气动技术在食品包装机械中的发展-气动技术,包装机械,机器人,行业分析
时间：2011-5-30
气动技术是实现生产过程自动化和机械化的有效手段之一，具有高速高效、清洁安全、低成本及易维护等优点，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。
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图1 在食品区和飞溅区中应用的典型气动产品：不锈钢气缸、洁净型气缸、易清洗阀岛、不锈钢过滤器和减压阀等
中国的食品包装机械经过近20年的发展，已经形成了一定的规模，成为机械工业的重要组成部分。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，这是食品包装机械行业实现产业升级的良好契机。现代食品包装机械是汇集了多种学科的先进技术，具有高效率、高精度、高自动化和高柔性的特点，并正向智能化和集成化的方向发展，其中基础组成部分之一就是气动技术。
气动技术是生产过程自动化和机械化的有效手段之一，具有高速高效、清洁安全、低成本及易维护等优点，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。其在各类包装机械中均有大量应用，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，通常集机械、电气、液压和气动等技术于一体，且各部分之间有着密不可分的联系，任何一部分发生故障都会影响到设备的正常工作。因此，在食品包装机械气动部分的设计与应用中，一定要选用可靠的切合实际需要的产品。
图2 英国Norgren易清洗的VM系列阀岛
在食品生产中，不同生产区的卫生要求有所不同。欧洲的EN 1672-2 标准将食品加工机械的环境定义为3个工作区，即食品区、飞溅区和非食品区。根据不同区域的卫生要求，所需使用的气动技术及产品也不尽相同。
食品区和飞溅区要求安全卫生
在食品区和飞溅区，气动技术主要用于分配、装瓶、成形、灌装、配剂和密封等装置中，由于气动元件需要直接或间接与主要生产原料接触，为避免对最终产品产生污染，其材质应为无毒、无吸收性且耐腐蚀的不锈钢原件。如果使用铝合金材料，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，应具有耐热、耐酸碱和耐油等特性，可接受正常清洗和消毒，不溶解、无毒性且无吸收性，不得有影响产品的气味。工作空气过滤装置应保证禁止5 μm以上的尘埃通过，结构及表面应平滑、耐久、易于清洁并能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气动产品有不锈钢气缸、洁净型气缸、易清洗阀岛、不锈钢过滤器和减压阀等（图1），而其中最具代表意义的是洁净型气缸，如英国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，所用密封件为聚氨酯材料，气缸整体符合IP67的要求，不仅耐腐蚀，还可进行反复清洗。另外，该气缸是符合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。
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图3 Norgren公司的智能化气动三联件
非食品区元件的尺寸要求日益严格
在非食品区域，气动技术主要用于封袋、包装、贴标、检测和加盖等装置中，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、智能环保及结构紧凑等特点。由于现在的食品包装设备要求在有限空间内实现更多的功能，因此对于气动元件的尺寸要求也越来越严格。典型产品包括如图2所示的英国Norgren易清洗阀岛VM系列，其宽度仅10 mm的阀体可提供430 L/min的流量，可进行2~20位集成，且符合IP65和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及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，可长时间工作而无需补充润滑脂，能降低油耗和成本、改善环境、维修方便且性能稳定。
气动装置智能化
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的应用，而应用于食品包装机械的气动技术的智能化和网络化也将成为必然。
智能化气缸是气缸智能化的集大成者，以Norgren公司的智能化气缸为例，这种气缸内置电磁阀和速控阀，气缸提供Fieldbus及ASI接口，可以实现总线远程集中控制。其具有IP66防护等级，易于冲洗；而且还符合ISO/VDMA标准，可以和普通标准气缸实现互换。利用该气缸就可以替代传统的整个气动回路。
智能化气动三联件（图3）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，智能化三联件有效解决了这一问题。其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或润滑油，压力状态是否正常，并记录使用时间，从而使故障率达到最低，减少维护维修成本，提高正常运行时间和生产能力。
智能化和网络化气动技术的开发和应用，将使食品包装机械进一步智能化，实现设备的自行诊断，从而提高国内食品包装机械的自动化水平。
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