【正文】 。第二代洗瓶機已改善了第一代機型中主鏈空運轉(zhuǎn)缺陷，但整體運行速度仍然偏低。 上世紀(jì) 90 年代初期，德國 KHS 公司設(shè)計出第三代洗瓶機，瓶盒數(shù)量為 38 排，仍屬浸泡噴沖連續(xù)形式，產(chǎn)量高達(dá) 36 萬瓶每小時，此機型目前成為國內(nèi)主流設(shè)備制造商的基準(zhǔn)機型，近凡年單端機型均在它的基礎(chǔ)上不斷地改進(jìn)完善創(chuàng)新。 90 年代末期，為了滿 足純生啤酒灌裝的需要，國內(nèi)不少洗瓶制造商研制出臥式雙端洗瓶機，克服了同一方向進(jìn)出瓶可能出現(xiàn)的交叉污染缺點。 進(jìn)入 21 世紀(jì)，洗瓶設(shè)備取得了新的技術(shù)進(jìn)步，目前己出現(xiàn)了采用無軸變頻傳動取代萬向聯(lián)軸節(jié)傳動的新型傳動洗瓶機，除標(biāo)方式上則出現(xiàn)了立式軸流泵噴沖，或?qū)υ须x心泵噴淋進(jìn)行了完善升級。洗瓶產(chǎn)能、可操作性及設(shè)備運行效率得到進(jìn)一步提升。 課題研究方向 根據(jù)以上課題的產(chǎn)生背景可知，本課題的研究內(nèi)容包括以下幾個方面： （ 1）機構(gòu)的型式組合即用什么機構(gòu)去完成所設(shè)設(shè)計的運動規(guī)律。機構(gòu)的種類很多，它們一可以 完成許多種運動，如往復(fù)運動、往復(fù)擺動、沿直線運動、沿某一指定的曲線運動、等速轉(zhuǎn)動和不等速轉(zhuǎn)動等等。而洗瓶機是主要又推瓶機構(gòu)、一甘輥機構(gòu)、轉(zhuǎn)刷機構(gòu)組成。設(shè)計的推瓶機構(gòu)應(yīng)使推頭接近均勻的速度準(zhǔn)瓶，平穩(wěn)地接觸和脫離瓶子，然后，推頭快速返回原位，準(zhǔn)備第二個工作循環(huán)。根據(jù)設(shè)計要求，推頭在工作行程中應(yīng)作勻速直線運動，在工作前后可有變速運動，回程時有急回。 對這種運動要求，若用單一的常用機構(gòu)是不容易實現(xiàn)的，通常要把若干個基本機構(gòu)織合起來，設(shè)計組合機構(gòu)。 （ 2）推瓶機構(gòu)的運動規(guī)律設(shè)計 即怎樣根據(jù)使用要求或工藝要求制定出一個 合理 4 的運動規(guī)律。例如推瓶機構(gòu)的設(shè)計，如果采用凸輪一連桿機構(gòu)的功能原理，則需要提出相應(yīng)的運動規(guī)律來完成所運動的軌跡，來完成相應(yīng)的實際功能 。如果采用四連桿機構(gòu)的功能原理，怎樣實現(xiàn)推頭推瓶的均勻速度和推頭快速返回原位等等。在這些可能的運動規(guī)律中，要找出一個適合客觀規(guī)律的最優(yōu)方案。 （ 3）進(jìn)瓶機構(gòu)的設(shè)計 洗瓶機如要進(jìn)行生產(chǎn)，必須要有進(jìn)瓶機構(gòu)作為各工序間的連接。另外進(jìn)瓶機構(gòu)還起到協(xié)調(diào)瓶流的作用，這意味著性能優(yōu)秀的進(jìn)瓶機構(gòu)可以起到提高生產(chǎn)線的產(chǎn)量、效率，甚至降低成本的作用。 （ 4）機構(gòu)的分析和綜合綜合出合適的機構(gòu)類型 后，怎樣進(jìn)一步確定機構(gòu)中各構(gòu)件尺寸和結(jié)構(gòu)形狀，也是一項要研究的問題。結(jié)合實際分析連桿機構(gòu)的運動規(guī)律及外型尺寸最終確定其整體外型尺寸。洗瓶機設(shè)備只用一個動力源，實現(xiàn)三個功能運動的機構(gòu)必須聯(lián)動，井且其主要功作必須協(xié)調(diào)。 