Дозатор является основным узлом в упаковочной машине и, как правило, ее главным «проблемным местом». Как правильно выбрать дозатор в соответствии с тем или иным типом продукта?

Дозатор является основным узлом в упаковочной машине и, как правило, ее главным «проблемным местом». Как правильно выбрать дозатор в соответствии с тем или иным типом продукта? Об этом – в цикле статей, который мы открываем сегодня.

 

Целью процесса упаковывания является получение единичного объекта – упаковки (пачки, бутылки и т. п.), в которой размещена предварительно отмеренная часть продукции ‑ доза. Дозирование – процесс измерения дозы. Проблема состоит в том, что нужно непрерывный поток продукта дискретизировать, т. е. разделить на части, если это сплошная среда (жидкие, полужидкие, сыпучие продукты и мелкоштучные изделия), либо отделить единичное изделие от хаотической массы, если среда дискретная (например, конфеты и хлебобулочные изделия). Делать это нужно быстро, чтобы не останавливать производство, и точно, т. к. существуют достаточно жесткие нормы точности, установленные российскими и международными стандартами, за соблюдением которых следят соответствующие органы.

Виды дозаторов и фасуемых продуктов в общем виде представлены в таблице 1.

 

Таблица 1

Продукты	Жидкие (напитки), полужидкие (майонез)	Сыпучие (мука, крупы)		Мелкоштучные (вермишель, драже, сушки)	Штучные (конфеты, брикеты, хлебобулочные изделия)
	Сплошные среды				Дискретные среды
Дозаторы	Объемные, шнековые, поршневые, мерные сосуды, мерные уровни		Весовые, пружинные, рычажные, электромеханические			Питатели штучных изделий: шаговые, конвейерные, гравитационные, кассетные, роторные

 

Конечно, при подборе дозатора необходимо учитывать все особенности продукта, определяющиеся как его физическим состоянием, так и характером.

Физическое состояние продукта бывает следующим: подвижная жидкость, вязкая жидкость, смесь жидкости и газа, смесь жидкости и твердых тел, порошок, гранулы и т. д. Необходимо также учитывать, что в некоторых случаях физическое состояние продукта меняется под воздействием окружающей среды.

Характер продукта обычно остается постоянным, но его влияние на выбор дозатора не менее велико. По характеру продукты бывают: хрупкими, абразивными, летучими, впитывающими запахи, липкими, гигроскопичными и т. д. Вопросы подбора дозатора для каждого конкретного продукта будут затронуты в следующих статьях.

А сейчас рассмотрим несколько типов дозаторов.

Объемные дозаторы, как видно из таблицы 1, используются для дозирования как жидких, так и сыпучих продуктов.

Для сыпучих несвободно текущих и пылящих продуктов (например, влажного сахарного песка, специй, муки) используются шнековые дозаторы (рисунок 1). Продукт засыпается в воронку сверху непрерывным потоком, а высыпается вниз уже в виде дозы. Доза, отмеряемая шнековыми дозаторами, определяется либо по времени работы шнека, либо по количеству его оборотов. Точность дозирования зависит от механизма запуска и остановки шнека.

Для сыпучих свободно текущих и не пылящих продуктов равномерной плотности применяются мерные стаканчики, расположенные на вращающейся платформе. Продукт засыпается в них сверху, при вращении его уровень сглаживается специальными щетками, а затем доза высыпается в пакет. У стаканчика либо нет дна (в этом случае он разгружается через отверстие в платформе), либо он оборудован специальной крышкой, которая открывается над пакетом.

Система мерного уровня, как правило, применяется при розливе жидкостей, где точный объем не так важен, как товарный вид тары с продуктом.

Для получения точного объема используются поршневые дозаторы и те же мерные стаканчики. Схема поршневого дозатора представлена на рисунке 2. Работает он следующим образом: поршень отходит назад, продукт заполняет цилиндр, клапан «перебрасывается», закрывая выход из бака и открывая выход в упаковку, поршень идет вперед, и происходит дозирование (рисунок 3), затем цикл повторяется.

