เครื่องบรรจุของเหลวคืออะไร

ส่วนที่ 1 ภาพรวม

1. เครื่องบรรจุของเหลวคืออะไร?

 A เครื่องบรรจุของเหลว เป็นเครื่องจักรที่บรรจุผลิตภัณฑ์เหลวลงในภาชนะบรรจุภัณฑ์

ผลิตภัณฑ์ที่เป็นของเหลวจะถูกจำแนกตามความหนืดออกเป็นประเภทต่างๆ ดังนี้:

ของไหล ของเหลวใดๆ ที่สามารถไหลผ่านท่อทรงกลมด้วยความเร็วระดับหนึ่งภายใต้แรงโน้มถ่วงของตัวเอง อัตราการไหลส่วนใหญ่ได้รับผลกระทบจากความหนืดและความดันของของเหลว โดยทั่วไปความหนืดที่กำหนดไว้จะอยู่ในช่วง 1–100 เซนติพอยส์ เช่น แอลกอฮอล์ น้ำผลไม้ นม ซอสถั่วเหลือง เป็นต้น

ของเหลวกึ่งแข็ง: ของเหลวที่สามารถไหลผ่านท่อทรงกลมได้เฉพาะภายใต้แรงดันที่มากกว่าแรงโน้มถ่วงของตัวเอง โดยมีค่าความหนืดอยู่ในช่วง 100–1000 เซนติพอยส์ เช่น น้ำมันสำหรับทำเค้กฟองน้ำ ซอสปรุงรส น้ำพริกเนื้อ เป็นต้น

ของเหลวหนืด: ผลิตภัณฑ์ที่มีความหนืดเกิน 10,000 เซนติพอยส์ ซึ่งไม่จัดอยู่ในประเภทของเหลวหรือกึ่งของเหลว ตัวอย่างเช่น สารละลายข้น และผลิตภัณฑ์ที่คล้ายคลึงกัน

สำหรับของเหลวที่มีความหนืดต่ำ จะแบ่งออกเป็นประเภทไม่มีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และประเภทมีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ โดยพิจารณาจากว่ามีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์อยู่หรือไม่ และจะแบ่งออกเป็นเครื่องดื่มไม่มีแอลกอฮอล์ (น้ำอัดลม) และเครื่องดื่มมีแอลกอฮอล์ (สุรา) โดยพิจารณาจากว่ามีแอลกอฮอล์อยู่หรือไม่

ลักษณะการไหลของของเหลวยังได้รับผลกระทบจากปัจจัยต่างๆ เช่น อุณหภูมิ ความหนืด ปริมาณอนุภาคของแข็ง ความสามารถในการย่อยสลาย แรงตึงผิว หรือคุณสมบัติการเกิดฟอง

ปัจจุบันบรรจุภัณฑ์ถูกจำแนกตามวัสดุเป็นหลัก ได้แก่ ขวดแก้ว กระป๋องโลหะ ภาชนะกระดาษ ขวดพลาสติก เป็นต้น และยังแบ่งย่อยออกเป็น:

ภาชนะแข็ง: ภาชนะใดๆ ที่ทำจากโลหะ แก้ว เซรามิก หรือพลาสติก ที่สามารถทนแรงกดลงได้ 15 ปอนด์โดยไม่เสียรูปทรง และไม่มีของเหลวรั่วซึมหลังจากปิดฝาเรียบร้อยแล้ว

ภาชนะกึ่งแข็ง: ภาชนะใดๆ ที่ทำจากพลาสติกน้ำหนักเบา (โดยทั่วไปขึ้นรูปด้วยการเป่าหรือความร้อน) หรือกระดาษแข็งและวัสดุผสมกระดาษที่ไม่รั่วซึมของเหลวหลังจากปิดผนึกด้วยฝาปิดแล้ว

ภาชนะไม่แข็ง: ภาชนะใดๆ ที่ทำจากฟิล์มพลาสติก ฟอยล์โลหะ ฟิล์มคอมโพสิตพลาสติก หรือวัสดุผสมของทั้งสองอย่าง (เช่น ถุง ซึ่งโดยทั่วไปแล้วต้องใช้ระบบบรรจุที่มีอุปกรณ์ผลิตถุง) การบรรจุแบบปริมาตรโดยใช้ลูกสูบเป็นวิธีที่ใช้กันทั่วไป โดยระบบบรรจุจะเติมของเหลวปริมาตรคงที่ลงในภาชนะที่ผลิตโดยอุปกรณ์นี้

II. ประเภทหลักของเครื่องบรรจุ

1. การจำแนกประเภทตามรูปแบบการเคลื่อนที่หลักของการบรรจุขวด

เครื่องบรรจุโรตารี่

ขวดที่จะบรรจุจะถูกป้อนเข้าสู่กลไกป้อนขวดของเครื่องบรรจุโดยระบบลำเลียง (โดยทั่วไปจะป้อนผ่านสายพานลำเลียงหลังจากเครื่องล้างขวด) หรือป้อนด้วยมือ ขวดจะถูกขับเคลื่อนโดยแท่นหมุนของเครื่องบรรจุให้หมุนรอบแกนแนวตั้งหลักเพื่อทำการบรรจุอย่างต่อเนื่อง เมื่อหมุนเกือบครบหนึ่งรอบ ขวดจะถูกบรรจุเต็ม และจากนั้นจะถูกส่งไปยังเครื่องปิดฝาโดยแท่นหมุนเพื่อทำการปิดฝา (ดูรูปที่ 1 และ 2)

