ماشینآلات تولید و بستهبندی بستنی از پروژههای انجامشده در حوزه طراحی و ساخت ماشینآلات صنایع غذایی، تجهیزات برودتی، سیستمهای پرکن و خطوط بستهبندی بودهاند. در این پروژهها، بخشهای مختلف فرآیند تولید بستنی از انتقال و آمادهسازی محصول تا پرکردن، افزودن مواد جانبی، سرمایش، دربگذاری، بستهبندی و انتقال محصول نهایی طراحی و اجرا شدهاند.
در طراحی این ماشینآلات، فقط مکانیزم پرکن مطرح نیست؛ دمای محصول، بافت بستنی، سرعت خط، نوع ظرف، نوع قالب، نوع بستهبندی، زمان ماند در سرمایش، شرایط شستوشو، تجهیزات پنوماتیک، سرووها و هماهنگی کامل بین تمام ایستگاهها باید بهصورت یک مجموعه واحد بررسی شوند.
انواع ماشینآلات بستنی
بسته به نوع محصول، ماشینآلات تولید بستنی میتوانند برای محصولات مختلف طراحی شوند، از جمله:
- بستنی لیوانی
- بستنی قیفی
- بستنی چوبی
- بستنی قالبی
- بستنی روکشدار
- بستنی مغزدار
- بستنی چندلایه
- بستنی میوهای
- محصولات سهبعدی و قالبی
- بستنیهای بستهبندیشده
- محصولات ترکیبی
هرکدام از این محصولات فرآیند، مکانیزم و تجهیزات خاص خود را نیاز دارند.
ساختار کلی خط تولید بستنی
یک خط تولید بستنی میتواند از ایستگاههای مختلفی تشکیل شود، از جمله:
- انتقال محصول اولیه
- فریزر بستنی
- مخزن نگهداری
- پمپ محصول
- سیستم پرکن
- قالب یا ظرف
- افزودن سس و شکلات
- افزودن مغز یا میوه
- قرار دادن چوب
- تاپینگ
- روکش شکلات
- سرمایش یا انجماد
- خروج از قالب
- دربگذاری
- فویلگذاری
- بستهبندی
- انتقال محصول نهایی
ترتیب این ایستگاهها بر اساس نوع محصول تغییر میکند.
سیستم پرکن بستنی
پرکن یکی از مهمترین بخشهای ماشینآلات تولید بستنی است.
به دلیل ویسکوزیته بالا و دمای پایین محصول، سیستم پرکن باید متناسب با رفتار واقعی بستنی طراحی شود.
روشهای قابل استفاده شامل:
- پرکن پیستونی
- پرکن پمپی
- پرکن سروویی
- پرکن حجمی
- پرکن چندنازله
است.
پرکن سروویی
در ماشینآلات دقیقتر، سروو موتور برای کنترل حجم و حرکت پیستون استفاده میشود.
مزایای سیستم سروویی شامل:
- تنظیم حجم از HMI
- دقت بالا
- کنترل سرعت تزریق
- تغییر Recipe
- کاهش ضربه
- امکان ایجاد پروفایل تزریق
است.
پرکن چندنازله
در خطوط خطی، چند محصول میتوانند بهصورت همزمان پر شوند.
برای مثال یک دستگاه میتواند چند Lane داشته باشد و در هر سیکل چند لیوان، قیف یا قالب را بهصورت همزمان پر کند.
در طراحی این بخش باید موارد زیر بررسی شوند:
- یکنواختی حجم
- فاصله نازلها
- دبی محصول
- فشار
- زمان سیکل
- همزمانی نازلها
- نحوه شستوشو
نازلهای پرکن بستنی
شکل نازل تأثیر زیادی روی فرم نهایی محصول دارد.
نازلها میتوانند:
- ساده
- ستارهای
- چندخروجی
- مرکزی
- حلقوی
- مخصوص Swirl
- مخصوص چندرنگ
باشند.
در برخی محصولات، حرکت نازل نیز میتواند با سروو کنترل شود تا شکل مشخصی ایجاد شود.
بستنی لیوانی
در خطوط بستنی لیوانی، فرآیند میتواند شامل:
- Cup Feeding
- Cup Drop
- Filling
- Sauce Filling
- Nut/Fruit Feeding
- Foil Placement
- Heat Sealing
- Lid Placement
- Discharge
باشد.
این فرآیند میتواند در ماشینهای خطی یا روتاری انجام شود.
بستنی قیفی
در ماشینآلات بستنی قیفی، قیف باید قبل از پرکردن در موقعیت مناسب قرار گیرد.
فرآیند میتواند شامل:
- تغذیه قیف
- جداسازی قیف
- قرارگیری در حامل
- تزریق شکلات داخل قیف
- پرکردن بستنی
- افزودن تاپینگ
- افزودن مغز
- بستهبندی
- خروج
باشد.
