圆瓶自动贴标机贴标部件设计外文翻译资料

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12 食品包装机械

12.1 简介

包装是食品工业的一项重要环节. 事实上每一个食品到达最终消费者之前，会被包装一次或多次。包装用在食品生产和配送过程中的每一个环节：从农场到加工厂，加工厂与加工厂之间，从加工厂到仓库到销售点，从销售点到顾客。一个包装可以容纳一个、几个或是几包食品。包装的形式多种多样包括打包、袋装、盒装、杯装、盘装、罐装、管装及瓶装。

包装执行如下四种基本功能的一种或是几种功能：容纳、保护、传达、实用。每种功能在接下来的章节会简要的介绍。

12.1.1 容纳功能

许多食品，尤其是液体和自由流动的固体，装在包装中为了便于处理、防止泄露和产品的损失。食盐和砂糖是自由流动固体的例子。液体食品产品包括水、牛奶、果汁和各种各样的其他产品。

12.1.2 保护功能

食品必须被保护免于微生物和各种各样的危害物的污染。根据产品和其他因素的特点，就有必要提供保护以免水分，氧气、二氧化碳及其他成分的增加或损失，来自于破碎及其他相关的损害从破碎其他分布损坏，从不当的温度，从轻，从篡改和盗窃，并对许多其他危害。

哈罗德·A·休斯

密歇根州立大学, 美国密歇根州东兰辛市

12.1.3 传达功能

任何包装都传达信息。 传达方式可能简单明了，如标签列出成分、展示生产商和产地。 然而，大多数零售食品包装采用昂贵且复杂的五彩缤纷的标签、条形码和射频标签。每一个零售食品包装必须包含营养标签。

12.1.4 实用功能

一些包装和包装组件被设计为增加被包装产品的价值。喷瓶和类似设备使消费者更容易和正确的使用香料、盐、及类似的材料。打印说明增添便捷度。 手柄使小孩能够方便和安全地握住大包装。

现代粮食生产和流通体制没有包装不能运作。 即使是新鲜的食物，如香蕉、桔子、西红柿或生菜，被包装是为了从商店到消费者的住宅的运输。 它们的包装可能由瓦楞纸板、网装袋、纸袋或是塑料容器制成。新鲜水果的包装人工占很大的比例。

然而，不同于以上提到的新鲜食品，大多数的现代食品在工厂制成或加工，然后打包流通到仓库、商店，最后到消费者的住所。大部分的包装是由成套的机器来完成的。包装设备通常接收来自相邻制备区的成品。四种案例的生产与包装系统在表12.1中进行了介绍。

介绍说明了关于包装机械的两条原则。第一是包装机通常成套建立。只有一台机器的包装操作是不常见的。相反，总是有一系列的机器进行操作。

Ebnesajjad: Plastic Films in Food Packaging. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/B978-1-4557-3112-1.00012-0

copy; 2013 Elsevier Inc. All rights reserved. Adapted from a chapter in: Kutz, Handbook of Farm, Dairy, and Food Machinery (2008).

