовании лучше не засыпать, а укладывать в картонную пачку. Иногда укладывание продукта производится не в вертикально, а горизонтально расположенную пачку. Работу оборудования с горизонтальным расположением пачки разберем на примере автомата для фасования длинных макаронных изделий, технологическая схема которого представлена ни рисунке 2.

В дозирующей части автомата объемным способом формируется доза продукта чуть меньше номинала. Эта доза поступает в ковш конвейера дозирующей части (1). Ковш с дозой перемещается на позицию контрольного взвешивания и досыпки продукта (2). Здесь производится взвешивание продукта в ковше и при необходимости производится досыпка продукта до величины номинала дозы.

Далее ковш переходит на следующий конвейер. Если при контрольном взвешивании оказалось, что величина дозы при объемном дозировании превысила допустимую положительную величину, то досыпка не производится, а ковш переворачивается и увеличенная доза высыпается (4). Если превышения дозы при взвешивании не обнаружилось, то переворачивание ковша производится на другой позиции (5), тогда доза продукта попадает в карман другого конвейера (6), который переносит (7) ее на позицию загрузки в пачку. Сложенный крой из кассеты (8) забирается (9) по одной штуке, переносится и раскрывается (10), после чего устанавливается в гнездо упаковочного конвейера (11). При дискретном переносе пачки в нее может вводиться перегрузочный лоток (12), через который в пачку вводится доза продукта (13). На следующих позициях перемещения пачки упаковочным конвейером у нее с двух сторон загибаются узкие створки (14), а широкие, наоборот, разгибаются (15). На широкие створки торцов пачек наносится клей (16), и они загибаются (17). После этого на нескольких позициях движения пачки производится придавливание торцов (18), и пачка выталкивается из гнезда конвейера (19). Готовая наполненная пачка выводится с автомата (20).

Оборудование, использующее крой пачки, не склеенный по продольному шву, — оборудование, достаточно популярное в 60-х и 70-х годах, сейчас, при условии, что пачка не содержит каких-то «хитростей», встречается редко. Но о схемах такого оборудования все же стоит рассказать.

Часть технологической схемы, по которой работает такое оборудование, представлена на рисунке 3.

Крой картонных пачек из кассеты (1) забирается по одной штуке (2) и переносится. На узкую стенку и широкие клапаны будущего дна пачки наносится клей (3). Далее крой переносится на оправку тароформирующего устройства (чаще — ротора), где оборачивается вокруг ее (4). На продольный шов, находящийся обычно на одной из узких стенок пачки, опускается прижим, чаще всего — нагретая губка, которая склеивает продольный шов (5). Далее производится формирование дна пачки (6), заключающееся в загибе узких, потом широких створок дна, склеивание створок дна (7). Склеивание осуществляется прижатием к створкам горячей губки. Здесь же на дно пачки могут наноситься переменные реквизиты (дата изготовления, номер смены, срок годности продукта и т. п.). Пачка снимается с оправки (8), поворачивается (9), перемещается (10) и устанавливается в гнездо упаковочного органа автомата (11). Дальнейшие операции зависят от свойств фасуемого продукта, способа его дозирования и аналогичны тем, что указаны в пояснениях к рисунку 1.

Не склеенный по продольному шву крой в настоящее время чаще используется при фасовании продуктов в картонную пачку с образованием в ней из какого-то материала дополнительного  внутреннего пакета (вкладыша). На рисунке 4 показана технологическая схема автомата для фасования хорошо сыпучих продуктов в картонную пачку с внутренним пакетом из бумаги (подпергамента или оберточной бумаги).

Рисунок 4

Бумага для изготовления внутреннего пакета поступает с рулона (1). На нее наносится клей для продольного шва пакета (2) и отрезается заготовка (3). На оправке первого операционного (тарообразующего) ротора заготовка обжимается (4), заделывается продольный шов (5), правый (6) и левый (7) клапаны пакета. Из кассеты (8) заготовка (крой) пачки берется вакуум-захватами (9), на нее наносится клей (10) для склеивания продольного шва, а также внутреннего пакета и пачки и подается на оправку (11) тарообразующего ротора.Изготовление пачки производится путем выполнения следующих операций: обжима кроя на оправке (12), заделки продольного шва (13) и закрытия узких клапанов внутреннего пакета и наружной пачки (14), загибания правого (15) и левого (16) клапанов дна пачки, прижима дна пачки (17) к оправке,нанесения переменных реквизитов (18) и съема готового пакета с внутренней пачкой с оправки (19). Снятая пачка с внутренним пакетом поворачивается на 90є (20) и подается в гнездо второго операционного (наполнительного) ротора (21). В наполнительном роторе пачка с внутренним пакетом наполняется продуктом (22), в ней утрясается продукт (23), после чего передается из гнезда наполнительного ротора в гнездо третьего операционного (упаковочного) ротора (24).В упаковочном роторе осуществляется раскрытие узких клапанов пачки (25), растяжение верха внутреннего пакета (26), образование замка внутреннего пакета (27), обжим замка внутреннего пакета (28), загиб узких клапанов пачки (29, 30), нанесение клея на широкие клапаны пакета (31), закрытие широких клапанов верха пакета (32), прижим и прогрев верха наружной пачки (33) и выдача пачки на конвейер (34). При движении пачек по конвейеру они сверху прижимаются еще одним ленточным конвейером, в результате обжима пачек между двумя конвейерами происходит окончательное склеивание верха пачки (35). Готовая наполненная пачка (36) поступает на дальнейшие операции.

