【正文】 II ② 熟悉 灌裝機(jī)的工作原理以及各個(gè)主要部分的 工作性能 ； ③ 掌握 分析完成對(duì)各個(gè)部件選擇與設(shè)計(jì)的基本思想和開(kāi)發(fā)思路 ， 對(duì)系統(tǒng)的各 個(gè)組 成機(jī)構(gòu)進(jìn)行一系列的分析； ④ 掌握 對(duì) 各零部件的選型 、 計(jì)算、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核 的能力； ⑤ 熟練使用 UG 繪圖軟件繪制三維立體圖，并繪制出處各部件的裝配工程圖 及零件 工程圖； 四、接受任務(wù) 學(xué)生： 班 姓名 五、開(kāi)始及完成日期： 自 20xx 年 11 月 12 日 至 20xx 年 5 月 25 日 六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問(wèn)）： 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 〔 學(xué)科組組長(zhǎng)研究所所長(zhǎng) 〕 簽名 系主任 簽名 20xx 年 11 月 12 日 III 摘 要 在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的今天，灌裝行業(yè)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。它基本的設(shè)計(jì)方案是：灌裝整體布局是呈立式、旋轉(zhuǎn)型，由洗瓶 器出來(lái)的瓶子通過(guò)傳送帶傳送給供瓶裝置，由它分瓶、送瓶給托瓶機(jī)構(gòu)；灌裝機(jī)的液箱內(nèi)安裝有灌裝閥，閥頭的喇叭口對(duì)準(zhǔn)了每一個(gè)待灌瓶，液箱內(nèi)的液體由供料裝置供給，液體經(jīng)供料裝置供到液箱中，再通過(guò)灌裝閥流入每一個(gè)空瓶?jī)?nèi)；待瓶灌滿后，再由供瓶裝置的星形撥輪撥到傳送帶然后傳送出，運(yùn)送到下一個(gè)工序。 filling valve。灌裝機(jī)作為液體包裝的主要設(shè)備，它的研究水平近年來(lái)也隨著科技的發(fā)展，也有了很大的提高。自從上世紀(jì) 80 年代開(kāi)始，中國(guó)每年都要進(jìn)口大量的飲料、乳品和啤酒包裝機(jī)械，至今引進(jìn)的勢(shì)頭仍然是有增無(wú)減。其中飲料、乳品和啤酒包 裝機(jī)械占有相當(dāng)大的比重 [1]。 大量事實(shí)表明，實(shí)現(xiàn)灌裝行業(yè)的機(jī)械化和自動(dòng) 化，尤其是實(shí)現(xiàn)高度靈活的自動(dòng)包裝線，不僅體現(xiàn)了現(xiàn)代生產(chǎn)的發(fā)展方向，同時(shí)也可以獲得巨大的經(jīng)濟(jì)利益。大約在1980 年，美國(guó)的 Horix、 Kiefer 和 等三家公司開(kāi)始制造容器灌裝的機(jī)械裝置。今天，回轉(zhuǎn)式自動(dòng)灌裝機(jī)的生產(chǎn)能力己達(dá)每分鐘 20xx 瓶。為此，我國(guó)應(yīng)根據(jù)自己的國(guó)情，吸收國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)出具有先進(jìn)水平的灌裝機(jī)，其發(fā)展趨勢(shì)向高效化、自動(dòng)化、節(jié) 能化發(fā)展 ,，力圖采用新技術(shù)、新材料 ,如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、微機(jī)控制等，開(kāi)創(chuàng)一代新型灌裝機(jī)。 現(xiàn)代灌裝技術(shù)的目標(biāo)是追求自動(dòng)化、高效、精確。我國(guó)一些灌裝設(shè)備制造廠也在開(kāi)始研制適合中國(guó)國(guó)情的電子閥灌裝機(jī)，但電子閥灌裝機(jī)在我國(guó)的推廣使用受到國(guó)產(chǎn)包裝容器幾何形狀精度不高和電子器件水平的制約。充分利用原有機(jī)型模組化設(shè)計(jì)，可在短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)換新機(jī)型。 （ 4）結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)高精度化。 