【正文】 。第二代洗瓶機已改善了第一代機型中主鏈空運轉缺陷，但整體運行速度仍然偏低。 上世紀 90 年代初期，德國 KHS 公司設計出第三代洗瓶機，瓶盒數(shù)量為 38 排，仍屬浸泡噴沖連續(xù)形式，產(chǎn)量高達 36 萬瓶每小時，此機型目前成為國內主流設備制造商的基準機型，近凡年單端機型均在它的基礎上不斷地改進完善創(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，克服了同一方向進出瓶可能出現(xiàn)的交叉污染缺點。 進入 21 世紀，洗瓶設備取得了新的技術進步，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，除標方式上則出現(xiàn)了立式軸流泵噴沖，或對原有離心泵噴淋進行了完善升級。洗瓶產(chǎn)能、可操作性及設備運行效率得到進一步提升。 課題研究方向 根據(jù)以上課題的產(chǎn)生背景可知，本課題的研究內容包括以下幾個方面： （ 1）機構的型式組合即用什么機構去完成所設設計的運動規(guī)律。機構的種類很多，它們一可以 完成許多種運動，如往復運動、往復擺動、沿直線運動、沿某一指定的曲線運動、等速轉動和不等速轉動等等。而洗瓶機是主要又推瓶機構、一甘輥機構、轉刷機構組成。設計的推瓶機構應使推頭接近均勻的速度準瓶，平穩(wěn)地接觸和脫離瓶子，然后，推頭快速返回原位，準備第二個工作循環(huán)。根據(jù)設計要求，推頭在工作行程中應作勻速直線運動，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是不容易實現(xiàn)的，通常要把若干個基本機構織合起來，設計組合機構。 （ 2）推瓶機構的運動規(guī)律設計 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。例如推瓶機構的設計，如果采用凸輪一連桿機構的功能原理，則需要提出相應的運動規(guī)律來完成所運動的軌跡，來完成相應的實際功能 。如果采用四連桿機構的功能原理，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）進瓶機構的設計 洗瓶機如要進行生產(chǎn)，必須要有進瓶機構作為各工序間的連接。另外進瓶機構還起到協(xié)調瓶流的作用，這意味著性能優(yōu)秀的進瓶機構可以起到提高生產(chǎn)線的產(chǎn)量、效率，甚至降低成本的作用。 （ 4）機構的分析和綜合綜合出合適的機構類型 后，怎樣進一步確定機構中各構件尺寸和結構形狀，也是一項要研究的問題。結合實際分析連桿機構的運動規(guī)律及外型尺寸最終確定其整體外型尺寸。洗瓶機設備只用一個動力源，實現(xiàn)三個功能運動的機構必須聯(lián)動，井且其主要功作必須協(xié)調。 3 設計任務書 設計題目及工作原理 洗瓶機是由送料機構、推瓶機構、導輥機構和轉刷機構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，首先是由推瓶機構以均勻的速度將瓶子推上工作臺（導輥 )，推頭的往復運動使瓶子一個一個不間斷的送上工作臺進行清洗工作，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輥己經(jīng)進入了旋轉的狀態(tài)并且噴水機構也開始對瓶子進行噴水，使瓶子隨著導輥的旋轉進行圓周運動，安裝在導輥上而旋轉的轉刷能夠將瓶子的四周都能夠清洗干凈。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，要設計的機器往往比較復雜，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。 首先推瓶機構所采用的功能原理是用機械能迫使瓶子由工作臺的一側運動到另一側，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，如可以設計成凸輪連桿機構等實現(xiàn)其往復運動來完成其工作。要運用此功能原理來滿足其工作 需要，在運動規(guī)律設計方而就要考慮用什么來帶動凸輪機構的轉動，一般我們都用電機來完成此項轉動功能。 其次是轉輥機構所運用的是機械的轉動規(guī)律，也是機械運動中比較簡單的運動規(guī)律，只需要有一定的轉動速度與推瓶機構、轉輥機構相配合來實現(xiàn)洗瓶設各的整體工作功能。它是有兩個長圓柱型導輥旋轉，帶動瓶子旋轉并且由導輥的一側移動到另一側的，其中導輥只完成其中的旋轉功能，移動功能是由推瓶機構來 實現(xiàn)的。 最后我們要了解一下轉刷機構所采用的功能原理，它與導輥機構相同運用的都是機械的轉動規(guī)律，與其不同的是轉刷機構的旋轉要有很 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)律就要進一步了解它是由什么機構帶動完成其所要求的功能的。推瓶機構、導輥機構和轉刷機構都是由一臺電機來提供所有的機械轉動規(guī)律的，這就要求我們對它們深入分析、研究各構件之間的運動規(guī)律的聯(lián)系，進而的設計出符合其聯(lián)動規(guī)律的整體設備，來滿足我們預期想要實現(xiàn)的目標。 