收稿日期：2011－11－17；修稿日期：2011－11－25
作者简介：张有良（1962－），男，教授级高级工程师，长期从事食品、饮料、乳品、包装机械等的电气设计和研究工作，通信地址：710086
6号：－62@163．设计计算
屋顶形包装机加热机构与空气过滤系统的研制
张有良1，王剑峰1，张国安1，王瑾1，曾劲松
2
（1．轻工业西安机械设计研究院，西安710086；2．华南理工大学轻工与食品学院，广州510640）摘要：加热机构和空气过滤系统是屋顶形包装机的主要部分，在包装过程中起着很重要的作用，涉
及到制盒、杀菌、封口、日期打印、灌装等工艺过程。通过对加热机构和空气过滤系统的叙述，论证了两个系统密不可分。屋顶形包装机的加热器不同于普通加热器，通过对加热器的结构、材料和控制原理的论述，介绍了该加热器的应用方法。
关键字：屋顶形包装机；无菌空气；加热器
中图分类号：TS252．3；TB486．1文献标识码：A 文章编号：1005－1295（2012）01－0027－03
doi ：10．3969/j．issn．1005－1295．2012．01．007
Study on Heating Mechanism and Air Filtration System of Gabel-box Packaging Machine
ZHANG You-liang 1，WANG Jian-feng 1，ZHANG Guo-an 1，WANG Jin 1，ZENG Jin-song 2
（1．Light Industry Xi'an Mechanical Research Institute ，Xi'an 710086，China ；2．South China University
of Technology College of Light Industry and Food Science Guangzhou 510640，China ）
Abstract ：The heating mechanism and air filtration system are the part and parcel of the machine which involved in the technology of box-making ，sterilization ，sealing ，printing the date ，filling and so on．Provides the heating mechanism and air filtration system of the machine ，demonstrated the two system interwovenness ，have been playing very important role in the process of package．The heater of gabel-box packaging machine unlike the general heater ，to analyzed the material of construction and the control principle to the heater ，put forward application method of heater．
Key words ：gabel-box packaging machine ；sterile air ；heater 屋顶形包装常用于纯牛奶、纯酸奶、高档果汁
饮品等的包装。市场所有屋顶形包装机均采用模切压痕预制包装盒进行灌装，由于包装材料、包装过程和被包装的物料等因素的限制，包装过程达不到商业无菌。加热系统直接影响着包装质量，是屋顶形包装机的重要组成部分。在加热系统中，对包装容器进行三级过滤和增加经过三级过滤的无菌空气系统填充料缸，延长了产品的货架期［1］。1
加热系统组成与作用
1．1
加热系统组成
屋顶形包装机的加热系统由空气过滤系统、制盒封底加热器、双氧水烘干加热器、盒顶封合加热器和日期印字加热器等组成。1．2加热系统作用
在屋顶形包装机包装过程中，有一个对包装盒内喷洒双氧水的工艺过程，通过双氧水烘干加热器利用双氧水来完成对包装盒的杀菌。其原理是一个不稳定双氧水分子（H 2O 2），遇热分解成水分子和氧原子（H 2O 2→ 加热
H 2O +O ），分解出的氧
屋顶形包装机加热机构与空气过滤系统的研制———张有良，王剑峰，张国安，王瑾，曾劲松
原子因具有强氧化性，能够结合细菌中的金属等离子，形成氧化物，因而具有杀菌功能。为了提高包装速度，对喷洒过的双氧水进行加热，双氧水遇热迅速反应，达到杀菌目的。以往的屋顶形包装机没有对包装盒进行杀菌，这是本机不同于普通屋顶包装机的亮点之一。
