網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控高速PET瓶裝飲料裝備關(guān)鍵及共性技術(shù)

1、廣東工業(yè)大學(xué) 王欽若教授手機(jī)話mail：網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控高速PET瓶裝飲料裝備關(guān)鍵及共性技術(shù)1、項(xiàng)目研制背景優(yōu)秀的企業(yè)針對(duì)PET瓶的特性尋求一種綠色環(huán)保的包裝方式PET瓶造成了回收處理的高成本，但又不可替代目的本項(xiàng)目主要研究減量化環(huán)保包裝技術(shù)，針對(duì)水、茶果蔬汁和含氣飲料，開(kāi)發(fā)以節(jié)能降耗為目的的輕量化瓶飲料吹灌旋一體化裝備。意義原材料成本降低 26% 生產(chǎn)過(guò)程的能耗成本降低 20% 設(shè)備、廠房成本降低 15%-30%營(yíng)運(yùn)成本降低 （無(wú)需消毒水和洗瓶用水，節(jié)省存儲(chǔ)空瓶的倉(cāng)儲(chǔ)間） 人力成本和設(shè)備維護(hù)成本降低 （降低人力成本、降低維護(hù)成本）1、項(xiàng)目研制背

2、景以每年10億瓶飲料估算，輕量化后將減少6200噸PET塑料，相當(dāng)于降低了16400噸碳排放，也相當(dāng)于新增了262平方公里（101平方英里）的森林。2.1 飲料包裝機(jī)械裝備的減量化共性技術(shù)研究 2.1.1 PET飲料瓶的減量化技術(shù) 2.1.2 減量化高速瓶坯加熱技術(shù) 2.1.3 減量化高速吹瓶技術(shù) 2.1.4 減量化高速旋蓋技術(shù) 2.1.5 高速視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)2.2 減量化技術(shù)在水飲料包裝機(jī)械裝備的應(yīng)用研究2.3 減量化技術(shù)在茶果蔬汁飲料包裝機(jī)械裝備的應(yīng)用研究2.4 減量化技術(shù)在含氣飲料包裝機(jī)械裝備的應(yīng)用研究2、研究?jī)?nèi)容2.1飲料包裝機(jī)械裝備的減量化共性技術(shù)-減量化技術(shù)目的：設(shè)計(jì)可滿足吹瓶和灌裝

3、工藝要求的，可普遍使用的550ml減量PET瓶技術(shù)措施：（1）改變瓶口和瓶蓋的設(shè)計(jì)：降低瓶口的高度和直徑，適當(dāng)?shù)臏p薄了瓶口的局部厚度；（2）對(duì)瓶身加強(qiáng)筋做了適當(dāng)?shù)脑黾雍驼{(diào)整；（3）使用新的瓶底形狀設(shè)計(jì)，改善瓶底應(yīng)力分布狀態(tài)，解決了瓶底受壓變形的問(wèn)題；（4）增大瓶胚拉伸比率，進(jìn)一步強(qiáng)化瓶身強(qiáng)度。冰露原包裝 瓶+蓋重：18g-22g冰露新包裝 瓶+蓋重：10g-12g節(jié)省PET材料26% 瓶口重量減少1.3g目的：在瓶胚變小，瓶壁變薄的情況下，研發(fā)適用于輕量化瓶胚的高速加熱及節(jié)能控制技術(shù)，降低加熱過(guò)程中的總體能耗。2.1飲料包裝機(jī)械裝備的減量化共性技術(shù)-高速瓶胚加熱技術(shù)技術(shù)措施：（1）24巴過(guò)濾空

4、氣的有效除塵 （2）輕量化瓶胚高速加熱及節(jié)能優(yōu)化瓶胚加熱示意圖節(jié)能措施：（1）單獨(dú)控制加溫箱的每只燈管的功率大?。唬?）自動(dòng)恒溫系統(tǒng)使加溫爐內(nèi)的設(shè)定溫度保持恒定；（3）實(shí)時(shí)監(jiān)控瓶胚的9段溫度；（4）通過(guò)控制系統(tǒng)，設(shè)定瓶胚加熱溫度、初始溫度、輸出電壓百分比、實(shí)際環(huán)境溫度等參數(shù)。（5）合理匹配風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)，減少熱量損失；使用9層可以單獨(dú)控制的燈管最上層燈管功率為3kw,其余是2.5kwCPXX14型吹瓶機(jī)配套的加溫鏈節(jié)距p=38.1，目前是國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品加溫鏈節(jié)距中最小的一種，國(guó)際首創(chuàng)。與現(xiàn)有加溫鏈節(jié)距p=50.8相比較,間距縮小了1/4，相同產(chǎn)量和加溫時(shí)間能減少6組加溫箱,節(jié)約能耗20% 。加熱過(guò)