سیستم تغذیه قیف
قیفها معمولاً بهصورت دستهای وارد دستگاه میشوند و باید یکییکی جدا شوند.
مکانیزم باید بدون شکستگی قیف، هر بار یک عدد را جدا کند.
برای این کار میتوان از:
- Vacuum
- Finger Mechanism
- Pneumatic Separator
- Rotary Mechanism
استفاده کرد.
بستنی قالبی
در محصولات قالبی، بستنی داخل قالبهایی با شکل مشخص ریخته میشود.
قالبها ممکن است:
- فلزی
- پلاستیکی
- چندخانه
- سهبعدی
- اشکال خاص
باشند.
در این خطوط، کنترل دمای قالب و زمان انجماد اهمیت زیادی دارد.
قرار دادن چوب بستنی
در بستنیهای چوبی، Stick Inserter یکی از ایستگاههای مهم است.
سیستم باید چوبها را:
- جدا کند
- جهتدهی کند
- در موقعیت مناسب قرار دهد
- تا عمق مشخص وارد محصول کند
در طراحی این بخش مواردی مانند سرعت، عمق نفوذ و عدم آسیب به محصول اهمیت دارند.
خروج بستنی از قالب
پس از انجماد، محصول باید از قالب جدا شود.
برای این کار میتوان از روشهایی مانند:
- گرمکردن سطح قالب
- آب گرم
- مکانیزم مکانیکی
- Vacuum
- Gripper
استفاده کرد.
گرمایش باید فقط بهاندازهای باشد که سطح محصول از قالب آزاد شود و باعث ذوبشدن بیش از حد نشود.
روکش شکلات
در بستنیهای روکشدار، محصول پس از خروج از قالب وارد مرحله شکلاتزنی میشود.
روشهای مختلف شامل:
- Dip
- Spray
- Curtain Coating
است.
دما و ویسکوزیته شکلات باید بهگونهای کنترل شود که ضخامت روکش مناسب ایجاد شود.
مخزن شکلات
سیستم شکلات میتواند شامل:
- مخزن
- Jacket
- همزن
- پمپ
- لولهکشی گرم
- نازل
- کنترل دما
باشد.
شکلات باید در محدوده دمایی مناسب باقی بماند تا ویسکوزیته آن ثابت باشد.
افزودن مغز و میوه
در بسیاری از محصولات بستنی، مواد جامد مانند:
- مغزها
- تکههای میوه
- شکلات
- بیسکویت
- کارامل
- مواد خشک
به محصول اضافه میشوند.
برای این کار میتوان از سیستمهای Feeder مختلف استفاده کرد.
Fruit Feeder
در سیستم Fruit Feeder، مواد جامد یا نیمهجامد به جریان بستنی اضافه میشوند.
در طراحی این دستگاه موارد زیر اهمیت دارند:
- اندازه ذرات
- درصد افزودنی
- یکنواختی توزیع
- جلوگیری از خردشدن ذرات
- دمای محصول
- شستوشو
- نوع مکانیزم انتقال
تاپینگ
پس از پرکردن میتوان مواد مختلفی روی محصول اضافه کرد.
از جمله:
- شکلات
- سس
- مغز
- پودر
- بیسکویت
- میوه
مکانیزم تاپینگ باید مقدار کنترلشدهای از ماده را روی موقعیت مشخص قرار دهد.
محصولات چندرنگ و چندلایه
برای تولید بستنیهای چندرنگ یا چندطعم میتوان چند مسیر محصول و چند نازل را با یکدیگر ترکیب کرد.
سیستم میتواند:
- دو رنگ
- سه رنگ
- لایهای
- مارپیچ
- Core Filling
باشد.
در طراحی این سیستمها، هماهنگی دبی محصولات اهمیت زیادی دارد.
Core Filling
در برخی بستنیها، مادهای مانند:
- شکلات
- سس
- کارامل
- میوه
در مرکز بستنی تزریق میشود.
برای این کار از نازلهای Concentric یا سیستمهای تزریق مرکزی استفاده میشود.
کنترل دمای محصول
دمای بستنی در تمام مراحل اهمیت زیادی دارد.
اگر محصول بیش از حد گرم باشد:
- فرم خود را از دست میدهد
- بستهبندی دشوار میشود
و اگر بیش از حد سرد شود:
- ویسکوزیته بالا میرود
- فشار پرکن افزایش مییابد
- عملکرد پمپ سختتر میشود
بنابراین دما باید در نقاط مختلف خط کنترل شود.
پمپهای بستنی
برای انتقال محصول از پمپهای مناسب صنایع غذایی استفاده میشود.
انواع قابل استفاده شامل:
- Lobe Pump
- Piston Pump
- Positive Displacement Pump
- Progressive Cavity Pump
است.