Здесь представлена одна разновидность схемы получения пачки с внутренним пакетом, наполнения ее продуктом и заклеивания. Возможны варианты. Например, для плохо сыпучих продуктов при применении шнекового дозатора возможно контрольное взвешивание продукта в пачке и досыпка продукта.

Возможно и заклеивание верха внутреннего пакета, а не просто обжим замка, как в представленной схеме. Самое же большое возможное отличие от данной схемы заключается в том, что отдельных наполнительного и упаковочного роторов может не быть, в этом случае вместо них имеется единый орган, например, операционный конвейер, при движении пачки в гнезде которого производятся все операции по заполнению продуктом и запечатыванию пачки с внутренним пакетом.

В картонной пачке может размещаться и пакет, образованный из гибких термосвариваемых материалов. Но там своя специфика. В том случае, по сути, в образовании упаковки участвуют два различных вида оборудования: то, которое образует наполненный пакет и то, которое образует картонную пачку и вкладывает в нее пакет. Поэтому о таком оборудовании стоит рассказать отдельно.

Здесь мы подробнее поговорим об операциях, осуществляемых на автоматах, и о том, как они выполняются.

Захват кроя картонной пачки и перенос ее из кассеты осуществляется в подавляющем большинстве случаев при помощи вакуумных захватов (вакуум-присосок). С их же помощью в основном осуществляется и раскрытие кроя, предварительно склеенного по продольному шву. Но тут возможно применение каких-то дополнительных устройств, детали которых, например, стержни, вводятся в чуть раздвинутую пачку. В некоторых автоматах дополнительную «помощь» в раскрытии пачки может оказывать воронка, которая вводится в пачку и через которую потом засыпается продукт.

Необходимо сказать и о сравнительно недавно появившемся крое картонных коробок и пачек с самоскладывающимся дном. Пачки с самоскладывающимся дном для автоматического фасования применяются пока еще редко. А применение таких пачек перспективно: не требуются операции по заделке дна пачек. Выпадает значительная часть автомата, «ответственная» за дно пачки, следовательно, сокращаются габариты и масса оборудования. Но усложняется операция раскрытия кроя. При такой пачке, из-за ее сопротивляемости раскрытию, вакуумные захваты с раскрытием могут не справиться. Помощь потребуется от более сложного механического устройства, нежели  использующегося при раскрытии обычного кроя.

Нанесение клея может производиться (в зависимости от того, на горизонтально или вертикально расположенные поверхности наносится, в движении поверхности или при ее остановке) валиками и секторами, которые при своем вращении получают клей от валов, окунающихся в клеевую ванну; пористым материалом при контакте его с картоном, клей на поверхность пористого материала подается из емкости, в которой создается избыточное давление; форсунками.

Склеивание производится приложением усилия к створкам пачки. При неподвижной пачке это осуществляется прижимом к ним губки, чаще, для ускорения процесса, нагретой. При движении пачки, в основном это касается дна пачки, склеивание может производиться проводом пачки по подпружиненной площадке. Дополнительно, для лучшего качества склейки, готовые пачки на выходе из автомата проводят между двумя ленточными конвейерами.

При склеивании створок дна или верха пачки прижимом к ней нагретой губки можно тиснением наносить переменные реквизиты (дата фасования, номер смены, срок годности и т. п.). Обязательная операция нанесения реквизитов (еще ее называют маркировкой пачки) кроме этого способа может производиться нанесением реквизитов краской, продавливанием сквозь красящую ленту, принтером, печатной головкой.

Отгиб и подгиб узких створок пачки чаще производится специальными лапками. Встречается конструкция автомата, где подгиб узких створок производится кулачком, который при повороте загибает одновременно по одной узкой створке впереди идущей и следом идущей в операционном конвейере пачки. Подгиб передней створки при движении пачки может осуществляться неподвижной лапкой, «набегая» на которую и подворачивается створка.

Отгиб и загиб широких створок пачек в зависимости от того, производится ли он при движении пачки или при ее остановке может осуществляться по-разному. При остановке операции с широкими створками осуществляются движением лапок. При движении пачки для этих операций могут использоваться направляющие. На них попадают при движении пачки створки, и направляющие сводят створки или разводят.

