孟爽，黎光輝，，張煒，劉松昀，，吳朝武

（1.哈爾濱商業(yè)大學(xué) 輕工學(xué)院，哈爾濱 150028；2.浙大寧波理工學(xué)院，浙江 寧波 315100；3.浙江日高智能機(jī)械股份有限公司，浙江 溫州 325003）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及人們生活水平的顯著提高，人們對(duì)化妝品、牙膏等日常生活用品的需求不斷地增加，膏體包裝市場的規(guī)模也在不斷地?cái)U(kuò)大[1-2]。軟管灌裝封尾機(jī)是藥膏、化妝品、牙膏等膏體包裝生產(chǎn)線的核心設(shè)備[3-5]，國內(nèi)此類膏體的包裝廣泛采用單軟管灌裝封尾設(shè)備，但由于單軟管灌裝封尾機(jī)的生產(chǎn)效率較低，已不能滿足當(dāng)前膏體包裝的市場需求。針對(duì)這一問題，需對(duì)智能雙軟管灌裝封尾機(jī)進(jìn)行研究與創(chuàng)新，進(jìn)而保證產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量和穩(wěn)定性[6]。若國產(chǎn)智能雙軟管灌裝封尾機(jī)研發(fā)成功，不僅可以高速、高效、高質(zhì)量地對(duì)膏體進(jìn)行灌裝封尾[7-8]，還將大大降低工作人員的工作強(qiáng)度，同時(shí)也能提高企業(yè)的生產(chǎn)效率[9]。本文將結(jié)合國產(chǎn)單軟管灌裝封尾機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)比國外先進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)的雙軟管灌裝封尾機(jī)，分析、闡述我國雙軟管灌裝封尾機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及今后的發(fā)展方向。

1 軟管灌裝封尾機(jī)現(xiàn)狀

國內(nèi)軟管灌裝封尾機(jī)的研究與開發(fā)是近十幾年才開展的，對(duì)于單管設(shè)備已經(jīng)掌握較成熟的技術(shù)，但是對(duì)于雙軟管灌裝封尾機(jī)的研究，基本上是處于研發(fā)的初始階段。軟管灌裝封尾機(jī)的自動(dòng)化程度及各機(jī)構(gòu)運(yùn)行的協(xié)調(diào)性要求高，灌裝精度、運(yùn)行穩(wěn)定性等技術(shù)要求高，制造研發(fā)難度較大。國內(nèi)對(duì)該設(shè)備的研發(fā)主要在是引進(jìn)、吸收國外企業(yè)先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上圍繞國內(nèi)市場需求開展的。目前國內(nèi)膏體包裝仍廣泛采用單軟管灌裝封尾設(shè)備，對(duì)于雙軟管灌裝封尾機(jī)的應(yīng)用幾乎都是依靠進(jìn)口。國內(nèi)生產(chǎn)軟管灌裝封尾機(jī)的企業(yè)有浙江日高、上海龍騰科技、江蘇無錫諾亞、瑞安華聯(lián)等，這些企業(yè)生產(chǎn)的軟管灌裝封尾機(jī)速度能夠達(dá)到70～120 支/min的中低速灌裝膏體的水平；國外生產(chǎn)軟管灌裝封尾機(jī)的先進(jìn)企業(yè)有德國的IWK公司、瑞典的NORDEN公司、意大利的BERGAMI公司等，這些企業(yè)的灌裝速度基本在200 支/min以上甚至更快，已具備了較為成熟的雙管灌裝封尾技術(shù)。

1.1 國外研究現(xiàn)狀

1.1.1 德國IWK公司的FP 34-2灌裝封尾機(jī)

