【正文】 1 緒論 前言 近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，隨著商品經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、消費(fèi)水平的提高和現(xiàn)代軍事的需要，產(chǎn)品包裝已成為生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。 因此包裝機(jī)械的強(qiáng)有力的作用就凸顯出來(lái)。包裝機(jī)械具有體積小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功率小、采用無(wú)級(jí)變速等特點(diǎn) 。而包裝機(jī)械也正向著高速化、自動(dòng)化、聯(lián)動(dòng)化的方向發(fā)展。 液體包裝生產(chǎn)線(xiàn) 也是朝著 趨勢(shì)發(fā)展。但 隨著設(shè)備生產(chǎn)能力的不斷提高，設(shè)備的幾何尺寸成比例增大，帶來(lái)的負(fù)面影響是設(shè)備的動(dòng)力消耗、材料消耗、空間浪費(fèi)增大。目前，市場(chǎng)上使用的是單列式罐裝機(jī)，隨著生產(chǎn)能力的增大，機(jī)器尺寸相應(yīng)增大，參與工作的僅僅是最外一 側(cè)的罐裝閥，內(nèi)側(cè)大量空間沒(méi)有被利用，造成資源 的浪費(fèi)。因此現(xiàn)在液體灌裝機(jī)的發(fā)展方向除了向高速化、自動(dòng)化、聯(lián)動(dòng)化的方向發(fā)展。還應(yīng)向著節(jié)能的方向發(fā)展，盡可能節(jié)約空間、動(dòng)力、材料的方面的能源消耗。 隨著 CAD/CAM 在現(xiàn)代 設(shè)計(jì)制造中的廣泛應(yīng)用， 液體灌裝機(jī)也正朝著這個(gè)方向穩(wěn)步發(fā)展。 研究現(xiàn)狀 國(guó)外研究現(xiàn)狀 在國(guó)外， 德國(guó)與美國(guó)、日本、意大利均為世界包裝機(jī)械大國(guó)。在包裝機(jī)械設(shè)計(jì)、制造、技術(shù)性能等方面居于領(lǐng)先地位。隨著新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度不斷加快， 國(guó)外的 包裝機(jī)械設(shè)計(jì)普遍 體現(xiàn)了節(jié)能原則 ，大大 的節(jié)約了能源消耗 。 其中 德 國(guó) 的 包裝機(jī)械 以灌裝機(jī)械最為見(jiàn)長(zhǎng)。德國(guó)灌裝機(jī)械 的設(shè)計(jì)是依據(jù)市場(chǎng)調(diào)研及市場(chǎng)分析結(jié)果進(jìn)行的，其目標(biāo)是努力為客戶(hù)，尤其是為大型企業(yè)服務(wù)。為滿(mǎn)足客戶(hù)要求，德國(guó)包裝機(jī)械制造廠商和設(shè)計(jì)部門(mén)采取了諸多措施： 1) 工藝流程自動(dòng)化程度越來(lái)越高 ， 以提高生產(chǎn)率和設(shè)備的柔性及靈活性。 2) 提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，最大限度地滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。德國(guó)包裝機(jī)械以飲料、啤酒灌裝機(jī)械和食品包裝機(jī)械見(jiàn)長(zhǎng)，具有高速、成套、自動(dòng)化程度高和可靠性好等特點(diǎn)。其飲料灌裝速度高達(dá) 12 萬(wàn)瓶 /h。 3) 使產(chǎn)品機(jī)械和包裝機(jī)械一體化。許多產(chǎn)品要求生產(chǎn)之后直接進(jìn)行包裝，以提高生產(chǎn) 效率。如德國(guó)生產(chǎn)的啤酒生產(chǎn)及 灌 裝設(shè)備，就是由一個(gè)系統(tǒng)控制完成的。兩者一體化，關(guān)鍵是要解決好在生產(chǎn)能力上相互匹配的問(wèn)題。 4) 適應(yīng)產(chǎn)制品變化，具有良好的柔性和靈活性。 國(guó)外的灌 裝機(jī)械設(shè)計(jì)不僅要重視其能力和效率，還要注重其經(jīng)濟(jì)性。所謂經(jīng)濟(jì)性不完全是機(jī)械設(shè)備本身的成本，更重要的是運(yùn)轉(zhuǎn)成本，因?yàn)樵O(shè)備折舊費(fèi)只占成本的 6％～ 8％，其他的就是運(yùn)轉(zhuǎn)成本。 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國(guó)的包裝機(jī)械行業(yè)是近二十年才發(fā)展起來(lái)的新興工業(yè)，在較短時(shí)間內(nèi)取得了可喜的進(jìn)步，行業(yè)的技術(shù)水平不斷提高，無(wú)論產(chǎn)品品種還是技術(shù)性能都有較大增加和提高，產(chǎn) 品的機(jī)構(gòu)也有較大的改觀 。 