|
|
关于可乐瓶贴标机的研究—文献综述
摘要：贴标签是可乐生产的最后一道工序，其贴标质量的好坏直接影响到可乐的包装外观，甚至成为等外品；其贴标速度的高低，直接影响整个可乐生产线的工作效率。
本设计主要介绍了一种包装机械，贴标机的工作原理及（后标部分）主要零部件的设计过程，对其传动系统进行设计比校核，本次设计主要用于贴圆柱身瓶的纸质标签，由机架，传动装置系统、标签供给装置系统、贴标对象物（瓶罐包装件）的传送装置系统，涂胶装置，贴标整理装置和检测连锁控制装置等组成。
关键词：贴标机；螺旋式；取标；贴标
1.研究背景及意义
包装机械是包装工业的一大门类产品，在包装工业中有着举足轻重的地位和作用，它给行业提供必要的技术设备，以完成产品的包装工艺过程。尽管包装机械的产值在整个包装工业中所占的比重不如包装材料大，不属于经常性消耗品，但对包装工业的现代化却是不可缺少的支撑。它为包装工业提供先进的技术装备，保证包装产品质量高、生产效率高、品种多、生产环境好、生产成本低，带来巨大的社会效益和经济效益。没有现代化的包装机械，就没有现代化的包装工业[1]。包装机械的分类见图1-1。
图1-1 包装机械的分类
世界包装工业的历史大体上起始于本世纪初叶。到了50年代，由于生产流通日益现代化，国际化，包装工业发展相当迅猛，加上社会各部门的相互配合和推动，进而逐步形成了独立的包装工业体系。迄今，像欧美日等科学技术发达的国家，其包装工业总产值大约占国民经济总产值的2％左右。尽管包装机械所占比重不是很大，但每年却以10％左右的速率稳定增长。据统计，已投产使用的包装机超过了千余种，其中半数供应于食品，医药行业。
从当今世界新技术革命的发展趋势来看，包装材料、包装工艺、包装机械将会取得一系列新的突破，将会带动更多的产业部门和科技单位进入包装行业。
为了满足贴标行业发展的需要，近年来，我国许多有关部门集中了一定的力量，共同开发贴标机械。在引进国外先进设备和技术的基础上，仿制、改进和自行研制了很多贴标机械。我国近几年的贴标机械在设备的制造质量、性能和技术水平上都有了较大的进步，开发能力有所提高，速度有所加快，已经涌现出一批贴标机械的专业化制造企业；计算机等新技术应用已经开始普及，从而表明：我国的贴标机械已经有了初步的发展，并已经形成了一个独立的机械门类，以良好的开端进入了一个新的发展阶段。但是，我国的贴标机械的基础薄弱、水平低、质量差、品种少和不配套等落后状况还没有根本改变，远不能适应发展的需要，与世界先进国家还有很大差距。我国的贴标机械大概落后世界先进水平20-30年左右，这些情况表明，亟待我们继续努力，开创我国贴标机械发展的新局面[2]。
贴标签是可乐生产的最后一道工序，其贴标质量的好坏直接影响到可乐的包装外观，甚至成为等外品；其贴标速度的高低，直接影响整个可乐生产线的工作效率，对于生产能力每小时三万六千瓶的贴标机，就意味着每秒钟贴标十个，在这种高速运行的设备中，酒瓶一起高速旋转，同时作自转运动，如果控制不合理，极容易出现爆瓶事故，这不仅浪费了原料，更严重的是对现场工人的安全生产造成隐患。
贴标机可以提高产品贴标的贴附效率，贴附位置准确、质量好、稳定性高；避免人工贴标效率低下，贴附歪斜，上胶厚度不均匀和褶皱等一系列问题，有效减少浆糊的浪费，降低贴标人力成本，提高产品标识美观度，提升产品综合竞争力。贴标机是现代包装不可缺少的组成部分。
2.贴标机概述
采用粘结剂将标签贴在包装件或产品上的机器叫贴标机械。多数液态和部分粒状瓶装产品都是采用这种机器粘贴标签。标签对商品有装潢作用，同时便于商品的销售与管理。标签上的商标、商品的规格及主要参数、使用说明与商品介绍，是现代包装不可缺少的组成部分。贴标机是包(灌)装生产线上一台重要的设备，也是一台技术含量较高，结构较复杂的机器，被广泛地应用于食品、医药等与人们日常生活关系密切的行业中。无论是早期的简单贴标机械，还是后来的复杂贴标机械，以及现在的微电子控制的全自动化贴标机械，它的发展进步都在不断的影响着整个社会。
2.1 典型贴标原理简介
(1)湿敏粘合式贴标原理
