Фасование сыпучих продуктов. Комбинационные дозаторы

Unipack.Ru предлагает читателям цикл статей В.Н. Ульянова, посвященных технологиям фасования сыпучих продуктов. Открывает цикл материал о комбинационных дозаторах.

Под фасованием понимается помещение продукции в тару или упаковочный материал с предварительным или одновременным дозированием. Таким образом, это понятие включает в себя два этапа: получение дозы продукта и ее помещение ее куда-либо.

Для получения дозы сыпучих продуктов, которую потом надо будет упаковать, используются два вида дозаторов: весовые и объемные.

Весовые дозаторы с точки зрения физики следовало бы назвать массовыми, ведь с их помощью отмеривают определенную массу продукта, а никак не вес, который, как известно, даже в земных условиях может меняться. Но видимо из-за того, что прилагательное «массовый» имеет в русском языке обычно иное значение, закрепилось за дозаторами определение «весовой».

В 1972 году японская фирма Ishida впервые продемонстрировала весовой дозатор, называемый ныне комбинационным или мультиголовочным. Отметим, что на наш взгляд, оба этих названия вполне обоснованы. Судя по некоторым данным, Ishida совместно с ее дочерней компанией Ishida Europe (Великобритания) остается лидером по выпуску таких дозаторов. Но вообще-то сейчас эти дозаторы выпускаются многими предприятиями в мире. В СССР первый опытный образец комбинационного дозатора был создан в 1988 году Киевским ПО «Веда». А с 2001 года дозаторы этого типа стали выпускаться компанией «Сигнал Пак» (Москва – Екатеринбург).

Дозатор представляет собой ряд пар емкостей (числом от 8 до 24), в котором одна емкость из пары выше другой, и расположены они в большинстве случаев по кругу. Емкости внизу снабжены заслонками.

Принцип действия дозатора показан на рисунке 1-1. Продукт через загрузочную воронку 1 (загрузочного бункера у этих дозаторов обычно не бывает) и с помощью распределительного устройства 2 равномерно распределяется по верхним емкостям, обычно именуемым промежуточными или складскими 3.

Из этих емкостей он попадает в расположенные под ними весоизмерительные емкости 4. Весоизмерительные емкости устроены таким образом, что в каждой из них находится примерно треть или четверть массы требуемой дозы продукта. Масса продукта в каждой емкости постоянно контролируется весоизмерителями. Сведения о массе продукта в каждой емкости 4 поступают на компьютер, который и решает комбинацией (суммированием) продукта, в каких именно трех или четырех емкостях можно получить наиболее точную заданную дозу. В выбранных весовых емкостях открываются заслонки 6, и продукт через воронку 7 поступает в продуктовод 8 упаковочной части автомата. В складских емкостях, расположенных над освободившимися весовыми емкостями, открываются заслонки 5, и продукт заполняет весоизмерительные емкости, только что задействованные для получения дозы. В освободившиеся при этом складские емкости с помощью распределительного устройства 2 (самотеком, а иногда при помощи какого-либо подающего устройства, например, вибролотка) поступает продукт, заполняя их.

См. анимированную схему работы на сайте Ishida.

Открытие и закрытие заслонок первоначально осуществлялось, как правило, пневмоцилиндрами. Современная тенденция заключается в применении для этой цели электроэнергии (сервоприводов, электромагнитов и т. п.).

Понятно, что чем больше пар емкостей установлено на дозаторе, тем точнее получаемая доза, а производительность выше. Но при этом увеличивается стоимость дозатора, его габариты и энергопотребление. Обычно число пар емкостей (головок) ограничивается 14-16, этого вполне хватает для точного и производительного отмера доз большинства продуктов. Большее число головок чаще используется при раздельном дозировании компонентов, входящих в смесь продуктов.

Из-за двух конструктивных особенностей этого дозатора он и получил оба своих названия: поскольку весовых емкостей (головок) много, он мультиголовочный, а так как требуемая масса дозы достигается за счет наиболее удачной комбинации масс продукта в весоизмерительных емкостях, он – комбинационный.