3 設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計題目及工作原理 洗瓶機是由送料機構(gòu)、推瓶機構(gòu)、導(dǎo)輥機構(gòu)和轉(zhuǎn)刷機構(gòu)共同來完成它的工作的。根據(jù)下面洗瓶機工作情況示意圖，首先是由推瓶機構(gòu)以均勻的速度將瓶子推上工作臺（導(dǎo)輥 )，推頭的往復(fù)運動使瓶子一個一個不間斷的送上工作臺進(jìn)行清洗工作，由于瓶子是從靜止到具有一定的速度， 推頭和瓶子之間必然存在著一定的沖擊，所以就要考慮推頭的材料不能是剛性材料，要用其有一定韌性的塑性材料以保證在工作過程中不至于將瓶子碰碎。第二，瓶子送到工作臺的同時導(dǎo)輥己經(jīng)進(jìn)入了旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)并且噴水機構(gòu)也開始對瓶子進(jìn)行噴水，使瓶子隨著導(dǎo)輥的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行圓周運動，安裝在導(dǎo)輥上而旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)刷能夠?qū)⑵孔拥乃闹芏寄軌蚯逑锤蓛?。如圖所示。 5 圖 1 洗瓶機工作示意圖簡圖 Fig 31 Bottle washing machine working schematic diagram 功能原理 在實際工作中，要設(shè)計的機器往往比較復(fù)雜，其使用要求或工藝要求往往需要很多的功能原理組合成一個總的功能原理。下面我們來分析一下洗瓶機是通過什么功能原理來實現(xiàn)它所要完成的工作的。 首先推瓶機構(gòu)所采用的功能原理是用機械能迫使瓶子由工作臺的一側(cè)運動到另一側(cè)，則要求有一個工作行程為 L往返運動的推桿，同時推頭在工作過程中要勻速，回程時要快速，能夠滿足此運動規(guī)律可以有很多種，如可以設(shè)計成凸輪連桿機構(gòu)等實現(xiàn)其往復(fù)運動來完成其工作。要運用此功能原理來滿足其工作 需要，在運動規(guī)律設(shè)計方而就要考慮用什么來帶動凸輪機構(gòu)的轉(zhuǎn)動，一般我們都用電機來完成此項轉(zhuǎn)動功能。 其次是轉(zhuǎn)輥機構(gòu)所運用的是機械的轉(zhuǎn)動規(guī)律，也是機械運動中比較簡單的運動規(guī)律，只需要有一定的轉(zhuǎn)動速度與推瓶機構(gòu)、轉(zhuǎn)輥機構(gòu)相配合來實現(xiàn)洗瓶設(shè)各的整體工作功能。它是有兩個長圓柱型導(dǎo)輥旋轉(zhuǎn)，帶動瓶子旋轉(zhuǎn)并且由導(dǎo)輥的一側(cè)移動到另一側(cè)的，其中導(dǎo)輥只完成其中的旋轉(zhuǎn)功能，移動功能是由推瓶機構(gòu)來 實現(xiàn)的。 最后我們要了解一下轉(zhuǎn)刷機構(gòu)所采用的功能原理，它與導(dǎo)輥機構(gòu)相同運用的都是機械的轉(zhuǎn)動規(guī)律，與其不同的是轉(zhuǎn)刷機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)要有很 高的速度來完成其對瓶子外壁的清洗工作。知道了它的運動規(guī)律就要進(jìn)一步了解它是由什么機構(gòu)帶動完成其所要求的功能的。推瓶機構(gòu)、導(dǎo)輥機構(gòu)和轉(zhuǎn)刷機構(gòu)都是由一臺電機來提供所有的機械轉(zhuǎn)動規(guī)律的，這就要求我們對它們深入分析、研究各構(gòu)件之間的運動規(guī)律的聯(lián)系，進(jìn)而的設(shè)計出符合其聯(lián)動規(guī)律的整體設(shè)備，來滿足我們預(yù)期想要實現(xiàn)的目標(biāo)。 