新式灌裝機(jī)的設(shè)計(jì)與工程分析 3 2 液體灌裝機(jī)主體機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì) 灌裝機(jī)的概述 灌裝機(jī)廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)中的礦泉水、啤酒和果汁飲料等產(chǎn)品的裝填灌注，即將送來(lái)的空包裝容器注滿液體后，再分個(gè)運(yùn)送出去。 不含氣液體灌裝機(jī)的基本要求： 產(chǎn)品在正常工作時(shí)，灌裝頭 (閥 )在非灌裝位置不應(yīng)有滴漏現(xiàn)象。6mm。當(dāng)瓶子旋轉(zhuǎn)到一定位置時(shí)，量杯此時(shí)沿著導(dǎo)軌上升，上升到一定高度使得閥上的喇叭口與瓶口分離，導(dǎo)管被封死，液體不再下流，瓶子里的水也剛好灌至所需高度，然后再經(jīng)由出瓶口處的撥瓶輪撥傳送出去，流入下一步工序，這樣便完成了整個(gè)灌裝過(guò)程。 這類(lèi)灌裝機(jī)相比于直線型灌裝方式而言，在灌裝速度精度上都有所提高，效率大大提高了。 （ 3)自動(dòng)化灌裝機(jī) 該類(lèi)型可分為 :單機(jī)自動(dòng) 機(jī)和聯(lián)合自動(dòng)機(jī) (可以包括連續(xù)進(jìn)行洗瓶、灌裝、壓蓋、貼標(biāo)、裝箱等工序 )。灌裝機(jī)知識(shí)在選擇灌裝機(jī)時(shí)，應(yīng)遵循以下原則。其次，應(yīng)使灌裝機(jī)的生產(chǎn)能力和前后工序的加工、包裝機(jī)械的生產(chǎn)能力相匹配。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)。灌裝機(jī)的工藝范圍是指其適應(yīng)不同生產(chǎn)要求的能力。這種液體主要是指具有低粘度的可流動(dòng) 性 液體，如酒類(lèi)、汽水、果汁等。由于液體種類(lèi) 的多樣性 ，其性能不一，如粘度、起沫性、含氣性、揮發(fā)性等，所以采用 不同 的灌裝方法 ； 其次液 體 包裝容器 的多樣性 ， 如 玻璃瓶、金屬罐、塑料瓶、復(fù)合紙盒等，所以，灌裝機(jī) 選擇合理 的灌裝方法 應(yīng)該根據(jù) 不同的包裝容器、包裝物料及不同的灌裝工藝。 (2)壓力灌裝 壓力灌裝，是借助外界壓力將液體物料壓入包裝容器中。壓力法對(duì)于不能抽真空的產(chǎn)品是很理想的，如酒精類(lèi)飲料 (酒精含量會(huì)隨真空度增加減少 )，熱飲料 (90℃的果汁，抽真空可引起液料迅速蒸發(fā) )，如果采用常壓灌裝液管道比較細(xì)，阻力大，效率低，為了提高灌裝速度，可采用壓力灌裝等。這種灌裝 方法只適用于含氣飲料，如啤酒、汽水、香檳等。如果汁、果醬、糖漿、油類(lèi)、農(nóng)藥、藥水等 [1]。 新式灌裝機(jī)的設(shè)計(jì)與工程分析 7 灌裝機(jī)的總體方案 灌裝機(jī)廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)中的汽水、啤酒和果汁飲料等產(chǎn)品的裝填灌注。 圖 灌裝機(jī)的主題結(jié)構(gòu)圖 灌裝機(jī)的供料裝置 灌裝液料由貯液 箱 經(jīng)泵 (或直接由高位 箱 )及輸液管將液體產(chǎn)品輸入液箱 中 , 再由液箱經(jīng)灌裝閥輸入待灌容器中 ， 這就形成了整個(gè)灌裝液料的供送系統(tǒng)。對(duì)于一般不含氣的食用液料如瓶裝牛奶、瓶裝果汁類(lèi)等，可以采用常壓法，亦可采用真空法，為了減少灌裝時(shí)液料中的含氧氣量，以便延長(zhǎng)產(chǎn)品的保質(zhì)期，采用較大的真空度的真空法更有利。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)是針對(duì)無(wú)氣粘度小的液體的灌裝，故只需采用在常壓法灌裝。特別是為了適應(yīng)包裝容器日新月異的變化和提高設(shè)備生產(chǎn)能力的實(shí)際需要， 螺旋限位 裝置正朝著多樣化、通用化和高速化方向發(fā)展，并不斷擴(kuò)大它在灌裝、充填、封口、貼標(biāo)、計(jì)量、檢測(cè)以及自動(dòng)包裝線上的應(yīng)用，如分流、合流、升降、起伏、轉(zhuǎn)向和翻身等等 [6]。 常用的連續(xù) 輸送裝置有鏈帶傳送，一般采用不銹鋼或尼龍?zhí)箍随湈?，為了減少鏈帶與瓶底間的摩擦，有時(shí)需要在鏈帶上涂些肥皂水，以起到良好的潤(rùn)滑作用。