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表12.1几种典型的食品包装系统的介绍

产品	在制备/包装系统的步骤
一加仑的塑料壶牛奶	1.牛奶被工厂接收并储存在巨大的不锈钢罐中，其过滤、加工是必要的环节 2. 塑料壶通过吹塑机现场制作并放置在临时仓库 3. 将塑料壶与牛奶输送到灌装机，灌装机量取一加仑的牛奶灌入每一个塑料壶中 4. 将灌满的壶加盖、清洗、贴标 5. 将完成包装的每加仑牛奶放入塑料箱中以便搬运 6. 将塑料箱堆栈并运送到一个制冷的临时保存区
金属罐汤	1. 将汤的原料运送到工厂 2. 将金属罐，标签，和其他包装组件交付给工厂 3. 将汤制作好并传送到包装线 4. 码垛好金属罐并传送至包装线 5. 按照需要清洗金属罐 6. 空罐和汤送至灌装机并且将汤计量进入罐 7. 封合罐底 8. 成品罐头灭菌 9.给罐头贴上标签 10. 制好的罐头打包放入瓦楞纸托盘 11.装好的的瓦楞纸箱用薄膜覆盖并进行码垛
多层纸袋砂糖	1. 糖从甘蔗或甜菜中提取然后运送到临时存放区 2. 预先将多层纸袋和重型牛皮纸卷运送至工厂 3.通过灌装机将空袋打开并将经计量的特定重量的糖注入袋内 4. 袋子的顶部翻转卷曲并粘合 5. 将多袋糖捆绑在一起，用牛皮纸包裹 6. 将糖包码垛，搬送至仓库
纸板盒包装的各色巧克力	1.将装饰的纸板盒、塑料内托、塑料外包装、瓦楞纸箱、标签及其他包装材料运送至工厂 2. 制造巧克力，并放置在包装区的临时存放点 3. 空纸盒传送过填充器，那里机器人会捡起单个的巧克力并将其放置 在一个已经热成型的塑料托盘的特定位置 4. 填充好的托盘放置在纸盒中 5. 给纸盒盖上盖子 6. 完成的纸盒包装裹上塑料薄膜 7. 包裹好的纸盒装入瓦楞纸箱，然后将纸箱关闭、捆带、贴标、码垛 8. 将装载的托盘搬运至一个临时存放的仓库

例如，牛奶的包装系统通常包括一个填充机，一个压盖机、一个贴标机和其他机械。包装物到达包装线，为了执行不同的操作在机械之间移动。

第二原则是，几乎总是有以一种可以执行特定操作的选择方式。选择可以由不同的机器提供。 另外，也可以选择不使用机器。例如，在糖果包装系统中，单块糖果可以通过机器人或是人手工放入纸盒。

本章的下一部分将介绍一些可购得的不同类型的包装机，包括机器容量、工作原理和其他特性. 将从填充机开始介绍。

12.2 充填机

填充机通常是食品包装生产线上最重要的设备。 填充机执行两种重要的功能。计量食品的具体数量并且定量量取食品填充入包装。填充机还可以执行其他的功能，如制造包装与封合包装。大多数的填充机可以用于进行不同食品的填充。例如，一台用于量取水灌装到12盎司塑料瓶的灌装机也能用于量取1夸脱机油灌装到不同的塑料瓶不同的塑料瓶中又或是量取2夸脱的牛奶灌装到纸盒中或屋顶包中。

然而，由于本章只涉及食品的灌装，机油和其他非食品类的灌装将被忽略。使用在食品系统中灌装机通过体积或重量量出一定量的产品。

12.3 容积定量充填机

容积定量充填机供送一定体积量的产品到每一个容器。容积定量系统具有灵活性，可以适用于各种各样的产品，范围从水到浓浆或粉末，和其他的干燥制品。

大多数的填充机可以调整以供送所需数量的产品。特定的装置可以调整超过10倍的范围。 例如一个特定的充填机械可以调整以充填从2流体盎司到20流体盎司的任意体积。

12.3.1 活塞式充填机

活塞式充填机（图12.1）是最常见的容积定量充填机。活塞式充填机由一个单活塞的动作量取并供送产品。在一个进气冲程中，活塞通过一个单向阀将产品从供应罐中抽出来并送入安置着活塞的计量室中。然后，在接下来的的传递行程，通向容器的阀门被打开

(a) (b) 活塞向上移动

活塞向下移动

打开阀门

关闭阀门

关闭阀门

打开阀门

空的容器

填充容器

装料活塞 填充容器

图12.1活塞填充操作

(a) (b)

压入空气

储液缸

压入空气 储液缸

排气

进气

柱塞

隔膜

计量室

柱塞

隔膜

计量室

关闭阀门

打开阀门

打开阀门

关闭阀门

空的容器 填充容器

图12.2隔膜填充操作

同时连接供料室的阀门关闭，物料流出供料室进入容器。填充好的容器随后被传送走，另一个空的容器接替上，重复以上过程。

行程的长度和计量室的直径决定计量物料的体积。要改变产品的量，要么行程的长度，要么计量室的直径（或是两者皆要）必须改变。在大多数机器上，行程长度可以很容易地去调整。然而，要改变腔室的直径，整个腔室必须去除更换，对于大多数的机器是一个相对复杂和耗时的操作，而且对于一些机器是不可能的。

