Когда машина для наполнения порошковых пакетиков теряет свою дозу и сколько на самом деле стоит ±1%

Пять мест, где исчезают граммы

Точность дозирования на линии по производству саше редко нарушается из-за работы сервопривода. Это зависит от количества порошка, которое меняется в течение смены.

Дрейф насыпной плотности. Порошок из бункера или свежего пакета аэрируется; через четыре часа в бункере с мешалкой он деаэрируется. На сухом обезжиренном молоке мы видим, что содержание сухого молока в исходном состоянии составляет 0,44 г/мл, а к пятому часу оно увеличивается до 0,48 г/мл. Шнековый дозатор дозирует по объему, поэтому изменение плотности на 9% - это изменение дозы на 9%, если только его не взвешивает что-то ниже по потоку.

Шнековая летная одежда. Абразив заполняет поверхность по наружному диаметру рейки. Через 400-600 часов наружный диаметр может уменьшиться на 0,15-0,25 мм, этого достаточно для того, чтобы на шнеке диаметром 22 мм снизить дозу на 1,5-2,5%. Никто не замечает, потому что это происходит медленно.

Давление в напоре бункера. Заполненный бункер уплотняет порошок на входе; при уровне заполнения 15% порошок получается рассыпчатым, и с каждым разом его остается все меньше. При заполнении 30 г мы измерили разницу в 1,8% между полным и почти пустым.

Наведение мостов и ратификация. При приеме порошка его консистенция выгибается дугой, а затем распадается. После распада доза становится высокой, затем при голодании получается три пакетика легкой консистенции: на диаграмме SPC это зубчатая линия, а не тенденция.

Электростатическое цепляние. При относительной влажности ниже 35% жиросодержащие порошки, такие как кофейные сливки, оседают на стенках воронки и выделяются комочками. В феврале на обогреваемом заводе в ЕС мы измерили относительную влажность наполнителя на уровне 22%. Исправлением является ионизация воздуха в устье воронки или увлажнение, а не другой шнек.

Геометрия шнека: совместите шнек с заполняющей лентой

Покупатели спорят о марках сервоприводов и игнорируют параметр, который определяет все. Доза на оборот измеряется шагом хода, умноженным на зазор между наружным диаметром винта и цилиндром. Шнек диаметром 38 мм, предназначенный для дозирования 2 г, совершает лишь часть частичного оборота; шнек диаметром 12 мм, предназначенный для дозирования 100 г, совершает столько оборотов, что порошок перерабатывается.

Двойной ход вдвое сокращает количество оборотов на порцию и сокращает время среза на термочувствительном устройстве для взбивания сливок. Время дозирования, а не скорость машины, ограничивает производительность: восемь полос со скоростью 40 циклов в минуту обеспечивают подачу каждой порции за 1,5 секунды, из которых доза должна составлять примерно 60%.

Архитектура привода: сцепление-тормоз в сравнении с сервоприводом с замкнутым контуром

Головка сцепления-тормоза надежна и дешева, но не подходит для изделий весом менее 50 г. Износ тормозов и нагрев змеевика приводят к изменению угла остановки, а погрешность вала на ±0,5° для шнека диаметром 22 мм при 1,2 оборотах составляет 0,7% от дозы. Ежедневное отклонение в 1,5-3% является нормальным и незаметным без взвешивания.

Сервоголовка устраняет этот источник ошибок. 20-разрядный кодер выполняет 1 048 576 отсчетов за один оборот, поэтому ограничением является люфт сцепления и зазор между направляющей и корпусом, обычно составляющий 0,1-0,2 мм. Я выбираю мембранную муфту с нулевым зазором, потому что я видел, что дешевая муфта снижает точность.