5、程分四個(gè)階段：1、初始滲透加熱，胚外溫度比胚內(nèi)要高；2、其次是穩(wěn)定階段3、熱量分配階段線燈管，依據(jù)瓶胚的質(zhì)量、壁厚、高度、瓶形特征等因素，使用9層紅外線燈管，由嵌入式控制器系統(tǒng)合理控制燈管電壓百分比，使瓶胚沿其壁厚方向具有較為均勻的溫度分布 4、穩(wěn)定階段；當(dāng)瓶胚被加熱到一定的時(shí)間，達(dá)到需要的溫度時(shí)，要停止加熱，進(jìn)入穩(wěn)定階段，否則，溫度過(guò)高時(shí)容易結(jié)晶或融化。熱量分布穩(wěn)定階段預(yù)加熱穩(wěn)定階段 “ 四段爐體，九段加熱，循環(huán)風(fēng)冷，緊湊排列”（3）緊湊瓶胚排列設(shè)計(jì)（4）四段爐體設(shè)計(jì)及9段加熱設(shè)計(jì)目的：在吹瓶應(yīng)力與質(zhì)量關(guān)系、成瓶壁厚均勻控制方法研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)減小吹瓶壓力、優(yōu)化凸輪曲線設(shè)計(jì)、小型化模腔模架

6、設(shè)計(jì)及冷卻加熱、電液氣 的優(yōu)化傳送設(shè)計(jì)、伺服控制及節(jié)能降噪技術(shù)，研發(fā)性能穩(wěn)定、高速的輕量化吹瓶技術(shù)。2.1飲料包裝機(jī)械裝備的減量化共性技術(shù)-高速吹瓶技術(shù)技術(shù)措施：（1）高速吹瓶成瓶壁厚均勻控制方法 工藝過(guò)程控制示意圖在研究影響壁厚因素的基礎(chǔ)上，對(duì)制品壁厚不均勻原因進(jìn)行分析，提出輕量化瓶胚的解決措施：因高速吹瓶過(guò)程中，每個(gè)工藝步驟時(shí)間間隔非常短（約0.10s1.0s），特別是從拉伸開(kāi)始到預(yù)吹完成過(guò)程，這個(gè)過(guò)程對(duì)瓶胚材料的分布起著決定性的作用（即對(duì)瓶壁厚度的分布）。材料的分布是通過(guò)拉伸桿縱向拉伸及壓縮空氣橫向拉伸而實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)拉伸導(dǎo)軌控制拉伸桿的縱向拉伸速度，通過(guò)調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力和流量控制橫向拉

7、伸速度，從而達(dá)到材料的理想分布和壁厚的均勻性。凸輪各參數(shù)及壓縮空氣的壓力、流量的值需根據(jù)不同的瓶子進(jìn)行計(jì)算、調(diào)整。 技術(shù)措施：（2）機(jī)械凸輪和電子凸輪的混合優(yōu)化設(shè)計(jì)目的在于利用機(jī)械凸輪機(jī)構(gòu)及電子凸輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)模架的高速開(kāi)合，減小滾輪的受力、降低整機(jī)噪音、滿足平穩(wěn)高速吹瓶的工藝要求。主要內(nèi)容包括： 對(duì)不同凸輪曲線力學(xué)性能的研究； 優(yōu)化凸輪曲線參數(shù)，降低滾輪的速度和加速度； 對(duì)各凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，對(duì)曲線和曲線參數(shù)進(jìn)行再優(yōu)化；開(kāi)合模凸輪底模凸輪電子凸輪拉伸拉伸電子凸輪曲線技術(shù)措施：（3）小型化模具設(shè)計(jì)及冷卻、加熱管路優(yōu)化小型化模具具有質(zhì)量輕，加工、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，在模具設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮冷卻