啤酒瓶回收清洗機的技術(shù)要求 啤酒瓶尺寸 工作行程 生產(chǎn)率 急回系數(shù) （長直徑） mm 個 /min k mm, mm 200 ? 60 600 3 3 表 1 啤酒瓶回收清洗機的技術(shù)要求 Tab 1 The technical requirements of beer bottle recycling cleaning machine 設(shè)計任務(wù) 6 （ 1）啤酒瓶洗瓶機 總體方案的擬定和主要參數(shù)的設(shè)計計算； （ 2） 傳動方案的確定及設(shè)計計算，主要工作部件的設(shè)計； （ 3） 主要 受力零件的強度或壽命校核計算； （ 4） 裝配總圖、部件圖、零件工作圖的繪制； （ 5）其他機構(gòu)的設(shè)計計算。 （ 6）編寫設(shè)計計算說明書。 原始數(shù)據(jù) （ 1）瓶子尺寸 :長度 L=200mm ,直徑 D=60mm . （ 2）推進(jìn)距離 S=600mm,推瓶機構(gòu)應(yīng)使推移接近均勻的速度推瓶，平穩(wěn)地接觸和脫離瓶子，然后推頭快速返回原位，準(zhǔn)各進(jìn)入第二個工作循環(huán)。 （ 3）按生產(chǎn)率每分鐘 3個的要求，推程的平均速度 v=45mm/s，返回時的平均速度為工作時的平均速度的三倍。 （ 4）機構(gòu)傳動性能良好，結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便。 4 方案 設(shè)計 分析設(shè)計要求 由題目可知 :洗瓶機主要由推瓶機構(gòu)、導(dǎo)輥機構(gòu)、轉(zhuǎn)刷機構(gòu)組成。設(shè)計的推瓶機構(gòu)推桿應(yīng)以均勻的速度推瓶，平穩(wěn)地接觸和脫離瓶子，然后，快速返回原位，準(zhǔn)備第二個工作循環(huán)。 根據(jù)設(shè)計要求，推桿在工作行程中應(yīng)作勻速直線運動，在工作段前后可有變速運動，回程時有急回。 對這種運動要求，若用單一的常用機構(gòu)是不容易實現(xiàn)的，通常要把若干個基 本機構(gòu)組合起來，設(shè)計組合機構(gòu)。 為了完成清洗工藝過程，需要實現(xiàn)下列運動功能要求 : （ 1）瓶子的旋轉(zhuǎn)運動，因此需要設(shè)計相應(yīng)的導(dǎo)輥機構(gòu)。 （ 2）旋轉(zhuǎn)地瓶子沿導(dǎo)輥的平移運動，因此需要設(shè)計相應(yīng)的推動機構(gòu)。 （ 3）為實現(xiàn)瓶子洗刷，因此需要設(shè)計相應(yīng)的轉(zhuǎn)刷機構(gòu)。 （ 4）此外，還應(yīng)有相應(yīng)的送料機構(gòu)和取料機構(gòu)。 （ 5）為節(jié)約時間，提高效率，因此還要考慮推動機構(gòu)的急回特性。 對三種機構(gòu)進(jìn)行分析 : （ 1）導(dǎo)輥機構(gòu) 通過合理的設(shè)計及計算，利用學(xué)輥轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的摩擦力來 帶動瓶子的旋轉(zhuǎn)是可以實現(xiàn)的。 7 （ 2）推動機構(gòu) 通過對工作行程、生產(chǎn)率急回系數(shù)等的分析，可以設(shè)計出 滿足其急回特性的推動機構(gòu)。 （ 3）轉(zhuǎn)刷機構(gòu) 只需通 過軸的轉(zhuǎn)動來帶動刷子即可。 （ 4）送料機構(gòu)和取料機構(gòu) 均采用履帶及導(dǎo)輥傳輸。 此外，還應(yīng)注意 : （ 1）各機構(gòu)間運動速度的協(xié)調(diào)。 （ 2）應(yīng)通過計算，使推桿運動時，避免與轉(zhuǎn)刷機構(gòu)接觸。若推頭僅作勻速直接運動，則不用考慮推桿與轉(zhuǎn)刷機構(gòu)的接觸。 在設(shè)計組合機構(gòu)時，一般可首先考慮選擇滿足軌跡要求的機構(gòu) (基礎(chǔ)機構(gòu) )， 而沿軌跡運動時的速度要求，則通過改變基礎(chǔ)機構(gòu)主動件的運動速度來滿足，也就是讓與一個輸出變速度的附加機構(gòu)組合。 推瓶機構(gòu)的選擇 推瓶機構(gòu)的方案 :根據(jù) 前述設(shè)計要求，推瓶機構(gòu)應(yīng)為一具有急回特性的機構(gòu)， 為了提高且作效率，一是行程速比變化系數(shù) K 盡量大一些 。在推程 (即工作行程 ) 中，應(yīng)使推桿作直線運動，以保證工作的穩(wěn)定性，這些運動要求并不一定都能得到滿足，但是必須保證推瓶中推桿的運動軌跡至少為近似直線，以此保證安全性。 運用前述設(shè)計的思想方法，再考慮到機構(gòu)的急回特性和推頭做往復(fù)直線運動 的特點，所以根據(jù)要求，本機構(gòu)采用了凸輪機構(gòu)。實現(xiàn)要求的機構(gòu)方案有很多，我們可用多種機構(gòu)組合來實現(xiàn)。 自動上料裝置中常見的幾種機構(gòu) 自動上下料裝置中 常見的幾種機構(gòu)有：曲柄滑塊機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)、棘輪機構(gòu)、不完全齒輪機構(gòu)等。如圖 2所示： 方案的選擇 一、 凸輪機構(gòu) 凸輪機構(gòu)是最常見的停歇機構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式多種多樣，應(yīng)用于各種自動上料的場合。不僅能夠?qū)崿F(xiàn)送料，還能實現(xiàn)停歇。 二、 曲柄滑塊機構(gòu) 能實現(xiàn)送料，且其“偏心距”是凸輪的一半，因此相對于凸輪機構(gòu)，設(shè)計出來的機構(gòu)結(jié)構(gòu)會小巧很多。 三、 槽輪機構(gòu) 槽輪機構(gòu) 同樣能實現(xiàn)送料和停歇，在實際生產(chǎn)中應(yīng)用也相當(dāng)廣泛。但由于清洗方式要求豎直方向的壓緊，會對槽輪產(chǎn)生相當(dāng)大的翻轉(zhuǎn)力，因此被摒 8 棄。 圖 2 自 動上料裝置中常見的幾種機構(gòu) Fig 2 Automatic feeding device in mon several kinds of institutions 四、 棘輪機構(gòu) 棘輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用也很廣泛。但由于工作過程中會產(chǎn)生較大噪聲。因此也不選用。 五、不完全齒輪機構(gòu) 不完全齒輪機構(gòu)也能實現(xiàn)停歇，工作時常與其他機構(gòu)搭配，組成組合機構(gòu)。 綜上所述，能夠滿足要求的有：凸輪機構(gòu) 曲柄滑塊機構(gòu)與不完全齒輪機構(gòu)的組合、凸輪機構(gòu)與不完全齒輪機構(gòu)的組合。 凸輪機構(gòu)相對于組合機構(gòu)來說，在獲得停歇時間上會 遜色很多，因此不予考慮。那么，我們只用分析討論后兩者的優(yōu)缺點： 若要實現(xiàn)較大的傳動比，不完全齒輪機構(gòu)本身必須用有較大的傳動比。即完整的齒輪需要比其大數(shù)倍的不完全齒輪帶動旋轉(zhuǎn)，這樣會大大縮短齒輪的使用壽命，這在設(shè)計過程中是應(yīng)盡量避免的。此外由于大齒輪的存在，總體結(jié)構(gòu)也會很大。 雖說由于凸輪機構(gòu)的存在