ภาพที่ 1 มุมมองด้านบนของขวดระหว่างกระบวนการบรรจุ

รูปที่ 2 แผนภาพแสดงการขยายตัวของขวดขณะบรรจุ

เครื่องบรรจุประเภทนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมอาหารและเครื่องดื่ม (เช่น สำหรับบรรจุโซดา น้ำผลไม้ เบียร์ นม) โดยส่วนประกอบหลักๆ ได้แก่ ระบบลำเลียงของเหลว (ระบบป้อน) ระบบลำเลียงภาชนะ (ระบบป้อนขวด) วาล์วบรรจุ จานหมุนขนาดใหญ่ ระบบส่งกำลัง ตัวเครื่อง และระบบควบคุมอัตโนมัติ ในบรรดาส่วนประกอบเหล่านี้ วาล์วบรรจุเป็นหัวใจสำคัญในการรับประกันการทำงานปกติของเครื่องบรรจุ

เครื่องบรรจุเชิงเส้น

ขวดบรรจุจะเคลื่อนที่ไปตามแนวเส้นตรงเพื่อบรรจุทีละแถว (ดูรูปที่ 3) เมื่อขวดเปล่ามาถึงแถวหนึ่ง แผ่นดันขวดจะดันขวดไปข้างหน้าหนึ่งครั้ง เมื่อขวดมาถึงต่ำกว่าหัวฉีดบรรจุ วาล์วจะเปิดเพื่อบรรจุ โดยการทำงานจะเป็นแบบไม่ต่อเนื่อง

รูปที่ 3 แผนภาพหลักการทำงานของเครื่องบรรจุแบบเส้นตรง

I. การบรรจุตามปริมาณที่กำหนด, II. การปิดฝา, III. การขันฝาให้แน่น, IV. การติดฉลาก, V. การบรรจุลงกล่องและลัง

1. แผ่นดันขวด 2. ปุ่มปรับระยะ 3,11,13. สายพานลำเลียง 4. จานสายพานลำเลียง 5. ขวด

 6. กลไกปิดฝา 7. กรวยป้อนวัสดุ 8. กลไกขันให้แน่น 9. กล่องติดฉลาก 10. กล่องติดกาว 12. แผ่นดันวัสดุ 14. ถังเก็บของเหลว 15. ท่อเติม

เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องบรรจุแบบหมุน เครื่องบรรจุประเภทนี้มีโครงสร้างที่เรียบง่ายกว่าและผลิตได้ง่ายกว่า แต่ใช้พื้นที่มากกว่าและทำงานเป็นช่วงๆ ซึ่งจำกัดการพัฒนาศักยภาพการผลิต ดังนั้นโดยทั่วไปจึงใช้สำหรับบรรจุของเหลวที่ไม่ใช่เครื่องดื่มอัดลมเท่านั้น และมีข้อจำกัดมากมาย

เครื่องบรรจุอัตโนมัติ

เครื่องจักรประเภทนี้สามารถแบ่งออกได้เป็น: เครื่องจักรบรรจุอัตโนมัติแบบเครื่องเดียว และเครื่องจักรบรรจุอัตโนมัติแบบผสม (ซึ่งอาจรวมถึงกระบวนการต่อเนื่อง เช่น การล้างขวด การบรรจุ การปิดฝา การติดฉลาก และการบรรจุกล่อง) การบรรจุอัตโนมัติส่วนใหญ่มักควบคุมด้วยระบบส่งกำลังเชิงกล

นอกจากนี้ ยังมีวิธีการจำแนกประเภทต่างๆ โดยพิจารณาจากวิธีการบรรจุ การปิด และอุปกรณ์เชิงปริมาณ โดยมีรายละเอียดเฉพาะแสดงในตารางที่ 1:

ตารางที่ 1 การจำแนกประเภทของเครื่องบรรจุ

ส่วนที่ 2 หลักการพื้นฐานของการบรรจุ

1. วิธีการเติมพื้นฐาน

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของผลิตภัณฑ์ของเหลวชนิดต่างๆ นั้นแตกต่างกัน เพื่อรักษาคุณลักษณะของผลิตภัณฑ์ให้คงเดิมในระหว่างการบรรจุ จึงจำเป็นต้องใช้วิธีการบรรจุที่แตกต่างกัน วิธีการบรรจุที่ใช้กันทั่วไปในเครื่องบรรจุมีดังต่อไปนี้:

1. วิธีวัดความดันบรรยากาศ

วิธีนี้เรียกอีกอย่างว่าวิธีแรงโน้มถ่วงล้วนๆ โดยของเหลวจะไหลลงสู่ภาชนะบรรจุภัณฑ์ด้วยน้ำหนักของตัวเองภายใต้ความดันบรรยากาศ ของเหลวที่ไม่ซ่าและไหลได้ดีส่วนใหญ่สามารถบรรจุด้วยวิธีนี้ได้ เช่น เหล้าจีน (ไป๋จิ๋ว), ไวน์ผลไม้, นม, ซอสถั่วเหลือง, น้ำส้มสายชู เป็นต้น

2. วิธีความดันคงที่

วิธีการบรรจุแบบนี้เรียกอีกอย่างว่าวิธีการบรรจุแบบแรงดัน-แรงโน้มถ่วง ซึ่งทำงานภายใต้แรงดันที่สูงกว่าความดันบรรยากาศ ขั้นแรกจะเติมลมเข้าไปในภาชนะบรรจุภัณฑ์เพื่อให้มีแรงดันอากาศเท่ากับแรงดันในถังเก็บของเหลว จากนั้นของเหลวจะไหลเข้าไปในภาชนะด้วยน้ำหนักของตัวเอง วิธีนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการบรรจุเครื่องดื่มอัดลม เช่น เบียร์ โซดา ไวน์สปาร์กลิง เป็นต้น ช่วยลดการสูญเสียก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในผลิตภัณฑ์เหล่านี้และป้องกันการเกิดฟองมากเกินไปในระหว่างการบรรจุ ซึ่งอาจส่งผลต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์และความแม่นยำในการบรรจุ

