屋顶形包装机的设计和结构示意图

图12-8 枕形无菌包装机示意图

屋顶包的包装常见于纯牛奶、纯酸奶、高档果汁饮品的包装。市场所有包装机采用模切压痕预制包装盒，包装过程中达不到商业无菌，纯牛奶的屋顶包在全程冷链情况下保质期为七天，是订单式生产。纯酸奶、果汁的屋顶包保质期3～6个月不等，消费对象以酒店为主，属于高档饮品消费。大部分设备引进国外生产厂家，国内少数独资或合资企业生产。设备购置成本和生产成本相应比较高，目前仅有大型乳品、果汁饮料企业使用。它的发展潜力在于包装材料环保和可回收性。这种机器又可分冷灌装和热灌装。冷灌装出来的产品即可入库，而热灌装出来的产品还有经过倒罐、冷却等工序才能入库。它的特点是使用四面宽度相等的半成品纸盒，边上盒、边成形、边大盖、边灭菌、边灌装封顶和打印日期与批号。通过调整高度可以生产多种不同容量的产品。

（1）BWD50型屋顶形包装机的总体结构 图12-11是BWD50型屋顶形包装机的总体结构示意图。主要组成为传动系统、取盒机构、盒传送、盒顶预成型机构、杀菌系统、盒成型系统、冷却系统、CIP系统、灌装系统、料缸、盒顶加热机构、盒顶封合机构、日期打印机构、成品输出机构、机体总成、无菌系统等。本机自动化程度高，有一套完整的生产和CIP清洗工艺控制系统，机械设计紧凑，自动完成开盒、封底、杀菌、定量灌装、顶部成型、封合、日期打印、成品输出的全过程。图12-12为生产包装工艺工位平面图。

图12-9 立式全自动三角形无菌包装机总图

图12-10 三角形产品封切机构示意图

（2）BWD50型屋顶形包装机的传动系统 图12-13是BWD50型屋顶形包装机的传动系统图。主减速器5是双输出轴的减速器，右端连接长转轴10，长转轴安装灌装凸轮6、升盒凸轮7、盒顶封合凸轮8和旋转编码器9，电气控制系统根据旋转编码器上产生的数据，控制包装机的各个动作。左端连接主动链轮，通过链条带动次减速器1，次减速器输出驱动盒子成型系统和盒子传动系统，速度关系比是主齿轮3和盒子传动驱动齿轮4之比。

图12-11 BWD50型屋顶形包装机的总体结构示意图

1—传动系统 2—取盒机构 3—盒传送 4—盒顶预成型机构 5—杀菌系统 6—盒成型系统 7—冷却系统 8—CIP系统 9—灌装系统 10—料缸 11—盒顶加热机构 12—盒顶封合机构 13—日期打印机构 14—成品输出机构 15—机体总成 16—无菌系统

图12-12 BWD50型屋顶形包装机工艺过程平面布置图

1—纸盒储存库 2—开盒并套入心轴 3—盒底加热1 4—盒底加热2 5—盒底预成型 6—盒底封合 7—空工位 8—取盒 9—空工位 10—喷洒双氧水 11—烘干双氧水 12—盒顶预成型 13—灌装 14—盒顶再次预成型 15—盒顶加热 16—盒顶封合 17—日期打印 18—成品输出

图12-13 屋顶形包装机传动系统图

1—次减速机 2—被主动链轮 3—主齿轮 4—盒传送驱动齿轮 5—主减速器 6—灌装凸轮 7—升盒凸轮 8—盒顶封合凸轮 9—旋转编码器 10—长转轴

（3）BWD50型屋顶形包装机的盒成型封底系统

1）成型系统组成。图12-14是盒子成型系统机构简图，成型总成11上均匀安装八个成型心轴10，成型心轴垂直于水平面，心轴的下方均布的安装开盒机构，盒底加热1、盒底加热2、盒底预封、盒底封合及取盒机构。开盒机构2从储盒器取出盒子并打开，套在成型心轴上，盒子套在心轴上，经过各个工位，完成加热、封盒底、取盒等功能。在盒子成型过程中对盒底加热，成型心轴吸热温度不断升高。为了防止成型心轴温度过高，设计时增加冷却水循环系统，图中12为进水管，13为出水管。

2）加热器。加热器是专门设计的大功率（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。结构示意图如图12-15所示，瞬间将空气加热到300～350℃之间。由六个独立的加热管组成，控制接线采用三相380V的星形接法，由于加热温度比较高，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。

图12-14 盒子成型系统机构简图

1—储盒器 2—取开盒机构 3—盒底加热1 4—盒底加热2 5—盒底预封 6—封盒底 7—空工位 8—取盒机构 9—驱动轴 10—成型心轴 11—成型总成 12—冷却水进管 13—冷却水出管

图12-15 加热器结构示意图

1—硅橡胶板 2—连接杆 3—安装板 4—固定杆 5—云母板 6—耐高温瓷套管 7—耐高温瓷芯管 8—电炉丝 9—引出电炉丝

（4）BWD50型屋顶形包装机的灌装系统

1）灌装阀和灌装驱动机构。图12-16为灌装阀和灌装驱动机构简图，灌装阀由定量柱塞泵5、三通连接器6、单向阀7、单向阀8、阀桶9、灌装阀头10组成。驱动系统由安装构件1、驱动机构2、凸轮3、连杆4、安装板11、灌装量调节电动机12、连杆13、无盒不灌装气缸14组成。凸轮3安装在图12-16的长转轴上，带动驱动机构2，驱动连杆机构4，向下移动使定量注塞泵5通过单向阀7把物料从料缸中吸入到注塞泵中，向上移动使定量注塞泵5通过三通连接器6，把物料从注塞泵经过单向阀8灌装到盒子中，完成灌装过程。

