Шнековые упаковочные машины являются краеугольным камнем автоматизированной упаковки оборудования и крепежных изделий, позволяя производителям, дистрибьюторам и упаковщикам по контракту подсчитывать, взвешивать и упаковывать винты, болты, гайки и аналогичные мелкие металлические компоненты со скоростью и точностью, с которыми не может сравниться ручная обработка. Независимо от того, управляете ли вы крупносерийным заводом по производству крепежных изделий, управляете центром распределения оборудования или настраиваете мелкосерийную упаковочную линию для специальных креплений, понимание того, как работают винтовые упаковочные машины, какие типы доступны и какие спецификации определяют их пригодность для вашего применения, поможет вам принять лучшее инвестиционное решение и избежать дорогостоящего несоответствия между возможностями машины и производственным спросом. В этом руководстве эта тема рассматривается с практической точки зрения.

Что делает винтовая упаковочная машина и почему это важно

По своей сути винтовая упаковочная машина автоматизирует процесс измерения определенного количества винтов — по количеству, весу или по тому и другому — и доставки этого количества в пакет, коробку, блистерную упаковку или другой розничный или промышленный формат упаковки. Это звучит просто, но проблема заключается в физических характеристиках винтов и крепежных деталей: они тяжелы по сравнению с их объемом, они сцепляются и запутываются, у них острые кончики и резьба, которые цепляются за транспортирующие поверхности, и они бывают самых разных размеров и геометрий, и все они ведут себя по-разному в системе подачи и подсчета.

Ручной подсчет винтов в мешках — это медленный процесс, подверженный человеческим ошибкам, эргономичный и дорогостоящий по трудозатратам при любом значимом объеме производства. При хороших условиях один оператор, вручную подсчитывающий и упаковывающий шнеки, может производить 200–400 мешков в час. Правильно подобранная автоматическая шнековая упаковочная машина может производить 800–3000 пакетов в час в зависимости от размера шнека, целевого количества и формата пакетов, при этом точность подсчета обычно превышает 99,9%. При производстве миллионов пакетов в год (что является обычным явлением в условиях любого массового производства оборудования) разница в производительности, затратах на рабочую силу и точности подсчета составляет существенное экономическое обоснование для автоматизации.

Два основных метода измерения: подсчет и взвешивание

Метод, с помощью которого винтовая упаковочная машина измеряет количество крепежных изделий, входящих в каждую упаковку, является наиболее фундаментальным техническим различием между различными типами машин, и выбор между подсчетом и взвешиванием имеет существенное значение для скорости, точности, стоимости и пригодности для разных типов продуктов.

Электронные счетные машины

Электронные счетные упаковочные машины используют датчики — обычно инфракрасные оптические датчики или системы обнаружения на основе вибрации — для подсчета отдельных винтов, когда они проходят через зону обнаружения. Шнеки подаются единым потоком мимо датчика, при этом каждый шнек запускает счетный импульс до тех пор, пока не будет достигнуто заданное количество и партия не будет выгружена в упаковку, расположенную ниже. Счетные машины обеспечивают точное количество штук, что важно для розничной упаковки, где количество упаковок указано на этикетке и должно быть точным по соображениям нормативных требований и доверия потребителей. Они наиболее эффективны для шнеков одинакового размера и геометрии, где можно добиться надежного разделения продукта в системе подачи перед датчиком.

Ограничением счетных машин является скорость: винты должны проходить через датчик по одному (или определенным небольшим потоком, который датчик может надежно распознать), что накладывает верхний предел скорости счета. Для мелких винтов с большим количеством шурупов в упаковке это может стать узким местом. Для больших винтов или болтов, в упаковках которых относительно мало деталей (например, 10 или 20 больших болтов в упаковке), счетные машины обеспечивают превосходную производительность и точность.

Весовые машины (многоголовочные дозаторы)

Упаковочные машины на основе взвешивания используют прецизионные тензодатчики для измерения веса каждой партии шурупов, а не для подсчета отдельных частей. Наиболее сложной формой являются комбинированные весовые дозаторы с несколькими головками, в которых несколько весовых бункеров одновременно удерживают небольшие порции продукта, а система управления машиной быстро определяет комбинацию бункеров, общий вес которых наиболее близок к заданному весу. Комбинируя различные загрузки бункера, а не заполняя его из одного потока, мультиголовочные весы достигают заданной точности веса в пределах ±1–2 грамма даже на очень высоких скоростях.