Отмер дозы фасуемого продукта, в зависимости от его физических свойств, может осуществляться дозаторами различных типов. Для хорошо сыпучих продуктов и не слишком меняющих свою насыпную массу (крупы и им подобные продукты) хорошо подходит дозатор, имеющий мерные емкости. Самый распространенный — это стаканчиковый дозатор. Для многих продуктов точность такого дозатора вполне удовлетворяет требованиям нормативных документов по точности количества продукта в упаковке. Операция досыпки продукта до требуемой величины дозы при использовании стаканчикового дозатора обычно не применяется. Для многих продуктов можно обойтись и без контроля количества продукта в пачке, проводимого по массе или уровню. Но все же, в оборудовании хорошего класса контроль количества продукции чаще всего применяется.

Шнековый дозатор применяется для плохо сыпучих продуктов (порошкообразных, в том числе, слипающихся и пылящих). Шнековый дозатор и самый неточный. Поэтому здесь контроль количества продукта почти всегда обязательная процедура. И дозирование продукта здесь желательно проводить в два этапа: вначале засыпается количество продукта заведомо меньше требуемой дозы, затем по результату взвешивания производится досыпка. Весовые дозаторы разных видов могут быть применены для большинства фасуемых сыпучих продуктов. Но лучше всего их использовать для мелкоштучных и мелкокусковых продуктов. Это самые точные дозаторы, точность дозы заведомо укладывается в пределы допусков, контроль количества продукта не требуется.Контроль количества продукта в пачке по массе (контрольное взвешивание) осуществляется при помещении пачки с продуктом на специальную весоизмерительную площадку (зажимы, которые удерживают пакет в гнезде операционного конвейера, ротора и т. п., при этом разводятся), снабженную тензометрическими или другими датчиками, реагирующими на массу.

Контроль количества продукта в пачке по уровню осуществляется чаще всего с помощью фотоэлемента. Источник света направляет в пачку луч под определенным углом, по величине отражения луча и судят о заполнении пачки.

Утряску продукта в пачке стоит проводить практически при любом фасуемом продукте. Но необходимой операцией она является при фасовании аэрированных продуктов, таковыми являются почти все порошкообразные продукты. Утряска продукта, в зависимости от его свойств, производится

путем проведения пакета вдоль вибрирующей планки, которая и передает свои колебания боковой стенке пакета, либо проведением дна пакета по вибрирующей площадке. Амплитуда колебаний и длительность утряски зависят от свойств продукта. 

Удаление возможно оставшихся частиц продукта с широких створок верха пачки — операция, предусмотренная не на всех автоматах. Но все же она не лишняя: чистота створок — залог их хорошего склеивания. Удаление осуществляется путем провода створок под неподвижными или вращающимися круглыми щетками.

Большинство современных автоматов, фасующих сыпучие продукты в картонные пачки, комплектуются оборудованием, образующим из наполненных пачек групповую упаковку, превращаясь тем самым в упаковочные линии. Если у изготовителя автомата для создания потребительской упаковки нет специально адаптированного под данный автомат оборудования для группового упаковывания, то можно использовать какое-то оборудование для создания групповой упаковки более широкой направленности, в том числе другого производителя.

Но если современный автомат для фасования продуктов имеет хорошую производительность (начиная где-то с 30 пачек в минуту), он должен решать проблему группирования выходящих с него пачек для последующего группового упаковывания, хотя бы вручную. Конечно же, современные требования упаковочных процессов заключаются в автоматическом групповом упаковывании.

Основными видами группового упаковывания для пачек с продуктом являются: укладка блока пачек в короба из гофрированного картона; обертывание блока бумагой; обертывание блока термоусадочной пленкой; укладывание пачек в контейнеры, выставляемые в торговом зале универсама.

Операции по группированию пачек с последующим упаковыванием, по сути, мало отличаются от операций, совершаемым с той же целью с другими достаточно жесткими упаковками, например, с бумажной пачкой с хорошо утрамбованным в ней сыпучим продуктом. Поэтому операции по групповому упаковыванию стоит рассмотреть в отдельной работе.

Габаритные размеры и, естественно, масса фасовочного оборудования горизонтального типа, где при создании упаковки применяется клей, напрямую зависят от производительности этих машин. Это в полной мере относится к оборудованию, которое фасует продукты в картонные пачки и бумажные пакеты. Чем выше производительность, тем больше габариты. Увеличивается скорость отмера и засыпки дозы, значит, быстрее движутся пачки, а время склеивания, определяемое свойствами клея, остается прежним. Соответственно, требуется большее пространство, за время преодоления которого пачкой «схватится» и высохнет клей. Конечно, клеи, применяемые в упаковывании, в своем развитии улучшают свойства, и требуют сейчас меньшее время для склеивания, чем это было с десяток лет назад, но все же положение «выше производительность — больше габариты» сохраняется. Одним из направлений увеличения производительности оборудования горизонтального типа является одновременное дозирование в несколько пачек, что тоже ведет к увеличению габаритных размеров и массы оборудования.

 

Владимир УЛЬЯНОВ