Технологические машины упаковочного производства


            Л. А. Богуславский, Л. Л. Богуславский,
            В. Б. Первов



ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
УПАКОВОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА



Учебное пособие



Данное учебное издание рекомендуется Московским государственным университетом печати имени Ивана Фёдорова к использованию в образовательных учреждениях, реализующих образовательные программы по направлению подготовки 261700 «Технология полиграфического и упаковочного производства» по дисциплинам «Тара и её производство», «Технология упаковочного производства», «Технологическое оборудование и оснастка упаковочного производства»

Регистрационный номер рецензии 2785 от 29 апреля 2014 г.



Москва
2014

УДК 621.798.1
ББК 30.61
    Б74

Рецензенты:
М. Е. Чернов — доктор технических наук, профессор, Московский государственный университет технологий и управления им. К. Г. Разумовского;
Н. Ф. Ефремов — доктор технических наук, профессор, Московский государственный университет печати им. И. Фёдорова

Б74   Богуславский Л. А.
          Технологические машины упаковочного производства: Учебное пособие / Л. А. Богуславский, Л. Л. Богуславский, В. Б. Первов. — М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°», 2014. — 141 с.

             ISBN 978-5-394-02457-3
             В учебном пособии рассмотрены существующие виды и конструкции современных упаковочных машин для различных видов продуктов (товаров), типов упаковки и отраслей промышленности. Материал, предлагаемый для изучения, основан на богатом практическом опыте авторов по разработке, проектированию и изготовлению упаковочного оборудования для формирования автоматических линий по упаковке различных товаров, созданных по заказам российских предприятий пищевой, парфюмерной, химической и других отраслей промышленности. Основанная авторами фирма НПО «Технологии упаковки» была первой в Российской Федерации компанией, начавшей работать в этой области и сумевшей составить реальную конкуренцию крупным компаниям как из Европы, так и из других стран.
             Для студентов бакалавриата, обучающихся по направлению подготовки «Технология полиграфического и упаковочного производства», профилю подготовки «Технология и дизайн упаковочного производства». Будет также полезно для организаций и конструкторских бюро, занимающихся разработкой и созданием технологического оборудования в различных отраслях промышленности.

ISBN 978-5-394-02457-3

© Богуславский Л. А, 2014
© ООО «ИТК «Дашков и К°», 2014

                ОГЛАВЛЕНИЕ





ПРЕДИСЛОВИЕ.......................................6
Глава 1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УПАКОВОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ......................................9
   1.1. Отрасль упаковочного производства........10
   1.2. Необходимость создания упаковочного производства..................................12
   1.3. Способы упаковывания товаров и продукции.13
Глава 2. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ СОВРЕМЕННЫХ МАШИН И АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ. УПРАВЛЯЮЩАЯ, ПРЕОБРАЗУЮЩАЯ И КОНТРОЛИРУЮЩАЯ АППАРАТУРА.
КОМПЛЕКТУЮЩИЕ МОДУЛИ
И ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ.....................17
   2.1. Некоторые сведения из пневмоавтоматики.20
   2.2. Комплектующие модули и исполнительные механизмы.....................................23
   2.3. Контроллеры для управления технологическими операциями работы машины......................26
   2.4. Серводвигатели исполнительных механизмов.28
   2.5. Вакуумные захваты........................30
   2.6. Устройства ввода-вывода информации.
   Терминалы. Контролирующая аппаратура. Датчики.31
   2.7. Клеевые станции..........................33
   2.8. Транспортные механизмы...................34
Глава 3. МАШИНЫ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ТАРЫ............36
   3.1. Машины для формирования пакетиков из фильтровальной бумаги.........................36

