【文章內(nèi)容簡介】 廠也在開始研制適合中國國情的電子閥灌裝機，但電子閥灌裝機在我國的推廣使用受到國產(chǎn)包裝容器幾何形狀精度不高和電子器件水平的制約。 本課題應(yīng)達到的要求隨著灌裝機械競爭加劇，未來灌裝行業(yè)將根據(jù)產(chǎn)業(yè)自動化趨勢，朝著自主研發(fā)技術(shù)、高速包裝機等方向進行，在技術(shù)發(fā)展上正朝著以下方向發(fā)展： （1）機械功能多元化。工商業(yè)產(chǎn)品已趨向精致化及多元化，在大環(huán)境變化下，多元化、彈性化且具有多種切換功能的包裝機各種方能適應(yīng)市場需求。 （2）結(jié)構(gòu)設(shè)計標準化、模組化。充分利用原有機型模組化設(shè)計，可在短時間內(nèi)轉(zhuǎn)換新機型。 （3）控制智能化。目前包裝機械廠家普遍使用 PLC 動力負載控制器，雖然 PLC 彈性很大，但仍未具有電腦（含軟件）所擁有的強大功能。未來包裝機械必須具備多功能化、調(diào)整操作簡單等條件，基于電腦的智能型儀器將成為食品包裝控制器的新趨勢。 （4）結(jié)構(gòu)運動高精度化。結(jié)構(gòu)設(shè)計及結(jié)構(gòu)運動控制等事關(guān)包裝機械性能的優(yōu)劣，可通過馬達、編碼器及數(shù)字控制（NC） 、動力負載控制（ PLC）等高精密控制器來完成，并適度地做產(chǎn)品延伸，朝高科技產(chǎn)業(yè)的包裝設(shè)備來研發(fā) [2]。 由于本課題是機械專業(yè)的畢業(yè)課題，而我國目前包裝機械行業(yè)的發(fā)展空間比較的大，研究包裝機械方面的課題對我們個人發(fā)展以社會進步都有積極意義，它能培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生綜合能力。一方面鞏固、增長我們的專業(yè)知識，提高我們綜合運用知識的能力，為以后的生產(chǎn)工作積累寶貴的經(jīng)驗；另一方面也使我們能在自己的課題上有所發(fā)現(xiàn)，有所改進，從而進行創(chuàng)新，提出一些具有建設(shè)指導(dǎo)性的意見。新式灌裝機的設(shè)計與工程分析32 液體灌裝機主體機構(gòu)的方案設(shè)計 灌裝機的概述 灌裝機廣泛應(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，即將送來的空包裝容器注滿液體后，再分個運送出去。液體灌裝機是液體包裝生產(chǎn)線的核心設(shè)備．液體灌裝過程中出現(xiàn)的冒泡、灌不滿、液位偏高或偏低、增氧量和瓶頸空氣超出標準等現(xiàn)象，都會直接導(dǎo)致液損的增加，從而增加了液體的包裝成本。因此，灌裝機灌裝效果的好壞直接影響到企業(yè)的經(jīng)濟效益。下面我們先了解一下液體灌裝機的基本要求和工作原理．然后再對影響灌裝效果的一些主要因素做分析。不含氣液體灌裝機的基本要求：產(chǎn)品在正常工作時，灌裝頭(閥)在非灌裝位置不應(yīng)有滴漏現(xiàn)象。各管路應(yīng)暢通，且不應(yīng)有滲漏現(xiàn)象。產(chǎn)品應(yīng)達到額定生產(chǎn)能力，在正常工作時，%。產(chǎn)品在正常工作時，灌裝容量應(yīng)不少于公稱容量，灌裝液位差應(yīng)不大于 177。6mm。灌裝合格率應(yīng)不小于98 % [3]。液體灌裝機是圍繞灌裝的工藝流程展開的，其工作原理是：從洗瓶機出來的潔凈空瓶子由輸瓶帶送入灌裝機的進瓶螺旋，由進瓶螺旋將挨個兒的瓶子以一定間距分開輸送，再經(jīng)進瓶撥瓶輪送至回轉(zhuǎn)臺上，使之在回轉(zhuǎn)臺上饒回轉(zhuǎn)臺中心軸回轉(zhuǎn)。與此同時，液箱內(nèi)的灌裝閥的量杯上端和液箱出液口處閥高調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)連接，它能隨著導(dǎo)軌邊旋轉(zhuǎn)邊上下運動，當瓶子進入回轉(zhuǎn)臺后，灌裝閥的量杯沿導(dǎo)軌向下運動，從而使灌裝閥的喇叭口緊壓瓶口，使量杯中心導(dǎo)管接通，液體沿著導(dǎo)管流入瓶中。當瓶子旋轉(zhuǎn)到一定位置時，量杯此時沿著導(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，這樣便完成了整個灌裝過程。 液體灌裝機的分類 液體灌裝機按灌裝瓶的主要運動形式分類可分為以下： （1）旋轉(zhuǎn)型灌裝機 旋轉(zhuǎn)型灌裝機的俯視圖旋轉(zhuǎn)型灌裝機如圖 ，空瓶經(jīng)洗瓶機洗凈后由輸送帶輸入灌裝機的瓶輸送部分，待無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文4灌瓶由輸送部分或人工送入灌裝機進瓶機構(gòu)，瓶子由灌裝機轉(zhuǎn)盤帶動繞主立軸旋轉(zhuǎn)運動進行連續(xù)灌裝，轉(zhuǎn)動近一周時瓶子己灌滿，然后由轉(zhuǎn)盤送入壓蓋機進行壓蓋，然后再由輸送帶輸送成品。其中，瓶子在灌裝過程中升降如圖 。 