作為包裝機(jī)械的一種，灌裝機(jī) 在 80年代末和 90 年代中得到迅速發(fā)展 和提高，但與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，總體技術(shù)水平還有較大的差距。我國(guó)灌 裝機(jī)械設(shè)計(jì)的類(lèi)別主要有：測(cè)繪仿制設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)、改進(jìn)性設(shè)計(jì)、系列化設(shè)計(jì)。 例 如啤酒灌裝生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)能力為 1． 6～ 4 萬(wàn)瓶 /小時(shí) ，其中灌裝機(jī)的灌裝閥工位數(shù)從 48 個(gè)、 60 個(gè)、 90 個(gè)到 120 個(gè)就屬于系列化設(shè)計(jì) ； 由普通啤酒灌裝生產(chǎn)線(xiàn)到純生啤酒灌裝生產(chǎn)線(xiàn)的設(shè)計(jì)就屬于改進(jìn)、開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)。對(duì)于中低速運(yùn)行的 灌 裝機(jī)，目前我 國(guó) 基本上可以進(jìn)行自主設(shè)計(jì)。而高速運(yùn)行的 灌 裝機(jī)，特別是一些先進(jìn)機(jī) 型，大多是測(cè)繪、仿制國(guó)外的同類(lèi)機(jī)型，進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化設(shè)計(jì)和系列化設(shè)計(jì) 。因此在 高速運(yùn)行的 灌 裝機(jī)，特別是一些先進(jìn)機(jī)型 的生產(chǎn)制造上，我國(guó)灌裝機(jī)械還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其它發(fā)達(dá)國(guó)家 。根據(jù)我國(guó)國(guó)情，包裝機(jī)械工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)是： 1) 引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，建立一批包裝機(jī)械骨干企業(yè)，包括個(gè)別中外合資企業(yè)。 2)在包裝機(jī)械生產(chǎn)中，大量引進(jìn)高新技術(shù)和新材料，如微電子技術(shù)、傳感技術(shù)、激光技術(shù)，新的機(jī)械結(jié)構(gòu)、新的光纖材料以及運(yùn)用可靠性、優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等先進(jìn)結(jié)構(gòu)，使其性能指標(biāo)、工藝水平得到提高 。 3)滿(mǎn)足重點(diǎn)商品的包裝為出發(fā)點(diǎn)，發(fā)展包裝機(jī) 械的新品種。 1． 3 液體灌裝機(jī)的分類(lèi)與選擇 1． 3． 1液體灌裝機(jī)的分類(lèi) 灌裝機(jī)是向容器灌裝液體，使其達(dá)到由可 截?cái)嘣撘后w的空氣排除孔高度所規(guī)定的液面。 由于包裝容器形態(tài)、材質(zhì)、制成方法等的不同、以及產(chǎn)品物理化學(xué)性質(zhì)要求的不同，灌裝機(jī)的性能、結(jié)構(gòu)也千差萬(wàn)別。目前，由于世界啤酒工業(yè)的發(fā)展給液體灌裝機(jī)械工業(yè)、企業(yè)帶來(lái)了一系列影響，德國(guó)、美國(guó)、日本、意大利等國(guó)液體灌裝工業(yè)、企業(yè)加速發(fā)展對(duì)外貿(mào)易，向外轉(zhuǎn)移設(shè)備和技術(shù)。同時(shí)研究和應(yīng)用新技術(shù)刺激啤酒工業(yè)設(shè)備更新，這樣進(jìn)一步推進(jìn)了灌裝機(jī)械的發(fā)展，隨之而來(lái) 各種各樣新型的灌裝機(jī)相 繼問(wèn)世。 不同的填裝物料（含氣液體、不同氣液體、膏狀體等）和不同的包裝容器（瓶、罐、盒、桶、袋等），使用灌裝機(jī)的品種液不盡相同，通常灌裝機(jī)的分類(lèi)方法可以如下表 ： 表 序號(hào) 分類(lèi)方法 型式、技術(shù)特征、灌裝原理 1 按自動(dòng)化程度分 手工灌裝機(jī) 半自動(dòng)灌裝機(jī) 全自動(dòng)灌裝機(jī) 灌裝壓蓋聯(lián)合機(jī) 2 按結(jié)構(gòu)分 直線(xiàn)灌裝機(jī) 旋轉(zhuǎn)灌裝機(jī) 3 按定量裝置分 容杯式灌裝機(jī) 液面式灌裝機(jī) 轉(zhuǎn)子式灌裝機(jī) 柱塞式灌裝機(jī) 4 按灌裝閥頭數(shù)分 單頭灌裝機(jī) 多頭灌裝機(jī) 5 按灌裝原理分 真 空灌裝機(jī) 常壓灌裝機(jī) 反壓灌裝機(jī) 負(fù)壓灌裝機(jī) 加壓灌裝機(jī) 6 按供料缸結(jié)構(gòu)分 單室供料灌裝機(jī) 雙室供料灌裝機(jī) 多室供料灌裝機(jī) 7 按包裝容品升降結(jié)構(gòu)分 滑道式升降灌裝機(jī) 氣動(dòng)式升降灌裝機(jī) 滑道氣動(dòng)組合灌裝機(jī) 1． 