3

   3.2. Машины для формирования картонных коробок.......37
   3.3. Машины для формирования гофрокоробов...40
Глава 4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
УПАКОВОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА ДИСКРЕТНОГО (ШАГОВОГО) ДЕЙСТВИЯ. ТИПЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН. МАШИНЫ ДЛЯ УПАКОВКИ
В КАРТОННЫЕ КОРОБКИ — КАРТОНАЙЗЕРЫ.
СОСТАВ И КОМПЛЕКТНОСТЬ КАРТОНАЙЗЕРА.
НАЗНАЧЕНИЕ КАРТОНАЙЗЕРОВ.......................44
   4.1. Машины с возвратно-поступательным шаговым движением транспортёра для упаковки сыпучих
   продуктов...................................49
   4.2. Машины с возвратно-поступательным шаговым движением транспортёра для упаковки штучных
   продуктов (товаров)..................................58
   4.3. Машины с возвратно-поступательным шаговым движением транспортёра для упаковки в коробку нескольких продуктов (товаров)..............67
   4.4. Машины с цепным шаговым движением транспортёра для упаковки в коробку штучных продуктов...................................69
   4.5. Машины с цепным шаговым движением транспортёра для упаковки штучных продуктов
   с вложением инструкций...............................73
   4.6. Машины с цепным шаговым движением транспортёра для упаковки группы штучных товаров.....77
   4.7. Машины с шаговым движением транспортёра роторного типа для упаковки сыпучих продуктов сверху.79
   4.8. Механизмы установки даты на картонайзерах.......81
   4.9. Машины с шаговым движением транспортёра с использованием роботов.............................83
Глава 5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РОТОРНЫЕ
И КОНВЕЙЕРНЫЕ МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО
ДЕЙСТВИЯ................................................85
   5.1. Роторные машины непрерывного действия...........85

4

   5.2. Конвейерные машины непрерывного действия.88
Глава 6. МАШИНЫ ДЛЯ ГРУППОВОЙ УПАКОВКИ В ГОФРОКОРОБА — КЕЙСПАКЕРЫ.
СОСТАВ И КОМПЛЕКТНОСТЬ КЕЙСПАКЕРА.
НАЗНАЧЕНИЕ КЕЙСПАКЕРОВ...........................90
   6.1. Машины с вертикальным раскрытием гофрокороба и заклейкой скотчем...............91
   6.2. Машины с вертикальным раскрытием гофрокороба и клеевым закрытием клапанов......94
   6.3. Машины с горизонтальным раскрытием гофрокороба...................................100
Глава 7. МАШИНЫ ДЛЯ ОБЁРТЫВАНИЯ (ОБАНДЕРОЛИВАНИЯ) КОРОБОК — ЦЕЛЛОФАНАТОРЫ. СОСТАВ КОНСТРУКТИВНЫХ УЗЛОВ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
ЦЕЛЛОФАНАТОРОМ...................................102
Глава 8. АВТОМАТИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ
УПАКОВОЧНЫХ МАШИН................................110
Глава 9. ПРОГРАММИРОВАНИЕ РАБОТЫ УПАКОВОЧНЫХ МАШИН. ЯЗЫКИ
ПРОГРАММИРОВАНИЯ......................119
Глава 10. ЭКСПЛУАТАЦИЯ И ОБСЛУЖИВАНИЕ УПАКОВОЧНЫХ МАШИН.....................122
Глава 11. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УПАКОВОЧНЫХ МАШИН.......125
ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................130
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.....................131
ПРИЛОЖЕНИЯ............................133
   Приложение 1. Краткие сведения о применяемых моторах............................133
   Приложение 2. Условные обозначения некоторых элементов пневмосистем ............134