3. วิธีการสูญญากาศ

การเติมอากาศจะดำเนินการภายใต้ความดันที่ต่ำกว่าความดันบรรยากาศ และสามารถดำเนินการได้สองวิธี:

ความดันแตกต่างแบบสุญญากาศ

ถังเก็บของเหลวมีแรงดันบรรยากาศ ในขณะที่ภาชนะบรรจุภัณฑ์ถูกดูดอากาศออกจนเกิดสุญญากาศ ของเหลวจะไหลและเติมเต็มภาชนะเนื่องจากความแตกต่างของแรงดันระหว่างถังเก็บและภาชนะ วิธีนี้เป็นวิธีที่ใช้กันทั่วไปในประเทศจีน

แบบสุญญากาศแรงโน้มถ่วง

ทั้งถังเก็บของเหลวและภาชนะบรรจุภัณฑ์จะถูกดูดอากาศออกจนถึงระดับสุญญากาศเดียวกัน จากนั้นของเหลวจะไหลเข้าไปในภาชนะด้วยน้ำหนักของตัวเอง วิธีนี้มีโครงสร้างที่ซับซ้อนกว่าและไม่ค่อยได้ใช้ในประเทศจีน

วิธีการบรรจุแบบสุญญากาศมีประโยชน์หลากหลาย: เหมาะสำหรับการบรรจุของเหลวที่มีความหนืดค่อนข้างสูง (เช่น น้ำมัน น้ำเชื่อม) และของเหลวที่มีวิตามิน (เช่น น้ำผัก น้ำผลไม้) การสร้างสุญญากาศในขวดจะช่วยลดการสัมผัสระหว่างของเหลวกับอากาศ ทำให้ยืดอายุการเก็บรักษาผลิตภัณฑ์ได้ นอกจากนี้ยังใช้สำหรับการบรรจุวัสดุที่เป็นพิษ (เช่น สารกำจัดศัตรูพืช) เพื่อลดการรั่วไหลของก๊าซพิษและปรับปรุงสภาพการทำงาน

4. วิธีการวัดแรงดัน

ใช้วิธีแรงดันเชิงกลหรือแรงดันอากาศในการดันวัสดุเข้าไปในบรรจุภัณฑ์ วิธีนี้ส่วนใหญ่ใช้สำหรับบรรจุวัสดุที่มีความหนืดสูง เช่น ซอสมะเขือเทศ น้ำพริกเนื้อ ยาสีฟัน ครีมบำรุงผิว เป็นต้น นอกจากนี้ยังสามารถใช้สำหรับบรรจุเครื่องดื่ม เช่น น้ำอัดลมได้ โดยการบรรจุน้ำอัดลมลงในขวดที่ไม่ใช้แรงดันโดยตรงโดยใช้แรงดันก๊าซในตัวมันเอง ซึ่งช่วยเพิ่มความเร็วในการบรรจุ ฟองที่เกิดขึ้นจะสลายได้ง่าย (เนื่องจากน้ำอัดลมไม่มีสารคอลลอยด์) และมีผลกระทบต่อคุณภาพการบรรจุน้อยมาก

5. วิธีการไซฟอน

การเติมน้ำจะใช้หลักการกาลักน้ำ เป็นวิธีการเติมน้ำแบบเก่าที่สุด เข้าใจง่าย มีหลักการที่ไม่ซับซ้อน แต่ปัจจุบันไม่ค่อยได้ใช้แล้ว

การเลือกวิธีการบรรจุที่ถูกต้องนั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ รวมถึงคุณสมบัติของของเหลว (ความหนืด ความหนาแน่น การอัดแก๊ส ความระเหย) ข้อกำหนดของกระบวนการผลิตผลิตภัณฑ์ และโครงสร้างทางกลของเครื่องบรรจุ สำหรับของเหลวที่บริโภคได้ทั่วไปที่ไม่ใช่ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (เช่น นมบรรจุขวด แอลกอฮอล์บรรจุขวด) สามารถใช้วิธีความดันบรรยากาศหรือวิธีสุญญากาศก็ได้ การใช้วิธีสุญญากาศระดับสูงมีประโยชน์มากกว่าในการลดปริมาณออกซิเจนในของเหลวและยืดอายุการเก็บรักษา นอกจากนี้ยังมีโครงสร้างวาล์วบรรจุที่ง่ายกว่าและมีการรั่วไหลของของเหลวน้อยกว่า อย่างไรก็ตาม ระดับสุญญากาศที่สูงขึ้นอาจทำให้กลิ่นของแอลกอฮอล์หายไป และวิธีสุญญากาศมีต้นทุนอุปกรณ์สูงกว่าวิธีความดันบรรยากาศ โปรดทราบว่าไม่จำเป็นต้องใช้วิธีเดียวเสมอไป สามารถใช้หลายวิธีร่วมกันได้ ตัวอย่างเช่น เพื่อลดปริมาณออกซิเจนในเบียร์และป้องกันความขุ่นระหว่างการเก็บรักษา:

แนวทางหนึ่ง คือการไล่อากาศออกจากขวดก่อน แล้วจึงเติมก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เข้าไปภายใต้สภาวะความดันคงที่ (วิธีการสุญญากาศ-ความดันคงที่)

อีกแนวทางหนึ่ง คือการอัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เข้าไปในขวดจนมีความดันเท่ากัน จากนั้นส่งอากาศที่ถูกแทนที่ไปยังถังเก็บก๊าซแยกต่างหาก (ไม่ใช่ถังเก็บของเหลว) การบรรจุจะทำภายใต้สภาวะความดันคงที่ในระยะแรก และจะเพิ่มความเร็วในการส่งก๊าซกลับในระยะหลังเพื่อสร้างความแตกต่างของความดันกับถังเก็บ ทำให้ความเร็วในการบรรจุเพิ่มขึ้น (วิธีการความดันคงที่ (ความแตกต่างของความดัน))

II. วิธีการเชิงปริมาณ

การบรรจุสินค้าในปริมาณที่แม่นยำมีความสัมพันธ์โดยตรงกับต้นทุนของผลิตภัณฑ์และส่งผลต่อความเชื่อมั่นของผู้บริโภค โดยทั่วไปแล้ว การบรรจุสินค้าบรรจุภัณฑ์ในปริมาณที่แม่นยำจะแบ่งออกเป็น การวัดน้ำหนักและการวัดปริมาตร:

การวัดน้ำหนัก: จำเป็นต้องใช้เครื่องชั่งน้ำหนัก ซึ่งส่งผลให้โครงสร้างเครื่องจักรซับซ้อนมากขึ้น เหมาะสำหรับวัสดุแข็งที่มีความหนาแน่นแปรผัน และโดยปกติแล้วต้องใช้วงจรไฟฟ้าเพื่อการประสานงานทางกลไฟฟ้า

การวัดระดับเสียง: มีโครงสร้างที่เรียบง่ายกว่า ไม่จำเป็นต้องมีการประสานงานทางไฟฟ้า และนิยมใช้กับผลิตภัณฑ์ที่เป็นของเหลว วิธีการวัดปริมาตรของเหลวที่ใช้กันทั่วไปมี 3 วิธี ได้แก่:

1. วิธีการควบคุมระดับของเหลวเชิงปริมาณ

การบรรจุแบบกำหนดปริมาณทำได้โดยการควบคุมระดับความสูงของของเหลวในภาชนะ ปริมาณของเหลวที่บรรจุในแต่ละครั้งจะเท่ากับปริมาตรภายในของขวดที่ระดับความสูงที่กำหนด ดังนั้นจึงเรียกกันทั่วไปว่า "การวัดปริมาณโดยใช้ขวดเป็นฐาน" วิธีนี้มีโครงสร้างที่เรียบง่าย ไม่ต้องใช้อุปกรณ์เสริม และใช้งานง่าย แต่ไม่เหมาะสำหรับผลิตภัณฑ์ที่ต้องการความแม่นยำในการบรรจุสูง (เนื่องจากความแม่นยำของปริมาตรขวดส่งผลโดยตรงต่อความแม่นยำของปริมาณการบรรจุ)

รูปที่ 4 แผนภาพหลักการของวิธีการควบคุมระดับของเหลวเชิงปริมาณ (สำหรับการบรรจุนมสดฆ่าเชื้อ น้ำผลไม้สด ฯลฯ):

• (ก): ตำแหน่งที่ไม่ต้องเติม; (ข): ตำแหน่งที่ต้องเติม

เมื่อแผ่นยาง 6 และปลอกเลื่อน 5 ถูกยกขึ้นโดยขวด 11 ที่กำลังยกตัวขึ้น ช่องว่างจะเกิดขึ้นระหว่างหัวเติม 7 และปลอกเลื่อน 5 ทำให้ของเหลวไหลเข้าไปในขวด อากาศในขวดจะถูกระบายออกไปยังถังเก็บของเหลวผ่านท่อระบายอากาศ 1 เมื่อของเหลวถึงหน้าตัด c–c ของหัวฉีดท่อระบายอากาศ อากาศจะไม่สามารถไหลออกได้อีกต่อไป เมื่อของเหลวไหลเข้าไปเติมอย่างต่อเนื่อง ระดับของเหลวจะสูงขึ้นเหนือหัวฉีด ทำให้เกิดการอัดอากาศที่เหลืออยู่ในปากขวด เมื่อความดันสมดุลแล้ว ของเหลวจะหยุดไหลเข้าขวดและไหลขึ้นไปตามท่อระบายอากาศจนถึงระดับเดียวกับถังเก็บของเหลว (ตามหลักการของภาชนะสื่อสาร) จากนั้นขวดจะลดระดับลง และสปริงอัด 4 จะปิดผนึกหัวเติมและปลอกเลื่อนอีกครั้ง ของเหลวในท่อระบายอากาศจะหยดลงในขวด ทำให้การเติมเสร็จสมบูรณ์ตามปริมาณที่กำหนด ระดับของเหลวในขวดจะคงที่ภายใต้สภาวะการทำงานที่เสถียร

ในการปรับปริมาณการเติม เพียงแค่เปลี่ยนตำแหน่งของหัวฉีดท่อไอเสียภายในขวด

2. วิธีวัดปริมาณด้วยถ้วยตวง

ขั้นแรกให้ตวงของเหลวใส่ถ้วยตวงเพื่อวัดปริมาณ จากนั้นจึงเทลงในขวด โดยปริมาณที่เทแต่ละครั้งจะเท่ากับปริมาตรของถ้วยตวง