Взвешивание выполняется значительно быстрее, чем подсчет при большом количестве винтов и мелких винтов, и является предпочтительным методом для крупных упаковок оборудования, где точный подсчет не требуется, но вес упаковки должен находиться в пределах заданного диапазона. Преобразование веса в счет — когда машина вычисляет приблизительное количество штук на основе известного среднего веса за штуку — позволяет весам отображать расчетное количество, даже если основным измерением является масса. Ограничением является то, что точность взвешивания зависит от постоянства веса отдельного винта; Значительные различия в весе винтов в партии (из-за производственных допусков, смешанных размеров или загрязнения) снижают надежность преобразования веса в количество.

Типы винтовых упаковочных машин по конфигурации

Помимо различия подсчета и взвешивания, шнековые упаковочные машины доступны в нескольких типах конфигурации, которые различаются уровнем интеграции, автоматизации и поддерживаемыми форматами упаковки.

Полуавтоматические счетные и упаковочные машины

Полуавтоматические машины автоматизируют функции подсчета или взвешивания, но требуют, чтобы оператор поднес мешок или контейнер, инициировал цикл наполнения и снял заполненную упаковку для запечатывания. Эти машины подходят для небольших объемов производства, для упаковочных линий с частой сменой продукции или для предприятий, которым необходима экономическая эффективность автоматического подсчета без капитальных вложений в полностью интегрированную линию. Обычно они включают в себя вибропитатель, который отделяет шнеки и подает их к счетному датчику, дисплей для установки заданного количества и разгрузочный желоб, который выпускает партию при достижении счета. Опытный оператор может запустить полуавтоматический счетчик со скоростью 400–800 мешков в час в зависимости от типа шнека и целевого количества.

Полностью автоматические линии формования, наполнения и запечатывания (FFS)

Полностью автоматическая линия винтовой упаковки объединяет блок подсчета или взвешивания с вертикальной упаковочной машиной «наполнение-запечатывание» (VFFS) или горизонтальной «наполнение-запечатывание» (HFFS), которая формирует пакет из рулона пленки, принимает отмеренную партию, запечатывает пакет и выгружает готовую упаковку — и все это без вмешательства оператора в цикл наполнения-запечатывания. Эти линии представляют собой стандартную конфигурацию для крупнообъемной упаковки крепежных изделий производительностью 1000 пакетов в час и выше. Они требуют большей площади, более высоких капитальных вложений и более квалифицированного обслуживания, чем полуавтоматические машины, но экономия затрат на рабочую силу и производительность при больших объемах оправдывают инвестиции в любую операцию, выполняемую более чем в одну смену в день.

Комбинированные системы взвешивания для оптового оборудования

Для высокоскоростной массовой упаковки небольших крепежных изделий — шурупов, саморезов, крепежных винтов в диапазоне M3–M8 — предпочтительным вариантом являются комбинированные весы с несколькими головками, установленные над упаковщиком VFFS. В этих системах используются 10, 14 или 16 весовых головок, расположенных в форме конуса, при этом продукт распределяется из центрального распределительного конуса в отдельные весовые бункеры. Расчет комбинации выполняется непрерывно, определяя оптимальную комбинацию бункеров несколько раз в секунду, и система может достигать заданной точности веса ± 1% или выше при скорости 30–60 циклов в минуту, что эквивалентно 1800–3600 мешков в час для сбрасывания отдельных мешков.

Ключевые характеристики, которые следует учитывать при выборе винтовой упаковочной машины

Конструкция системы подачи и ее влияние на производительность машины

Система подачи — механизм, который извлекает шнеки из бункера и подает их контролируемым, ориентированным потоком к счетному датчику или весовому бункеру — является компонентом, который чаще всего отвечает за проблемы в работе шнековых упаковочных линий. Плохо сконструированный или неправильно сконфигурированный питатель может привести к запутыванию, заклиниванию, застреванию винтов в подающем желобе или попаданию их на датчик в виде перекрывающихся групп, что приведет к ошибкам в подсчете. Инвестиции в правильную конструкцию питателя для вашего конкретного типа шнека так же важны, как и выбор правильной технологии подсчета или взвешивания.

Вибропитатели являются наиболее распространенным типом питателей для шнекового подсчета. В устройстве подачи чаши используется вибрирующая спиральная направляющая внутри круглой чаши для перемещения шнеков вверх и наружу через выходную направляющую, во время которой инструменты на направляющей ориентируют шнеки в постоянную ориентацию (обычно острием вперед или головкой вверх). Инструменты чашечного питателя должны быть настроены для каждой геометрии шнека — ширина гусеницы, положение лезвий инструмента и частота вибрации должны быть согласованы с конкретным используемым шнеком. Устройство подачи чаши, оснащенное винтами с цилиндрической головкой M6 × 20, не будет надежно работать с болтами с шестигранной головкой M8 × 40 без переоснащения.