8、水道要離成型表面近、密集且分布均勻，冷卻水的流量要大，要迅速將吹瓶時(shí)的熱量帶走，消除拉伸時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力。設(shè)計(jì)模具時(shí)，油道要離成型表面近、要密集且分布均勻，油的流量要大。本機(jī)裝有穩(wěn)定的紅外加熱系統(tǒng)，紅外燈管可分段獨(dú)立控制。 技術(shù)措施：（4）小型化模架設(shè)計(jì)1）進(jìn)一步地落實(shí)減輕重量及減少慣性矩的設(shè)計(jì)宗旨，對(duì)左右模架的本體利用三維設(shè)計(jì)軟件UG，采用有限單元法進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析，并進(jìn)行優(yōu)化處理，使左右模架的本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)趣向合理；2) 采用了與傳統(tǒng)的鎖模方式不同的設(shè)計(jì)；3) 減小了模架的徑向尺寸及外形尺寸 ,在整機(jī)外形尺寸變化不大的情況下，產(chǎn)能增加57.15% 。技術(shù)措施：（5）機(jī)架優(yōu)化設(shè)計(jì)及機(jī)身向旋轉(zhuǎn)機(jī)架內(nèi)

9、電、液、氣的優(yōu)化轉(zhuǎn)送設(shè)計(jì) 總布置示意圖機(jī)架布置圖吹瓶過(guò)程中，需要主機(jī)實(shí)時(shí)供給旋轉(zhuǎn)吹塑站使用的高壓空氣、低壓空氣、電源、冷卻水或加熱油、檢測(cè)信號(hào)和控制信號(hào)等，在嵌入式系統(tǒng)控制下，實(shí)現(xiàn)主站和從站之間的電、液、氣高速傳輸，傳輸過(guò)程要求穩(wěn)定可靠。技術(shù)措施：（6）高速吹瓶系統(tǒng)的伺服控制及同步 吹瓶機(jī)的高速運(yùn)行由伺服控制系統(tǒng)來(lái)完成，額定轉(zhuǎn)速為3000rpm，伺服電機(jī)采用全閉環(huán)控制，具有控制精度高，恒力矩輸出、低頻性能優(yōu)越、響應(yīng)速度快、過(guò)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)。有利于提高吹瓶動(dòng)作的重復(fù)精度，減小機(jī)械振動(dòng)，降低凸輪導(dǎo)軌沖擊，降低噪音，有效提高了機(jī)械效率和設(shè)備使用周期。加溫機(jī)、機(jī)械手星輪盤(pán)均由主電機(jī)經(jīng)減速器和同步帶傳動(dòng)

10、，有效保證與主機(jī)的同步精度。 技術(shù)措施：（7）節(jié)能和降噪技術(shù) 1優(yōu)化各運(yùn)動(dòng)曲線設(shè)計(jì)，最大限度的減少運(yùn)動(dòng)時(shí)軸承對(duì)導(dǎo)軌產(chǎn)生的沖擊；2采用小模架結(jié)構(gòu)，節(jié)約成本40%；3采用加溫鏈節(jié)距p=38.1，節(jié)約能耗20%；4使用回收氣裝置，節(jié)約能耗15-20%； 目的：研究小瓶蓋情況下的旋蓋技術(shù)，保證產(chǎn)品質(zhì)量和高速旋蓋合格率。2.1飲料包裝機(jī)械裝備的減量化共性技術(shù)-高速旋蓋技術(shù)技術(shù)措施：1、瓶蓋清洗及輸送 瓶蓋在主機(jī)外單獨(dú)進(jìn)行消毒、清洗，再用封閉的提升輸送鏈送至位于旋蓋機(jī)上方的理蓋器中，以保證瓶蓋的大產(chǎn)量清洗及防止輸送過(guò)程中的再次污染；理蓋器帶有反蓋去除機(jī)構(gòu)，保證理出的蓋方向正確一致；2、高速旋封系統(tǒng)傳動(dòng) 利

11、用永久磁鐵的扭力，實(shí)現(xiàn)抓蓋擰蓋功能，旋蓋頭和空心軸齒輪連接為一體，擰蓋力矩可無(wú)級(jí)調(diào)速，恒扭矩旋封蓋，保證瓶子或瓶蓋不被損壞，實(shí)現(xiàn)旋蓋頭傳動(dòng)、旋蓋頭轉(zhuǎn)速、旋蓋圈數(shù)的方案優(yōu)化。目的在于利用高速視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)成品缺陷檢測(cè)、自動(dòng)剔除功能，提高整機(jī)成瓶合格率，滿足質(zhì)量檢測(cè)工藝要求。主要內(nèi)容包括： 基于自適應(yīng)濾波和線性灰度變換的圖像預(yù)處理算法研究； 采用中值濾波/直方圖均衡算法進(jìn)行圖像增強(qiáng)，采用區(qū)域增長(zhǎng)結(jié)合邊緣檢測(cè)算法進(jìn)行圖像分割，利用特征匹配和模式識(shí)別算法實(shí)現(xiàn)高速吹瓶缺陷檢測(cè)； 基于邊緣跟蹤算法的成瓶瓶蓋檢測(cè)技術(shù)；基于Hough圓檢測(cè)的成瓶瓶口圓度及壁厚檢測(cè)技術(shù)；瓶蓋檢測(cè)吹瓶缺陷-瓶身檢測(cè)2.1飲料