图1-2为湿敏粘合贴标原理，标签在重锤作用下由标签盒逐渐向下运动，随着取标轮1的旋转标签被取下，并随传动轮4往下运动。经过轮5和轮6的作用，标签被刷胶，之后，标签随导轨下落。在标签的运动过程中，待贴瓶同步由导轨向前运动，到达龙门导轨正下方时，带着标签一起移动，靠毛刷9把标签烫平在包装件上。从而完成一次贴标。这种贴标机只能用于粘贴宽度大致等于半个瓶身周长的标签。贴标速度受落标速度限制，不能太快，但结构简单，适于在小工厂使用。
1—取标棍 2—标盒 3—重块 4—拉标辊 5—涂胶辊
6—上胶辊 7—胶缸 8—龙门导轨 9—毛刷
图1-2 湿敏粘合贴标原理示意图
(2)压和式贴标原理
这种贴标机一般由上料机构，传送带机构，取标送标机构，涂胶机构和滚贴机构等几个部分组成。图1-3是压合式贴标工作原理图，首先由真空轮1转动将标签由标签盒吸出，并随轮1一起转动，转至打印轮打印标签，继续转至真空轮2，在此过程中，真空轮1的吸附力逐渐变弱，至轮2时标签由轮2吸走，并随其转动，在转至浆糊涂抹器时刷胶，轮2和轮1一样，在转动过程中吸附力逐渐变小，在转至待贴瓶时，吸附力很小，靠滚压力把标签贴到瓶上，完成一次贴标。
图1-3 压和式贴标工作原理
(3)热敏粘合式贴原理
热敏粘合贴标机所用的标签涂了一种粘合剂，它只有在加热条件下才起粘合作用。图1-4为采用这种标签的热敏粘合贴标原理的示意图。图1-4(a)是采用加热板加热标签，使粘合剂变粘，随即贴到容器上。图1-4(b)则采用热水加热粘合剂。由于热敏粘合剂分为瞬时热合剂和延时热合剂，故选择标签所用的粘合剂应与被贴容器相适应，塑料容器尤其要注意。
1—标签 2—粘合剂 3—加热板 4—容器 5—热水喷管
图1-4 热敏粘合贴标原理示意图
(4)不干胶标签的贴标原理
不干胶贴标的原理如图1-5所示，所用标签背面涂了立即贴合的粘合剂，但是被硅处理网保护着，其原理如下：带贴合剂的标签2，事先粘在载标网上。贴标前通过分离杆4，使标签与载标网分离，在喷气和滚压的联合作用下，粘到容器的表面上。这种贴标机的标签材料种类较广。这种贴标机的标签可以具有金属感，透明或不透明等特性，满足各种要求。
2.2 常用贴标机的类型
标签的材质、形状很多，被贴标对象的类型、品种也很多，贴标要求也不尽相同。例如，有的只需贴一张身标；有的要求贴双标；有的则要求贴三个标签(身标、肩标、颈标)，有的只要求贴封口标签；另外生产率的要求也不同。为满足不同条件下的贴标需求，贴标机有多种多样，不同类型品种的贴标机，存在着贴标工艺和有关装置结构上的差别，当然也存在着共性。
贴标机按自动化程度可分为半自动贴标机和全自动贴标机；按容器的运行方向可分为立式贴标机和卧式贴标机；按标签的种类可分为片式标签贴标机、卷筒状标签贴标机、热粘性标签贴标机和感压性标签贴标机及收缩简形标签贴标机；按容器的运动形式可分为直线式贴标机和转盘式贴标机，按贴标机结构可分为龙门式贴标机、真空转鼓式贴标机、多标盒转鼓贴标机、拨杆贴标机、旋转型贴标机；按贴标工艺特征可分为压撩式贴标机、弯压式贴标机、搓短式贴标机、刷抚式贴标机等。此外，还可以按照包装容器的材料(镀锡罐、玻璃瓶罐、纸质盒罐)、形状(圆形、异形)，贴标面的形状以及粘结剂的种类等进行分类[3]。
1—容器 2—标签 3—粘合剂 4—分离杆 5—载标网
图1-5 不干胶贴标机原理图
3.国内外研究现状
3.1国外现状
随着科学技术的发展和进步，贴标机在不断的发展。为适应贴标现代化的需要，随着新技术、新工艺、新材料的开发，贴标机械在品种、类型、效率、可靠性、功能多样化和自动化水平等各方面不断飞跃发展，集中表现为现代贴标机械高速化、自动化、系统化和通用化的发展趋势。目前所存在的贴标机主要以不干胶贴标机为主，以下是几种最新的贴标机。
图1-6所示为薄膜贴标机，这种贴标机依瓶罐形状、厚度、大小等不同及贴附条件可以进行相应的调整，贴标速度较快，每分钟约为200瓶；图1-7所示为往复式贴标机，这种贴标机贴标效率较高，适用于平面、凹面、曲面之精密贴标，同时可配合用户产品精密贴标要求及模具制作，贴标精度可以达到±0.5 mm以内；图1-8所示为微电脑自动贴标机，这种贴标机实施了微电子系统控制，贴标质量好，效率高，适合于将不干胶标签粘附在各种平面容器上；图1-9所示为多列式贴标机，这种贴标机配合了电子技术、通讯技术、电脑及网路等技术，可以实现高速高效贴标，这种贴标机是目前存在的最先进的贴标机械产品。