نوع پمپ بر اساس ویسکوزیته، دبی و میزان حساسیت محصول انتخاب میشود.
لولهکشی محصول
مسیر محصول باید کوتاه، قابل شستوشو و با کمترین Dead Leg طراحی شود.
در طراحی لولهکشی موارد زیر بررسی میشوند:
- قطر لوله
- فشار
- افت فشار
- اتصالات
- شستوشو
- تخلیه کامل
- دمای محصول
سیستم سرمایش و انجماد
بعد از شکلگیری یا بستهبندی اولیه، محصول باید در شرایط دمایی مناسب منجمد شود.
برای این منظور میتوان از:
- تونل سرمایش
- Hardening Tunnel
- Spiral Freezer
- Brine System
- سیستمهای آمونیاکی
- سیستمهای فریونی
استفاده کرد.
Hardening Tunnel
در Hardening Tunnel هدف رساندن بستنی به دمای نهایی و تثبیت کامل ساختار محصول است.
محصول برای مدت مشخصی داخل محیط بسیار سرد حرکت میکند.
طراحی این بخش به:
- سرعت تولید
- دمای ورودی
- دمای خروجی
- وزن محصول
- طول مسیر
- زمان ماند
وابسته است.
Spiral Freezer
برای ایجاد زمان ماند بالا در فضای محدود، Spiral Freezer گزینه مناسبی است.
در این سیستم، محصول روی کانوایر مارپیچ حرکت میکند و برای مدت طولانی داخل فضای سرد باقی میماند.
انتقال محصول در دمای پایین
کانوایرهای داخل فریزر باید برای دماهای پایین طراحی شوند.
موارد مهم شامل:
- نوع تسمه
- جنس زنجیر
- روانکار
- یاتاقان
- انقباض حرارتی
- سنسورها
- کابلها
- موتور و گیربکس
هستند.
فویلگذاری و سیل
در محصولات لیوانی، بعد از پرکردن میتوان از فویل برای بستن ظرف استفاده کرد.
سیستم شامل:
- فویل آماده یا رول
- Pick & Place
- قالب سیل
- المنت
- سنسور دما
- کنترل فشار
است.
دربگذاری
پس از سیل، در صورت نیاز درب پلاستیکی نیز روی محصول قرار میگیرد.
مکانیزم میتواند شامل:
- Lid Magazine
- Separator
- Pick & Place
- Press Mechanism
- Detection
باشد.
بستهبندی بستنی
پس از تولید، محصولات میتوانند وارد سیستمهای بستهبندی مختلف شوند.
از جمله:
- Flow Pack
- Wrapper
- Shrink Pack
- Carton Packing
- Multipack
نوع بستهبندی به شکل محصول و روش فروش بستگی دارد.
Flow Pack بستنی
برای بستنیهای تکی مانند محصولات چوبی یا قالبی، Flow Pack کاربرد زیادی دارد.
در این سیستم، محصول داخل فیلم قرار گرفته، در طول سیل میشود و سپس فکهای عرضی بسته را تکمیل میکنند.
هماهنگی با دمای محصول
در بستهبندی بستنی، دمای پایین محصول میتواند باعث تشکیل رطوبت یا یخ روی سطح بسته شود.
به همین دلیل جنس فیلم، سرعت بستهبندی و شرایط محیط باید متناسب با محصول انتخاب شوند.
کانوایرهای خط بستنی
در خطوط بستنی از انواع مختلف کانوایر استفاده میشود:
- Modular Belt
- Chain Conveyor
- Pocket Conveyor
- Timing Belt
- Curve Conveyor
- Spiral Conveyor
نوع کانوایر متناسب با محصول و شرایط دمایی انتخاب میشود.
سیستمهای Pick & Place
در بخشهای مختلف خط میتوان از Pick & Place استفاده کرد.
برای مثال:
- انتقال محصول
- برداشتن فویل
- قرار دادن درب
- بستهبندی
- قرار دادن در کارتن
این سیستمها میتوانند پنوماتیکی، سروویی یا رباتیک باشند.
طراحی پنوماتیک
پنوماتیک در بخشهای مختلف ماشینآلات بستنی کاربرد دارد.
از جمله:
- Stopper
- Cup Drop
- Cone Drop
- Foil Pick
- Lid Placement
- Eject
- Reject
- Gripper
سرعت و فشار سیستم باید متناسب با زمان سیکل انتخاب شوند.
سیستمهای سروویی
سروو برای حرکات دقیق و پرتکرار استفاده میشود.
کاربردهای آن شامل:
- پرکن
- ایندکس
- Pick & Place
- حرکت نازل
- Film Feed
- تغییر موقعیت
- بستهبندی
است.
