Кореја Евер-Пауер · Водич за инжењеринг апликација
Пуж и пужни точак за погоне линија за флаширање и пуњење
Линија за соџу, капацитета 400 флаша у минути, има пет станица које раде истовремено - испирање, пуњење, затварач, етикетирање и паковање у кутије. Свака станица има свој пар пужних зупчаника. Ако било који пар ради 2 процента брже или спорије од својих суседа, боце се заглављују, поклопци се не поравнавају, етикете се искривљују и линија се зауставља. Синхронизација између станица није погодност - то је принцип рада сваке линије за флаширање на свету.
Линије за флаширање и пуњење користе вишеструке погонске пари пужних зупчаника — по један по станици — синхронизоване да раде усклађеним брзинама, тако да боце теку од испирања кроз пуњач, затварач, етикетирач и паковач без заглављивања, неусклађености или ломљења. Архитектура синхронизације са више станица је основни изазов у дизајну: сваки пар пужних зупчаника мора да испоручи поновљиву тачност брзине унутар плус или минус 0,5 процената од циља како би се одржало време од станице до станице. Модерне линије користе моторе покретане VFD-ом са појединачним паровима пужних зупчаника на свакој станици, синхронизованим централним PLC-ом. Влажно окружење за флаширање (прскање течности, пена, хемикалије за чишћење) захтева минимум IP65 на свим кућиштима пужних зупчаника, са IP69K за линије за млечне производе и сокове које су изложене свакодневном врућем прању под високим притиском. Промена између величина боца (200 мл, 360 мл, 500 мл, 1 литар) захтева подешавање односа брзине на свакој станици — што се постиже променом фреквенције VFD-а, при чему пар пужних зупчаника обезбеђује фиксни механички однос. Мазиво NSF H1 квалитета за пића је стандардно за све парове пужних зупчаника у зони пуњења.
Зашто линије за флаширање користе пужне погоне на свакој станици
Линија за флаширање није једна машина - то је ланац од 4 до 8 појединачних машина (станица), од којих свака обавља једну операцију на боци док она пролази кроз њу. Станице морају да раде прецизно усклађеним брзинама јер се боце крећу по континуираном транспортеру или систему звездастог преноса који их све повезује. Неусклађеност брзина између било које две суседне станице доводи до нагомилавања боца (гомилања) на споријој станици или гладовања (празнина) на бржој станици - оба од којих заустављају линију.
Свакој станици је потребан сопствени независно контролисан погон. VFD подешава брзину мотора; пар пужних зупчаника обезбеђује фиксни однос између мотора и механизма станице. Ова комбинација даје PLC-у прецизну контролу брзине на свакој станици.
Станице за флаширање су збијене једна у једну — обично је размак од 800 до 1.500 мм између станица. Распоред пужног зупчаника од 90 степени поставља мотор испод или иза механизма станице, уклапајући се у уски омотач станице без ометања путања протока боца или приступа оператера.
Када се линија заустави (због отклањања заглављивања боца, промене или у хитним случајевима), свака станица мора задржати свој механички положај — млазнице за пуњење морају остати изнад отвора боца, главе затварача морају остати у увученом положају. Самоблокирајући пужни зупчаници држе положај без одвојених кочница.
Синхронизација више станица — како парови пужних зупчаника одржавају линију за флаширање у времену
Доњи дијаграм приказује типичну архитектуру линије за флаширање са 5 станица. Свака станица има независан пар мотора и пужног зупчаника. PLC очитава сензоре положаја боце и подешава сваки VFD како би одржао време између станица унутар плус или минус 0,5 процената од главне референтне брзине.
Пужни пар зупчаника на свакој станици обезбеђује фиксни механички преносни однос — VFD обрађује фино подешавање брзине. Ово раздвајање функција (механички преносни однос преко пужног пара, подешавање брзине преко VFD-а) је стандардна архитектура за све модерне линије за флаширање од 100 до 1.200 боца у минути.