图1-6 薄膜贴标机 图1-7 往复式贴标机
图1-8 微电脑自动贴标机 图1-9 多列式贴标机
3.2 国内现状
中国贴标机的生产发展过程可分为三个阶段：
一、从20世纪80年代末到1994年为第一阶段。这个阶段主要是引进、仿制国外已淘汰的功能不全的贴标机。当时几个贴标机生产厂家只能生产贴二标（颈、身标）的贴标机，一种是型号为12-8-6回转式贴标机，一种是型号为15-4-6回转式贴标机。大约有近200台的型号为15-4-6（生产能力24,000瓶/时）贴标机和200多台的型号为12-8-6（生产能力12,000瓶/时）贴标机装备在国内各可乐厂的灌装生产线上运行，而大部分灌装生产线上的贴标机都是进口产品。这一时期，可乐包装只需贴二标，这些国产机器基本上还可以满足要求。由于国产设备在功能、性能、外观和贴标质量方面与进口设备相比差距太悬殊，对进口设备不可能产生任何威胁。因此、大家处于相安无事状态。这个时期进口贴标机在中国市场上占主导地位，绝大部分可乐厂家还是选择进口贴标机。广东省内的可乐厂基本上用的都是德国克朗斯（KRONES）的产品。
二、从1995年至2001年为第二阶段。这个阶段是中国贴标机生产的提升阶段。一是贴标速度的提升，从24,000瓶/时提升到33,000瓶/时，二是贴标功能的提升，从贴二标(颈、身标)提升到贴四标，即同时可贴头、颈、身、背标。从1995年开始，国内各可乐生产厂家为了提高产品装潢档次，提出在可乐瓶上贴头标和背标。为了适应这一发展趋势，各贴标机生产企业一方面研究在原二标机上增设贴头标和背标的功能，另一方面也积极研发四标贴标机。 1995年，“青岛机床厂”率先推出了18-8-6(生产能力26,000瓶/时)三标贴标机，可贴颈、身、背标，无贴头标功能。这一机型是当时国内生产的最大型号的贴标机。我认为，这一款贴标机的问世应该是一个里程碑。是中国第二代贴标机(四标机)研制开发的前奏曲。1997年，“广东轻工机械集团”推出了18-8-6四标机，1998年，“南海平航”(以下称平航)也推出了PH18-8-6四标机。1999年平航又研制成功PH24-8-6(生产能力33,000瓶/时)的四标机。2000年“秦皇岛中德”ZD18-8-6四标机和“广轻’24-8-6四标机相继问世。这些机型在功能上有重大突破，结束了过去国产贴标机只能贴二标的历史。在贴标速度上也有很大提高，速度从2,4000瓶/时到33,000瓶/时的提升，为高速贴标机的研发奠定了基础。同时在外观和内在质量上也有了重大改进，大大缩小了与进口贴标机的差距。但是，由于这些产品均属于试生产阶段，耐用度和稳定性仍有待于提高，加上用户长期以来对国产设备持有怀疑态度，还是普遍认为进口的贴标机比国产的要好，所以，在国内市场进口贴标机仍占主导地位。国产贴标机仍然对进口贴标机没有构成多大威胁。从1998年到2001年的几年间，由于“克朗斯”的产品价格长期居高不下，国产四标贴标机还处于襁褓之中，所以，外国其他品牌的贴标机乘机大量涌入中国市场，仅盖奈普(GERNEP)、科时敏(KOSME)、萨西布(SASIB)等各种型号的贴标机在国内就有近百台之多。
三、从2002年至今为第三阶段。这个阶段是中国贴标机技术成熟阶段，是中国贴标机历史上的一个重大转折点。这四年，国产贴标机的生产企业在互相竞争的同时，也形成了与国外贴标机生产企业竞争的态势，在竞争中提高、在提高中发展、在发展中创新，在创新中壮大，逐步完成了一个“质”的飞跃。2002年9月，平航自主研制出PH40-8-8(生产能力50,000瓶/时)的高速回转式贴标机，该机在北京“2002中国国际可乐、饮料制造技术及设备展览会”上一亮相，立即引起了业内的轰动。