รูปที่ 5 แผนภาพแสดงกลไกการตวงแบบถ้วยตวงชนิดก๊อก:

1. วาล์วสามทาง 2 อยู่ในตำแหน่งที่แสดงทางด้านซ้าย ของเหลวไหลเข้าสู่ถ้วยตวง 1 ผ่านท่อทางเข้าของเหลว 4 ภายใต้ความดันคงที่ และอากาศในถ้วยจะถูกระบายออกทางท่อบาง 3

2. เมื่อระดับของเหลวในถ้วยถึงขอบล่างของท่อบางๆ อากาศจะไม่สามารถไหลออกได้อีกต่อไป อย่างไรก็ตาม ระดับของเหลวที่สูงขึ้นในถังเก็บจะทำให้ระดับของเหลวในถ้วยสูงขึ้นเหนือขอบล่างของท่อ ทำให้เกิดการอัดอากาศภายในจนกระทั่งความดันสมดุลเกิดขึ้น

3. ระดับของเหลวในท่อบาง 3 สูงขึ้นจนถึงระดับเดียวกับถังเก็บ (หลักการของภาชนะสื่อสาร)

4. หมุนวาล์วสามทางทวนเข็มนาฬิกา 90° (ตำแหน่งซ้าย) เพื่อแยกของเหลวในถ้วยตวงออกจากถังเก็บ และของเหลว (รวมถึงของเหลวในท่อเล็ก) จะไหลลงสู่ขวด

ในการปรับปริมาณการเติม ให้ปรับความสูงของท่อในถ้วยตวง หรือเปลี่ยนถ้วยตวงใหม่

(ต่อจากหัวข้อที่ 2 หลักการพื้นฐานของการเติม)

รูปที่ 6 โครงสร้างของถ้วยตวงแบบใช้งานโดยตรง

เมื่อไม่มีขวดที่จะเติมอยู่ด้านล่าง ถ้วยตวง 1 จะเลื่อนลงมาด้วยแรงของสปริง 7 และจุ่มลงในของเหลวในถังเก็บ ทำให้ของเหลวในถังไหลเข้าไปเติมเต็มถ้วยตวงตามขอบ จากนั้น ขวดที่จะเติมจะถูกยกขึ้นโดยที่รองขวด ปากขวดจะยกปากระฆัง 8 ท่อทางเข้าของเหลว 9 และถ้วยตวง 1 ขึ้นพร้อมกัน ทำให้ถ้วยตวงอยู่เหนือระดับของเหลว รูบนและล่างบนแผ่นกั้นในท่อทางเข้าของเหลวเชื่อมต่อกับตรงกลางของตัววาล์ว 3 ส่งผลให้ของเหลวในถ้วยตวงไหลลงผ่านท่อปรับ 2 เข้าสู่ร่องตรงกลางของตัววาล์ว 3 ผ่านรูบนของแผ่นกั้น แล้วเข้าไปในขวดที่จะเติมผ่านรูล่างของแผ่นกั้นและปลายด้านล่างของท่อทางเข้าของเหลว อากาศในขวดจะระบายออกทางช่องระบายอากาศบนปากระฆัง การเติมตามปริมาณที่กำหนดจะเสร็จสมบูรณ์เมื่อระดับของเหลวในถ้วยตวงลดลงถึงหน้าตัดด้านบนของท่อปรับระดับ 2

ปริมาตรของถ้วยตวงสามารถปรับได้โดยการเปลี่ยนความสูงของท่อปรับระดับ 2 ในถ้วยตวง หรือเปลี่ยนถ้วยตวงใหม่ โครงสร้างนี้เหมาะสำหรับการบรรจุเครื่องดื่มแอลกอฮอล์

3. วิธีการวัดปริมาณด้วยปั๊มวัดปริมาณ

นี่คือวิธีการบรรจุแบบกำหนดปริมาณโดยใช้หลักการบรรจุด้วยแรงดัน โดยทั่วไปจะใช้พลังงานในการควบคุมการเคลื่อนที่แบบไป-กลับของลูกสูบ: วัสดุจะถูกดูดจากกระบอกเก็บเข้าไปในกระบอกลูกสูบ จากนั้นจึงถูกกดเข้าไปในภาชนะบรรจุภัณฑ์ ปริมาณวัสดุที่บรรจุในแต่ละครั้งจะถูกควบคุมโดยระยะการเคลื่อนที่แบบไป-กลับของลูกสูบ รูปที่ 7 แสดงแผนภาพหลักการบรรจุซอสมะเขือเทศแบบกำหนดปริมาณโดยใช้ปั๊มวัดปริมาณ

