【正文】 1 緒論 前言 近半個世紀以來，隨著商品經(jīng)濟的發(fā)展、消費水平的提高和現(xiàn)代軍事的需要，產(chǎn)品包裝已成為生產(chǎn)的一個重要環(huán)節(jié)。 因此包裝機械的強有力的作用就凸顯出來。包裝機械具有體積小、結(jié)構(gòu)復雜、功率小、采用無級變速等特點 。而包裝機械也正向著高速化、自動化、聯(lián)動化的方向發(fā)展。 液體包裝生產(chǎn)線 也是朝著 趨勢發(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，帶來的負面影響是設(shè)備的動力消耗、材料消耗、空間浪費增大。目前，市場上使用的是單列式罐裝機，隨著生產(chǎn)能力的增大，機器尺寸相應增大，參與工作的僅僅是最外一 側(cè)的罐裝閥，內(nèi)側(cè)大量空間沒有被利用，造成資源 的浪費。因此現(xiàn)在液體灌裝機的發(fā)展方向除了向高速化、自動化、聯(lián)動化的方向發(fā)展。還應向著節(jié)能的方向發(fā)展，盡可能節(jié)約空間、動力、材料的方面的能源消耗。 隨著 CAD/CAM 在現(xiàn)代 設(shè)計制造中的廣泛應用， 液體灌裝機也正朝著這個方向穩(wěn)步發(fā)展。 研究現(xiàn)狀 國外研究現(xiàn)狀 在國外， 德國與美國、日本、意大利均為世界包裝機械大國。在包裝機械設(shè)計、制造、技術(shù)性能等方面居于領(lǐng)先地位。隨著新產(chǎn)品開發(fā)速度不斷加快， 國外的 包裝機械設(shè)計普遍 體現(xiàn)了節(jié)能原則 ，大大 的節(jié)約了能源消耗 。 其中 德 國 的 包裝機械 以灌裝機械最為見長。德國灌裝機械 的設(shè)計是依據(jù)市場調(diào)研及市場分析結(jié)果進行的，其目標是努力為客戶，尤其是為大型企業(yè)服務(wù)。為滿足客戶要求，德國包裝機械制造廠商和設(shè)計部門采取了諸多措施： 1) 工藝流程自動化程度越來越高 ， 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，最大限度地滿足生產(chǎn)要求。德國包裝機械以飲料、啤酒灌裝機械和食品包裝機械見長，具有高速、成套、自動化程度高和可靠性好等特點。其飲料灌裝速度高達 12 萬瓶 /h。 3) 使產(chǎn)品機械和包裝機械一體化。許多產(chǎn)品要求生產(chǎn)之后直接進行包裝，以提高生產(chǎn) 效率。如德國生產(chǎn)的啤酒生產(chǎn)及 灌 裝設(shè)備，就是由一個系統(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題。 4) 適應產(chǎn)制品變化，具有良好的柔性和靈活性。 國外的灌 裝機械設(shè)計不僅要重視其能力和效率，還要注重其經(jīng)濟性。所謂經(jīng)濟性不完全是機械設(shè)備本身的成本，更重要的是運轉(zhuǎn)成本，因為設(shè)備折舊費只占成本的 6％～ 8％，其他的就是運轉(zhuǎn)成本。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國的包裝機械行業(yè)是近二十年才發(fā)展起來的新興工業(yè)，在較短時間內(nèi)取得了可喜的進步，行業(yè)的技術(shù)水平不斷提高，無論產(chǎn)品品種還是技術(shù)性能都有較大增加和提高，產(chǎn) 品的機構(gòu)也有較大的改觀 。 作為包裝機械的一種，灌裝機 在 80年代末和 90 年代中得到迅速發(fā)展 和提高，但與國外發(fā)達國家相比，總體技術(shù)水平還有較大的差距。我國灌 裝機械設(shè)計的類別主要有：測繪仿制設(shè)計、開發(fā)性設(shè)計、改進性設(shè)計、系列化設(shè)計。 例 如啤酒灌裝生產(chǎn)線生產(chǎn)能力為 1． 6～ 4 萬瓶 /小時 ，其中灌裝機的灌裝閥工位數(shù)從 48 個、 60 個、 90 個到 120 個就屬于系列化設(shè)計 ； 由普通啤酒灌裝生產(chǎn)線到純生啤酒灌裝生產(chǎn)線的設(shè)計就屬于改進、開發(fā)性設(shè)計。對于中低速運行的 灌 裝機，目前我 國 基本上可以進行自主設(shè)計。而高速運行的 灌 裝機，特別是一些先進機 型，大多是測繪、仿制國外的同類機型，進行國產(chǎn)化設(shè)計和系列化設(shè)計 。因此在 高速運行的 灌 裝機，特別是一些先進機型 的生產(chǎn)制造上，我國灌裝機械還遠遠落后于其它發(fā)達國家 。根據(jù)我國國情，包裝機械工業(yè)發(fā)展的趨勢是： 1) 引進、消化、吸收國外先進技術(shù)，建立一批包裝機械骨干企業(yè)，包括個別中外合資企業(yè)。 2)在包裝機械生產(chǎn)中，大量引進高新技術(shù)和新材料，如微電子技術(shù)、傳感技術(shù)、激光技術(shù)，新的機械結(jié)構(gòu)、新的光纖材料以及運用可靠性、優(yōu)化設(shè)計方法和計算機輔助設(shè)計等先進結(jié)構(gòu)，使其性能指標、工藝水平得到提高 。 3)滿足重點商品的包裝為出發(fā)點，發(fā)展包裝機 械的新品種。 1． 3 液體灌裝機的分類與選擇 1． 3． 