图12-16 灌装驱动机构和灌装阀

1—安装构件 2—驱动机构 3—凸轮 4—连杆 5—定量注塞泵 6—三通连接器 7—单向阀1 8—单向阀2 9—阀桶 10—灌装阀头 11—安装板 12—灌装量调节机构 13—连杆 14—无盒不灌装气缸

图12-17 灌装升盒机构示意图

1—驱动杆1 2—安装支架 3—驱动杆2 4—驱动机构 5—凸轮 6—滑杆1 7—滑杆2 8—稳盒器 9—夹紧螺母(www.xing528.com)

气缸14通过电磁阀控制，当检测无盒进入灌装头时，电磁阀不换向，注塞泵处在上方，驱动机构和凸轮脱开，就不能完成灌装过程，达到无盒不灌装，避免了物料的浪费和污染。

灌装量调节机构12由蜗轮、丝杠和电动机组成，灌装量需要调整时，起动电动机驱动涡轮，带动丝杠旋转，调整支点位置，改变连杆的有效长度，从而改变注塞泵的位移，调整了灌装量，达到灌装量连续可调。

2）灌装升盒机构。图12-17为灌装升盒机构示意图，由驱动杆1、安装支架2、驱动杆2、驱动机构、凸轮、滑杆1、滑杆2、稳盒器、夹紧螺母等组成。凸轮5安装在图12-16的长转轴上，带动驱动机构4使滑杆1、2上下移动，将盒子升高到灌装阀口。包装盒更换时，松动夹紧螺母9，移动滑杆2到适当的位置。

（5）BWD50型屋顶形包装机的CIP清洗系统

1）CIP清洗系统组成。CIP清洗系统主要由酸碱罐、冷热水罐、蝶阀、CIP泵、管道等组成，对储料罐，料缸的清洗。CIP清洗系统原理如图12-18所示。

2）CIP清洗工艺。清洗步骤：

① 关闭风机，取下灌装头及压盒杆，取下料缸的空气滤芯，连接管路，关闭进料阀。

② 取下灌装栓，将控制柜上的运行/空转/试机选择开关转到运行位。

③ 将控制柜上的CIP选择扭转到开位，开启CIP泵。

④ 开启CIP阀（角座阀），每隔10min开启、关闭进料阀数次，冲洗进料管路。

⑤ 打开直角截止阀和CIP管路上其他阀门，CIP回流。

⑥ 关闭直角截止阀和CIP管路上其他阀门，按住料缸溢满钮30s以上，清洗进气管路。

⑦ 重复进行步骤⑤和步骤⑥各一次。

⑧ 关闭CIP泵，打开直角截止阀和CIP管路上其他阀门，排空。

⑨ 取下需要手洗的零部件：灌装头、盒顶折叠器、加热器罩、灌装活塞等，进行手洗、消毒。

⑩ 起动机器以清洁所有心轴，清洗心轴和纸盒定位栓。

（11） 起动机器，用热水冲洗整个纸盒传送链，清洁纸盒传送带和防磨损条。

（12） 机器停止时，被洗输入曲板及空盒匣，用压缩空气吹掉纸盒残绒，清洁工作台。

（13） 取下连接软管，装好所有拆下清洗过的零部件，进行下次灌装的准备工作。

清洗工艺流程：

① 预冲洗：灌装完成后，用冷水冲洗5～10min，直到排出的水中饮料浓度极小。

② 清洗：用热的碱性溶液循环清洗20～30min，清除全部饮料残余。

③ 水洗：用热水循环清洗碱性溶液残余10～15min，直到冲洗干净。

④ 酸洗：每一周至半个月一次，用酸性溶液清除“奶垢”及矿物质积垢20～30min。

⑤ 冲洗：用冷水冲洗5～10min，直到排出的水中不含任何杂质。

⑥ 若不须酸洗，可跳过步骤④，直接进行步骤⑤。

⑦ CIP清洗完成，进行下一次灌装的准备工作。

图12-18 CIP清洗系统原理图

1—蝶阀 2—酸碱罐 3—冷水罐 4—CIP泵 5—进料阀 6—CIP阀 7—料缸 8—CIP喷球阀 9—储料缸

图12-19 无菌空气系统简图

1—空气过滤组件 2—风机 3—管道总成 4—加热器 5—加热喷头 6—节流减压阀 7—气动无菌隔膜阀

（6）BWD50型屋顶形包装机的无菌空气系统 无菌空气系统是BWD50型屋顶形包装机的一个重要组成部分，承担对包装盒的杀菌和对料缸提供无菌空气，确保在包装过程中有害菌的污染。图12-19为无菌空气系统简图，主要由空气过滤组件、风机、管道总成、加热器、加热喷头、节流减压阀、气动无菌隔膜阀等组成。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，确保给灌装系统提供无菌的空气。加热器是大功率高效的空气加热器，严格按照工艺和技术要求使用。