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 646000）

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。

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。

表1 组合瓶盖与瓶口配合常见问题

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(C2H4)n（polyethylene 简称LDPE），收缩率1.5～5.0，热膨胀系数2.67×10-4m/k·℃。

瓶盖内件材质采用聚丙烯(C3H6)n（polypropylene 简称PP），收缩率1.0～2.5，热膨胀系数1.03×10-4m/k·℃；聚对苯二甲酸乙二醇酯(C10H8O4)n（polyethylene glycol terephthalate 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0.5～0.7，热膨胀系数1.22×10-4m/k·℃；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（Butadiene Styrene简称ABS），收缩率0.3～0.8，热膨胀系数9.5×10-5m/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SiO2）、硼砂（氧化硼B2O3）、氧化镁（MgO2）及纯碱等熔融而成，其熔化温度在1450 ℃左右，成型始温度1190～1200 ℃，成型终温度735 ℃左右，退火温度550 ℃，冷却时间约98 s，膨胀系数根据硫碳比稍有不同，一般在85～87 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5.8×10-7～150×10-7/℃。

2.4 组合瓶盖与瓶口结构分析

2.4.1 组合瓶盖结构（图1）

图1 组合瓶盖结构

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10 kgf。

2.4.2 瓶口结构

见图2卡式瓶口图。

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。

表2 瓶盖打转问题分析及解决方案

2.5.2 瓶盖抽筒问题

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。

表3 瓶盖抽筒问题分析及解决方案

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定密封效果与时间长短。具体原因见表4。

表4 瓶口渗漏问题分析与解决方案

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。

表5 瓶盖外套发白起鼓和裂纹问题分析与解决方案

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1 mm 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4～6 mm之间。优化的组合瓶盖结构见图3。

图3 组合瓶盖结构优化

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R 1.0 mm，瓶口端面以下内壁5 mm 以上平直、光滑，酒瓶容量500 mL 及以上瓶口直段防滑齿长≥7 mm，瓶口卡台与竖直面成90°清角和外沿R 角控制在0.3 mm 以内，瓶口锁扣卡台径向单边尺寸≥0.8 mm，瓶口卡台与防滑齿凹槽间距为4～4.5 mm，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。

图4 瓶口结构优化

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12000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。