طراحی Hygienic
ماشینآلات تولید بستنی باید قابلیت شستوشوی کامل داشته باشند.
در طراحی باید تا حد امکان:
- نقاط مرده حذف شوند
- سطوح در تماس با محصول صاف باشند
- تخلیه کامل انجام شود
- قطعات قابل بازکردن باشند
- آب روی شاسی باقی نماند
- قطعات مناسب صنایع غذایی استفاده شوند
استیل و متریال غذایی
در بخشهای در تماس با محصول معمولاً از استیل مناسب صنایع غذایی استفاده میشود.
بسته به فرآیند میتوان از:
- Stainless Steel 304
- Stainless Steel 316
- Food Grade Polymer
- Food Grade Seal
استفاده کرد.
سیستم CIP
مسیرهای بسته محصول میتوانند برای شستوشوی CIP طراحی شوند.
این سیستم میتواند شامل شستوشوی:
- مخزن
- لوله
- پمپ
- شیر
- نازل
- مبدل
باشد.
کنترل و اتوماسیون
PLC وظیفه هماهنگکردن تمام مراحل خط را بر عهده دارد.
سیستم میتواند موارد زیر را کنترل کند:
- سرعت خط
- حجم پرکردن
- دمای محصول
- سرووها
- سیستم پنوماتیک
- سرمایش
- سیل
- دربگذاری
- بستهبندی
- Reject
Recipe
برای محصولات مختلف میتوان Recipe جداگانه تعریف کرد.
هر Recipe میتواند شامل:
- حجم پرکردن
- سرعت
- دما
- مقدار سس
- مقدار افزودنی
- موقعیت نازل
- زمان سیل
- زمان فرآیند
باشد.
سیستم Reject
محصولات دارای خطا باید از خط خارج شوند.
دلایل Reject میتوانند شامل:
- نبود ظرف
- پرکردن ناقص
- نبود چوب
- نبود فویل
- درب ناقص
- بستهبندی اشتباه
- وزن خارج از محدوده
باشند.
کنترل کیفیت
در خطوط پیشرفتهتر میتوان از:
- Vision System
- Checkweigher
- Metal Detector
- Temperature Monitoring
- Product Detection
استفاده کرد.
طراحی شاسی و بدنه
شاسی دستگاه باید علاوه بر استحکام، برای شستوشو و محیط سرد مناسب باشد.
در طراحی شاسی موارد زیر بررسی میشوند:
- استحکام
- لرزش
- زهکشی
- دسترسی تعمیراتی
- محل موتور
- محل پمپ
- کابلکشی
- شیلنگکشی
- کاورها
مدلسازی سهبعدی
پیش از ساخت، مجموعه کامل ماشینآلات در محیط سهبعدی طراحی میشود.
در این مرحله موارد زیر بررسی میشوند:
- مسیر محصول
- موقعیت نازلها
- مکانیزمها
- مسیر کانوایر
- فضای تعمیر
- دسترسی اپراتور
- مسیر لوله
- محل تجهیزات سرمایشی
- کاورها
تست و راهاندازی
پس از ساخت، ماشین ابتدا بدون محصول و سپس با بستنی واقعی تست میشود.
موارد بررسی شامل:
- دقت پرکردن
- شکل محصول
- دمای محصول
- افزودن مواد
- عملکرد فویل
- سیل
- دربگذاری
- خروج محصول
- زمان سیکل
- پایداری در کار مداوم
چالشهای پروژه
مهمترین چالشهای پروژههای ماشینآلات تولید و بستهبندی بستنی شامل موارد زیر بودهاند:
- کار با محصول در دمای پایین
- تغییر ویسکوزیته
- دقت پرکردن
- طراحی نازل
- تولید محصولات چندرنگ
- افزودن مغز و میوه
- کنترل روکش شکلات
- جداسازی محصول از قالب
- انتقال در محیط سرد
- کنترل زمان انجماد
- شستوشوی Hygienic
- هماهنگی چندین ایستگاه
- افزایش ظرفیت تولید
نتیجه پروژه
نتیجه این پروژهها، طراحی و اجرای انواع ماشینآلات تولید و بستهبندی بستنی برای محصولات مختلف بوده است.
این ماشینآلات شامل سیستمهای پرکن لیوانی و قیفی، محصولات قالبی و چوبی، سیستمهای افزودن سس، شکلات، مغز و میوه، فویلگذاری، دربگذاری، تونلهای سرمایش، انتقال محصول و تجهیزات بستهبندی بودهاند.
در این پروژهها، طراحی مکانیکی، تبرید، انتقال محصول، پنوماتیک، سروو، سیستمهای بهداشتی و اتوماسیون بهصورت یک مجموعه یکپارچه بررسی شدهاند تا خط تولید متناسب با محصول، سرعت و شرایط واقعی کارخانه طراحی شود.