從外觀形式看 ， 前端應(yīng)設(shè)計(jì)呈截錐臺(tái)形 ， 有 助于將玻璃瓶順暢地導(dǎo)入螺桿的工作區(qū)段 ， 而另一端應(yīng)具有與玻璃瓶同半徑的圓弧過(guò)渡角 ， 以便和星形拔輪同步銜接 ， 為了使剛進(jìn)入螺桿工作區(qū)段的玻璃瓶運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) ， 最好采用等螺距 ， 使它暫不產(chǎn)生加速度 ； 鑒于星形拔輪的節(jié)距通常都大于兩只玻璃瓶原來(lái)在鏈帶上緊相接觸時(shí)運(yùn)動(dòng)的中心距 ， 顯然 ， 最后一段螺旋線一定要變螺距 ， 為改善瓶的慣性運(yùn)動(dòng) ， 它應(yīng)該制約玻璃瓶以等加速度規(guī)律逐漸增大其間距 [6]。拔瓶輪一般新式灌裝機(jī)的設(shè)計(jì)與工程分析 9 采用酚醛層壓板等材料 ， 以免與玻璃瓶產(chǎn)生硬性碰撞 ， 拔瓶輪一般 具有一定的高度，這個(gè)高度是根據(jù)瓶子的高度來(lái)確定的，此外，撥瓶輪中輪 片上圓槽的半徑應(yīng)根據(jù)輸送瓶子的半徑大小而定。另外 ，供 瓶機(jī)構(gòu)不僅要將瓶子分隔轉(zhuǎn)彎 ， 而且傳遞速度必須與洗瓶機(jī)的速度匹配 ， 否則易出現(xiàn)倒瓶、缺瓶或阻塞現(xiàn)象 ， 為了防止倒瓶時(shí) 影響正常生產(chǎn) ， 某些灌裝機(jī)在 螺旋限位裝置 、拔輪的傳動(dòng)部分安裝有離合器 ， 一旦出現(xiàn)故障 ，可 使其自動(dòng)停轉(zhuǎn) ， 有的還安裝 有 微動(dòng)開(kāi)關(guān) ， 當(dāng)離合器脫開(kāi)的同時(shí) ， 壓迫微動(dòng)開(kāi)關(guān) ， 使全機(jī)停轉(zhuǎn) ，有效得維持了灌裝機(jī)生產(chǎn)的安全性。 托瓶機(jī)構(gòu) 可以分為 機(jī)械式、氣動(dòng)式、機(jī)械與氣動(dòng)組合式等三種結(jié)構(gòu)形式。若壓力下降較小，不但使瓶子的上升速速度減慢，而且難于保持瓶口和灌裝頭的緊密接觸。該機(jī)構(gòu)適用于灌裝含氣飲料的灌裝機(jī)。 在本設(shè)計(jì)中，我們采用的是機(jī)械式的 升降 機(jī)構(gòu)。因此，瓶子所在的回轉(zhuǎn)臺(tái)上不再需要導(dǎo)軌，灌裝瓶自身也不需要上下運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)有明顯改善。 （ 1）控制液位定量法 這種方法采用控制灌裝容器內(nèi)液位的高度來(lái)達(dá)到預(yù)定的灌裝量，其工作原理如圖 ，開(kāi)始灌裝時(shí)，瓶子上升頂開(kāi)橡皮墊 5，使滑套 6和灌裝頭 7之間出現(xiàn)間隙，液體流入瓶?jī)?nèi)，瓶?jī)?nèi)氣體經(jīng)排氣管 1排至貯液箱 9中。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是定量精度稍差，因定量精度直接受瓶子容積精度和瓶口密封度的影響。在待灌瓶進(jìn)入灌裝工位前，定量杯 1浸入貯液箱 14中，液料充滿定量杯。只要調(diào)節(jié)定量調(diào)節(jié)管 2在定量杯內(nèi)的高度，或者更換定量杯，就可以改變灌裝量。當(dāng)瓶托臺(tái)帶瓶子上升，灌裝管嘴 3 進(jìn)入瓶?jī)?nèi)，同時(shí)活塞桿 4下降，接通進(jìn)液流路 7，液料進(jìn)入活塞缸 6內(nèi)完成液料的計(jì)量，如圖（ a）。 （ 4）電子液位定量法 電子計(jì)量法是現(xiàn)代計(jì)量方法，如圖 ，在灌裝閥 2中有兩個(gè)大小不同的液道，液體通過(guò)液道時(shí)，由負(fù)載傳感器隨時(shí)地邊灌裝液體邊測(cè)量液體重量，當(dāng)充填的液體接近規(guī)定的充填量時(shí)，灌裝閥則可轉(zhuǎn)換成小流量的回路，因而灌裝量精度非常高。 其灌裝原理如圖 ，入液口 2由連接棒連接至上方導(dǎo)軌，滑套 5固定在液箱上，故閥體 2會(huì)在滑套 5中上下滑動(dòng)，當(dāng)在如圖示位置時(shí)，上通孔 4和下通孔 9處于不聯(lián)通狀態(tài)，此時(shí)就液體就無(wú)法下流；而當(dāng)閥體向下運(yùn)動(dòng)，使喇叭口和瓶口呈密 封狀態(tài)，此時(shí)的上下通孔處在滑塊內(nèi)部的槽中，液體由上通孔流到槽內(nèi)再通過(guò)下通孔，最后流入瓶?jī)?nèi)；當(dāng)閥體再次向上移動(dòng)時(shí)，上下通孔再次被封死，液體不能下流，此時(shí)，瓶子中的水也灌完成。 