啤酒瓶回收清洗機的技術要求 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要求 Tab 1 The technical requirements of beer bottle recycling cleaning machine 設計任務 6 （ 1）啤酒瓶洗瓶機 總體方案的擬定和主要參數(shù)的設計計算； （ 2） 傳動方案的確定及設計計算，主要工作部件的設計； （ 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）其他機構的設計計算。 （ 6）編寫設計計算說明書。 原始數(shù)據(jù) （ 1）瓶子尺寸 :長度 L=200mm ,直徑 D=60mm . （ 2）推進距離 S=600mm,推瓶機構應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，準各進入第二個工作循環(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）機構傳動性能良好，結構緊湊，制造方便。 4 方案 設計 分析設計要求 由題目可知 :洗瓶機主要由推瓶機構、導輥機構、轉刷機構組成。設計的推瓶機構推桿應以均勻的速度推瓶，平穩(wěn)地接觸和脫離瓶子，然后，快速返回原位，準備第二個工作循環(huán)。 根據(jù)設計要求，推桿在工作行程中應作勻速直線運動，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是不容易實現(xiàn)的，通常要把若干個基 本機構組合起來，設計組合機構。 為了完成清洗工藝過程，需要實現(xiàn)下列運動功能要求 : （ 1）瓶子的旋轉運動，因此需要設計相應的導輥機構。 （ 2）旋轉地瓶子沿導輥的平移運動，因此需要設計相應的推動機構。 （ 3）為實現(xiàn)瓶子洗刷，因此需要設計相應的轉刷機構。 （ 4）此外，還應有相應的送料機構和取料機構。 （ 5）為節(jié)約時間，提高效率，因此還要考慮推動機構的急回特性。 對三種機構進行分析 : （ 1）導輥機構 通過合理的設計及計算，利用學輥轉動所產(chǎn)生的摩擦力來 帶動瓶子的旋轉是可以實現(xiàn)的。 7 （ 2）推動機構 通過對工作行程、生產(chǎn)率急回系數(shù)等的分析，可以設計出 滿足其急回特性的推動機構。 （ 3）轉刷機構 只需通 過軸的轉動來帶動刷子即可。 （ 4）送料機構和取料機構 均采用履帶及導輥傳輸。 此外，還應注意 : （ 1）各機構間運動速度的協(xié)調。 （ 2）應通過計算，使推桿運動時，避免與轉刷機構接觸。若推頭僅作勻速直接運動，則不用考慮推桿與轉刷機構的接觸。 在設計組合機構時，一般可首先考慮選擇滿足軌跡要求的機構 (基礎機構 )， 而沿軌跡運動時的速度要求，則通過改變基礎機構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組合。 推瓶機構的選擇 推瓶機構的方案 :根據(jù) 前述設計要求，推瓶機構應為一具有急回特性的機構， 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。 運用前述設計的思想方法，再考慮到機構的急回特性和推頭做往復直線運動 的特點，所以根據(jù)要求，本機構采用了凸輪機構。實現(xiàn)要求的機構方案有很多，我們可用多種機構組合來實現(xiàn)。 自動上料裝置中常見的幾種機構 自動上下料裝置中 常見的幾種機構有：曲柄滑塊機構、凸輪機構、槽輪機構、棘輪機構、不完全齒輪機構等。如圖 2所示： 方案的選擇 一、 凸輪機構 凸輪機構是最常見的停歇機構，結構形式多種多樣，應用于各種自動上料的場合。不僅能夠實現(xiàn)送料，還能實現(xiàn)停歇。 二、 曲柄滑塊機構 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，設計出來的機構結構會小巧很多。 三、 槽輪機構 槽輪機構 同樣能實現(xiàn)送料和停歇，在實際生產(chǎn)中應用也相當廣泛。但由于清洗方式要求豎直方向的壓緊，會對槽輪產(chǎn)生相當大的翻轉力，因此被摒 8 棄。 圖 2 自 動上料裝置中常見的幾種機構 Fig 2 Automatic feeding device in mon several kinds of institutions 四、 棘輪機構 棘輪機構結構簡單，應用也很廣泛。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 不完全齒輪機構也能實現(xiàn)停歇，工作時常與其他機構搭配，組成組合機構。 綜上所述，能夠滿足要求的有：凸輪機構 曲柄滑塊機構與不完全齒輪機構的組合、凸輪機構與不完全齒輪機構的組合。 凸輪機構相對于組合機構來說，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，這樣會大大縮短齒輪的使用壽命，這在設計過程中是應盡量避免的。此外由于大齒輪的存在，總體結構也會很大。 雖說由于凸輪機構的存在