張科 張明 葉遠(yuǎn)靜 孫敬慧

啤酒、飲料工業(yè)不斷發(fā)展，對(duì)設(shè)備的要求也隨之增高。洗瓶機(jī)作為灌裝線的核心設(shè)備之一，必然順應(yīng)時(shí)代潮流向智能化、節(jié)能化方向發(fā)展。如何提高洗瓶機(jī)的智能水平，同時(shí)降低設(shè)備的能耗，減小設(shè)備的運(yùn)營(yíng)成本，提高機(jī)器的使用效率，是每個(gè)設(shè)備制造企業(yè)和使用企業(yè)需要面對(duì)的的問題。本文從洗瓶機(jī)基本功能、面臨的問題出發(fā)，尋求智能化的解決方案，探討洗瓶機(jī)設(shè)計(jì)智能化發(fā)展趨勢(shì)[1-2]。

1.基本結(jié)構(gòu)與主要功能

洗瓶機(jī)包括進(jìn)瓶裝置、浸泡槽體、載瓶架、沖洗組件（預(yù)洗中洗終洗）、除標(biāo)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)（進(jìn)排瓶及主驅(qū)動(dòng)）、加熱系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、走臺(tái)和防護(hù)系統(tǒng)、排瓶裝置、電氣控制系統(tǒng)等部分，如圖一所示。

圖一 洗瓶機(jī)主要結(jié)構(gòu)

進(jìn)瓶裝置把臟瓶推入載瓶架，依次進(jìn)入槽體不同位置，進(jìn)行堿液浸泡，高溫殺菌，瓶?jī)?nèi)外高壓沖洗，除標(biāo)沖洗，清水沖洗干凈后,由排瓶裝置排出。洗滌過程中，液位、洗滌劑溫度濃度等檢測(cè)控制裝置，維持功能連續(xù)不斷。

2.技術(shù)現(xiàn)狀

目前市場(chǎng)上，洗瓶機(jī)速度大都在30000-40000 瓶/時(shí)左右，隨著啤酒飲料工業(yè)的規(guī)模化、集團(tuán)化，啤酒飲料灌裝市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，主流灌裝線速度將達(dá)到50000-60000 瓶/時(shí)，甚至更高。傳統(tǒng)的半自動(dòng)化生產(chǎn)線和一些人工處理的過程已經(jīng)無法滿足。另外，隨著人工成本的大幅上漲，雖然生產(chǎn)速度大幅度提高，但是要求操作人員更少，這對(duì)洗瓶機(jī)技術(shù)的智能化發(fā)展提出了更高的要求。

洗瓶機(jī)技術(shù)根據(jù)市場(chǎng)要求近年不斷改進(jìn)完善，已具備一定的節(jié)能化和智能化水平。洗瓶機(jī)進(jìn)、出瓶裝置已經(jīng)完成高速自動(dòng)化設(shè)計(jì)，理瓶、進(jìn)瓶、排瓶完全自動(dòng)化，運(yùn)行速度同主機(jī)自動(dòng)同步。過載、跳瓶、進(jìn)出瓶不到位等故障自動(dòng)報(bào)警停機(jī)，故障排除后自動(dòng)回程復(fù)位。一鍵復(fù)位功能替代人工復(fù)位，既減少了操作維護(hù)人員數(shù)量，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和安全風(fēng)險(xiǎn)。傳動(dòng)系統(tǒng)采用伺服同步技術(shù)替代純機(jī)械傳動(dòng)，減少了傳動(dòng)軸及連接件，減少了傳動(dòng)件的潤(rùn)滑及維護(hù)量。沖洗、除標(biāo)、加熱等系統(tǒng)相應(yīng)技術(shù)升級(jí)，如堿液自動(dòng)檢測(cè)與添加，槽內(nèi)液位自動(dòng)檢測(cè)與控制，標(biāo)簽自動(dòng)集中壓榨等。

3.技術(shù)設(shè)計(jì)面臨的問題

洗瓶機(jī)是高噸位、高能耗、高排污、高速化運(yùn)行的機(jī)器。生產(chǎn)維護(hù)、技術(shù)設(shè)計(jì)等方面，所面臨的新問題也逐漸顯現(xiàn)。

瓶型種類繁多，在線變更瓶型時(shí)，需要更換瓶型變更件，重新調(diào)整輸瓶、理瓶速度和壓力，既費(fèi)時(shí)又容易卡瓶倒瓶，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。