5

                ПРЕДИСЛОВИЕ





    Материал, предлагаемый вниманию студентов в этом учебном пособии, относится к достаточно сложной области конструирования — классу упаковочных машин. Практически в России отсутствовали специализированные институты или конструкторские бюро, деятельность которых была бы направлена на создание упаковочной индустрии, охватывающей огромную область упаковочной техники для всех отраслей народного хозяйства. Отсутствуют они и в настоящее время.
    В начале 2000-х годов в России стали появляться предприятия малого и среднего бизнеса в пищевой промышленности, медицинской, парфюмерной и других отраслях. В погоне за прибылью многие фирмы стремительно стали автоматизировать свои производства, автоматизировать технологические процессы, связанные с переработкой продукции и её упаковкой. К упаковочным станкам для своей продукции фирмы предъявляли определенные требования: производительность, стоимость, дизайн, срок исполнения заказа и т. д. Создаются многие машиностроительные фирмы по упаковке различной продукции. Однако основным поставщиком такой техники являлись зарубежные фирмы с высокой стоимостью поставляемого оборудования.
    Автоматизация производства прежде всего связана с видом упаковываемого продукта, технологическим процессом его переработки, с тарой, в которую продукт должен быть упакован, и т. д. Отсюда возникает и всё многообразие технологических и конструктивных решений в исполнении разнообразного упаковочного оборудования.
    Разнообразие задач, стоящих перед упаковкой товара, создает определённые трудности в классификации всего упаковочного оборудования.
    В данном учебном пособии приведен материал, основанный на конструкторских разработках созданной в 2001 году фирмы

6

НПО «Технологии упаковки». Фирма являлась единственной в России конструкторской организацией, выполняющей заказы многих предприятий различных отраслей промышленности (пищевых предприятий, медицинских, парфюмерных и пр.) на специальное конструирование, изготовление и поставку современных отечественных упаковочных машин.
     Отсутствие единой классификации упаковочных машин позволило авторам предложить свою, более удобную для рассмотрения различных конструкций классификацию упаковочного оборудования [28].
     В предложенной классификации рассматриваются два вида машин. Первый вид — это технологическое оборудование, используемое для переработки различных видов продукции, и оборудование для производства некоторых видов тары. И второй вид — оборудование, реализующее непосредственно процессы упаковывания — упаковочное оборудование. Технологическое оборудование связано с первичным процессом преобразования продукта. Упаковочное оборудование осуществляет только процесс упаковывания. Часто это оборудование называют концевым, поскольку оно завершает сам процесс производства любого продукта.
     В этой последовательности и рассматривается представляемый в учебном пособии материал. Описываемое в книге оборудование используется в основном для упаковывания в картон и гофрокартон как наиболее удобный материал для упаковочной тары. Рассмотрены машины и для упаковывания в полимерную плёнку. Последняя глава пособия посвящена экономической целесообразности использования упаковочного оборудования.
     Создание новых современных отечественных упаковочных машин и автоматических упаковочных линий, успешно конкурирующих на рынке с зарубежным оборудованием, поставило бы нашу страну на передовые позиции упаковочного машиностроения.
     Все упаковочные машины, описанные в книге, за исключением тех, где названы зарубежные фирмы, поставлены на действующие предприятия, по заявкам которых они были изготовлены [11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20].
     В заключение считаем своим долгом выразить благодарность д. т. н., проф. М. Е. Чернову и д. т. н., проф. Н. Ф. Ефремо

7

ву за сделанные замечания и дополнения, которые авторы внесли в основной текст учебного пособия.
    Авторы благодарны коллективу компании НПО «Технологии упаковки», создававшему различные упаковочные машины, описанные ниже, а также лично сотрудникам |О. А. Овсянникову, В. Г. Сафронову, Ю. А. Володину, В. Ю. Тодорчуку и другим работникам за помощь в создании этой книги.

8

                Глава 1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УПАКОВОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ





    Современное машиностроительное производство охватывает множество различных отраслей народного хозяйства, одна из них — упаковочная отрасль, включающая создание современной удобной упаковки, её дизайна и упаковочного оборудования. Упаковочная отрасль является одной из формирующих отраслей рыночной экономики, влияющей на всю инфраструктуру экономики страны.
    Упаковочное оборудование [5, 23] — это часть машиностроительного производства, включающая в себя целую серию машин, которая может состоять как из одной упаковочной единицы, так и из нескольких единиц упаковочных станков различного назначения, объединённых в одну технологическую цепочку. Каждая единица — станок может выполнять законченную технологическую операцию или последовательность операций и выдавать готовую продукцию. В случае достаточно большого количества технологических операций оборудование может включать несколько последовательно установленных специальных станков. Тогда мы имеем поточную упаковочную автоматическую линию.
    Упаковочной отраслью выпускаются десятки видов различного упаковочного оборудования, различающегося:
   • по виду упаковываемого продукта (твердый, жидкий, сыпучий, желеобразный и т. д.);
   • типу упаковки (в пленку, картонную коробку, тубу, гофрокартон, жестяную тару и т. д.);
   • количеству одновременно упаковываемых продуктов и товаров (единичная или групповая упаковка);
   • принципу действия оборудования (непрерывного или дискретного (шагового) действия);
   • степени участия работника (автомат или полуавтомат).

