白酒高速灌装条件下对组合瓶盖瓶口适应性结构的对策研究.pdf

DOI:10.137.njkj.2023061722023 No.10(Tol.352)酿酒科技2023年第10 期（总第352 期）LIQUOR-MAKINGSCIENCE&TECHNOLOGY白酒高速灌装条件下对组合瓶盖瓶口适应性结构的对策研究胡涛，王庆挺，赵丙坤*,任剑波（泸州老窖股份有限公司，四川泸州6 46 0 0 0）摘要：白酒高速灌装线生产使用的组合瓶盖，必须能顺利地压在瓶口上，压装后瓶盖外观完整瓶口密封完好。本文对低速白酒灌装生产中组合瓶盖与瓶口配合时常出现的典型质量问题产生的原因进行分析，并从瓶口、瓶盖结构与公差配合要求出发提出了解决方案，设计了满足白酒高速灌装线的组合瓶盖与瓶口结构，为白酒智能化灌装产业化提供技术支撑。关键词：白酒；高速灌装线；组合瓶盖与瓶口；适应性结构；对策研究中图分类号：TS262.3；T S2 6 1.3文献标识码：A文章编号：10 0 1-9 2 8 6(2 0 2 3)10-0 0 7 2-0 5Analysis of the Adaptive Structure Between the Combined Bottle Cap andthe Bottle Mouth Applied in High-Speed Bottling Line of BaijiuHU Tao,WANG Qingting,ZHAO Bingkun and REN Jianbo(Luzhou Laojiao Co.Ltd.,Luzhou,Sichuan 646000,China)Abstract:In the high-speed bottling line of Baijiu,the combined bottle cap must be smoothly capped on the bottle mouth,and the ap-pearance and sealing of the bottle must be maintained in a good condition.This paper analyzes the typical quality problems betweenthe combined bottle cap and the bottle mouth in the low-speed bottling line,proposes the solution,and designs an adaptive structureto meet the requirements of the high-speed bottling line.This study has provided technical support for intelligent bottling of Baijiu.Key words:Baijiu;high-speed bottling line;combined bottle cap and bottle mouth;adaptive structure;countermeasure research近年来，伴随着劳动力成本的不断攀升，劳动密集型传统白酒灌装生产线的日产量低、产品质量良莠不齐、批差质量问题追溯较难、能耗高等劣势日益凸显，白酒生产自动化水平的提升成为行业研究的重点，生产自动化、数字化成为一种发展趋势。以泸州老窖为代表的白酒生产厂家响应国家关于工业技术改造、产业升级方面的号召，在酿酒生产、成品酒灌装、仓储物流等方面的信息化、自动化技改方面进行试验和应用，获得了一定规模的参数与数据，并将成功经验大规模应用于实际生产中，以满足未来产业升级、产品结构调整等战略规划实施。1传统白酒灌装产线传统白酒的灌装生产速度小于2 瓶/s，以电力驱动实现半自动化生产，配置固定的人员形成班组，进行不同产品的生产。先将成品酒生产工序模块化，再匹配合适的专业人员，确保生产设备的最大化有效利用，依靠工人的操作水平不断提升产量，从而实现生产效率的有限提升。