รูปที่ 7 แผนภาพหลักการของวิธีการตวงด้วยถ้วยตวง

1. ตัววาล์ว 2. สปริง 3. วาล์วเลื่อน 4. กระบอกลูกสูบ 5. ลูกสูบ 6. ปากระฆัง

ลูกสูบ 5 ถูกขับเคลื่อนด้วยลูกเบี้ยว (ไม่แสดงในรูป) ให้เคลื่อนที่ขึ้นลง เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ลง ซอสจะไหลเข้าสู่กระบอกสูบลูกสูบ 4 ผ่านร่องรูปพระจันทร์เสี้ยวของวาล์วเลื่อน 3 ที่รูด้านล่างของถังเก็บ โดยอาศัยแรงโน้มถ่วงและความแตกต่างของความดัน เมื่อภาชนะที่จะบรรจุถูกยกขึ้นโดยที่รองขวดและดันกับปากระฆัง 6 และวาล์วเลื่อน 3 สปริง 2 จะถูกบีบอัดและร่องรูปพระจันทร์เสี้ยวบนวาล์วเลื่อนจะยกขึ้น ทำให้กระบอกสูบเก็บแยกออกจากกระบอกสูบลูกสูบ รูระบายบนวาล์วเลื่อนจะเชื่อมต่อกับกระบอกสูบลูกสูบ และในขณะเดียวกัน ลูกสูบจะเคลื่อนที่ขึ้นด้านบนภายใต้การทำงานของลูกเบี้ยว ดันซอสจากกระบอกสูบลูกสูบเข้าไปในภาชนะที่จะบรรจุ เมื่อภาชนะที่บรรจุแล้วลดลงพร้อมกับที่รองขวด สปริง 2 จะดันวาล์วเลื่อนให้เคลื่อนที่ลง และร่องรูปพระจันทร์เสี้ยวบนวาล์วเลื่อนจะเชื่อมต่อกระบอกสูบเก็บกับกระบอกสูบลูกสูบอีกครั้งสำหรับรอบการบรรจุครั้งต่อไป

หากไม่มีภาชนะสำหรับบรรจุซอสวางอยู่บนฐานรองขวด แม้ว่าลูกสูบจะไปถึงตำแหน่งการทำงานที่กำหนดและควรจะเคลื่อนที่ขึ้นด้านบนตามการทำงานของลูกเบี้ยว แต่ร่องรูปพระจันทร์เสี้ยวบนวาล์วเลื่อนจะไม่ยกขึ้น ทำให้ซอสถูกดันกลับเข้าไปในกระบอกเก็บโดยไม่ส่งผลกระทบต่อกระบวนการบรรจุครั้งต่อไปตามปกติ

ในการปรับปริมาณการเติมสำหรับวิธีนี้ เพียงแค่ปรับระยะชักของลูกสูบ

การเปรียบเทียบวิธีการเชิงปริมาณทั้งสามวิธี

• ความแม่นยำเชิงปริมาณ: วิธีแรก (การควบคุมระดับของเหลว) มีความแม่นยำน้อยกว่าสองวิธีหลัง เนื่องจากได้รับผลกระทบโดยตรงจากความแม่นยำของปริมาตรขวดและระดับการปิดผนึกของปากขวด

• โครงสร้างเชิงกล: วิธีแรกเป็นวิธีที่ง่ายที่สุด จึงนิยมใช้กันอย่างแพร่หลาย

การเลือกใช้วิธีการเชิงปริมาณ

การเลือกที่ถูกต้องนั้นขึ้นอยู่กับความแม่นยำเชิงปริมาณที่ต้องการของผลิตภัณฑ์เป็นหลัก ตัวอย่างเช่น:

• มาตรฐานของกระทรวงในประเทศจีนสำหรับเบียร์ขนาด 640 มิลลิลิตร คือ ±10 มิลลิลิตร ในขณะที่มาตรฐานของต่างประเทศคือ ±3 มิลลิลิตร

• สำหรับเครื่องดื่มแอลกอฮอล์บรรจุขวดและผลิตภัณฑ์อื่นๆ ที่วัดระดับของเหลว ความคลาดเคลื่อนไม่ควรเกิน 1.5 มิลลิเมตร และความคลาดเคลื่อนของปริมาตรควรควบคุมให้อยู่ภายใน ±0.4% ยิ่งผลิตภัณฑ์มีมูลค่าสูงเท่าใด ความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น

การเลือกใช้อุปกรณ์ยังคำนึงถึงลักษณะเฉพาะของกระบวนการของของเหลวด้วย เช่น สำหรับการบรรจุเครื่องดื่มอัดลม การใช้ถ้วยตวงอาจลดความแม่นยำลงเนื่องจากฟองในถังเก็บ ดังนั้นโดยทั่วไปแล้วจึงนิยมใช้วิธีควบคุมระดับของเหลวในกรณีดังกล่าว

ส่วนที่ 3 หลักการทำงานของเครื่องบรรจุ

1. ขั้นตอนการทำงานของเครื่องบรรจุ

หลังจากเครื่องล้างขวดทำความสะอาดทั้งด้านในและด้านนอกของขวดแล้ว ขวดที่ได้มาตรฐาน (หลังจากการตรวจสอบคุณภาพ) จะถูกลำเลียงด้วยสายพานลำเลียงไปยังกลไกการจำกัดของเครื่องบรรจุอัตโนมัติ โดยจัดเรียงไว้ที่ระยะที่กำหนด และส่งไปยังล้อหมุนขวด ล้อหมุนขวดจะป้อนขวดเข้าสู่กลไกยกขวดอย่างแม่นยำ กลไกยกจะดันลูกสูบยกขึ้น และขวดจะยกขึ้นตามไปด้วย จากนั้นปากขวดจะเปิดวาล์วอากาศของวาล์วเติมเพื่อเติมลมและปรับสมดุลความดัน ตามด้วยการเปิดวาล์วของเหลวเพื่อเติม หลังจากเติมเสร็จแล้ว ความดันจะถูกปล่อยออก จากนั้นวาล์วของเหลวและวาล์วอากาศจะถูกปิด

หลังจากบรรจุเสร็จแล้ว กลไกยกขวดจะเคลื่อนเข้าสู่รางเลื่อนลงทันที ภายใต้การทำงานของรางเลื่อนลง กระบอกลูกสูบยกจะถูกดันลงโดยรางเลื่อน ทำให้ขวดที่บรรจุแล้วตกลงสู่ตำแหน่งต่ำสุด หลังจากหมุนไปได้มุมหนึ่ง ขวดจะเข้าสู่กลไกดันขวด ถูกดันออกมา และส่งไปปิดฝา ซึ่งเป็นการเสร็จสิ้นรอบการทำงานหนึ่งรอบของกระบวนการบรรจุทั้งหมด