9

    Понятие «упаковочное оборудование» вмещает целый ряд технологических упаковочных машин, обеспечивающих производство (изготовление) определённого упакованного продукта, начиная от обработки соответствующего сырья и кончая созданием транспортной упаковочной единицы — упакованным продуктом. Так выстраивается технологическая последовательность операций — автоматическая линия машин служебного назначения, отличающаяся разнообразием конструкторских решений, для изготовления и упаковывания продукта (товара). Таким образом, упаковывание товара — это многооперационный процесс производства от обработки сырья до получения готового упакованного продукта [1, 2, 6].
    Однако следует отметить, что продукты и товары, подлежащие упаковке, значительно отличаются друг от друга, поэтому упаковочные машины, выпускаемые, например, для упаковывания жидких продуктов, не могут быть использованы для упаковки сыпучих продуктов, а станки, предназначенные, например, для упаковки сыпучих продуктов в коробки определённого размера, зачастую не подходят для упаковки однотипного продукта в коробки другого размера. С развитием и улучшением качества товара, с совершенствованием тары и её дизайна должно меняться и упаковочное оборудование. В этом отношении модели упаковочного оборудования должны выпускаться отдельными ограниченными партиями для определённых товаров (продуктов) и отличаться конструктивными решениями.
    Стратегия развития отечественного упаковочного производства должна быть ориентирована на создание наукоемкого, высокотехнологичного оборудования, обеспечивающего импортозамещение для упаковочной отрасли, повышение конкурентоспособности, рентабельности и продвижение его на российский и зарубежные рынки, обеспечение в первоочередных задачах потребности населения в продуктах питания и непродовольственных товарах, упакованных в красивую и надёжную упаковку.


            1.1. Отрасль упаковочного производства


    Отрасль отечественного упаковочного производства появилась около 50 лет назад. В июне 1959 года в Калуге при калуж

10

ском Совнархозе был создан Научно-исследовательский и экспериментально-конструкторский институт тары и упаковки — НИ-ЭКИТУ. В задачу этого института входило: разработка и производство новых видов тары и упаковки различных продуктов. Значительное развитие институт получил в 1980 году. К этому времени он стал крупным научно-производственным комплексом, где были созданы учебный центр, мастерские, филиал в Одессе. Однако, к сожалению, он занимался только созданием различного рода упаковки и тары, конструкторского упаковочного отдела машиностроения как такового там не было.
    В некоторых городах России в разное время были созданы объединения, разрабатывавшие технологии и оборудование для фасования и упаковывания различных видов продуктов. Это «Упмаш», г. Воронеж, «Ленпродмаш», г. Ленинград, «Орёлпрод-маш», г. Орёл, НПО «Технология» (ПКТИмаш), г. Москва, и др. Деятельность этих предприятий координировало Министерство машиностроения для лёгкой и пищевой промышленности и бытовых приборов (Минлегпищемаш СССР). С ликвидацией министерства в 1987 году было нарушено их системное финансирование и связь с производственными комплексами, отраслями и потребителями.
    Новый этап развития упаковочного машиностроения начался в конце 90-х годов прошлого столетия. В этот период было создано свыше 100 предприятий по различным технологическим направлениям. Во многих вузах страны появилась новая специальность — «Технология и дизайн упаковки».
    За последнее время упаковочная отрасль России совершила гигантский рывок и вошла в десятку важнейших отраслей страны с оборотом примерно 10-12 млрд долларов в год, тем самым став одной из ведущих отраслей российской экономики. Особенно успешно развиваются предприятия малого и среднего бизнеса, агропродмаш, химмаш и другие отрасли народного хозяйства.
    На рынке упаковки в стране в настоящее время работает более 4 тыс. предприятий. Однако следует отметить, что российское упаковочное оборудование в этой отрасли занимает всего примерно 30%. В то же время потребности российского рынка упаковки растут на 12-15% ежегодно.