德國IWK公司軟管封尾機(jī)全程采用伺服控制，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送管、智能上管、自動(dòng)灌裝、自動(dòng)檢重與裝盒[10]。IWK公司的FP34-2設(shè)備（如圖1）是目前較為先進(jìn)的雙軟管灌裝封尾機(jī)。其主要優(yōu)點(diǎn)為：1）高科技伺服驅(qū)動(dòng)。設(shè)備采用5個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器，4個(gè)附加的伺服驅(qū)動(dòng)器可供選擇，保證智能操作、運(yùn)行穩(wěn)定、灌裝精度高，具備良好的可訪問性，通過使用伺服技術(shù)實(shí)現(xiàn)最大的工藝可靠性。2）標(biāo)準(zhǔn)化程度高。FP系列設(shè)備的部分產(chǎn)品是可以互換的，實(shí)現(xiàn)配件通用，簡化了備件的存儲(chǔ)、維護(hù)與服務(wù)。3）高速度與高精度。FP機(jī)型的生產(chǎn)效率高達(dá)300 支/min，而型號(hào)為FP34-2的雙管灌裝封尾設(shè)備的生產(chǎn)效率可達(dá)220 支/min。采用橢圓軌道輸送，鑄造鏈環(huán)，鏈條不存在伸展現(xiàn)象，堅(jiān)固耐用的鏈條可實(shí)現(xiàn)高精度定位，全程伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，高精度行星齒輪傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)高精度運(yùn)行與灌裝。

圖1 德國IWK公司FP34-2灌裝機(jī)

IWK公司FP系列灌裝封尾機(jī)的熱封機(jī)構(gòu)如圖2（a）所示，采用最先進(jìn)的熱空氣冷卻系統(tǒng)，可持續(xù)節(jié)約能源。雙管灌裝封尾設(shè)備采用旋轉(zhuǎn)葉片泵灌裝，如圖2（b）所示，能夠?qū)崿F(xiàn)在線清洗，灌裝精度高，并具有優(yōu)化的產(chǎn)品流量和更有效的易清洗設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，采用無死角設(shè)計(jì)，清潔更加方便，大大減少了清洗時(shí)間，密封件（易損件）數(shù)量減少。

圖2 IWK FP系列灌裝機(jī)核心機(jī)構(gòu)

1.1.2 德國IWK 公 司TFS80-2 灌裝封尾機(jī)

IWK公司的TFS80-2設(shè)備（如圖3）與其他軟管灌裝封尾機(jī)的最大區(qū)別在于其整機(jī)的布局形式較為特殊，絕大多數(shù)軟管灌裝封尾的輸送軌道采用平面式，上管采用垂直式，而TFS80-2設(shè)備的輸送軌道采用立體式，上管采用水平式。其生產(chǎn)速度可以達(dá)到180 支/min，能夠滿足長為50～250 mm、容量為10～400 mL的軟管灌裝封尾。TFS80-2雙管灌裝封尾的生產(chǎn)效率在TFS80系列中并不算高，現(xiàn)在IWK公司機(jī)型為TFS80-8的生產(chǎn)速度可達(dá)750 支/min。

圖3 德國IWK公司TFS80-2灌裝機(jī)

TFS80-2灌裝封尾機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）在管座尺寸范圍內(nèi)，能夠灌裝封尾多種規(guī)格型號(hào)不同的軟管，具有較好的柔性與靈活性；2）采用伺服驅(qū)動(dòng)控制的雙管灌裝系統(tǒng)，灌裝精度高，速度快；3）彩色觸摸屏操作面板，操作、維護(hù)和服務(wù)支持可通過一個(gè)屏幕模塊進(jìn)行；4）可僅通過接合或分離聯(lián)軸器，實(shí)現(xiàn)快速更換不同的封管系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；5）平滑的機(jī)器表面便于機(jī)器快速清潔；6）通過使用伺服控制技術(shù)取代傳統(tǒng)的純機(jī)械傳動(dòng)，使設(shè)備的運(yùn)行更加穩(wěn)定；7）設(shè)備總體布局符合人體工程學(xué)的要求。

1.1.3 瑞典NORDEN 公司NM1702灌裝封尾機(jī)