12.3.2 隔膜式充填机

隔膜式充填机（图12.2）在原理上与活塞式充填机相似。隔膜式充填机有一张灵活的可以变形以调整体积的隔膜，而不是用一个活塞或是气缸。隔膜式充填机的操作是直接了当的。当工作循环开始时，供料罐底部的阀门被打开而通向空容器的阀门关闭。 空气压力将物料从罐内压出进入计量室。计量室的顶部是由隔膜及其上的柱塞组成。当产品进入室内，隔膜和柱塞被抬起。当柱塞到达预定位置时，阀门反转，空气压力作用在顶部的柱塞上，使产品流出计量室进入包装容器。

灌装好的容器随后被传送走，另一个空容器接替上，过程循环反复。

12.3.3 定时灌装机

假如液体物料以一个恒定的速率流过固定尺寸的管道，那么供送物料的总量取决于物料流经的时长。例如，如果1杯物料流经管道用1秒，那么两流经管道将要用2秒，3杯要用3秒，诸如此类。计量过程的精度取决于流量的均匀性，和定时机构的精准性（图12.3）。所设置的设备包括一个储液缸和一个泵，以及一个定时器和各种管道（图12.4）。 要灌装更大的容器，就要增加定时装置。调整灌装速度（体积/单位时间）增加或减小。

直到目前为止，提及的灌装机大多数用于液体物料。如牛奶、水、煎饼糖浆、食用油、酒精饮料及其他低黏度的液体。设备的更新使机器能够用于高浓度物料的灌装。

12.3.4 螺杆充填机

螺杆充填机是一种广泛应用于多种类型非粘性物料与浓浆的体积式填充设备（图12.5）。

在特定时间内输送物料的量

9

8

物料的量（1000立方厘米）

7

6 6秒内输送5400cm³

5

4

3

2 2秒内输送1800³

1

1 2 3 4 5 6 7 8

时间 (s)

图12.3 计时充填机物料的输送

供油箱储液缸

计时器

泵

图12.4 流量计时装置的构造

物料暂时放在锥形料斗中,由一个螺杆计量和输送通过顶部的开口。螺杆必须是是专门设计和制造以与产品相配。充填机制造商或专业制造商应该被通知去生产螺杆。需输送物料的体积直接与螺杆旋转的程度相关。控制可以是基于时间的，这就要求恒定的旋转速度，也可以是基于旋转度的。要改变输送物料的体积，螺杆旋转的时间要可以增加或减少。

搅拌器

图12.5 螺杆充填机

料斗

螺杆

容器

有些粉末容易在料斗堆叠，而不是流进螺杆。防止堆叠，制造厂商制造各种类型的同螺杆共同旋转的搅拌器。搅拌器破坏物料的堆叠，保持物料均匀的流向螺杆。

如果产品的密度是恒定的，量出具体物料体积也就确定了具体物料的重量。对于这种类型的物料容积充填是一个很好的选择。

12.4 称重充填

称重充填用来计量不具有恒定密度的物料和需要比可能使用体积充填更加精确计量的物料。重量充填分为两类：毛重充填和净重充填。

储料斗

进料器

秤

盘

物料

计量秤

图12.6 净重量填充物。

阀门料斗

填充好的容器

12.4.1 净重充填机

净重充填机（图12.6）称量出所需物料的重量并将称量的物料输送到容器。在物料被引入容器之前，称重步骤在充填机内部进行。计量秤仅仅测量出物料的重量。当秤盘中物料的重量达到预定值时，进料器停止，同时秤盘斗打开，释放物料进入引导物料进入容器的漏斗中。在物料充填到容器后，充填好的容器被传送走，同时一个空的容器移至工位进行充填。

12.4.2 毛重充填

毛重充填机（图12.7）计量产品和包装的共同重量。在充填操作开始之前，一批包装容器的样本单独进行称量并求平均数。然后计量秤预设所需物料的重量与一个容器平均重量的总和。物料被称量直接进入容器直到秤判定已经达到合适的的（组合的）重量。在那时，物料流动终止，充填好的容器移出，一个空的容器移入工位进行充填。

有几种机械布置可以用于提高称重充填设备的精度。从图12.7可

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