【文章內(nèi)容簡介】 。要改變每次的灌裝量，只需改變調(diào)節(jié)管在頂兩杯中的高度或更換頂兩杯。這種方法避免了瓶子本身的制造誤差帶來的影響，故定量精度較高。但對于含氣飲料，因貯液箱內(nèi)泡沫較多，不宜采用。 。這是采用機(jī)械壓力灌裝的一種定量方法。每次灌裝物料的容積與活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的形成成正比。要改變每次的灌裝量，只需設(shè)法調(diào)節(jié)活塞 的行程。 傳統(tǒng)的灌裝機(jī)定量方法是采用浮子式液位控制器來控制貯液缸內(nèi)液位的高度，其工作原理是：浮子隨啤酒液高度的變化控制送液閥的開閉，由于浮子受到多個(gè)力的作用，特別是送液管流出液體的沖力作用使浮 子偏離平衡位置而上下波動(dòng)，影響液位的控制精度，以致影響啤酒的正常灌裝。隨著啤酒包裝線自動(dòng)化、柔性化要求的提高，部分灌裝機(jī)已應(yīng)用了 PLC(可編程控制器 )控制，實(shí)現(xiàn)無瓶不開閥、輸瓶、灌裝的變頻調(diào)速。這使充分利用 PLC控制優(yōu)勢，采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)較為成熟的控制方法一 PID(比例、積分、微分 )調(diào)節(jié)成為可能 PID由于其簡單、穩(wěn)定性好、可靠性高、為普通設(shè)計(jì)人員所熟悉等特點(diǎn)，在控制領(lǐng)域有強(qiáng)大的生命力，特別是在 PLC控制的工作領(lǐng)域，更是得到廣泛應(yīng)用。因?yàn)樵谙到y(tǒng)穩(wěn)定的情況下，對應(yīng)某一閥芯的節(jié)流面積有一相應(yīng)的液位高度，但由于灌裝速度的改變或者灌裝過程中出現(xiàn)破瓶、缺瓶現(xiàn)象，導(dǎo)致貯液缸內(nèi)流出的液體隨時(shí)問變化有所不同。在這種情況下，若保持送液閥開度不變則貯液缸內(nèi)液位會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，影響正常的灌裝。所以必須通過改變控制閥的開度，來控制其送液量，以保持液位的穩(wěn)定。由于貯液缸內(nèi)流出的液量不易確定，所以要想確定比例閥的開度，必須通過測定貯液缸內(nèi)液位的變化 來實(shí)現(xiàn)。具體做法是：在每隔一定采樣時(shí)間 T(T可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公。式，參考程序掃描時(shí)間來確定 )，由液位傳感器測定實(shí)際的液位 Y，經(jīng)模量輸人模塊的 A／ D轉(zhuǎn)換后反饋給 CPU中該值與給定的液位值 r相比較得一個(gè)差值 e， e經(jīng)調(diào)用 PID模塊調(diào)節(jié)后傳遞給閉環(huán)比例放大器，調(diào)整闊環(huán)比例閥芯的開口變化，進(jìn)行一次糾偏，控制進(jìn)液閥的送液量，以調(diào)整貯液缸內(nèi)液位的高度。上述過程反復(fù)進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)對貯液缸內(nèi)液位的控制。 灌裝閥的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 灌裝閥概述 灌裝閥是貯液箱、氣室（包括充氣室、排氣室、真空室）和灌裝容器這三者之間 的流體通路開關(guān)。而且根據(jù)灌裝工藝要求，能依次對有關(guān)通路進(jìn)行切換。顯然，灌裝閥是關(guān)系到灌裝機(jī)能否正常工作而又高效的關(guān)鍵部件。 傳統(tǒng)的半自動(dòng)灌裝機(jī)多為臺(tái)式機(jī)型。結(jié)構(gòu)簡單。只能實(shí)現(xiàn)稱量過程自動(dòng)化，其它過程都靠手工完成，實(shí)際上只能算是一臺(tái)稱量機(jī)。這種機(jī)型效率低。