其生产方式、生产过程控制主要依靠人工来完成，缺失过程记录与监控，造成产品质量追溯难度较大，产量提升受人工数量与工作时间影响，高成本、高消耗、环境代价大等成为传统加工制造业的重大制约因素。基金项目：四川省科技项目（2 0 2 1ZYD0102）。作者简介：胡涛（19 6 8-），男，本科，高级工程师，研究方向：酒类包材、包装标准化设计。通讯作者：赵丙坤（19 7 9-），男，本科，高级工程师，泸州老窖包材采供中心总经理，主要从事包材采购、包装设备开发。73胡涛，王庆挺，赵丙坤，任剑波白酒高速灌装条件下对组合瓶盖瓶口适应性结构的对策研究传统白酒包装生产是从包装材料领用到包装出成品的过程。整个过程主要包含以下四个工序：备料、洗瓶洗盖、灌装、包装。备料：领取包装材料、纸箱成形、流水线包材配送、废旧物料清理。洗瓶洗盖：洗瓶、上瓶、验瓶、洗盖。灌装：灌酒、瓶内酒体杂质检测（照光）、酒水计量监控。包装：封盖、贴标、装盒、喷码、装箱封箱、堆码等。按区域划分为干区和湿区：湿区为洗瓶、灌酒工序，干区为备料、包装工序。近几年通过对瓶装白酒产品包装质量跟踪发现，装酒容器、酒瓶盖良好的密封性能不仅有效阻隔酒液的挥发，也可增强高低度白酒货架期酒体质量稳定性。保证其良好密封功能的最后一个关键环节是白酒灌装生产的灌酒压盖工序，因此，解决灌装生产中压盖封盖环节出现的质量问题是瓶装白酒质量稳定的关键环节，也是白酒包装生产可实现智能化高速灌装的前提。白酒包装个性化需求酒瓶盖结构、材质丰富多样，常见的酒瓶盖有铝螺旋盖、塑料盖、玻盖、陶瓷盖、金属盖以及组合式防伪瓶盖等。在包装行业内，铝质螺旋盖已实现高速自动化生产，玻璃盖、陶瓷盖、金属盖个性化设计明显，外观结构不适合标准化高速生产，在此均不再赘述。本文仅对白酒灌装生产线可标准化、可自动化生产的组合式防伪瓶盖结构进行分析，通过实样批量测试验证，设计出适合高速灌装线的组合瓶盖、酒瓶瓶口结构，为传统白酒实现智能化高速灌装提供技术支撑，从而解决现有组合瓶盖结构只适用于较低的灌装速度（2 瓶/s），解决不同季节气温高低不同时瓶盖出现的内塞被压变形而漏酒、盖外套被撑裂或鼓包等产品质量问题，同时解决白酒高速灌装中产品包材与灌装设备的匹配问题，使生产效率成倍增长。2组合瓶盖与瓶口配合原因分析及解决方案从上述问题可以看出，酒瓶瓶口与瓶盖配合涉及两种不同材质的配合，需要考虑其在不同温度条件下的收缩比与走向，以及其工艺与结构的影响，包含过盈密封配合，尺寸、公差配合等。2.1组合瓶盖与瓶口配合常见问题组合瓶盖与瓶口配合涉及瓶盖内塞与瓶口内壁的过盈密封配合，瓶盖内件与瓶口高度、锁齿、防滑齿间的尺寸、公差配合等方面的问题，具体问题与现象见表1。2.2组合瓶盖材质与热膨胀系数瓶盖内塞材质一般采用低密度聚乙烯(C,H)n（p o l y e t h y l e n e 简称LDPE），收缩率1.55.0，热膨胀系数2.6 7 10 4m/k。瓶盖内件材质采用聚丙烯(C.Ho)n(polypropyl-ene简称PP），收缩率1.0 2.5，热膨胀系数1.0 310-*m/k；聚对苯二甲酸乙二醇酯(CioH.O4)n（p o l y e t h y l e n e g l y c o l t e r e p h t h a l a t e 简称PET），收缩率0.13，热膨胀系数1.17 10-4m/k；2,2 -双（4-羟基苯基）丙烷聚碳酸酯(Polycarbonate简称PC)，收缩率0.50.7，热膨胀系数1.2 2 10-*m/k；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ButadieneStyrene简称ABS），收缩率0.30.8，热膨胀系数9.510-m/k.等。