3． 2液體灌裝機(jī)的選擇 合理選擇灌裝機(jī)時(shí)保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)密切聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，盡量選擇質(zhì)量好、效益高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用維修方便、體積小、重量輕的灌裝機(jī)、在選擇灌裝機(jī)時(shí)，應(yīng)遵循一下原則： 1) 為生產(chǎn)工藝服務(wù)的原則 首先應(yīng)根據(jù)灌裝物料的性質(zhì)（粘度、起泡性、揮發(fā)性、 含氣性）選擇適宜的灌裝機(jī)，以滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝要求。例如對(duì)于芳香較濃的就酒液，為避免揮發(fā)性芳香物質(zhì)受到損失，一般采用容杯式或常壓灌裝機(jī)；對(duì)于果汁類(lèi)料液，為了減少與空氣接觸，保證產(chǎn)品質(zhì)量，一般應(yīng)采用真空加汁類(lèi)灌裝機(jī)。其次，應(yīng)使灌裝機(jī)的生產(chǎn)能力盒前后工序的加工、包裝機(jī)械的生產(chǎn)能力相匹配。 2) 生產(chǎn)率高和產(chǎn)品質(zhì)量好的原則 灌裝機(jī)生產(chǎn)率的高低直接反映生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)能力。所以生產(chǎn)率越高，其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益越好。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng) 選擇設(shè)備精度高，自動(dòng)化程度也高的灌裝機(jī)。但是設(shè)備的售價(jià)液相應(yīng)提高，增大了產(chǎn)品的單位成本。因此在選擇灌 裝機(jī)時(shí)，應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)工藝要求，對(duì)相關(guān)的因素進(jìn)行綜合考慮。 3) 工藝范圍寬的原則 灌裝機(jī)的工藝范圍時(shí)汁其適應(yīng)不同生產(chǎn)要求的能力。工藝范圍越寬，越能提高設(shè)備的利用率，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，即利用同一設(shè)備可以灌裝多種物料和多種規(guī)格。因此為了適應(yīng)酒水、飲料行業(yè)多品種、多規(guī)格的生產(chǎn)要求，應(yīng)選擇工藝范圍盡可能寬的灌裝機(jī)。 1． 4 灌裝的基本方法 由于液料的物理化學(xué)性質(zhì)不同，在灌裝時(shí)，對(duì)不同的液料有著不同的灌裝要求。液料 由貯液裝置（常稱(chēng)為貯液箱）灌入包裝容器采用以下的幾種方法。 1． 4． 1常壓 灌裝 法 在大氣壓力下，直接依靠被灌液料的自 重流入包裝容器內(nèi)。 工藝過(guò)程為：① 注液排氣，即液料進(jìn)入到容器，同時(shí)容器內(nèi)的空氣被排出；②停止進(jìn)液，容器當(dāng)中的液料達(dá)到定量要求時(shí)，進(jìn)液自動(dòng)停止。③ 排除余液，即排除排氣管當(dāng)中的殘液，該過(guò)程對(duì)排氣到貯液箱上部氣室的那些結(jié)構(gòu)是必須的。 常壓法主要用于灌裝低粘度不含氣的液料， 如：牛奶、白酒、告油、藥水等。 1． 4． 2負(fù) 壓灌裝 法 利用儲(chǔ)液箱上部氣室的壓縮空氣，給包裝容器充氣，使二者的壓力接近相等或小于儲(chǔ)液箱大氣壓，然后被灌液料靠自重流入該容器內(nèi)。 負(fù) 壓灌裝的工藝過(guò)程為：①充氣等壓；②進(jìn)液回氣；③停止進(jìn)液；④釋放壓力，即 釋放瓶頸內(nèi)殘留的壓縮氣體至 大氣內(nèi)， 以免瓶?jī)?nèi)突然降壓引起大量冒泡，影響包裝質(zhì)量和定量精度。 負(fù) 壓法適用于含氣飲料，如啤酒，汽水等的灌裝，以利于減少其中所含氣CO2的損失。（本課期中灌裝機(jī)酒是用負(fù)壓灌裝方法） 。 以啤酒為例，它的主要灌裝工藝要求，一是保證有足夠的二氧化碳含量 （優(yōu)質(zhì)啤酒一般要求其重量含量不小于 ％，普通啤酒不小于 ％）；二是盡量降 低氧含量（ 一般不超過(guò) 1 ㎎ /L），以免在殺菌和儲(chǔ)藏期間與酒中某些物質(zhì)相結(jié)合而改變酒的風(fēng)味，甚至引起變質(zhì)。因此，在灌裝過(guò)程中，要求維持穩(wěn)定的壓力和溫度，以免引起沖 擊而形成渦流。理論與實(shí)踐表明，啤酒中所含由發(fā)酵產(chǎn)生的CO2 量是隨壓力減少或翻變?cè)龈叨鴾p少的，若啤酒中所含 CO2 的重量百分比為M．灌裝時(shí)的酒缸表壓為 P，酒溫為 t，達(dá)到飽和時(shí)的相互關(guān)系可近似用下式表示，即， 0 .4 0 .0 0 8 0 .2 9 8Mt?