Для более крупных винтов и болтов, где ориентация вибрационной чаши нецелесообразна, используются ступенчатые и ленточные питатели. В ступенчатом питателе используется ряд полок, совершающих возвратно-поступательное движение, для подъема шнеков из бункера для массовых грузов в точку доставки, полагаясь на силу тяжести и геометрию ступеней для разделения продукта без необходимости точной ориентации. Ступенчатые питатели прочны, подходят для шнеков широкого диапазона размеров с минимальной регулировкой и менее склонны к застреванию длинными или тяжелыми шнеками, чем чашечные кормушки. Их ограничением является то, что они не ориентируют продукт так последовательно, как хорошо оснащенная чаша-питатель, что может повлиять на надежность счетного датчика для некоторых геометрий шнеков.

Интеграция с маркировкой, печатью и вторичной упаковкой

В современном производстве аппаратной упаковки винтовая упаковочная машина редко работает изолированно. Обычно он интегрируется в производственную линию, которая включает в себя входную подачу и хранение, саму упаковочную машину, а также последующее оборудование для этикетирования, печати и вторичной упаковки. Понимание того, как эти элементы связаны друг с другом, помогает покупателям планировать свои инвестиции в полную линейку, а не обнаруживать пробелы в интеграции после того, как отдельные машины были куплены и доставлены.

Встроенная маркировка — когда принтер-аппликатор этикеток наносит напечатанную этикетку на каждый готовый пакет сразу после запечатывания — исключает необходимость использования отдельной рабочей станции для маркировки и гарантирует, что каждый пакет содержит точные производственные данные в режиме реального времени, включая номер партии, код даты и штрих-код. Большинство контроллеров упаковщиков VFFS могут подавать на этикетировочную машину триггерный сигнал, синхронизированный с циклом разгрузки мешков. Для розничных упаковок, для которых требуется заголовочная карточка или отверстие для подвешивания, упаковщик VFFS может быть оснащен дыроколом, который создает отверстие для подвешивания во время формирования пакета.

Вторичная упаковка — автоматическая сортировка готовых пакетов в картонные коробки или лотки для распределения — может быть интегрирована с роботизированными упаковщиками в коробки или полуавтоматическими сортировочными конвейерами для линий с большими объемами. Для небольших объемов гравитационный или ленточный разгрузочный конвейер, накапливающий готовые мешки для ручной упаковки в коробки, является практичным и экономически эффективным промежуточным этапом, не требующим капиталовложений в роботизированную ячейку вторичной упаковки.

Требования к техническому обслуживанию и общая стоимость владения

Шнековые упаковочные машины работают в среде, неблагоприятной для механических и электронных компонентов — металлическая пыль и стружка шнеков скапливаются на датчиках и движущихся частях, острые кончики шнеков задевают конвейерные ленты и покрытия желобов, а непрерывная вибрация систем подачи ускоряет износ крепежа и подшипников. Учет требований по техническому обслуживанию при расчете общей стоимости владения необходим для точного сравнения вариантов машин в разных ценовых категориях.

• Интервалы очистки датчика: Оптические счетные датчики требуют регулярной очистки от металлической пыли, которая скапливается на поверхности датчика и приводит к ошибкам в подсчете. При высокоскоростных операциях с абразивными шнеками может потребоваться ежедневная очистка датчиков. Машины с легкодоступным снятием датчика без инструментов сокращают время очистки и способствуют соблюдению требований.
• Износ оснастки устройства подачи чаши: Компоненты инструментов из полиуретана или нержавеющей стали внутри вибропитателей постепенно изнашиваются, изменяя геометрию гусениц и, в конечном итоге, ухудшая надежность ориентации. Для каждого типа винтов необходимо иметь запасной инструмент, а проверка износа должна быть включена в еженедельное техническое обслуживание.
• Обслуживание уплотнительных губок: На упаковочных машинах VFFS зажимы для термосваривания, образующие запечатывание пакетов, требуют периодического осмотра на предмет скопления остатков упаковочной пленки и замены антипригарного покрытия зажимов при его разрушении. Неисправная губка уплотнителя приводит к открытию или ослаблению уплотнений, которые выходят из строя при транспортировке, что приводит к возврату клиентов и потере продукта.
• Наличие запасных частей: Прежде чем покупать любую винтовую упаковочную машину, особенно у зарубежных производителей, убедитесь, что важные запасные части (датчики, вставки губок, приводные ремни, вибрационные двигатели) имеются на местном складе или могут быть доставлены в приемлемые сроки. Машина, которая простаивает две недели в ожидании импортного датчика, может свести на нет месяцы экономии средств.