12、包裝機(jī)械裝備的減量化共性技術(shù)-高速視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)集成：理胚機(jī)、瓶胚進(jìn)給、加溫機(jī)、吹瓶機(jī)、灌裝機(jī)、旋蓋機(jī)、機(jī)械手、傳動(dòng)系統(tǒng)、星輪傳動(dòng)、控制系統(tǒng)等幾部分組成 。2.1飲料包裝機(jī)械裝備的減量化共性技術(shù)-集成化和同步控制技術(shù)同步控制： 吹罐旋一體機(jī)的兩個(gè)主要伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)（1）吹瓶主電機(jī)額定功率為7.5KW伺服電機(jī)，受變頻器控制可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；傳動(dòng)系統(tǒng)采用同步帶傳動(dòng)，帶動(dòng)整個(gè)吹瓶機(jī)旋轉(zhuǎn)，機(jī)械手旋轉(zhuǎn)，加溫機(jī)運(yùn)動(dòng)。（2）灌裝主電機(jī) 額定功率為5.5KW伺服電機(jī)，帶動(dòng)灌裝主機(jī)、旋蓋機(jī)、進(jìn)瓶星輪轉(zhuǎn)動(dòng) 。2.2 減量化技術(shù)在水飲料包裝機(jī)械裝備的應(yīng)用研究（1）研發(fā)可控制閥及其換向式定量灌裝機(jī)（2）灌裝工藝特別添加一個(gè)

13、充填氮?dú)獾难b置，創(chuàng)新采用氮?dú)獬涮罴夹g(shù)以加強(qiáng)成品瓶身的堅(jiān)挺。（3）采用重力灌裝方案，用U型回流腔代替?zhèn)鹘y(tǒng)灌裝閥裝置的穩(wěn)流片。（4）實(shí)現(xiàn)1mm高精度的灌裝液位的控制。應(yīng)用減量化技術(shù)后的包裝應(yīng)用減量化技術(shù)前的包裝2.2 減量化技術(shù)在水飲料包裝機(jī)械裝備的應(yīng)用研究普通水飲料包裝工藝減量化水飲料包裝工藝節(jié)能/材效果PET瓶重量（G）15.911.826.3%加溫鏈節(jié)距（MM）50.838.120%灌裝溫度()常溫常溫-產(chǎn)能（瓶/小時(shí)）2400024000-灌裝精度（MM）3mm1mm-產(chǎn)品不銹鋼用量（T）40（吹瓶+輸送+洗瓶+灌裝）24（吹灌旋一體化）40%生產(chǎn)用水量(T)4T/H1T/H75%用電量(

14、KWH)16012025%用氣量(bar)302033%水飲料減量化包裝前后節(jié)能/材效果對(duì)照表2.3 減量化技術(shù)在茶果蔬汁飲料包裝機(jī)械裝備的應(yīng)用研究研究一種新的流量計(jì)式熱灌技術(shù)，避免回流，實(shí)現(xiàn)熱灌裝瓶的減量化。擬解決的主要問(wèn)題：流量計(jì)的選用提高回流閥的使用壽命是需要解決的難題；灌裝閥清洗閥的材料電器控制系統(tǒng)2.3減量化技術(shù)在茶果蔬汁飲料包裝機(jī)械裝備的應(yīng)用研究表4 茶果蔬汁飲料減量化包裝前后節(jié)能/材效果對(duì)照表18.75%195240用電量(KWH)75%1T/H4T/H生產(chǎn)用水量(T)40%24（吹灌旋一體化）40（吹瓶+輸送+洗瓶+灌裝）產(chǎn)品不銹鋼用量（T）35%NY回流(Y/N)-0.31.