В спецификацию включены еще два элемента, и оба они отсутствуют в большинстве предложений:

• Независимый привод мешалки с регулировкой крутящего момента. Собственный двигатель, 10-25 оборотов в минуту, с регулируемым пределом крутящего момента (1,2-1,8 Н·м для 25-литрового бункера), так что вы успеете перекусить, прежде чем он превратится в легкий пакетик. Слишком быстро вы распыляете порошок, что приводит к тому же сбою, что и изменение плотности.
• Контроль уровня в бункере. Загрузочные ячейки под бункером или радарный датчик на пыльном бункере, поддерживающий уровень от 35% до 75% с помощью автоматического клапана дозирования. Это само по себе устраняет колебания дозы на 0,8-1,5%.

Что может и чего не может исправить петля обратной связи

На многорядной машине у вас есть два варианта. Единственный контрольный взвешиватель, расположенный ниже устройства для резки, видит каждый пакетик, но не может сообщить вам об этом на какой полосе получилось. Для дозирования по каждой полосе требуется весовая ячейка для каждой полосы на станции перекрестной расфасовки или последовательный переадресатор, который привязывает каждый пакетик к своей полосе.

Регулировка по умолчанию: скользящее среднее значение для 10-20 упаковок, шаг коррекции ограничен 0,01 оборота, уровень регулировки установлен на ±8% от номинального значения. Если регулировка остается на фиксаторе в течение 60 секунд, HMI выдает сигнал тревоги, а не работает на пределе. Петля должна корректировать медленное изменение плотности и сообщать вам, когда порошок действительно изменился.

Правила SPC по умолчанию: подгруппа из 5 человек на графике X-bar/R, предупреждение при 2 сигмах, действие при 3 сигмах, плюс две последовательные точки за пределами 2 сигм на той же стороне. Логика отбраковки - это две последовательные упаковки, выходящие за допустимые пределы, или любая упаковка с отрицательной ошибкой ниже допустимой, с остановкой линии при трех отбраковках из десяти.

Цикл корректирует означать, никогда не было распространение. Если ваш коэффициент вариации равен 1,8% из-за образования мостиков из порошка, никакая регулировка не даст 0,5%. Сначала исправьте расход, а затем закройте петлю.

Три продукта, измеренные до и после

Приведенная ниже таблица основана на результатах испытаний машины для фасовки порошков в пакетики с сервоприводной головкой, работающей на контрольных весах с обратной связью по каждой полосе. Отдача - это среднее значение за вычетом заявленного на этикетке, выраженное в процентах от заявленного.

Сливочник - это самый полезный продукт: его разбрызгиваемость оставалась самой высокой, потому что продукт обладает высокой вязкостью и подвержен статическому электричеству, а его содержание упало ниже 0,8% только после того, как мы установили ионизатор в горловине воронки. Ограничением был порошок.

Материалы, отделка поверхности и оформление документов

Контактирующие детали из AISI 316L с Ra ≤ 0,8 мкм, сварные швы отшлифованы заподлицо - это наш базовый уровень для пищевой и фармацевтической промышленности. Запросите сертификат материала EN 10204 и данные о шероховатости, а не заявление о намерениях.

Заказчик из ЕС запросит декларацию соответствия требованиям CE в соответствии с Регламентом по оборудованию (ЕС) 2023/1230, техническое досье, сертификат производителя ISO 9001 и комплект GMP с протоколами IQ/OQ, картами сварных швов и поддержкой проверки очистки. На практике инспектор тратит большую часть времени на проверку чистоты и калибровки ваших собственных контрольных весов. Клиент, ориентированный на США, более внимательно относится к сертификатам материалов и санитарно-гигиеническому оформлению, а также к требованиям 21 CFR Part 11 в отношении контрольных журналов и уровней доступа пользователей, при которых заполнитель ведет электронные записи о партии. Укажите язык документации в заказе на покупку: я наблюдал, как на таможне в Латинской Америке выстраивалась очередь, потому что пакет документов для подтверждения был только на китайском.