同年11月，金华金狮可乐有限公司和福建燕京可乐有限公司敢为天下先，在‘南轻’的40,000瓶/时可乐灌装生产线上同时选用了PH40-8-8高速回转式贴标机，成为第一个“吃螃蟹”的人。使得这一新产品有了一个试用、提高、完善的平台。2003年，平航PH40-8-8高速回转式贴标机获4项国家实用新型专利。该项目于2004年8月在浙江金华市通过科技成果鉴定(到目前为止，仍是全国唯一通过省级鉴定的国产贴标机)。该项目荣获2005年度广东省科技进步二等奖。被列为“2005年国家重点新产品计划”。这是中国贴标机制造业的一件大事，是国家对中国贴标机制造业的首肯。不仅仅是平航，也是所有同行乃至可乐界的骄傲。因为它标志着国内可乐高速生产线长期被国外贴标机垄断的局面已被打破，高速贴标机领域不二价的时代一去不复返了！这之后，“秦皇岛中德”、“青岛德隆”也相继推出45-8-9高速贴标机。这些生产贴标机的骨干厂家一方面拥有了高、中、低速各类型号贴标机的拳头产品，另一方面在产品质量上和技术含量上都有了不同程度的提高。过去，人们总喜欢问我：“你的产品跟进口产品比有没有差距、有多大差距？”现在，人们有时候会问我：“你的产品与“克朗斯”的产品相比还有哪些差距？”是否可以这样理解，国外贴标机产品除“克朗斯”外，其他品牌的贴标机已经不如国产的好了？从2002年至今国内贴标机的供求量就足以说明问题。据不完全统计，目前在中国可乐行业贴标机的年需求量大约100多台，“平航”占大约40%的市场份额，德国“克朗斯”约占5%左右的份额，其他国外品牌基本上销声匿迹，已无蛋糕可分。国产贴标机在中国市场上独领风骚，国外产品已经陷入“无可奈何花落去”的境地。长期充斥国内市场的外国产品有的受到了致命的打击，有的感受到了“唇齿之寒”的威胁。
中国贴标机虽然在短短的三年时间里把绝大部分国外产品挤出了“国门”，在国内市场上树立了霸主地位，但是，在国际市场中仍无地位可言。究其原因，大致如下：
1. 缺少核心技术，或者说核心技术发掘不够，产品质量的稳定性提高不大，与国际一流的产品尚有差距。
2. 产品品种单一，缺乏系列产品，如套标机、热熔胶贴标机、不干胶贴标机等，这些产品虽然在“2006中国国际可乐、饮料制造技术及设备展览会”上偶见一、二，也基本上属于“拿来主义”产物，尤其在高速领域仍是空白。 综上所述，国产贴标机若要全面占领国内可乐、饮料的需求市场，打入国际市场，提高国际竞争力，就应该在“质”和“量”上下功夫，在产品的稳定性、可靠性、实用性上下功夫，在发掘自己的核心技术、自主创新上下功夫。
4.应注意的问题
在本机的设计过程中，尽量减少机器的专用性，增加其通用性，也是我们的一个设计原则和目标。换而言之，就是使本机在生产过程中不仅能够适应有共同点的各种瓶型的贴标，同时也要使本机能够适应有共同点的各种不同规格，但具有相似形状的瓶型容器。
本机适用于各种瓶型，各种瓶型有不同的更换套件。
（1）瓶子大小改变，标纸不变，须更换的套件。 包括进出瓶星轮，中心导板；进瓶螺杆；止瓶星轮。
（2）瓶子大小不变，标纸大小、形状变化。 包括取标板；标签盒；定距套管。
（3）瓶子大小变，标纸大小变化。 上述一二点同时更换，并作相应调整。
参考文献
【1】华太年，唐之伟. 机构分析与设计[M]. 轻工出版社,1985.
【2】王用道译. 模型化凸轮系统动态综台分析与设计. 四川科技出版社,1986
【3】包装机械设计图册[M]. 上海科技出版社.
【4】 陈金元. 盘形凸轮机构几何尺寸的计算及计算机辅助设计[M]. 无锡轻工业学院学报, 1989.
【5】兰云志，李乐山. 高速贴标机数学模型研究与参数设计. 轻工机械.2003（1）
【6】吴其叶. 高速分件供送螺杆螺旋曲面特性的数值分析. 轻工机械.2004（1）
【7】许成林. 包装机械原理与设计. 上海科学技术出版社,1998
【8】肖仲湘. 贴标机凸轮齿轮组合机构的研究. 轻工机械, 2000（1）
【9】刘敏杰，董玉富. 回转式贴标机取标机构凸轮曲线的分析设计. 青岛建筑工程学院院报.2004 .25(1)
【10】兰云志. 高速贴标机数学模型研究与参数设计[J]．轻工机械2003 1