1液體灌裝機的分類 灌裝機是向容器灌裝液體，使其達到由可 截斷該液體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)品物理化學性質(zhì)要求的不同，灌裝機的性能、結(jié)構(gòu)也千差萬別。目前，由于世界啤酒工業(yè)的發(fā)展給液體灌裝機械工業(yè)、企業(yè)帶來了一系列影響，德國、美國、日本、意大利等國液體灌裝工業(yè)、企業(yè)加速發(fā)展對外貿(mào)易，向外轉(zhuǎn)移設(shè)備和技術(shù)。同時研究和應用新技術(shù)刺激啤酒工業(yè)設(shè)備更新，這樣進一步推進了灌裝機械的發(fā)展，隨之而來 各種各樣新型的灌裝機相 繼問世。 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），使用灌裝機的品種液不盡相同，通常灌裝機的分類方法可以如下表 ： 表 序號 分類方法 型式、技術(shù)特征、灌裝原理 1 按自動化程度分 手工灌裝機 半自動灌裝機 全自動灌裝機 灌裝壓蓋聯(lián)合機 2 按結(jié)構(gòu)分 直線灌裝機 旋轉(zhuǎn)灌裝機 3 按定量裝置分 容杯式灌裝機 液面式灌裝機 轉(zhuǎn)子式灌裝機 柱塞式灌裝機 4 按灌裝閥頭數(shù)分 單頭灌裝機 多頭灌裝機 5 按灌裝原理分 真 空灌裝機 常壓灌裝機 反壓灌裝機 負壓灌裝機 加壓灌裝機 6 按供料缸結(jié)構(gòu)分 單室供料灌裝機 雙室供料灌裝機 多室供料灌裝機 7 按包裝容品升降結(jié)構(gòu)分 滑道式升降灌裝機 氣動式升降灌裝機 滑道氣動組合灌裝機 1． 3． 2液體灌裝機的選擇 合理選擇灌裝機時保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高經(jīng)濟效益的重要途徑。一般來說，應密切聯(lián)系生產(chǎn)實際，盡量選擇質(zhì)量好、效益高、結(jié)構(gòu)簡單、使用維修方便、體積小、重量輕的灌裝機、在選擇灌裝機時，應遵循一下原則： 1) 為生產(chǎn)工藝服務(wù)的原則 首先應根據(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，以滿足生產(chǎn)工藝要求。例如對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；對于果汁類料液，為了減少與空氣接觸，保證產(chǎn)品質(zhì)量，一般應采用真空加汁類灌裝機。其次，應使灌裝機的生產(chǎn)能力盒前后工序的加工、包裝機械的生產(chǎn)能力相匹配。 2) 生產(chǎn)率高和產(chǎn)品質(zhì)量好的原則 灌裝機生產(chǎn)率的高低直接反映生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力。所以生產(chǎn)率越高，其產(chǎn)生的經(jīng)濟效益越好。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，應 選擇設(shè)備精度高，自動化程度也高的灌裝機。但是設(shè)備的售價液相應提高，增大了產(chǎn)品的單位成本。因此在選擇灌 裝機時，應結(jié)合生產(chǎn)工藝要求，對相關(guān)的因素進行綜合考慮。 3) 工藝范圍寬的原則 灌裝機的工藝范圍時汁其適應不同生產(chǎn)要求的能力。工藝范圍越寬，越能提高設(shè)備的利用率，實現(xiàn)一機多用，即利用同一設(shè)備可以灌裝多種物料和多種規(guī)格。因此為了適應酒水、飲料行業(yè)多品種、多規(guī)格的生產(chǎn)要求，應選擇工藝范圍盡可能寬的灌裝機。 1． 4 灌裝的基本方法 由于液料的物理化學性質(zhì)不同，在灌裝時，對不同的液料有著不同的灌裝要求。液料 由貯液裝置（常稱為貯液箱）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)。 工藝過程為：① 注液排氣，即液料進入到容器，同時容器內(nèi)的空氣被排出；②停止進液，容器當中的液料達到定量要求時，進液自動停止。③ 排除余液，即排除排氣管當中的殘液，該過程對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 壓灌裝 法 利用儲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液箱大氣壓，然后被灌液料靠自重流入該容器內(nèi)。 負 壓灌裝的工藝過程為：①充氣等壓；②進液回氣；③停止進液；④釋放壓力，即 釋放瓶頸內(nèi)殘留的壓縮氣體至 大氣內(nèi)， 以免瓶內(nèi)突然降壓引起大量冒泡，影響包裝質(zhì)量和定量精度。 負 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。（本課期中灌裝機酒是用負壓灌裝方法） 。 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 1 ㎎ /L），以免在殺菌和儲藏期間與酒中某些物質(zhì)相結(jié)合而改變酒的風味，甚至引起變質(zhì)。因此，在灌裝過程中，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增高而減少的，若啤酒中所含 CO2 的重量百分比為M．灌裝時的酒缸表壓為 P，酒溫為 t，達到飽和時的相互關(guān)系可近似用下式表示，即， 0 .4 0 .0 0 8 0 .2 9 8Mt?