На рубеже столетий комбинационные дозаторы стали бурно развиваться и изменяться. Только что отмеченное применение этих дозаторов для двухкомпонентного (или более) дозирования – одно из проявлений этого. Не столь давно (не всегда, добавим, и не для всех продуктов) к комбинационному дозатору стала добавляться еще одна опция: сброс продукта из весоизмерительной емкости. Если в какой-то этой емкости продукт из-за неудачно сложившейся массы в течение определенного числа циклов оказывается невостребованным, то, согласно заданной программе, он сбрасывается из нее. Тем самым исключается простой емкости при работе дозатора, а также возможное слипание некоторых продуктов (например, замороженных пельменей) в этой емкости.

Как уже говорилось, в большинстве конструкций емкости располагаются по кругу, с выгрузкой к центру этого круга. Но бывает, что емкости располагаются в ряд. Первое известное автору такое решение было осуществлено американской компанией Doboy в середине 1980-х годов. Но расположение головок в ряд для большинства автоматов и фасуемых на них продуктов не совсем рационально: больше 10 головок в ряд не уместишь, иначе один из габаритных размеров неоправданно возрастает, да и проблемы с равномерной подачей продукта в складские емкости и выдачей готовой дозы к месту ее упаковывания тоже растут.

В начале нынешнего века линейное расположение емкостей вновь нашло применение в тех случаях, когда дозирование требует присутствия человека из-за возможного неправильного распределения продукта по емкостям или застревания продукта в какой-либо из емкостей. Такое возможно при дозировании сложных с этой точки зрения продуктов, таких как куски мяса и рыбы неправильной формы и неодинаковой массы, овощи, в том числе замороженные, и т. п. Но липкие продукты, например мелкие куски мяса, дозируются и на дозаторах с традиционным расположением емкостей. Только подачу их в лотки осуществляют принудительно, часто с помощью нагнетателей в виде витых спиралей, которые, вращаясь, подают куски продукта, не повреждая их. Вкупе с этим используются и особые заслонки, исключающие зависание продукта в емкостях.

Характерной особенностью современного производства комбинационных дозаторов является именно адаптация их под конкретные продукты. Кроме приведенных только что примеров, можно отметить стремление производителей к тому, чтобы хрупкие продукты не повреждались при дозировании. Это достигается минимальной высотой падения и специальными трассами движения продуктов.

Новым стало и производство трехуровневых комбинационных дозаторов. К традиционным складской и весоизмерительной емкостям добавляется еще одна: емкость с памятью. Пока это новинка, говорить о ее широком применении не приходится, но производительность комбинационных дозаторов должна возрасти.

Хотя и без того комбинационный дозатор наиболее производителен. Некоторые изготовители этой техники называют цифры до 200-250 доз в минуту. Понятно, что такое достигается далеко не для всех продуктов и не при всякой величине дозы.

Комбинационный дозатор и наиболее универсален, он пригоден практически для всех сыпучих и мелкоштучных продуктов, кроме порошкообразных и особенно при этом пылящих продуктов. Однако из-за его дороговизны (комбинационный дозатор – самый дорогой из всех существующих ныне видов и типов дозаторов) применение его наиболее эффективно при фасовании мелкоштучных и мелкокусковых продуктов, особенно если массы отдельных штук или кусков продукта велики и к тому же значительно отличаются друг от друга. Такие продукты, как: пряники, пельмени и особенно замороженные и сушеные фрукты лучше всего фасовать с помощью именно этого дозатора. Для многих же других продуктов требуемую точность дозы можно получить на дозаторах других типов.

Комбинационные дозаторы нередко устанавливают не непосредственно на упаковочной части, а на специальной площадке, не связанной с остальными частями фасовочных устройств. Эта площадка обычно массивная, часто она имеет виброизолирующие опоры, что позволяет уменьшить отрицательное воздействие вибрации от работы упаковочной части автоматов и другого технологического оборудования, установленного рядом, на работу весоизмерительных элементов дозатора. По-хорошему, любые весовые дозаторы стоило бы устанавливать на таких площадках. Но необходимость в этом должен определять разработчик, исходя из конкретного продукта и условий работы оборудования.