┌────────────────────────────────── ГЛАВНИ КОНТРОЛЕР PLC-а ─────────────────────────────────┐ │ Референца брзине Референца брзине Референца брзине Референца брзине │ │ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ │ │ [VFD-1] [VFD-2] [VFD-3] [VFD-4] [VFD-5] │ │ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ │ │ [Мотор] [Мотор] [Мотор] [Мотор] [Мотор] │ │ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ │ │ [ЦРВ] [ЦРВ] [ЦРВ] [ЦРВ] [ЦРВ] │ │ [УПАРИ] [УПАРИ] [УПАРИ] [УПАРИ] [УПАРИ] │ │ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ │ │ ИСПИРАЧ ──→ ПУНИЛИЦА ──→ ЗАТВАРАЧ ──→ ЕТИКЕТИРАЧ ──→ ПАКОВАЧ │ │ │ │ ←───── Боце теку с лева на десно на транспортеру / звездастим точковима ──→ │ │ │ │ [Сензор] [Сензор] [Сензор] [Сензор] [Сензор] │ │ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ │ └──────────────── Повратна информација о положају ка PLC-у за подешавање брзине ────────────────────┘
Захтев за тачност брзине. Ако станица за пуњење ради брзином од 400 боца у минути, а машина за затварање ради брзином од 398 боца у минути (неусклађеност од 0,5%), пуњач производи 2 боце више у минути него што машина за затварање може да обради. Током 60 минута, то је 120 акумулираних боца — што узрокује нагомилавање које зачепљује преносну секцију за приближно 8 до 12 минута. Због тога сваки пар пужних зупчаника мора да испоручује поновљиву тачност брзине: однос мора бити конзистентан од пара до пара (толеранција производње унутар плус или минус 0,3 процента на преносном односу), а пар не сме показивати варијације брзине због промена оптерећења (својствена карактеристика смањења брзине пужног пара је стабилна при променљивом обртном моменту, за разлику од каишних погона који проклизавају под оптерећењем).
Флексибилност преласка. Када линија за флаширање пређе са боца од 360 мл на боце од 500 мл, свака станица мора да промени брзину како би се ускладила са новим кораком боца и временом пуњења. Однос пужног зупчаника остаје фиксиран — VFD подешава брзину мотора како би се постигла нова брзина станице. Линија која ради са 400 боца у минути са боцама од 360 мл на VFD фреквенцији од 45 Hz мења се на 300 боца у минути са боцама од 500 мл на VFD фреквенцији од 34 Hz — пужни зупчаник види другачију улазну брзину, али исти однос. Због тога је VFD плус пужни зупчаник пожељнија архитектура у односу на механички мењач са више фиксних односа: промена захтева промену PLC рецепта, а не физичку замену зупчаника.
Влажна средина — класификација зоне прскања за пужне зупчанике линије за флаширање
Линије за флаширање су по својој природи влажне. Пунилица просипа течност током сваког циклуса пуњења (препуњавање, прскање, капање, пена). Станица за испирање прска воду или средство за дезинфекцију. Станица за затварање поклопца може створити кондензацију на заптивачу. Циклуси чишћења на лицу места (CIP) преплављују целу линију врућим растворима каустичне и киселине. Кућишта пужних зупчаника се континуирано налазе у овој влажној зони — а IP и спецификације материјала морају одговарати нивоу изложености.
Једна линија за флаширање може да садржи парове пужних зупчаника из различитих зона прскања: пуњач и затварач у Z2 или Z3, и паковач кутија у Z1. Одређивање свих парова у највишој зони (Z4) представља расипање новца; одређивање свих у најнижој зони (Z1) ризикује корозију и контаминацију на мокрим станицама. Исправан приступ је спецификација зона по зона — упаривање IP, материјала и заптивача са стварном изложеношћу на свакој позицији станице.