瓶盒老化或碎玻璃導(dǎo)致瓶盒破損，破損瓶盒容易夾住瓶子，形成進(jìn)出瓶故障，雖然機(jī)器可以自動(dòng)報(bào)警停機(jī)，但是需要人工在線處理，大大降低了生產(chǎn)線效率。

洗瓶機(jī)大容積、高產(chǎn)能運(yùn)行，單位時(shí)間內(nèi)截留的污染物增多，堿液污染速度加快，堿液在線過濾問題日益嚴(yán)重，堿液排放周期縮短，水、電、氣等能源消耗巨大，環(huán)保壓力劇增。

洗瓶機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)潤(rùn)滑點(diǎn)較多，傳動(dòng)件潤(rùn)滑維護(hù)工作量依然很大，機(jī)器高速運(yùn)行，潤(rùn)滑維護(hù)時(shí)安全風(fēng)險(xiǎn)大。

4.節(jié)能化智能化展望

4.1.進(jìn)出瓶裝置智能化設(shè)計(jì)

進(jìn)瓶輸瓶增加回程輸瓶和壓力傳感器。如圖二和圖三所示，增加回程輸瓶，既減小輸瓶動(dòng)力死角，又避免輸瓶壓力過分集中而出現(xiàn)堵卡瓶。輸瓶攔板增加壓力傳感器，在線檢測(cè)輸瓶壓力，連鎖控制輸瓶電機(jī)的運(yùn)行速度，主機(jī)速度變化會(huì)導(dǎo)致輸瓶壓力變化，根據(jù)壓力變化動(dòng)態(tài)匹配進(jìn)瓶輸瓶速度（瓶流量），保證輸瓶速度同主機(jī)同步，提高生產(chǎn)線效率。

圖二 進(jìn)出瓶裝置的示意

圖三 洗瓶機(jī)進(jìn)瓶裝置示意

進(jìn)瓶增加疊加瓶（瓶盒夾瓶未排出）記憶和報(bào)警功能。如圖四所示，瓶子未排出瓶盒繼續(xù)進(jìn)瓶時(shí)，機(jī)器自動(dòng)報(bào)警停機(jī)。以前是必須處理好夾瓶故障，更換好瓶盒，機(jī)器才可以繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。增加了疊加瓶記憶和報(bào)警功能后，可暫時(shí)不用更換瓶盒，選擇復(fù)位繼續(xù)維持機(jī)器高速生產(chǎn)，機(jī)器自動(dòng)記憶夾瓶工位，在下個(gè)進(jìn)瓶周期自動(dòng)屏蔽此工位不再進(jìn)瓶，不會(huì)再因故障停機(jī)，極大地提高了生產(chǎn)效率。

圖四 瓶盒夾瓶示意

瓶盒缺損智能定位報(bào)警控制。當(dāng)有瓶盒損壞或缺失時(shí)，機(jī)器依然進(jìn)瓶運(yùn)行，這會(huì)導(dǎo)致瓶子掉入機(jī)器內(nèi)部形成更大的故障。目前，這個(gè)問題依然是依靠人工監(jiān)控處理。通過增加特殊裝置，如圖五所示，通過激光傳感器、編碼信號(hào)桿智能定位瓶盒缺損情況，在線控制脫落工位不進(jìn)瓶，機(jī)器可維持高速運(yùn)行狀態(tài)。瓶盒脫落可以選擇停產(chǎn)或停機(jī)集中恢復(fù)，極大地提高了機(jī)器生產(chǎn)效率。

圖五 瓶盒缺損智能定位控制示意

4.2.噴淋在線過濾和自清洗技術(shù)

如圖六所示，洗瓶機(jī)噴淋大都采用粗過濾與精過濾二級(jí)串聯(lián)。精過濾采用雙過濾筒并聯(lián)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清洗，但一段時(shí)間后過濾筒還會(huì)出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，依然需要人工定期清理，清理周期約5-6 周。

圖六 雙過濾同反沖洗過濾

改進(jìn)洗瓶機(jī)噴淋系統(tǒng)，在除標(biāo)過濾與雙過濾筒之間增加一套全自動(dòng)高壓反沖洗過濾機(jī)，升級(jí)為三級(jí)過濾，如圖七所示。通過前后壓力傳感器，在線智能高壓反沖洗，使濾網(wǎng)始終處于高效過濾狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)濾網(wǎng)免人工清洗，進(jìn)一步提升了洗瓶機(jī)的生產(chǎn)效率[3]。