在液箱和灌裝閥的結(jié)合面處的密封：閥體與液箱之間墊了一層彈性墊圈 6，同時(shí)在液箱外的閥體部分裝有一緊固螺母， 通過(guò) 緊固 螺母提供壓力 ， 進(jìn)行壓緊閥門(mén) ，起到良好的密封作用。 本章小結(jié) 本章主要介紹了灌裝機(jī) 各主要機(jī)構(gòu)的 選取， 初步了解了 旋轉(zhuǎn) 型 灌裝機(jī)上各 相 關(guān) 重要機(jī)構(gòu) 的 基本功能和所能實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)，從中可以對(duì)灌裝生產(chǎn)線做出相當(dāng)?shù)?認(rèn)知 ， 并在其基礎(chǔ)上 能做出 一些 進(jìn)步 的 創(chuàng)新和改進(jìn)。根據(jù)防護(hù)要求選擇相應(yīng)結(jié)構(gòu)。在一般情況下不必校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱和起動(dòng)力矩。 總效率按下式計(jì)算 : na ????? . . . .321? () 式中 1? 、 2? 、 3? 、… n? 分別為運(yùn)動(dòng)鏈中各運(yùn)動(dòng)副（如齒輪、軸承及聯(lián)軸器等）的效率，其值可參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（新）》中 選取。因此確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)按具體情況進(jìn)行分析和比較。 所選電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為 Y290S4型電機(jī)，它的額定轉(zhuǎn)速為 1400r/min,額定功率 。 由于所選電動(dòng)機(jī)的額度轉(zhuǎn)速為 1400r/min，灌裝機(jī)的生 產(chǎn)能力 Q為 4000~5000瓶 /小時(shí)，灌裝機(jī)的灌裝閥頭數(shù)為 12頭，故實(shí)際生產(chǎn)時(shí)灌裝機(jī)每轉(zhuǎn)生產(chǎn) t=12瓶，所以灌裝機(jī)主軸的轉(zhuǎn)速 hr /500~r / 6000~5000tQn ??? 取整值 420r/h，即 7r/min。帶傳動(dòng)的基本組成零件為帶輪（主動(dòng)帶輪和從動(dòng)帶輪）和傳動(dòng)帶輪。為了保證帶傳動(dòng)正常工作，應(yīng)定期檢查帶的松弛程度，才去相應(yīng)的補(bǔ)救措施。 確定計(jì)算功率 caP 查詢(xún)《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表 87查的工況系數(shù) ，故 Aca ???? 選擇 V帶的帶型 根據(jù) 1ca nP、 ，查得《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖 811選用 Z型帶。 3）、計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直 徑 2d mmdi d 142d 12d ??? 確定 V帶的中心距 a和基準(zhǔn)長(zhǎng)度 dL 1）、根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版，初定中心距 0a )( 21021 dddd ddad ???? ）（ （ ） 即 0 ?? 取 mm300a0? 。 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表 85得 ?? ，表 82的 ? ，于是 L00r KKPPP ????? ?）（ （ ） ????? ）（ 2）、計(jì)算 V帶的根數(shù) z。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。多數(shù)情況下，軸的工作能力主要取決于軸 的強(qiáng)度。 中心軸的材料 軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。但也應(yīng)當(dāng)注意，在既定的條件下，有時(shí)也可選擇強(qiáng)度較低的鋼材，而用適當(dāng)增加軸截面面積的方法，來(lái)提高軸的剛度。 表 31 軸的常用材料及其主要力學(xué)性能 材料牌號(hào) 熱處理 毛坯直徑 /mm 硬度/HBS 抗拉強(qiáng)度極限B? 屈服強(qiáng)敵極限S? 彎曲疲勞極限1? 剪切疲