瑞典NORDEN公司的NM系列機(jī)型中，NM1702雙軟管灌裝封尾機(jī)（如圖4）的生產(chǎn)速度可以達(dá)到170 支/min，而機(jī)型為NM5002的生產(chǎn)效率可達(dá)到500 支/min。NM系列機(jī)型的灌裝精度高，膏體的計(jì)量精度達(dá)到0.1%～0.5%。NM1702機(jī)型的灌裝封尾機(jī)對(duì)膏體的最大的灌裝容量能夠達(dá)到300 mL，能夠滿足長度為50～250 mm、直徑為10～50 mm的軟管的灌裝。

圖4 瑞典NORDEN公司NM1702灌裝機(jī)

NM1702灌裝封尾機(jī)具有以下特點(diǎn)：1）采用橢圓形管座運(yùn)輸系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)順時(shí)針與逆時(shí)針的雙向傳輸，允許客戶選擇最適合的線路布局；2）封尾裝置對(duì)軟管為鋁塑復(fù)合材料或全塑料是適合可用的，能夠滿足對(duì)多種不同規(guī)格型號(hào)的軟管進(jìn)行調(diào)整，給軟管的封合提供最大的靈活性；3）設(shè)備外型線條簡潔，便于清理、更換和維護(hù)。NORDEN創(chuàng)新的在線校驗(yàn)稱重系統(tǒng)，確保了灌裝精度，同時(shí)進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率；4）NM1702采用NORDEN獨(dú)特的封閉隧道式灌裝封尾，適用于潔凈或無菌要求的藥品包裝。

1.1.4 意大利BERGAMI公司TF200灌裝封尾機(jī)

意大利BERGAMI公司機(jī)型為TF200封尾機(jī)（如圖5），具有雙通道直線自動(dòng)灌封尾，適用于金屬、塑料、層壓管，具有高容量的進(jìn)給系統(tǒng)。灌嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，方便清洗，能夠達(dá)到防止膏體泄漏的標(biāo)準(zhǔn)。灌裝機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)由伺服電動(dòng)機(jī)控制的運(yùn)動(dòng)，其自下而上填充，防止在管中形成氣穴，保證了高黏度產(chǎn)品在高速情況下也能穩(wěn)定精確地灌裝。設(shè)備較適合管徑為φ11～42 mm的金屬軟管，管徑為φ11～50 mm的塑料軟管，長度為50～240 mm的軟管類型，灌裝膏體的范圍為3～250 mL，能夠滿足多種規(guī)格型號(hào)的軟管進(jìn)行灌裝封尾。

圖5 意大利BERGAMI 公司的TF200封尾機(jī)

1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

1.2.1 浙江日高單管灌裝封尾機(jī)

浙江日高公司的RGNF-80B的單管灌裝封尾機(jī)（如圖6）生產(chǎn)效率可以達(dá)到80 支/min，灌裝量誤差不超過±1%。該設(shè)備的自動(dòng)送管機(jī)構(gòu)、光標(biāo)檢測機(jī)構(gòu)、灌注機(jī)構(gòu)、熱封尾機(jī)構(gòu)等機(jī)構(gòu)的同步精度高，長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)故障率低，灌裝精度準(zhǔn)確且穩(wěn)定性好，能夠滿足中黏性、高黏性物料的高速灌裝及高質(zhì)量封裝的要求[11]。設(shè)備與膏體物料接觸部分的材料全部采用316L不銹鋼材料，符合GMP要求。

圖6 浙江日高封尾機(jī)

1.2.2 上海龍騰軟管封尾機(jī)