在盒顶封合加热器中，加热空气的气源由过滤
空气系统提供，
一方面对于盒顶封合材料进行加热，便于盒顶封合；另一方面，在盒顶加热的过程中，加
热的过滤空气转变成无菌空气，
替换包装盒中剩余的空气，减少盒中空气细菌数量，延长产品的货架期。
在制盒封底加热器中，屋顶形包装盒是预制的模切压痕桶状折叠盒对拉开成型后的长方体盒进行，首先需要封底，再进入杀菌、灌装等工艺。预制盒内预涂了一层无毒塑料膜，通过350?的热空气加热熔化、压合等工序制成包装盒。2屋顶形包装机的空气过滤系统2．1
空气过滤系统的组成
空气过滤系统是屋顶形包装机的一个重要组
成部分，承担对包装盒、盒顶封合的加热空气、盒底封合加热空气的杀菌和对料缸提供无菌空气的作用，确保在包装过程中无有害菌的污染和产品的安全性（见图1）
。
图1空气过滤系统简图
1－空气过滤组件2－风机3－管道总成4－盒顶加热器5－双氧水烘干加热器6－料缸无菌空气供给7－盒底加热器
图1是过滤空气系统简图，主要由空气过滤组件、
风机、管道总成等组成。提供给双氧水加热器（加热器、加热喷头）、料缸无菌空气供给系统（
）、盒底加热封合的过滤空气都是由该系统产生的，产生的无菌空气对包装盒和料缸进行无菌空气的
填充和替换，提高了包装产品的包装质量和安全性。包装产品要达到商业无菌，需要对包装材料超高温瞬时杀菌，同时对包装材料阻氧和遮光、包装车间的环境、包装设备的包装无菌室的建立和
包装材料的杀菌等有严格的要求［2］
。2．2
过滤空气生产原理
空气过滤系统主要是过滤空气中的浮游粒子、病毒、细菌、酵母菌、霉菌等。使产生的空气无尘无菌，
达到饮料灌装的要求。空气过滤组件包括初效空气过滤器、中效空气过滤器和高效空气过滤器，
通过风机、通风管道总成等组件可以产生无污染的过滤空气［3］
。3屋顶形包装机的加热器
3．1
加热器的结构组成
图2示出屋顶形包装机的加热器由安装板、
固定杆、云母板、连接杆、硅橡胶板、耐高温瓷套管、耐
高温瓷芯管、电炉丝、引出电炉丝、接线柱等组成。
图2加热器结构示意图
1－安装板2－固定杆3－云母板4－连接杆5－硅橡胶板6－耐高温瓷套管7－耐高温瓷芯管
8－电炉丝9－引出电炉丝
加热器由6个独立的加热部件组成，每个加热部件中，电阻丝以梅花状缠绕在耐高温的瓷芯管上，12个梅花瓣为一组，外边套上耐高温瓷管，如图3所示。电阻丝直径为1mm ，长度6m 左右，根据所需功率计算电阻丝的长度，材质要求在加热过程或者加热冷却后不氧化。
图3
电阻丝缠绕结构示意图
6个加热管通过固定杆、云母板、连接杆、硅
橡胶板均布在安装板上，如图2所示。云母板主要是隔热，
使热量与连接结构隔离。硅橡胶板特。
包装与食品机械2012年第30卷第1期
3．2
加热器控制原理
加热器由6个独立加热管组成，功率10kW
左右，干式法加热空气，瞬间温度可以达到300?
以上，当停止加热时空气温度迅速下降，但加热管温度保持高温。加热器的控制和过滤空气系统的
控制要有机的结合，
不能独立控制［3］
。根据加热器功率大、升降温快的特点，将加热
器的6个加热管分成两组，每组3个，采用AC380V 的星形接法供电，如图4所示，一组连续
加热（R 1），
一组根据加热器的温度控制加热（R 2），由G 1（PLC ）的温度控制模块控制，
A2．11、A2．12连接加热器的热电阻，对加热器温度进行采样，由A2．01控制固态继电器KA1、KA2的通断，对R 1组加热管加热控制
。
图4加热器加热控制原理示意图
3．3加热器使用注意事项
加热器是专门为屋顶形包装机设计的大功率（10kW ）干式空气加热器，和空气输送系统配合使用，不可单独使用，并且空气输送必须达到设定风速和风量。加热器由6个独立的加热管组成，供电接线采用三相380V 的星形接法，由于加热器瞬间能将空气加热到300 350?之间，加热温度比较高，在停止加热后，必须待温度降到50?以下后，吹风机方可停止，否则会损坏加热器。4制盒与盒底加热机构4．1
制盒工艺
屋顶形包装机的纸盒是一种筒状模切压痕预
制好的盒子（简称预制盒），将预制盒在同一个方向折叠成片状，存放在制盒匣内，通过制盒系统进行开盒并封底。
其工艺主要包括开盒、进盒、加热、折叠、封底、盒子输出。开盒。通过开盒机构将预制的折叠盒拉开，成
，其
他工序在心轴上进行；加热。当纸盒心轴停止时，
在第2工位处，盒底加热器驱动气缸将盒底加热器降到纸盒内以加热激活聚乙烯涂层；折叠。当纸盒心轴停止时，在第2工位处，折叠气缸驱动（电子凸轮设置）一对折叠斜板推挤纸盒边板，折叠罩同时下降，折叠其它板面；盒底封口。当纸盒心轴停止时，在第3工位处，曲导盒板保持加热折叠好的盒底折板封口形状。纸盒一旦进入第3工位处，气动封口气缸就将压板伸出，