Весовой дозатор представляет собой ковш (бункер), который открывается, как только наберется необходимый вес. Подача продукта в бункер при этом прекращается. Для того чтобы процесс дозирования не прерывался, на автомат устанавливаются несколько бункеров, которые открываются по очереди. Основная проблема весового дозирования состоит в том, что продукт присутствует в промежутке между питателем и весами в тот момент, когда заданная масса уже загружена в дозировочный бункер. Чтобы решить эту проблему, применяются промежуточные лотки для сыпучих продуктов и многопозиционные (мультиголовочные) дозаторы для мелкоштучных изделий.

Принцип работы многопозиционного дозатора следующий: конвейер подает продукт на распределительный стол, с него продукт загружается в приемные бункеры, из приемных бункеров мелкими порциями продукт попадает в весовые бункеры. Вычислительная система выборочно суммирует порции и, получив необходимый вес, открывает соответствующие бункеры. Например, нужно получить 200 г.: бункер № 1 – 70 г, № 2 – 40 г, № 3 – 80 г, № 4 – 125 г, № 5 – 10 г и т. д. Значит, откроются бункеры 1, 2, 3, 5.

По способу измерения веса весовые дозаторы делятся на пружинные, рычажные и электромеханические.

В пружинных устройствах в качестве весоизмерителя применяются различные пружины – плоская, кольцевая, винтовая, торсионная и др. Обычно эти устройства используются в качестве чувствительных элементов электромеханических весов.

В рычажных устройствах, соответственно, применяются рычаги, коромысла, квадранты и др.

Электромеханические дозаторы преобразуют механическое воздействие веса объекта на чувствительный элемент измерительного преобразователя в электрический сигнал, пропорциональный весу.

Электромеханические дозаторы бывают тензометрические, частотно-импульсные и магнитоэлектрические.

Последние используются достаточно редко, т. к. они, хотя и обладают хорошими метрологическими свойствами, но весьма чувствительны к вибрации. В них масса измеряемого объекта компенсируется магнитоэлектрической силой системы автоматического уравновешивания.

Частотно-импульсные преобразователи также используются нечасто из-за чувствительности к ударным нагрузкам и значительной нелинейности, хотя обладают хорошей температурной стабильностью, чувствительностью и частотным выходным сигналом. Они содержат вибростержневой датчик силы с частотно-импульсным выходом.

Наиболее широко применяются тензометрические преобразователи. В них используются тензорезисторы – чувствительные элементы, у которых под воздействием приложенной силы изменяется сопротивление. Они обладают высокой чувствительностью, стойкостью к ударным нагрузкам и малой нелинейностью. Однако их свойства достаточно сильно зависят от температуры, поэтому приходится использовать совместно с тензорезисторами специальные терморезисторы для компенсации влияния температуры.

Питатели штучных изделий предназначены для отделения изделия от хаотической массы, его ориентирования и группирования изделий. Шаговые и конвейерные питатели применяются при упаковке изделий в виде прямоугольного параллелепипеда (плитки, брикеты, куски сахара). Шаговые ‑ для крупногабаритных изделий, конвейерные ‑ для небольших. Гравитационные питатели используются для подачи на завертывание плоских и круглых или прямоугольных изделий, например, таблеток и крекеров. Кассетные питатели предназначены для формирования пачек и стопок из прямоугольных изделий типа печенья и вафель. Роторные питатели подают на высокопроизводительные заверточные машины мелкие изделия сложной формы, например, конфеты, причем как прямоугольного, так и овального сечения.

В общем виде проблему выбора дозатора можно решить следующим образом: для сплошных сред – объемные и весовые, для дискретных ‑ весовые и штучные питатели. Конечно, разновидностей конструкций дозаторов внутри каждого типа больше, чем может вместить одна статья, даже если их просто перечислить с кратким описанием, поэтому в следующих статьях будут рассмотрены отдельно типы дозаторов с более подробным описанием их разновидностей.

 

Дмитрий Ларионов

Андрей Брысин

 

 

ПОДПИСИ К РИСУНКАМ:

 

Рисунок 1. Шнековый дозатор. 1 ‑ шнек, 2 – воронка, 3 – мешалка.

 

Рисунок 2. Поршневой дозатор. 1 – поршень, 2 – клапан.