圖七 全自動(dòng)高壓反沖洗

4.3.堿槽堿液自動(dòng)互換及回收

目前，洗瓶機(jī)堿液基本上是周期性直接排放，排放周期約為兩周。堿液是高腐蝕物質(zhì)，也有一定溫度，過早排放是能源的浪費(fèi)，也對(duì)環(huán)保造成巨大壓力。為此，設(shè)計(jì)增加堿槽堿液互換和回收自動(dòng)化控制系統(tǒng)。如圖八所示，堿液槽通過氣控閥門，實(shí)現(xiàn)堿液槽之間堿液定期自動(dòng)互換，可設(shè)定始終排放最臟一槽的堿液，其它槽依次替換，這樣保留了原堿液的溫度和濃度，最大限度地提高堿液的使用效率，又延長(zhǎng)了堿液排放周期，節(jié)能又環(huán)保。

圖八 堿液互換與回收

另外可增加兩套堿液沉淀罐，一備一用，延長(zhǎng)堿液使用周期，并與堿液槽通過氣控閥實(shí)現(xiàn)周期性自動(dòng)互換，隨時(shí)滿足生產(chǎn)中堿液互換的需要。

4.4.瓶排運(yùn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)

該功能可以動(dòng)態(tài)顯示機(jī)內(nèi)剩余存瓶的排數(shù)，用于槽內(nèi)檢查檢修快速定位，節(jié)約維護(hù)時(shí)間。還可用于收線節(jié)能控制，當(dāng)洗瓶機(jī)收線停止進(jìn)瓶時(shí)，系統(tǒng)智能停止進(jìn)瓶系統(tǒng)，陸續(xù)（或延時(shí)）停止各槽水泵，鏈網(wǎng)過濾器減速機(jī)及相關(guān)運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)，不必等到排完所有瓶子再關(guān)停機(jī)器，避免了不必要的能源浪費(fèi)。

4.5.自動(dòng)潤(rùn)滑和無潤(rùn)滑報(bào)警技術(shù)

洗瓶機(jī)機(jī)體龐大，潤(rùn)滑點(diǎn)繁多，多數(shù)潤(rùn)滑點(diǎn)難于接近。自動(dòng)集中潤(rùn)滑可以實(shí)時(shí)監(jiān)控潤(rùn)滑情況和無潤(rùn)滑報(bào)警，既降低了勞動(dòng)強(qiáng)度又提高了潤(rùn)滑的可靠性，顯著地提高生產(chǎn)效率。如圖九所示。

圖九 洗瓶機(jī)自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)圖

4.6.運(yùn)行程序一鍵切換

啤酒飲料品種繁多，方瓶、扁瓶、錐形瓶、橢圓瓶等各種異型包裝相繼面市，標(biāo)簽種類層出不窮，給洗瓶參數(shù)設(shè)計(jì)和調(diào)整帶來了新的挑戰(zhàn)。

目前，洗瓶機(jī)設(shè)計(jì)僅是給出了主流的瓶型參數(shù)，其它瓶型參數(shù)主要在使用現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定。每次更換瓶時(shí)，操作員需要對(duì)照參數(shù)表，在觸摸屏上逐項(xiàng)設(shè)定不同瓶型的洗瓶參數(shù)，調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)、效率低。

將新瓶、舊瓶，純紙標(biāo)、鋁箔標(biāo)、壓敏膠標(biāo)等進(jìn)行分類和組合，預(yù)先設(shè)計(jì)好多套對(duì)應(yīng)的參數(shù)，每套參數(shù)程序之間可以一鍵切換，按新參數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)操作的簡(jiǎn)單化智能化，極大地提高了換線效率。每套程序可以解鎖后重新修訂參數(shù)，以適應(yīng)后續(xù)新瓶型需求，具有很好的延展性和開放性[4]。

5.總結(jié)

洗瓶設(shè)備智能化、節(jié)能化，不但能夠提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，還可以極大地改善工人工作環(huán)境，甚至實(shí)現(xiàn)無人值守[5-6]。

圖十 洗瓶機(jī)多程序一鍵切換功能