Корејска компанија за флаширање соџуа инсталирала је нову линију капацитета 400 флаша у минути са 5 станица. Свих 5 парова пужних зупчаника наручено је од истог добављача, исте спецификације: једнопокретни, модул 3, међуосно растојање 80 мм, однос 20:1. Након пуштања у рад, станица за етикетирање је константно радила 0,8 процената спорије од станице за пуњење — што је производило искривљење етикете на приближно 1 од 50 боца. PLC је подешавао фреквенцију VFD-а да би компензовао, али је опсег подешавања био исцрпљен при максималној брзини етикетирања. Истрага је показала да је 5 парова пужних зупчаника имало стварне односе у распону од 19,92:1 до 20,08:1 — распон толеранције у производњи од укупно 0,8 процената. Пар за пуњење је био на 19,92:1 (мало брзо), а пар за етикетирање на 20,08:1 (мало споро). Неусклађеност од 0,8 процената је премашила опсег подешавања VFD-а при максималној брзини линије. Решење: добављач је измерио и оценио све парове према стварном односу. 5 најближе подударних парова (у оквиру плус или минус 0,1 процента од номиналне вредности) су инсталирани заједно. Искривљеност етикета је смањена на нулу. Поука за набавку линије за флаширање: парови пужних зупчаника за синхронизоване линије са више станица треба да буду усклађени по односу преноса као сет, а не да се бирају насумично са залиха. Трошкови мерења и градирања односа преноса износе приближно 5 америчких долара по пару - занемарљиво у односу на губитак производње због искривљености етикета или заглављивања боца узрокованих неусклађеношћу односа преноса.
Спецификације за три пара пужних зупчаника линије за флаширање
Случај 1 — Флаширање корејског соџуа: 400 удараца у минути, синхронизовано са 5 станица, зона прскања Z2
Корејски произвођач соџуа је одредио парове пужних зупчаника са усклађеним преносним односом за линију за зелено стакло капацитета 400 боца у минути са испирачем, гравитационим пуњачем, ROPP затварачем, етикетирачем око боце и паковачем у фолију. Боца: зелено стакло од 360 мл, празна тежина 200 г. Станице 1-4 (влажна зона Z2): пуж од нержавећег челика AISI 304, точак од фосфорне бронзе, EPDM заптивач IP65, NSF H1 литијумска комплексна маст. Станица 5 (сува зона Z1): поцинковани пуж, точак од фосфорне бронзе, IP44, стандардна маст. Сви парови: једноходни, модул 3, међуосно растојање 80 мм, преносни однос 20:1 (усклађен преносни однос унутар плус или минус 0,1 процента као сет од 5 парова). Мотор по станици: 1,1 до 2,2 kW у зависности од обртног момента станице. Распон излазног обртног момента: 45 до 120 N·m на 5 станица (пунило најгоре, етикетирало најниже). Тачност брзине између станица након усклађивања односа: плус или минус 0,15 процената — знатно унутар прага од 0,5 процената. Цена по пару Z2: 135 УСД. По пару Z1: 82 УСД. Укупно за сет од 5 пари: 622 УСД. Производња линије: 192.000 боца по смени од 8 сати. Пужни зупчаник од 622 УСД покреће приближно 430.000 УСД соџуа по смени по малопродајној вредности.
Случај 2 — Јапанска пивара сакеа: 200 удараца у минути, врхунско стакло, пуњач осетљив на вибрације
Јапанска пивара премиум сакеа одредила је парове пужних зупчаника за линију пуњења од 200 флаша у минути, која пуни премиум стаклене боце од 720 мл (танкозидне, високе вредности). Спецификација пуњења захтевала је нулто прскање и нулто пењење — свако мешање сакеа током пуњења изазвало би оксидацију и погоршање квалитета. Пар пужних зупчаника на станици за пуњење захтевао је ултра глатку ротацију како би се избегао пренос вибрација кроз оквир за пуњење до млазница за пуњење. Пар пужних зупчаника за пуњење: једноходни, модул 2,5, међуосно растојање 63 мм, однос 25:1, брушени пуж Ra 0,3 µм (премијум завршна обрада за смањење вибрација), центрифугално ливени точак од фосфорне бронзе. Спецификација Z3 (саке је благо кисео, pH 4,2 до 4,5): пуж од нерђајућег челика 316L. Излазни обртни момент на пуњачу: 65 N·m. Вибрације на млазници за пуњење: измерено 0,02 mm/s RMS — унутар спецификације од 0,05 mm/s за коју је тим за квалитет пиваре верификовао да неће пореметити површину сакеа током пуњења. Остале станице (машина за затварање, етикетирање, паковање): стандардна Z2 спецификација при Ra 0,6 µm — вибрације нису критичне. Премија за трошкове за пар пунилица Ra 0,3 µm: 45 USD изнад стандарда (185 USD у односу на 140 USD). Премија је заштитила серију сакеа вредну 28.000 USD по смени од губитка квалитета изазваног оксидацијом. Прегледај пужни редуктор за линију за пуњење опције које укључују прецизно брушене парове за примене пуњења осетљиве на вибрације.