上海龍騰的軟管封尾機(jī)（如圖7）的轉(zhuǎn)閥采用ABB伺服驅(qū)動(dòng)器，缸體、活塞、轉(zhuǎn)閥采用陶瓷泵，封尾機(jī)灌裝機(jī)構(gòu)的升降采用凸輪和直線導(dǎo)軌，灌裝機(jī)構(gòu)的運(yùn)作穩(wěn)定，灌裝精度高，能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。軟管灌裝封尾機(jī)的穩(wěn)定生產(chǎn)速度為100～120 支/min，膏體產(chǎn)品的灌裝封尾能夠滿足美觀、密封等要求。

圖7 上海龍騰封尾機(jī)

1.2.3 無錫諾亞SGF塑料軟管灌裝封尾機(jī)

江蘇無錫諾亞機(jī)械有限公司的SGF塑料軟管灌裝封尾機(jī)（如圖8）的生產(chǎn)能力為70 支/min，計(jì)量精度為2%，供氣壓力為0.6 MP。該設(shè)備采用回轉(zhuǎn)式的柱塞式灌裝機(jī)構(gòu)，灌裝精度高，采用光電控制方式，軟管尾部內(nèi)加熱封尾等所有工作均采用高精度氣缸全程控制，滿足運(yùn)行穩(wěn)定、灌裝量調(diào)節(jié)方便、灌裝速度可調(diào)等性能要求。該灌裝封尾機(jī)能夠滿足各種規(guī)格型號(hào)的復(fù)合軟管的膏體灌裝、軟管加熱、封尾及切尾等工序。SGF塑料軟管灌裝封尾機(jī)生產(chǎn)出來的產(chǎn)品不僅外形美觀整齊，還滿足密封性能、灌裝計(jì)量精度等要求。SGF塑料軟管灌裝封尾機(jī)還可以根據(jù)灌裝膏體特性的不同，選擇合適的膏體配料斗加熱系統(tǒng)、膏體防拉絲灌裝頭等。

圖8 江蘇無錫諾亞SGF塑料軟管灌裝封尾機(jī)

1.2.4 浙江瑞安華聯(lián)軟管灌裝封尾機(jī)

浙江瑞安華聯(lián)的GF-400/800/F/自動(dòng)軟管灌裝封尾機(jī)（如圖9）采用12工位設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)金屬軟管的多種折疊形式的封尾，同一臺(tái)設(shè)備能夠簡單方便地通過更換不同的模具和相適應(yīng)配件實(shí)現(xiàn)塑料軟管及金屬軟管的封尾。

圖9 華聯(lián)封尾機(jī)

GF-400L軟管灌裝封尾機(jī)的生產(chǎn)能力為30～70 支/min，灌裝容量可以達(dá)到400 mL，適合直徑為12～42 mm、長度為50～220 mm的軟管，膏體灌裝精度為1%，熱封功率為3kW。GF-800F軟管灌裝封尾機(jī)，生產(chǎn)能力范圍為60～120 支/min，灌裝容量也可以達(dá)到400 mL，適合直徑為13～50 mm、長度為50～220 mm的軟管，膏體灌裝灌裝精度為1%，熱封功率為6 kW。

華聯(lián)軟管灌裝封尾機(jī)優(yōu)點(diǎn)有：1）采用按鈕與顯示屏的結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)設(shè)備的無級(jí)調(diào)速控制和相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，方便工作人員對(duì)設(shè)備的操作；2）采用了全自動(dòng)化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)智能供送軟管、軟管對(duì)標(biāo)、吹氮?dú)?、膏體灌裝、軟管尾部的加熱及封尾、噴碼等生產(chǎn)目標(biāo)；3）對(duì)標(biāo)系統(tǒng)的精度高，能夠降低軟管外體及色標(biāo)的色差范圍；4）各種裝置調(diào)節(jié)部位外置，調(diào)節(jié)方便、操作簡單（適用多種規(guī)格、多品種的生產(chǎn)）；5）采用機(jī)電一體化的智能生產(chǎn)方式，可實(shí)現(xiàn)無管不灌裝，以及氣壓不夠、安全防護(hù)門不關(guān)緊等問題的報(bào)警顯示等功能。

