李艳平，张 聪，2※

（1.广州南联实业有限公司，广州510540；2.广东水利电力职业技术学院，广州 510635）

调味品包装生产线的洗瓶烘干一体机的研发

李艳平1，张 聪1，2※

（1.广州南联实业有限公司，广州510540；2.广东水利电力职业技术学院，广州 510635）

本文针对调味品包装生产线的洗瓶烘干技术进行深入研究，重点介绍了一套自主开发的高速对夹式连续洗瓶烘干一体机，详述其设计方案、关键结构及技术原理。

包装生产线 调味品 洗瓶 烘干 一体机

0 前言

近年来，随着科技发展，调味品和罐头自动化生产线上的洗瓶及其烘干技术得到了不断的优化，其生产规模、效率和自动化有了飞跃发展，洗瓶和烘干的速度由原来的每小时几千瓶发展到现在的每小时几万瓶。

目前市面上常见的洗瓶设备品种、规格、结构很多。就湿式洗瓶机而言，比较典型的有转鼓式喷冲洗瓶机、链式自动洗瓶机、无链式自动洗瓶机、拨盘式洗瓶机、回转式洗瓶机等，这些洗瓶机多半有上下瓶机构，且结构复杂，瓶子在输送过程中，需要瓶套或瓶口夹，一套瓶套或瓶口夹只能对一种瓶型进行清洗。

欧美等国家的调味品和罐头自动化生产线技术领先，自动化程度高，其中的洗瓶烘干设备先进实用，如德国KRONES（克朗斯）设计的Spiragrip模式具有概念变化上的突破意义，它同时适用于塑料瓶和玻璃瓶，设计思路及工艺与市场上的其它洗瓶机大有不同，且环保性已经得到公认，生产能力巨大。但这类进口设备价格昂贵，在国内难以大量推广和应用。国产调味品和罐头玻璃瓶清洗和干燥自动化设备无论从结构设计上还是技术性能上，与国外同类设备比较，均存在较大差距，洗瓶和烘干设备分离，运行速度较低，仅达100～200瓶/min。

有鉴于此，本项目组吸收国外先进技术，成功研发出高速对夹式连续洗瓶烘干一体机，集清洗与烘干于一体，具有500瓶/min的生产能力，并能适应不同瓶径及高度的瓶型。

1 工艺流程的确立

本项目主要针对调味品和罐头食品的玻璃瓶等包装容器的高效清洗和烘干技术进行深入研究，开发高速自动化设备并实行产业化。研究的内容主要是通过合理的工艺和高效的设备实现调味品和罐头食品的包装容器的洁净和干燥处理。

确定设备生产的工艺流程为：

空瓶送入→进入夹瓶链带→对瓶子表面冲洗→夹持瓶子输送→瓶子翻转90°至180°→第1段瓶子内腔消毒液冲洗→第2段瓶子内腔清水冲洗→第3段高压风吹干→第4段热风烘干→瓶子翻转180°→出瓶。

2 设备总体结构及工作原理

2.1 设备总体设计

本项目的研究参考国外先进的洗瓶及烘干技术，结合我国调味品包装的实际需要，制定总体方案，从而确定洗瓶烘干一体机的总体设计及原理如图1所示。

对夹式洗瓶烘干机主要由进瓶输送链1、夹瓶输送系统2、出瓶输送链3三大部分组成，另外还包括液体喷射管4、风压管5、接水槽6、导向轮7以及水循环系统、热风系统、电器控制系统等。

图1 高速对夹式连续洗瓶烘干一体机结构原理图

如图1示，待洗空瓶直立排列由进瓶输送链1输入，在R位置被夹瓶输送链带2夹持。瓶子被夹瓶输送链带夹持输送阶段，经历如下工序：翻转进入下部直线输送、消毒液和清水的喷射冲洗、热风吹干、再次翻转运行至上方。最后，瓶子运行至C位置，夹瓶链带放松，自动进入出瓶输送链。