II. หลักการส่งผ่านของเครื่องบรรจุ

เครื่องบรรจุอัตโนมัติแบบหมุนใช้มอเตอร์ไฟฟ้าเป็นแหล่งพลังงาน โดยทั่วไปมีกำลังไฟฟ้าอยู่ในช่วง 1-3 กิโลวัตต์ ความเร็วของมอเตอร์มักจะสูงมาก ในขณะที่ความเร็วของเครื่องบรรจุหมุนเพียงไม่กี่รอบต่อนาที ซึ่งไม่เพียงพอต่อความต้องการในการบรรจุ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีระบบเปลี่ยนความเร็วที่เหมาะสมสำหรับการส่งกำลัง

เครื่องบรรจุบางรุ่นใช้มอเตอร์ควบคุมความเร็วเพื่อเปลี่ยนความเร็วแบบต่อเนื่องโดยตรง แต่ระบบส่งกำลังแบบนี้มีข้อกำหนดสูงสำหรับมอเตอร์ (เช่น กันฝุ่น กันน้ำ) และมีราคาค่อนข้างสูง

ข้อกำหนดสำหรับส่วนส่งกำลังของเครื่องบรรจุแบบหมุน:

1. การส่งสัญญาณที่เสถียร

เครื่องจักรหลักทำหน้าที่บรรจุของเหลวลงในกระบอกบรรจุ และการป้อนขวด การส่งขวดออก และการบรรจุอย่างแม่นยำ ล้วนต้องการสภาวะการทำงานที่เสถียร

2. โครงสร้างที่เรียบง่ายของระบบส่งกำลัง

ระบบส่งกำลังแบบง่ายช่วยลดการใช้พลังงาน ทำให้ควบคุมความแม่นยำของอุปกรณ์ได้ง่ายขึ้น และทำให้การบำรุงรักษาสะดวกยิ่งขึ้น

3. อุปกรณ์ความปลอดภัย

ปัญหาที่พบบ่อยในเครื่องบรรจุแบบหมุนคือ ขวดติดขัด ควรออกแบบอุปกรณ์ความปลอดภัยให้หยุดเครื่องโดยอัตโนมัติหรือส่งสัญญาณเตือนในกรณีที่เกิดข้อผิดพลาด เพื่อให้สามารถแก้ไขปัญหาได้อย่างทันท่วงที

เพื่อให้สามารถปรับให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นบ่อยครั้งของผู้ผลิต ใช้ศักยภาพของอุปกรณ์ให้เกิดประโยชน์สูงสุด บรรลุการใช้งานอเนกประสงค์ของเครื่องจักรเครื่องเดียว และเพิ่มความสามารถในการปรับตัวของอุปกรณ์ ความเร็วของเครื่องบรรจุจึงต้องสามารถปรับได้ (การควบคุมความเร็ว) เพื่อให้ตรงตามความต้องการ

นอกจากนี้ การออกแบบระบบส่งกำลังควรคำนึงถึงความสะดวกในการติดตั้ง การใช้งาน และการบำรุงรักษา ตอบสนองความต้องการด้านการยศาสตร์เพื่อความสะดวกของผู้ปฏิบัติงาน ลดเวลาในการบำรุงรักษา และง่ายต่อการซ่อมแซมและบำรุงรักษา

III. การปรับแต่งเครื่องบรรจุ

จำเป็นต้องปรับเครื่องจักรให้เหมาะสมกับการใช้งานและสภาพของผลิตภัณฑ์ โดยวิธีการปรับแต่งทั่วไปหลายวิธีมีดังต่อไปนี้:

1. การปรับระดับกระบอกบรรจุของเหลว

ระดับของเหลวในกระบอกสูบมีผลโดยตรงต่อความเร็วในการบรรจุ หากระดับของเหลวต่ำเกินไป ขวดอาจจะไม่ถูกบรรจุจนเต็มตามมุมการบรรจุที่กำหนด ดังนั้น ระดับของเหลวในกระบอกสูบของเครื่องบรรจุจะต้องสามารถปรับและควบคุมให้อยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสม และคงที่ในระดับหนึ่งตลอดการบรรจุ เพื่อให้มั่นใจได้ว่าความเร็วในการบรรจุจะคงที่

2. การปรับปริมาณการเติม

เครื่องบรรจุส่วนใหญ่ใช้การวัดปริมาณโดยอิงจากขวด เมื่อเปลี่ยนขวดที่มีความจุต่างกัน ปริมาณการบรรจุจะถูกปรับโดยการเปลี่ยนความสูงของแกนลูกสูบในกลไกยก (ซึ่งจะทำให้ความจุของขวดเปลี่ยนไป) สำหรับเครื่องบรรจุที่ใช้การวัดปริมาณโดยอิงจากถ้วยตวง ปริมาณการบรรจุจะถูกปรับโดยการเปลี่ยนปริมาตรของถ้วยตวง

3. การปรับความเร็วรอบ

อุปกรณ์ควบคุมความเร็วที่ใช้กันทั่วไปในเครื่องบรรจุคือระบบควบคุมความเร็วแบบกลไกที่ปรับได้ต่อเนื่อง ในที่นี้เราจะอธิบายเฉพาะหลักการทำงานของระบบควบคุมความเร็วแบบกลไกที่ใช้สายพานตัววีเท่านั้น:

ดังแสดงในรูปที่ 4.29 (แผนภาพหลักการทำงานของระบบควบคุมความเร็วแบบต่อเนื่องด้วยสายพาน) รอกทรงกรวยสองคู่เชื่อมต่อกันด้วยสายพานรูปตัววีแบบกว้างพิเศษ (สายพานควบคุมความเร็วแบบต่อเนื่อง) เพลา I คือเพลาขับ และเพลา II คือเพลาตาม เมื่อป้อนความเร็วคงที่ V เข้าสู่เพลา I การหมุนด้ามจับ 1 จะทำให้รอกทรงกรวยแน่นขึ้นผ่านเฟืองและเกลียว ทำให้รัศมีประสิทธิผลของรอกขับเพิ่มขึ้น เนื่องจากเส้นรอบวงของสายพานควบคุมความเร็วแบบต่อเนื่องคงที่ รอกทรงกรวยทั้งสองบนเพลา II จึงบีบสปริง ทำให้รัศมีประสิทธิผลลดลง และความเร็วเอาต์พุตของเพลาจะเพิ่มขึ้น

รูปที่ 8 แผนภาพหลักการของวิธีการตวงด้วยถ้วยตวง

ดังแสดงในรูปที่ 8 (แผนภาพหลักการทำงานของระบบควบคุมความเร็วแบบต่อเนื่องด้วยสายพาน) รอกทรงกรวยสองคู่เชื่อมต่อกันด้วยสายพานรูปตัววีแบบกว้างพิเศษ (สายพานควบคุมความเร็วแบบต่อเนื่อง) เพลา I คือเพลาขับ และเพลา II คือเพลาตาม เมื่อป้อนความเร็วคงที่ V เข้าไปที่เพลา I การหมุนด้ามจับ 1 จะทำให้รอกทรงกรวยแน่นขึ้นผ่านเฟืองและเกลียว ทำให้รัศมีประสิทธิผลของรอกขับเพิ่มขึ้น เนื่องจากเส้นรอบวงของสายพานควบคุมความเร็วแบบต่อเนื่องคงที่ รอกทรงกรวยทั้งสองบนเพลา II จึงบีบสปริง ทำให้รัศมีประสิทธิผลลดลง และความเร็วเอาต์พุตของเพลาจะเพิ่มขึ้น

ในทางกลับกัน เมื่อรอกทรงกรวยบนเพลา II ถูกดึงกลับ รอกจะแน่นขึ้นด้วยแรงสปริง ทำให้ความเร็วรอบลดลง ตัวควบคุมความเร็วแบบปรับได้ต่อเนื่องนี้ทำงานได้อย่างเสถียรด้วยโครงสร้างที่เรียบง่าย แต่มีช่วงการควบคุมความเร็วที่แคบ อัตราการลื่นไถลจะเปลี่ยนแปลงไปตามภาระ และความเร็วรอบที่ได้จะเปลี่ยนแปลงไปในลักษณะสมมาตรโดยประมาณกับความเร็วรอบขาเข้า

อุปกรณ์นี้ใช้สำหรับปรับความเร็วให้ตรงกันภายในโซ่ส่งกำลังเท่านั้น ไม่สามารถใช้ในระบบส่งกำลังที่ต้องการอัตราส่วนการส่งกำลังที่แม่นยำได้ เหมาะสำหรับระบบส่งกำลังแรงบิดต่ำเท่านั้น สำหรับแรงบิดสูง ขนาดของอุปกรณ์จะใหญ่เกินไป และช่วงการเปลี่ยนแปลงความเร็วโดยทั่วไปจะอยู่ที่ 2–4 เท่า

วิธีการปรับแต่งทั้งสามวิธีที่กล่าวมาข้างต้นนั้นค่อนข้างง่ายและมีความสัมพันธ์กัน ดังนั้นจึงควรให้ความสำคัญกับความสัมพันธ์ระหว่างแต่ละส่วนเมื่อทำการปรับแต่งเครื่องจักร

IV. ปัญหาหลักของเครื่องบรรจุแบบหมุน

แม้ว่าเครื่องบรรจุประเภทนี้จะมีข้อดี เช่น โครงสร้างกะทัดรัดและประสิทธิภาพการผลิตต่อเนื่องสูง แต่ก็มีปัญหาดังต่อไปนี้:

1. โครงสร้างซับซ้อน (เช่น ระบบการบรรจุมีความซับซ้อน) ทิศทางการพัฒนาของเครื่องจักรในอุตสาหกรรมเบาคือการมุ่งเน้นโครงสร้างที่เรียบง่าย ขนาดเล็ก และน้ำหนักเบา

2. กลไกการส่งกำลังขนาดใหญ่ (เช่น เพลาหลักใช้ตลับลูกปืนขนาดใหญ่)

3. ต้นทุนสูง (เช่น ถังบรรจุของเหลวที่ทำจากสแตนเลสหรือทองแดงหล่อ ทำให้ต้นทุนสูงขึ้น)

4. มีความต้องการด้านการประมวลผลสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในขั้นตอนการปิดผนึก

นอกจากนี้ ระบบส่งกำลังยังอยู่ใต้เครื่องจักรหลัก ทำให้การบำรุงรักษาทำได้ไม่สะดวก ขณะเดียวกัน ความเร็วรอบของเครื่องจักรหลักถูกจำกัดด้วยแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง ซึ่งจำกัดการพัฒนาศักยภาพการผลิตอีกด้วย