1.3 國內(nèi)外軟管灌裝封尾機(jī)參數(shù)對(duì)比

我國的軟管灌裝封尾機(jī)生產(chǎn)企業(yè)基本以中小型企業(yè)為主，生產(chǎn)規(guī)模比較小，自主研發(fā)投入不足，研發(fā)能力較弱[11-21]。因此，企業(yè)產(chǎn)品技術(shù)含量比國外低[22]，灌裝速度能夠達(dá)到120 支/min的企業(yè)寥寥無幾，灌裝精度普遍為1%，而國外設(shè)備的灌裝精度基本能夠達(dá)到0.1%。當(dāng)前國內(nèi)多采用單軟管灌裝封尾機(jī)，而雙軟管灌裝封尾機(jī)主要依靠進(jìn)口。國外企業(yè)（如德國的IWK、瑞典的NORDEN等企業(yè)）生產(chǎn)的軟管灌裝封尾機(jī)，不僅生產(chǎn)速度快、效率高，而且設(shè)備灌裝精度高，灌裝膏體容量的范圍廣。國內(nèi)外高端軟管灌裝封尾機(jī)技術(shù)參數(shù)對(duì)比如表1所示。

表1 國內(nèi)外軟管灌裝封尾機(jī)技術(shù)參數(shù)對(duì)比

2 發(fā)展趨勢

在最近的幾年，我國的軟管灌裝封尾機(jī)的發(fā)展一直保持著穩(wěn)定的增長速度。2020年我國食品機(jī)械總的市場規(guī)模達(dá)到了6000多億美元。可見，軟管灌裝封尾機(jī)在國際上的市場需求依舊很大，同時(shí)競爭也日益激烈。單管設(shè)備的生產(chǎn)效率已經(jīng)不能滿足膏體包裝市場的需求。未來雙軟管灌裝封尾機(jī)將迎合現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的需求，其將朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展。

2.1 多功能與專用高速兩極化

隨著食品包裝業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)日常生活用品如牙膏、化妝品等膏體包裝的要求也越來越高，傳統(tǒng)的軟管灌裝封尾機(jī)和控制模塊已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的需求，需要采用高新的技術(shù)提升設(shè)備的使用性能。軟管灌裝封尾機(jī)的目的在于提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的多樣化[23]。這就使得軟管灌裝封尾機(jī)將朝著多功能與專用高速化的方向發(fā)展[24-25]。多功能化要求軟管灌裝封尾機(jī)的功能模塊可以根據(jù)包裝不同產(chǎn)品類型進(jìn)行柔性及靈活性的變換與組合[26-33]。高速化生產(chǎn)要求軟管灌裝封尾機(jī)不僅能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、高速、高效化的生產(chǎn)，還要能夠?qū)崿F(xiàn)多支軟管同時(shí)灌裝膏體，其生產(chǎn)效率比單軟管灌裝封尾機(jī)更高。因此，多功能與專用高速兩種類型的雙軟管灌裝封尾機(jī)將是今后發(fā)展的必然趨勢。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)化

我國的軟管灌裝封尾機(jī)的生產(chǎn)主要以中小型企業(yè)為主，不同企業(yè)的零部件都有著不一樣的標(biāo)準(zhǔn)，很難形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這也是這些中小型企業(yè)很難變大變強(qiáng)的因素之一。當(dāng)前，我國已經(jīng)有一部分企業(yè)為了完善軟管灌裝封尾機(jī)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，共同參與起草并發(fā)布了區(qū)域性的標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)化是未來軟管灌裝封尾機(jī)發(fā)展的方向之一。軟管灌裝封尾機(jī)規(guī)格型號(hào)、零部件等的標(biāo)準(zhǔn)化有利于企業(yè)的發(fā)展，不僅能夠?qū)Ξa(chǎn)品、設(shè)備等形成統(tǒng)一的規(guī)范，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的提高也能起到推動(dòng)的作用，并對(duì)國內(nèi)的產(chǎn)品走向國際市場起到一定的促進(jìn)作用[34-35]。