不能滿足大規(guī)模生產(chǎn)的要求。 11 新型的全自動(dòng)罐裝機(jī)是在傳統(tǒng)機(jī)型的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)的。稱量系統(tǒng)基本不變，另外增加了上料系統(tǒng)，輸送系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)等．實(shí)現(xiàn)了灌裝全過程的自動(dòng)化。設(shè)備采用不銹鋼材料制作，易于清洗，外形美觀。 閥體結(jié)構(gòu)方案選擇 定閥體中閥門的數(shù)目。 根據(jù)選定的灌裝方法和工藝過程，確定液室、氣室和容器之間所需的閥門數(shù)目及其相對位置。 2. 確定閥體的結(jié)構(gòu)布局。 根據(jù)閥門的啟閉形式（單移、多移或旋轉(zhuǎn)），確定閥體可動(dòng)部分與不動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)布局，以及作相對運(yùn)動(dòng)表面之間的密封形式。比較而言，移動(dòng)閥特別是端面式結(jié)構(gòu)上容易實(shí)現(xiàn)彈簧的壓緊密封，流道截面大，彎路少，零件的結(jié)構(gòu)形狀也很簡單，有利于提高灌裝速度并便于清洗，但零件數(shù)量較多，而且密封彈簧一旦失效，灌裝就難以進(jìn)行。而旋轉(zhuǎn)閥，通常用固定擋塊（或控制氣缸）來實(shí)現(xiàn)機(jī)械啟閉，零件數(shù)目少，有一定可靠 性，但難以保證破瓶不灌液，外部布局也較復(fù)雜，故應(yīng)用不廣泛。 閥端結(jié)構(gòu)方案選擇 根據(jù)灌裝液料的工藝要求來確定長管或短管的閥端結(jié)構(gòu)，欲保證定量精度及穩(wěn)定出流等，必須合理布置閥端的某些結(jié)構(gòu)要素。如短管形式的閥端結(jié)構(gòu)，氣管和液閥采用可調(diào)的螺紋連接方式；膠墊與閥座之間所構(gòu)成的液門盡量靠近閥端，有助于提高定量精度；灌裝時(shí)氣管的分散罩恰好位于液料進(jìn)入瓶頸的部位，在分流圈上方還采用一個(gè)倒圓臺(tái)環(huán)隙，而且閥座又呈凹環(huán)狀，這樣就可避免液門被打開后產(chǎn)生偏流現(xiàn)象。 閥門的啟閉結(jié)構(gòu) 考慮設(shè)備的生產(chǎn)能力、容器 尺寸、貯液箱內(nèi)液位高度以及防止液道出現(xiàn)空穴、液料不穩(wěn)定出流等不正常現(xiàn)象，要妥善選擇液道、液門的出流截面尺寸和出流速度（例如，汽水的最大灌裝流量約為 ，啤酒約為 ），以求出液門至貯液箱自由液面的大致高度。然后對密封彈簧進(jìn)行計(jì)算，修正閥的總體尺寸，為繪制結(jié)構(gòu)草圖創(chuàng)造必要條件。 閥門的密封結(jié)構(gòu) 進(jìn)液管座、閥體、回氣管座、進(jìn)料管、閥套、彈簧、套管以及密封墊。所述進(jìn)液管座和閥體對應(yīng)設(shè)置在閥安裝板的上下兩面，進(jìn)液管座內(nèi)部設(shè)有進(jìn)料口、進(jìn)料通道以及開、閉進(jìn)料通道及調(diào)整灌裝流速的控制裝置； 在閥體內(nèi)部設(shè)有通孔，所述回氣管座安裝在通孔內(nèi)，在回氣管座內(nèi)部設(shè)有與進(jìn)料通道對應(yīng)的通道；所述進(jìn)料管上端插入回氣管座的通 12 道內(nèi)，下端延伸出閥體，其頂端為密封端面；所述設(shè)在閥體下的閥套套在進(jìn)料管外部并可以沿進(jìn)料管上下移動(dòng)，閥套上端插入閥體內(nèi)，并與閥體之間設(shè)有帶狀軸承和帶罩密封圈；所述彈簧套在閥套與閥體外部；所述套管套在進(jìn)料管下端并固定在閥套上，并能與閥套一起沿進(jìn)料管上下移動(dòng)，套管的下端在與進(jìn)料管的密封端面接觸時(shí)保持密封；所述密封墊墊在閥套的下端面上；在進(jìn)料管與套管、閥套、閥體以及回氣管座之間設(shè)有回流通道；在閥體上開 有外接負(fù)壓源并與回流通道相通的回流孔。 