11

    Всемирная организация упаковщиков (WPO) относит российский упаковочный рынок к 10 крупнейшим на планете [9].
    Одним из существенных недостатков развития упаковочной отрасли являются отсутствие достаточного количества современных учебников, учебных пособий для подготовки профессионалов данного направления и профиля, а также острый дефицит профессиональных кадров инженеров и технологов, решающих задачи создания тары, упаковки, её дизайна и непосредственно современного упаковочного оборудования.


            1.2. Необходимость создания упаковочного производства


    Традиционное представление об упаковке связано прежде всего с её изначальной функцией — сохранять качество продукта, предохранять от внешних воздействий, быть оболочкой, контейнером при его доставке. Продукт в дешёвой упаковке при его употреблении кажется менее качественным. Упаковка [21, 22, 23] — это и внешний вид продукта, важный маркетинговый инструмент привлечения потребителей, позиционирования бренда определённой фирмы-производителя, цивилизованная форма потребительской продажи товара. Привлекательная упаковка, сохраняющая качество товара, — обязательное условие предоставления продукции потребителю. Для качественной упаковки различных продуктов при их серийном или массовом производстве необходимо иметь современную упаковочную отрасль машиностроения.
    Единственным минусом упаковки является появление так называемых технических (твердых) бытовых отходов (ТБО), которые, по мнению специалистов-экологов, занимают порядка 70% в общем объёме всех отходов.
    Для упаковывания продукции используются различные упаковочные материалы. Это картон, гофрокартон, полиэтиленовая (полимерная) и термосвариваемая плёнки, жесть, бумага, пластик, стекло и т. д. Выбор материала упаковки определяется многими факторами: экономическими соображениями производителя, требованиями и условиями рынка, дизайном упаковки и пр.


12

    В последнее время значительное развитие получила универсальная и экономически выгодная упаковка в картонно-бумажную тару: картон, бумагу и гофрокартон. Это картонно-бумажные коробки и гофрокороба. В экологическом отношении картонно-бумажная упаковка предпочтительнее мягкой полиэтиленовой [4], да и наносить на неё необходимую информацию о товаре значительно легче, чем на упаковку из других материалов.
    Область применения картона и картонной тары очень широка. Это упаковка в картонные коробки и гофрокороба всевозможных продуктов — как сыпучих, так и твердых — в различных отраслях промышленности. При ламинировании картонно-бумажной тары её можно успешно использовать для упаковки жидких продуктов.
    Для придания хорошего внешнего вида и сохранения качества товара многие производители используют оцеллофанивание (обёртывание) коробок в термосвариваемую плёнку.


            1.3. Способы упаковывания товаров и продукции


    Процессы упаковывания продуктов и товаров могут производиться как вручную, так и автоматически на машинах. Автоматическое упаковывание неразрывно связаны с оборудованием, на котором осуществляются все технологические операции [6, 8, 10].
    На сегодняшний день не существует единой классификации фасовочно-упаковочного оборудования. Сложность классификации связана в первую очередь с огромным разнообразием применяемых технологий, материалов, упаковываемых продуктов, а также с использованием одинаковых процессов упаковывания для различных групп товаров.
    Практически в любом упаковочном оборудовании можно выделить три основные подсистемы (группы): 1) подготовка и подача упаковочного материала (подготовка и подача преформы или раскроя), 2) дозирование и подача продукта и 3) сам процесс фасования и упаковывания. При этом каждый отдельный класс подсистемы может быть сгруппирован с различными классами других подсистем. Например, стаканчиковый дозатор может быть использован при дозировании продукта и в дальнейшей упаковке

13