并将折叠好的盒底封口；盒子输出。当纸盒心轴停止时，在第4工位处，安装在驱动轴上的凸轮驱动出盒吸盘上升到心轴底部，
吸住盒底，随着驱动轴的转动，将盒底封好后的盒子拉出到输送链道上，完成一个盒子制作。4．2盒底加热器组成
盒底加热器是制盒的一个重要机构，由安装座、空气进入接口、接线腔、主动摆杆、加热器外壳与加热器、摆杆、热空气出口腔、加热风盒等组成，图5所示。
图5盒底封合加热机构示意图1－安装座
2－空气进入接口3－接线腔
4－主动摆杆5－加热器外壳与加热器6－摆杆
7－热空气出口腔8－加热风盒
盒底加热器连接在安装座上，通过摆杆和主
动摆杆与驱动系统相连，
驱动加热器上下摆动，对盒底封合部位进行加热。接线腔、空气进入接口
用于加热器接线和过滤空气的进入，通过卡箍与加热器外壳连接。5盒顶加热机构
5．1
盒顶加热机构的组成
盒顶加热机构主要由接线腔、空气进入接口、
加热器外壳与加热器、驱动机构、热空气出口腔、加热风盒等组成，如图6所示。
接线腔、空气进入接口用于加热器接线和过滤空气的进入，通过卡箍与加热器外壳连接。盒顶加热机构根据包装工艺，有规律的上下移动，因此空气进入接口用螺纹软管和空气过滤系统相
33）屋顶形包装机加热机构与空气过滤系统的研制———张有良，王剑峰，张国安，王瑾，曾劲松
本机运行处理量可通过下式计算：Q =3600v
T n δ
式中
Q ———处理量/（个·h －1
）v ———载料模板运行线速/（mm ·s －1）T ———载料模板装配节距/mm n ———划口通道数
δ———修正系数，可取0．7 0．8
本机的载料模板运行线速设计为250
300mm /s ，模板节距取50．8mm ，由于是4通道机型，通过以上公式计算，本机设计处理量可达50000 60000个/h ，即单通道达12500 15000个/h 。经实际试验满足并优于设计数据。4
结束语
本机的设计解决了已有机械设备的缺点，具
有以下优点：
（1）适应性好。由于合理设计了载料模板和弹
性压合头，
因此可确保每一个栗子无论大小，均可进入模腔并被适当压紧、输送，受到同样工序的处理。（2）划口均匀，割痕深度可调并一致。由于栗子受压合头和模腔的相互夹持作用，栗子外壳弧面因压力而微变形，紧贴模腔底面，以模腔底面为基准，接受切割刀的划割，因此，其切割深度均相等。通过微调刀架，可调整切割刀划入深度。
（3）速度快，效率高。由于采用链条带动模板运行的模式，使物料在连续输送过程实现瞬间划割。本机设计的划口速度是已知采用激光划口的生产设备的6 7倍。
参考文献：
［1］高楠，孔晓玲，王卫，等．板栗切口对微波干燥工艺的
影响研究［
J ］．包装与食品机械，2009，27（3）：11－14．［2］肖红伟，林海，高振江，等．板栗激光划口机设计［
J ］．农业机械学报，
2010，54（11）：138－141．［3］陈红，杨锐．激光加工技术在板栗划口中的试验研究
［J ］．粮油加工，2009，40（4）：142－144．
（上接第29页
）
图6盒顶封合加热机构示意图
1－接线腔2－空气进入接口3－加热器外壳与加热器
4－驱动机构5－热空气出口腔6－加热风盒
加热器是定做的干式空气加热器，特点是功
率大，温度高。驱动机构主要由安装在长转轴上的凸轮、气缸和连接杆组成传动驱动系统，控制加热器的升降。5．2
盒顶加热器出口风盒
图7盒顶加热出口风盒机构示意图1－风盒A 2－风盒B 3－风盒C 4－壳体
个风
盒A 、
2个风盒B 、一个风盒C 和壳体组成，结构布局如图7所示。为了提高加热效率，每次加热两个工位的盒子，加热盒顶封接需要加热的部位。6
结束语
屋顶形包装机广泛应用于乳品和果汁饮料的
包装领域，
是一个典型的光、机、电一体化设备，该设备主要包括制盒、
加热、空气过滤、灌装、CIP 和传动等系统。加热系统是该设备的主要部分之一，涉及到制盒、杀菌、封口、日期打印（日期打印也可以采用喷墨打印）等工艺过程。对加热系统的综述与介绍，对屋顶形包装机进一步推广有着重要意义。通过对包装盒的材质进行杀菌，为在一定程度上达到商业无菌的包装机的研究提供思
路，
以最终达到产业化的目的。参考文献：
［1］张有良，常晓煜，张国安，等．屋顶形包装机的关键技
术［
J ］．包装与食品机械，2010，28（3）：9－13．［2］张有良．无菌空气冲瓶机设计探讨［J ］．包装与食品
机械，
2006，24（6）：23－25，31．［3］张有良．屋顶包装机的控制技术［J ］．食品开发，
，19（3）：38－全自动栗子高速划口机设计—
——张聪