灌裝閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 灌裝閥的結(jié)構(gòu)要求 一是優(yōu)良的阻隔性能，不僅可以阻隔氣體，還可以阻光．這一特點(diǎn)可使物品具有較長的貨架壽命 二是具有優(yōu)良的機(jī)械性能，耐高溫，耐濕度變化，耐壓，耐蟲害，耐有害物質(zhì)的侵蝕。 三是不易破損，攜帶方便。適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)快節(jié)奏的生活。 四是表面裝飾性好?？梢源碳はM(fèi)，促進(jìn)銷售。 五是可以回爐再生循環(huán)使用。 灌裝閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)結(jié)果： 灌裝系統(tǒng)由稱料斗．支架．灌裝 El 機(jī)構(gòu)和電機(jī)組成。稱料斗 _內(nèi)裝有物料傳感器． 控制上料系統(tǒng)的運(yùn)行。物料減少到一定位置，不足灌裝量時(shí)．控制上料系統(tǒng)的電機(jī)起動(dòng)．開始向料斗中輸送物料。當(dāng)料斗中的物料達(dá)到頂部位置時(shí)，傳感器控制上料電機(jī)關(guān)閉，停止上料。稱量斗內(nèi)螺桿稱量．使用變頻電機(jī)．調(diào)解轉(zhuǎn)速能夠調(diào)解灌裝量和灌裝速度。稱料斗下部落地支架，在支架上固定控制柜，支架底部裝可調(diào)地腳．調(diào)整灌裝 El 高度，適合不同高度的罐型灌裝。 密封彈簧的計(jì)算 Pd的計(jì)算： 圖 27 靜壓力分析圖 在錐閥口任取一點(diǎn) A,設(shè)定空間坐標(biāo)系 A(x,y,z), 靜壓力分析圖如圖 示： A 點(diǎn)附近微小面積 d? 上法向靜壓力為： ( 1 )dp pd p g d? ? ? ?? ? ? (N) P1貯液箱液面口氣體壓強(qiáng)（ Pa） ? 液體密度（ Kg/3 ） g重力加速度（ m/s2 ） 13 整個(gè)錐面口液壓水平分力互相抵消，垂直分力： * s i n ( 1 ) * s i nd p d d p x p g d x? ? ?? ? ? 故可求 整個(gè)錐面口的靜壓力的垂直分力： P*d= ( 1 ) s i nd p d p g xd?? ? ? ????? ?? 1* * s i n s i np x g x d?? ? ? ??? ?? ( 1 2)R R l???? sin ( 2 1) /R R l? ? ? 2 2 5 2 2 61 * sin 1 ( 2 1 ) 3 *1 0 * * ( 14 4. 5 ) *1 0 16 5. 6p p R R N? ? ? ?? ? ? ? ? ? 22* s in { [ ( 2 1 ) /( 2 1 ) ] * ( 1 ) 1 }Dg x d g h h R R x y R h d x d y??? ? ? ?? ? ??? ?? = 2 2 2 2[ 2 2 1 1 ( 1 / 3 ) ( 2 1 ) ( 1 2 1 2)g R h R h h h R R R R? ? ? ?? ? ? ? ? = 3 2 21 . 0 1 3 * 1 0 * 9 . 8 * [ * 1 4 * 1 0 2 . 9 * 4 . 5 * 8 0 ( 1 / 3 ) ( 1 0 2 . 9 8 0 )? ? ?? ? ? * 2 2 9(14 14 * ) ] *10 ??? = 所以 Pd= ： 由圓柱螺旋壓縮彈簧的計(jì)算公式得知，只要確定 Fmax和 Fmin就能設(shè)計(jì)出彈簧的結(jié)構(gòu)尺寸。首先分析閥心的受力情況如圖 28所示 [6]。 圖 28 閥心受力圖 （ 1）灌裝前彈簧受力的平衡方程為： 651 0 / 6 4 0 * 1 0 / 9 . 4 8 * 1 0 6 . 