Полевая справка: восемь дорожек на заводе по производству нутрицевтиков в ЕС

Упаковщик нутрицевтиков в Центральной Европе производил восемь циклов при 20 г смеси сыворотки и витаминов, 38 циклов в минуту, две смены, пять дней. Установка обогревается, поэтому зимой относительная влажность воздуха в засыпке падала до 22-26%, и порошок прилипал к воронке.

Мы изменили четыре элемента: систему контроля уровня в бункере с датчиком загрузки с автоматическим клапаном пополнения, мешалку с независимым приводом, контролируемую по крутящему моменту, контрольные весы с обратной связью по каждой полосе с фиксатором ±8% и ионизирующий вентилятор на устье воронки. За три недели средняя отдача снизилась с 2,7% до 0,4%, а коэффициент вариации - с 1,7% до 0,55%. При производительности 304 пакетика в минуту в две смены и 250 рабочих днях это примерно 33 тонны продукта в год, которые больше не оседают в кармане клиента.

Упаковщик порошков для напитков, который мы обслуживаем в Персидском заливе, работает на той же платформе при температуре окружающей среды 45 °C. Здесь ограничения меняются: приводы с пониженным энергопотреблением, шкафный кондиционер, а не вентилятор, охлажденная вода для уплотнительных губок и контрольные весы, защищенные от потока воздуха из пылесборника.

Часто задаваемые вопросы покупателей

Какую точность я на самом деле могу обеспечить при 5 g?
При использовании сыпучего порошка с сервоголовкой диаметром 22 мм и контрольными весами с обратной связью стандартное отклонение составляет 0,06-0,09 г, а коэффициент полезного действия - 1,2-1,8%. При весе менее 2 г CV резко снижается; вам потребуется шнек диаметром 12-16 мм, а также взвешивание на каждой полосе или другой размер упаковки.

Нужны ли мне контрольные весы на каждой дорожке?
Не всегда. Одного контрольного весоизмерителя достаточно, если полосы движения хорошо согласованы, и вам нужен только общий контроль и отбраковка. Стоимость обрезки для каждой полосы движения примерно превышает стоимость четырех полос движения.

Какое количество пакетиков в минуту я должен указать?
Начинайте с дозирования в обратном порядке. Восемь дорожек со скоростью 40 циклов в минуту - это разумный предел для 5-25 г; при превышении этого значения время дозирования сокращается до меньшего количества дорожек. Любое предложение, обещающее 60 циклов для получения однородной массы, заслуживает того, чтобы добавить в него ваш собственный порошок.

Какие запасные части необходимы для замены второй заливочной массы?
Шнек, воронка, формовочная трубка и уплотнительные губки для новой ширины упаковки. Настаивайте на том, чтобы в коммерческом предложении были указаны цены на них; это наиболее распространенная причина перерасхода бюджетных средств при реализации проектов по производству саше.

Может ли машина для наполнения порошковых саше работать с липким или гигроскопичным порошком?
Только при соблюдении надлежащих условий на входе: осушенный подаваемый воздух, обогреваемый кожух бункера, отполированные контактные поверхности. Мы просим взять пробу весом 25 кг и протестировать ее на собственном опыте, прежде чем указывать допуск.

А как насчет FAT и SAT?
Настаивайте с порошком и пленкой не менее 30 минут. Укажите в контракте критерии SAT (среднее значение, SD, CV, количество брака) и уточните, кто поставляет калибровочные весы, а также местного сервисного инженера.

Автор: Хелен Сюй (Helen Xu), главный инженер по промышленному применению

Хелен Сюй (Helen Xu) - главный инженер по промышленному применению с 9-летним опытом работы в области проектирования упаковочного оборудования и машин для розлива жидкостей, выбора модели оборудования и полной оптимизации производственных процессов на производственной линии. Он специализируется на предоставлении индивидуальных решений по упаковке и фасовке для фармацевтической, пищевой и химической промышленности, обладая большим практическим опытом в области соблюдения GMP, стандартов менеджмента качества ISO 9001 и интеграции крупномасштабных линий по производству фасовки и упаковки "под ключ".