2.3玻瓶材质与热膨胀系数瓶罐玻瓶一般采用硼硅酸盐，主要成分是石英砂（二氧化硅SiO）、硼砂（氧化硼BO，）、氧化镁（M g O 2）及纯碱等熔融而成，其熔化温度在1450 左右，成型始温度119 0 12 0 0，成型终温度735左右，退火温度550，冷却时间约9 8 s，膨表1组合瓶盖与瓶口配合常见问题瓶盖瓶口配合问题问题现象描述瓶盖打转玻瓶与瓶盖配合后，整个瓶盖打转，瓶盖不能正常开启瓶盖抽筒玻瓶与瓶盖配合后，瓶盖能从玻瓶瓶口上拔出瓶口渗漏玻瓶与瓶盖配合后，通过真空干燥箱抽真空或倒置测试瓶盖与玻瓶配合处渗漏瓶盖外套发白起鼓和裂纹瓶盖在压装到瓶子上后出现发白、起鼓、开裂等异常742023 No.10(Tol.352)酿酒科技2023年第10 期（总第352 期）LIQUOR-MAKINGSCIENCE&TECHNOLOGY瓶盖内塞瓶盖内盖瓶盖内套图1组合瓶盖结构*25.60.2STOfLS*23.526.*17.60.1520.22组附齿均布B27.60.2每组2 条*23.5-0.2526.20.2齿内径(8t1)。0 90+.0.96*27.60.2齿外径2428.30.21515图2卡式瓶口图胀系数根据硫碳比稍有不同，一般在8 58 7 之间。转变温度以下的常温状态，受外界的影响很小，变化范围在5.8 10-150 10-7。2.4组合瓶盖与瓶口结构分析2.4.1组合瓶盖结构（图1）组合式瓶盖各内置件尺寸配合技术要求，一般在瓶盖卡瓶后，各内外组件配合紧密，拔起力大于10kgf。2.4.2瓶口结构见图2 卡式瓶口图。2.5组合瓶盖与瓶口配合问题及解决方案2.5.1瓶盖打转问题瓶盖打转问题是瓶口防滑齿与盖内件止转齿相互啮合不好，反向阻力不够造成的。具体原因见表2。2.5.2瓶盖抽筒问题表2瓶盖打转问题分析及解决方案原因分析解决方案建议瓶口防滑齿外径偏小，旋转盖要求直径在设计公差范头时会存在打滑现象。围内可解决。瓶口副齿侧壁圆滑或过短，瓶盖和玻瓶防滑齿相互不能牢瓶口防滑齿加长或减少固锁扣，用力旋转瓶盖时，易副齿倒角。出现打滑。瓶口防滑齿底径与瓶盖内套减少瓶口防滑齿底径与止转齿外径间隙过大，导致瓶盖止转齿外径间隙，推荐盖转动明显。单边0.2 0.3mm间隙。盖内套内径过大，盖内套止转增大啮合长度，推荐重叠齿与瓶口防滑齿咬合部分过部分尺寸0.7 mm。少，易造成打滑。瓶盖抽筒问题是盖内套锁齿强度不够，或者锁齿不能锁住瓶口。具体原因见表3。2.5.3瓶口渗漏问题组合瓶盖密封瓶口主要依靠内塞外撑瓶口内壁形成侧向压力密封面，密封面的强度与持久力决75胡涛，王庆挺，赵丙坤，任剑波白酒高速灌装条件下对组合瓶盖瓶口适应性结构的对策研究表3并瓶盖抽筒问题分析及解决方案原因分析解决方案建议瓶口高度与瓶盖设计口模高增加瓶口高度比口模设度一致或略小，瓶盖压装时计高度大1mm，瓶盖锁下端被瓶子台阶顶住未压到齿和瓶口卡台间预留位，使瓶盖锁齿不能扣住瓶0.3 mm。口卡台。瓶口卡台外径与瓶盖挂齿内根据材料收缩比及膨胀径尺寸不匹配，盖内套锁齿系数，合理计算模具尺挂不上玻瓶锁口下端部位或寸，注意公差走向管控。挂得不牢固。瓶口卡台高度大于瓶盖内套锁口高度致瓶盖锁齿不能挂上瓶口下端部位。瓶口下端直角处圆滑或有向瓶锁口卡台与竖直面成上斜度致瓶盖锁齿挂上后打90清角和外沿R角控滑，用力拔瓶盖就会被拔出。制到0.3mm以内。瓶口卡台径向尺寸较小，造推荐瓶锁扣卡台径向尺成瓶盖易拔出。寸0.8 mm。定密封效果与时间长短。具体原因见表4。表4并瓶口渗漏问题分析与解决方案原因分析解决方案建议瓶口内壁不光滑（粗糙）或玻瓶瓶口内壁有细裂纹致瓶盖内塞不能与玻控制瓶口光滑度。瓶瓶口内壁紧密配合控制瓶口光滑度，瓶口内壁有毛刺、瓶口端面与内壁瓶口内楞处倒角入口处锋利，刮伤瓶盖内塞R1.0 mm。加大内塞外径过盈盖内塞与瓶口内径过盈量过小量，推荐盖内塞过(0.4mm）,致内塞外撑力不够大。盈量0.8 1.0 mm。瓶口端面以下内壁瓶口内壁圆柱度不够，与内塞接触5mm以上保持平面较少，不能形成有效密封面。直、光滑。盖内塞壁较厚，冬季变形量不够，综合考虑强度和弹或瓶盖设计太短，灌装线照光时瓶性两方面因素，推盖摇晃幅度过大，致内塞与瓶口内荐内塞壁厚尺寸壁贴合不好。0.70.8 mm。推荐内塞密封面高内塞有效密封面太短度大于6 mm。2.5.4瓶盖外套发白、起鼓和裂纹问题涉及因素较多，主要是不同材料热膨胀系数不同致尺寸公差走向不一、匹配出现异常的现象，具体原因见表5。