7 5t V V s??? ? ?m a x 2 1F N P W N P d?? ? ? ? ? （ ） （ 2）充氣開啟，液門仍未開啟時(shí)彈簧受力方程： Fmax + N2′ + P? ′ =W + Pd 此時(shí) N1→ 0,N2→ N2′ ,P? ≈ P? ′。 （ 3）液閥開啟 ,P? ′→ P1,N2′→ N2,有 Fmax + P1 W2 + Pd Fmax W2 + Pd P1 () 式中 P1為液料箱氣體壓強(qiáng)與液閥環(huán)形面積乘積。 Fmax還應(yīng)滿足下式才能保證先充氣，后進(jìn)液 [22]。 Fmax = W + Pd P? ′ N2′ W2 + Pd P0 故 W + Pd P1 Fmax W2 + Pd P0 (4) P0=P0*A0+ 5 2 21 .0 1 3 * 1 0 * * ( 0 .0 0 9 0 .0 0 6 ) 1 4 .3 2? ?? W=3N P0= *10 Pa 2 2 55 / 7 / ( 4. 9 6. 9) *1 0P k gf c m k gf c m P a? ? ? ? 5 2 21 * 4. 9 *1 0 * * ( 0. 00 9 0. 00 6 ) 69 .3P P A N??? ? ? ? 所以 3 1 5 6 . 1 6 9 . 3 m a x 3 1 5 6 . 1 1 4 . 3 2F? ? ? ? ? ? 14 8 9 .8 m ax 1 4 4 .7 8F?? 取 Fmax=120N 式中 P0為大氣壓強(qiáng)與液閥環(huán)形面積乘積。 N1氣門密封力 N2流門密封力 Fmax彈簧最大工作負(fù)荷 W液閥重 Pd液閥受箱內(nèi)液體靜壓力 P? 液閥受瓶內(nèi)氣體靜壓力 （ 4）等壓灌裝時(shí)， Pd→ 0,Fmax→ Fmin,忽略其他因素，由（ 1）得 Fmin W P1 () Fmin還應(yīng)滿足下式 Fmin 〈 W + N1 P1′ 則 W P1 Fmin W + N1 P1′ （ ） 3 6 9 .8 m i n 3 5 0 6 9 .3F? ? ? ? ? 6 6 .3 m in 1 6 .3F? ? ? ? 取 Fmin=20N ,方向與圖中方向相反。 彈簧的剛度為 P′ 4 3 3( m a x m in) / / 8 2 / 8F F n G d D n G d C n? ? ? ? 式中 C=D2/d為彈簧指數(shù)。由上式得出彈簧剛度與彈簧指數(shù)成反比。據(jù)有關(guān)資料介紹，在等壓灌裝閥中的彈簧指數(shù)應(yīng)取 15左右為宜。 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選取 4? 彈簧。 t=, P極 =75kg, D=22mm 單圈彈簧 P′ =要求剛度 P=Fmax/h 行程長為 2mm 則 P=120/2=60N/mm 圈數(shù) n=P′ **(圈 ) 取 n=9(圈 ) 故實(shí)行剛度 P=P′ /9=* 總?cè)?shù) n總 =9+= 自由高度 H0=n1t1+2d1=9*+2*4= 展開長度 57*= 計(jì)算： 15 氣閥由外撥叉控制 ,故氣閥彈簧要求精度比液閥彈簧低 ,主要是緩沖外力對氣閥的壓力 ,并使操作省力 ,取位移量為 d2=5mm,查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊取 d=2mm的彈簧 [23]. P=F2max/h2=50/5=10N/mm 選取單圈 P′ =間距 t= 圈數(shù) n=P′ **(圈 ) 取 n=6(圈 ) 總?cè)?shù) n總 =6+= 外徑 D2=16mm 自由高度 H2=nt+2d2=6*+2*2= 展開長度 L= 展開長度 L展 =L*n總 =*= 充氣時(shí)間的計(jì)算 : ： 當(dāng)空瓶上升至灌裝閥的瓶口帽接觸并密封時(shí) ,瓶內(nèi)的空氣由常壓充氣至與貯液箱液面上的氣壓相等 ,以流體力學(xué)可知 ,這一過程是容器內(nèi) (即貯液箱內(nèi)氣相空間 )的氣體經(jīng)收縮形