15、5灌裝精度（%）-2400024000產(chǎn)能（瓶/小時(shí)）-9595灌裝溫度()20%38.150.8加溫鏈節(jié)距（MM）18.5%21.226PET瓶重量（G）節(jié)能/材效果減量化茶果蔬汁飲料包裝工藝普通茶果蔬汁飲料包裝工藝2.4 減量化技術(shù)在含氣飲料包裝機(jī)械裝備的應(yīng)用研究含氣飲料主要指可樂(lè)、啤酒等含有CO2(二氧化碳)氣體的飲料，由于需要承受較大的壓力，瓶身、瓶口和瓶蓋都要保證一定的厚度和氣密性，因此含氣飲料瓶在PET物耗方面的減量非常有限，目前600ml可樂(lè)瓶的重量大約為25g左右。含氣飲料包裝的減量化主要體現(xiàn)在包裝機(jī)械裝備的減量化上。生產(chǎn)過(guò)程的能耗成本降低 20% 設(shè)備、廠房成本降低 15%-

16、30%營(yíng)運(yùn)成本降低 （無(wú)需消毒水和洗瓶用水，節(jié)省存儲(chǔ)空瓶的倉(cāng)儲(chǔ)間） 人力成本和設(shè)備維護(hù)成本降低 （降低人力成本、降低維護(hù)成本）(1)輕量化瓶坯的精確加熱技術(shù)瓶胚加溫?zé)犸L(fēng)抽送系統(tǒng)ZL200820003147.6瓶胚加溫風(fēng)流通系統(tǒng)200810093470.1新型瓶胚加溫鏈ZL200820043633.0 (2)輕量化瓶坯加熱節(jié)能優(yōu)化技術(shù)快換式獨(dú)立加溫?zé)粝鋃L 200820044221.9(3)輕量化瓶坯成瓶壁厚均勻控制方法非結(jié)晶瓶口封口氣缸及封頭組件200810028929.X (4)高速吹瓶系統(tǒng)的小型化模具設(shè)計(jì)和優(yōu)化模架設(shè)計(jì)技術(shù)吹瓶機(jī)模具組件ZL200820003148.0）吹瓶機(jī)模架組件中的底

17、模升降機(jī)構(gòu)ZL200820004555.3吹瓶機(jī)模架/模具組件ZL200810093469.93、擬解決的關(guān)鍵技術(shù)(5)新型夾坯頭裝置專利號(hào)：201110031050.2 (6)輕量化瓶傳輸技術(shù)瓶子傳輸裝置之被動(dòng)夾201020118338.4、個(gè)體物件傳送裝置200910037322.2 一種物件傳送裝置（中國(guó)）ZL 200820131258.5；（德國(guó)）202008014089.7(7)高速準(zhǔn)確灌裝與氮?dú)馓畛浼夹g(shù)(8)高速旋封同步控制技術(shù)瓶蓋封裝方法201010127467.4 (9) PET瓶吹灌旋一體化集成和同步控制技術(shù)3、擬解決的關(guān)鍵技術(shù)(1)PET瓶減量化設(shè)計(jì)，可節(jié)約PET材料26%

18、(2)帶電子氣缸的低氣壓吹瓶技術(shù)，節(jié)約能耗約25%（吹氣壓力 從30bar降為20bar)(3)帶環(huán)境補(bǔ)償?shù)钠颗骷訜醿?yōu)化系統(tǒng)，節(jié)約能耗約20%(4)提高氣密性的新型夾坯頭技術(shù)，降低瓶口損傷(5)高速準(zhǔn)確灌裝與氮?dú)馓畛浼夹g(shù)，提高灌裝精度（1mm）和手 感 (6)開(kāi)發(fā)帶流量計(jì)熱灌裝閥，提供了一種新的熱灌裝方法4、項(xiàng)目關(guān)鍵點(diǎn)謝謝！5、項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃及保障措施6）研發(fā)基礎(chǔ)達(dá)意隆公司國(guó)家級(jí)立項(xiàng)證書(shū)：國(guó)家火炬計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目證書(shū)國(guó)家級(jí)火炬計(jì)劃項(xiàng)目證書(shū)科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金立項(xiàng)證書(shū)達(dá)意隆公司產(chǎn)品歷年所獲榮譽(yù)：05-06年中國(guó)食品工業(yè)協(xié)會(huì)科技獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)08年中國(guó)輕工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)08年廣東省高新技術(shù)產(chǎn)品（吹灌旋一體機(jī)）08年廣州市科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)（吹灌旋一體機(jī)）08年廣東省科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)（吹灌旋一體機(jī)）08年廣東省企業(yè)創(chuàng)新記錄十大首創(chuàng)技術(shù)獎(jiǎng)5、項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃及保障措施達(dá)意隆公司吹灌旋技術(shù)專利：