3适应白酒高速灌装线的组合瓶盖、瓶口结构智能化白酒高速灌装线具有高速化、复合化、精密化、自动化、数字化、绿色化的特点，通过机器表5瓶盖外套发白起鼓和裂纹问题分析与解决方案原因分析解决方案建议瓶口防滑齿外径或齿根部直径控制好瓶口齿外径大于瓶口图设计直径，瓶盖强行或齿根部直径压装后导致异常现象。瓶口瓶唇直径过大，导致盖内套瓶口瓶唇直径按要压装瞬间，锁齿变形过大，与外求控制，内外套留出套或铝筒干涉出现异常现象。足够间隙。修改内塞结构，增加瓶盖进入瓶口前的瓶盖与瓶口止转筋无提前预导预导向结构，使盖内向，致瓶盖在下压过程中与瓶口套止转齿与瓶口防防滑齿叠齿。滑齿压装前即处于预先啮合状态。人轻量化结构优化设计、高速伺服控制、精密定位装置、视觉检测、减振抑振等技术应用以实现产品质量、成本、效率和环保的新需求。通过组合瓶盖与瓶口配合出现的质量问题及原因分析，面对高速、自动化的智能化白酒灌装线，该如何进行匹配呢？首先要解决压盖前组合瓶盖在瓶口上的状态问题，其次要解决压盖时瓶盖内套的止转齿与瓶口环上的防滑齿出现叠齿的问题，第三要解决压盖时盖内塞出现被压变形，压盖后密封不良造成渗漏酒问题。因此，设计出合理的组合盖内塞结构、内套结构及与之相匹配的瓶口结构是解决问题的症结所在。3.1组合瓶盖结构要使内塞提前进入瓶口稳定瓶盖，增加一个圆柱段且外边沿设置有对称的竖直导向筋，在组合瓶盖压入瓶口前，瓶盖以自身重量将竖直导向筋内塞圆柱段提前进入瓶口，使瓶盖竖直立于瓶口上，同时加长瓶盖内套上的止转齿长度，使之与瓶口外的防滑齿有预啮合并有1mm预导向。为保证瓶盖的密封性能，推荐一组经验实验数据仅供参考：瓶盖内塞较瓶口内径过盈量控制在0.8 1.0 mm，内塞壁厚0.7 0.8 mm，内塞有效密封面高度可选46mm之间。优化的组合瓶盖结构见图3。3.2瓶口结构瓶口管控按照一般要求进行管控，在此推荐一组经验实验数据仅供参考：瓶口内壁与端面处倒角R1.0mm，瓶口端面以下内壁5mm以上平直、光滑，酒瓶容量50 0 mL及以上瓶口直段防滑齿长2023 No.10(Tol.352)76酿酒科技2023年第10 期（总第352 期）LIQUOR-MAKINGSCIENCE&TECHNOLOGYTER2组附齿均布B每组2 条E清角(8t1)90。0 9TAE*六条盘保持圆滑、等分R筋上端面与C面根部平齐15。15剖面A一A图4瓶口结构优化图3组合瓶盖结构优化7mm，瓶口卡台与竖直面成9 0 清角和外沿R角控制在0.3mm以内，瓶口锁扣卡台径向单边尺寸0.8mm，瓶口卡台与防滑齿凹槽间距为44.5mm，瓶口齿外径或齿根部直径按瓶口图控制在公差范围内。瓶口优化尺寸见图4。4结论综上组合瓶盖与瓶口结构设计，在高速灌装线上瓶盖压装到瓶口前，先使瓶盖呈竖直状态放置到瓶口上，通过瓶盖内塞的导向筋引导瓶盖在瓶口上处于竖直状态，防止传送带抖动引起瓶盖歪盖等现象的出现，同时瓶盖内套上的止转齿与瓶口外圆周上的防滑齿也进入预导向互相啮合状态，防止瓶盖转动、避免压盖时出现叠齿现象，从而将瓶盖很好地压进瓶口。在泸州老窖包装试验线运行12 0 0 0瓶/h的效果来看，按上述要求设计的组合瓶盖结构与瓶口结构匹配运行合理高效。参考文献：1胡昌红,潘亚军,王选伦.白酒包装塑胶瓶盖的密封结构设计简析 J.产品与设计,2 0 19,45(16)：55-58.2 吕辉张宿义，吴华昌，等.低度浓香型白酒货架期稳定性研究 J.食品与发酵科技,2 0 11,47(1):8-12.3 刘红燕.翻盖瓶盖注塑模具设计 J.工程塑料应用,2 0 19,47(1):96-101.4梁广源李书环.旋盖式瓶盖分离机设计 .天津农学院学报,2 0 18,2 5(4):6 8-6 9.5 王玉农，于永乐，苗华涛.塑料酒瓶盖工艺控制要点及发展趋势 J.印刷技术,2 0 16(14)：46-48.6张生慧，宁明理,杨大毅.白酒灌装过程工序间配合与效率提升的探讨 J.酿酒,2 0 15,42(5):7 8-7 9.7刘强，丁德宇.智能制造之路：专家智慧实践路线 M.北京：机械工业出版社,2 0 17.8田英良,孙诗兵.新编玻璃工艺学 M.北京：中国轻工业出版社,2 0 11.