Случај 3 — Вијетнамско флаширање воде: 600 удараца у минути, брзи ПЕТ, конкурентно по цени
Вијетнамска компанија за флаширану воду одредила је парове пужних зупчаника за ПЕТ линију велике брзине, капацитета 600 флаша у минути, са машином за дување, моноблоком за испирање-пуњење-затварање, машином за етикетирање рукава и паковачем у посуде. При 600 откуцаја у минути, брзине станице су велике — звездасти точак за пуњење се окреће приближно 120 о/мин. Брзина мотора: 1.450 о/мин. Потребан однос: 12:1 — нижи од типичног због велике излазне брзине. Пар пужних зупчаника за моноблок (интегрисани испирање-пуњење-затварање): 2-ходни, модул 3, међуосно растојање 80 мм, однос 12:1. Спецификација са 2 старта је изабрана зато што: (1) моноблок је хоризонталан (није потребно самоблокирање за држање положаја — електронско држање мотора у заустављању), (2) већа ефикасност (72 процента наспрам 48 процената за једноходни старт) смањује величину мотора за 30 процената и (3) мање стварање топлоте омогућава употребу заптивене масти уместо уљне купке. Зона прскања: Z2 (вода, без киселина). Материјал: пуж AISI 304, точак од фосфорне бронзе, EPDM заптивач IP65. Цена по пару: 95 УСД. Са 600 откуцаја у минути и 16 сати дневно, линија производи 576.000 флаша дневно — пар пужних зупчаника од 95 УСД покреће приближно 46.000 УСД флаширане воде дневно на велико. Годишња вредност производње по долару трошкова пара зупчаника: отприлике 175.000 према 1.
Често постављана питања
П: Колико је потребно усклађивање односа за синхронизоване станице за флаширање?
За линије до 300 откуцаја у минути, подударање односа плус или минус 0,3 процента је адекватно — опсег подешавања PLC VFD-а може да компензује преосталу неусклађеност. За линије изнад 300 откуцаја у минути, препоручује се подударање од плус или минус 0,1 процента јер већа брзина појачава кумулативни ефекат неусклађености (више боца у минути значи да се нагомилавање или празнина развија брже). При 600 откуцаја у минути, чак и неусклађеност од 0,2 процента акумулира 1,2 боце у минути — што ствара нагомилавање које изазива заглављивање за мање од 5 минута на споријој станици. Подударање односа се постиже мерењем стварног односа сваког пара на машини за испитивање зупчаника и груписањем парова унутар потребног опсега толеранције. Ово додаје 3 до 8 америчких долара по пару трошковима — тривијална инвестиција у односу на губитак производње од неусклађеног сета.
П: Могу ли да користим један пар пужних зупчаника за погон више станица кроз линијско вратило?
Ово је био традиционални приступ (један мотор, један пар пужних зупчаника, једно линијско вратило које покреће све станице преко зупчаника за развод). Гарантовао је савршену синхронизацију јер су све станице биле механички спојене. Међутим, системи линијских вратила не могу да подесе брзине појединачних станица за промену — промена величине боце захтева промену физичких зупчаника на свакој тачки отварања станице. Модерне линије за флаширање изнад 200 bpm универзално користе појединачне погоне (један VFD, један мотор, један пар пужних зупчаника по станици) јер флексибилност промене и дијагностичке могућности (праћење струје по станици открива проблеме пре него што изазову застоје) надмашују сложеност синхронизације. Системи линијских вратила се и даље користе на ручним или полуаутоматским линијама малог обима испод 100 bpm где је промена ретка и трошкови више VFD-ова нису оправдани.
П: Да ли парови пужних зупчаника на линији за флаширање треба да користе једноходне или вишеходне?
Једнократно покретање је подразумевано за станице којима је потребно држање положаја при заустављању линије (млазнице за пуњење морају остати поравнате са грлима боца). Вишеструко покретање (2 или 3 покретања) је пожељније за станице велике брзине где држање положаја није критично (као што су пакери за кутије и палетизатори) или где већа ефикасност смањује величину мотора и трошкове енергије. При 600 откуцаја у минути, пар са 2 покретања са ефикасношћу од 72 процента у односу на једнократно покретање са 48 процената штеди отприлике 1 kW континуиране снаге по станици - што је значајно за више станица које раде 16 сати дневно. Одлука се доноси за сваку станицу појединачно: пунилац може користити једнократно покретање за држање положаја, док паковач користи двократно покретање ради ефикасности.