2.2 瓶子清洗烘干过程原理

2.2.1 瓶子进入夹瓶输送链带前

第一步，瓶子由快速输送链送到与之错接的慢速输送链，以保证瓶子能够满载进入夹瓶输送链带。

第二步，在瓶子进入夹瓶输送链带之前，采用对称喷淋方式对其外表面进行清洗。

2.2.2 瓶子在夹瓶输送链带间

第一步，外表冲洗后的瓶子在进瓶位置R的喇叭口进入夹瓶输送链带，夹瓶链速度比前段输送链快，将瓶拉开一定的距离。

第二步，瓶子进入夹瓶输送链带后，被夹瓶链带夹紧，左右夹瓶输送链带分别被电机驱动，沿封闭的循环导轨和导向轮运动。当瓶子翻转90°时，进入内腔消毒水清洗段。

第三步，瓶子进入内腔清水清洗段，作用是将消毒水清洗过的瓶子冲洗干净。

第四步，瓶子进入内腔高压风吹干段，将附在瓶子中大部份水吹干。

第五步，瓶子进入内腔热风烘干段，将前面风干后剩余少数的水珠或水雾通过热气流喷射来将其烘干。

第六步，烘干后的瓶子翻转180°，在出瓶端C位置喇叭口处，被逐渐释放。

2.2.3 瓶子离开夹瓶输送链带后

瓶子被夹瓶链带释放后，离开夹瓶输送链带，随即进入出瓶输送链3，经过前段慢速输送链送至与其错接的后段快速输送链，将瓶子拉开一定距离进而将其送出洗瓶机进入下道工序。

3 关键技术及性能指标

3.1 夹瓶输送系统

夹瓶输送系统由左右夹瓶输送链带组成，同步相对运行。夹瓶链带是一条链条带动的橡胶夹爪，具有弹性，可对合柔和夹持瓶子。根据不同的瓶径，可通过手轮及其调节装置调整左右夹瓶链的间距以适应瓶径，从而使夹瓶输送链带的夹紧力达到适当的力度。

夹瓶输送链带的进口端R和出口端C均形成喇叭口过渡的形式，使瓶子进出更加顺利稳定。左右夹瓶链分别由反向同步运动的电机带动运行，夹瓶链夹紧瓶子后，在封闭的导轨和导向轮上进行循环运动。

3.2 瓶子输送机构

输瓶机构包括进瓶输送链和出瓶输送链，各由两段平顶链衔接组成，形成带弯度的输送带。

组成进瓶输送链的两段平顶链，分别采用转速不同的电机驱动，形成差速输送（减速），使瓶子进入夹瓶输送链带前能够依次紧贴，满载而入，随后被夹体夹持一一拉开距离，从而确保最佳洗瓶间距。

同样，组成出瓶输送链的两段平顶链，分别采用转速不同的电机驱动，形成差速输送（加速），可确保清洗完的瓶子在离开夹瓶输送链带时，均能拉开一定距离平稳输送。

3.3 控制系统

本设备应用了PID控制、变频和多级差速输送等技术，实现了自动化和高效化。

在一体机上，清洗水为热水，一般采用蒸汽加热清洗水；热风烘干瓶腔需要热源加热气流。技术方案上，对于使用热风干燥，热风风量和烘干温度是影响烘干质量的主要因素，为提高烘干质量，本设备采用PLC实现的模糊PID控制器对热风风量和烘干温度进行控制，提高烘干质量稳定性。

烘干操作的控制，采用PLC作为主控单元，通过RS485总线通讯连接气动调节阀和热风进入瓶子烘干系统，变频器分别控制夹瓶输送链带电机和风机的电机，两组电机均带有编码器的闭环转速反馈，编码器反馈转速给PLC，PLC根据反馈转速作相应的处理。

洗瓶烘干一体机为高速连续的机械，为达到电动机高速响应电机的速度变化及迅速排除电机运转中的扰动，在PLC中设计了一个模糊PID控制器，在其中进行运算后得出一个控制值，实现整机的温度和风量的控制。

3.4 主要技术指标

本项目开发的高速对夹式连续洗瓶烘干一体机经检验，主要技术指标见表1。

表1 连续洗瓶烘干一体机主要技术指标

4 结语

本设备配套于调味品及罐头包装生产线，适用于玻璃瓶、塑料瓶灌装前的洁净处理，集清洗和烘干于一体，连续运行，高速高效，主要技术性能已接近欧盟标准。与此同时，采用PLC实现的模糊PID控制器对热风风量和烘干温度进行控制，提高了瓶子清洗后内腔烘干质量的稳定性，符合调味酱料对包装瓶洁净度和干燥度的严格要求。

广东省教育部产学研结合项目（2011B090400509）

李艳平（1984-），女，广州南联实业有限公司助理工程师。主要从事包装与食品机械开发。E-mail：leayoo@163.com

※通讯作者：张聪（1967-）男，广东水利电力职业技术学院教授，广州南联实业有限公司总工程师，主要从事包装与食品机械、工业机器人应用技术研究。广州市白云区民营科技园科园路8号广州南联实业有限公司，510540。E-mail：zcoz@163.com