2.3 智能化

隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，提高灌裝封尾機(jī)整體生產(chǎn)力和實(shí)現(xiàn)多品種產(chǎn)品的自動(dòng)化生產(chǎn)是很重要的[36-42]。自動(dòng)化能夠滿足產(chǎn)品快速生產(chǎn)的要求，信息化能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品精確生產(chǎn)的目標(biāo)。隨著社會(huì)勞動(dòng)成本的增加及人口老齡化的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)使企業(yè)降低成本，為設(shè)備增加智能元素，進(jìn)一步提高市場的競爭能力。在智能化方面，德國IWK、瑞典NORDEN、意大利BERGAMI等公司在軟管灌裝封尾機(jī)工作中能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械手同時(shí)快速上管，全程智能自動(dòng)化生產(chǎn)。今后智能化的軟管灌裝封尾機(jī)不僅能夠高速、高效地生產(chǎn)，還能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程診斷，自動(dòng)排查并處理故障等智能化服務(wù)[43]。為了進(jìn)一步快速搶占國內(nèi)外包裝市場，我國軟管灌裝封尾機(jī)需要朝著智能化的方向發(fā)展，以滿足客戶及市場的需求[44]。

2.4 無人及無菌化

軟管灌裝封尾機(jī)的料倉是具有一定的空間局限的，不能一次性放置很多軟管，只能依靠人工放置并經(jīng)常需要補(bǔ)充軟管，這不僅大大增加了勞動(dòng)力成本，還容易造成第二次污染。而且牙膏、藥膏等膏體都是與軟管進(jìn)行直接接觸的，如果軟管不能保證無菌化，生產(chǎn)包裝出來的產(chǎn)品就不能達(dá)到食品衛(wèi)生要求。因此日常用品類膏體的整個(gè)生產(chǎn)及包裝過程需要進(jìn)行無菌化處理。無人化不僅能減輕企業(yè)的勞動(dòng)成本，還能避免因生產(chǎn)工作人員不當(dāng)操作而產(chǎn)生的不良影響。無人、無菌化是很多生產(chǎn)研發(fā)軟管灌裝封尾機(jī)企業(yè)追求的目標(biāo)，這也是這些企業(yè)發(fā)展的時(shí)代要求與市場機(jī)遇。

3 結(jié)語

我國對(duì)軟管灌裝封尾機(jī)的生產(chǎn)基本都是中小型企業(yè)，對(duì)其研究也是近十幾年來才開展的，雖然在單軟管灌裝設(shè)備上的研究已經(jīng)取得了較大的成功，但是在雙管甚至多管灌裝設(shè)備上的研發(fā)還是處于初始階段。我國中小企業(yè)生產(chǎn)研發(fā)的單管灌裝封尾機(jī)不論在設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性、灌裝速度、精度等技術(shù)方面，還是在設(shè)備的布局設(shè)計(jì)方面，都與世界先進(jìn)技術(shù)存在很大的差距。但是，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及科技水平的提高，相信我國將有更多的中小企業(yè)在雙軟管灌裝封尾機(jī)甚至多軟管灌裝封尾機(jī)的研發(fā)生產(chǎn)方面取得突破性的進(jìn)展。

國產(chǎn)雙軟管灌裝封尾機(jī)能夠應(yīng)用于我國市場，將為我國化妝品、牙膏等類膏體的包裝企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也能為我國軟管灌裝封尾機(jī)提高國際競爭力和走向國際創(chuàng)造條件。隨著市場需求不斷發(fā)展，今后雙軟管灌裝封尾機(jī)的發(fā)展將向多功能與專用高速、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、無人、無菌化等方向發(fā)展，未來高效的雙軟管灌裝封尾機(jī)也將更受企業(yè)的青睞。