П: Како CIP (чишћење на лицу места) утиче на пар пужних зупчаника?
CIP циклуси преплављују линију за флаширање врућом (75 до 85 степени Целзијуса) каустичном содом (2 до 3 процента NaOH), након чега следи врућа киселина (1 до 2 процента азотне или фосфорне киселине), а затим испирање топлом водом. Кућиште пужног пара је споља изложено овим хемикалијама током сваког CIP циклуса (обично свакодневно за млечне производе и сокове, недељно за воду и безалкохолна пића). Утицај на пужни пар је у потпуности кроз деградацију заптивача и корозију кућишта — унутрашњи зуби зупчаника су заштићени заптивеним кућиштем. EPDM заптивачи отпорни су на каустичне растворе, али се разграђују у азотној киселини; FKM (Viton) заптивачи отпорни су на оба. За млечне линије са дневним CIP-ом, укључујући испирање киселином, FKM заптивачи су обавезни — EPDM ће пуцати у року од 3 до 6 месеци. Материјал кућишта треба да буде од нерђајућег челика 304 или 316L за било коју станицу унутар CIP зоне поплаве.
П: Који је типичан век трајања пужног зупчаника линије за флаширање?
Линије за флаширање обично раде у 2 смене (3.500 до 5.000 сати годишње). При овом режиму рада, правилно специфицирани бронзани точак пужног пара траје 3 до 6 година пре него што повећање зазора утиче на временске оквире станице. Челични пуж (нерђајући или позлаћени) траје 8 до 12 година. Замена заптивки је потребна сваких 1,5 до 3 године, у зависности од изложености хемикалијама током CIP чишћења. Планирајте замену пужног пара као комплета — замена једног пара у исто време уводи нови пар са различитим (чвршћим) зазором у комплет истрошених парова, што потенцијално може створити дисконтинуитет синхронизације. Буџетирајте замену комплетног комплета сваке 4 до 5 година приликом планираног ремонта линије, са појединачним заменама заптивки током годишњих периода одржавања.
Линије за флаширање и пуњење користе парове пужних зупчаника као дистрибуиране погонске елементе у синхронизованој архитектури са више станица — један пар по станици, при чему сваки обезбеђује фиксни механички однос, док VFD управља подешавањем брзине за време између станица. Дијаграм архитектуре синхронизације илуструје како VFD-ови контролисани PLC-ом координирају 4 до 8 независних погона пужних зупчаника како би одржали усклађеност брзине од плус или минус 0,5 процената на целој линији. Усклађивање односа између парова (плус или минус 0,1 до 0,3 процента) је неопходно за линије велике брзине изнад 300 откуцаја у минути. Класификација зоне прскања (од Z1 суво до Z4 CIP прање) мапира сваку позицију станице на исправну спецификацију IP, материјала и заптивача. Влажно, кисело, хемијски агресивно окружење за флаширање чини спецификацију заптивача и материјала једнако важном као и обртни момент и однос — а трошкови погрешног материјала мере се повлачењем контаминације, а не само заменом пара.
За произвођаче линија за флаширање и инжењере постројења за пића, наш инжењерски одељак нуди комплете пужних зупчаника са усклађеним преносним односом и спецификацијама зоне прскања по станици. Стандардни каталог пужни зупчаници прехрамбене класе испоручује се у усклађеним сетовима од 50 до 125 мм међуосног растојања са паковањима материјала од Z1 до Z4. Пошаљите Спецификација погона линије за флаширање са брзином линије (отпм), бројем станица, типом производа и CIP режимом.
Одређивање парова пужних зупчаника за линију за флаширање или пуњење?
Пошаљите брзину линије (отп/мин), број станица, тип производа, материјал боце и CIP хемикалије. Класификоваћемо сваку станицу према зони прскања, препоручити материјал и пакет заптивача и испоручити парове усклађених односа као сет.
Уредник: Cxm