灌裝機灌裝過程展開示意圖 這種灌裝機在食品、飲料行業(yè)應(yīng)用最廣泛,如汽水、果汁、啤酒、牛奶等的灌裝,此機主要由供料裝置、供瓶系裝置、灌裝閥、托瓶機構(gòu)、瓶高調(diào)節(jié)裝置、傳動系統(tǒng)、機體、自控等部分所組成,其中灌裝閥是保證灌裝機能否正常工作的關(guān)鍵 [4]。這類灌裝機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。 （2）直線型灌裝機　　，待灌裝的空瓶從上一步操作（一般是洗瓶機）沿直線由傳送帶傳送,進行成排灌裝，凡送來一排空瓶由推瓶板向前推送一次,到送至灌液管的下方時,閥門打開進行灌裝,間歇進行操作。灌完的瓶子再由傳送地運至下一步流程，最后包裝成品后完成。1推瓶板 2限位撥盤 113傳送帶 4傳送盤 5瓶子 6上蓋機構(gòu) 7料斗 8擰緊機構(gòu) 9商標盒 10漿糊盒 12推料板 14儲液箱 15灌裝管 直線灌裝機工作流程圖這種灌裝機相對旋轉(zhuǎn)型灌裝機而言，它結(jié)構(gòu)較為簡單，制造方便，但體型比較大，新式灌裝機的設(shè)計與工程分析5而且做得是間歇運動，生產(chǎn)能力的提高有所限制，因此一般只用于無汽液料類的灌裝，有很大的局限性，難以用作批量大規(guī)模生產(chǎn)。 （3) 自動化灌裝機該類型可分為:單機自動機和聯(lián)合自動機(可以包括連續(xù)進行洗瓶、灌裝、壓蓋、貼標、裝箱等工序)。自動灌裝以采用機械傳動控制為主的最普遍 [4]。此外,，還有自動化程度、機械結(jié)構(gòu)及灌裝方法等多種方法分類的，具體的詳細內(nèi)容見表21 ：表21 灌裝機的分類方法序號 分類型式 型式、技術(shù)特性、灌裝方法 1 按自動化程度分 手工灌裝機 半自動灌裝機 單元自動灌裝機 液體包裝聯(lián)合自動機2 按機械結(jié)構(gòu)分 單排式 多排式 旋轉(zhuǎn)式 旋轉(zhuǎn)式3 按灌裝方法分 真空灌裝 變液位的壓力 下灌裝 在液位高度不變的壓 力灌裝 在壓力下灌裝4 按關(guān)閉裝置分 旋塞式 閥門式 滑閥式 氣閥式5 按定量裝置分 定量杯定量 液位高度定量 定量泵定量 安瓶定量 液體灌裝機的選擇原則灌裝機的選擇：合理選擇灌裝機是保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高經(jīng)濟效益的重要途徑。一般來說，應(yīng)密切聯(lián)系生產(chǎn)實際，盡量選擇質(zhì)量好、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、使用維修方便、體積小、重量輕的灌裝機。灌裝機知識在選擇灌裝機時，應(yīng)遵循以下原則。 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、含氣性等）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酒液，為避免揮發(fā)性芳香物質(zhì)受到損失，一般應(yīng)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(yīng)采用真空加汁類灌裝機。其次，應(yīng)使灌裝機的生產(chǎn)能力和前后工序的加工、包裝機械的生產(chǎn)能力相匹配。 生產(chǎn)率高和產(chǎn)品質(zhì)量好的原則。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(yīng)選擇設(shè)備精度高、自動化程度也高的灌裝機。但是設(shè)備的售價也相應(yīng)提高，增大了產(chǎn)品的單位成本。因此在選擇灌裝機時，應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)工藝要求，對相關(guān)的因素進行綜合考慮。 工藝范圍寬的原則。灌裝機的工藝范圍是指其適應(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(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 [5]。無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文6 灌裝的基本方法灌裝就是將一定量的液體注入到空包裝容器中的流程。這種液體主要是指具有低粘度的可流動性液體，如酒類、汽水、果汁等。它們可以依據(jù)自身重力以一定速度流入到包裝容器中。此外，灌裝機也可灌裝一些粘稠不大的液體和一些粘度很高的物料，如果醬、油脂、牙膏及黃油等等。這些物料，只依靠重力是不能使其灌裝到包裝容器內(nèi)的，因此需要施以一定大小色的壓力，依靠壓力將其擠壓到包裝容器中。由于液體種類的多樣性，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。由于液體物料性能不同,我們常采用以下幾種方法進行灌裝：(1)常壓灌裝 常壓灌裝，又叫重力灌裝，即在常壓狀態(tài)下，利用液體本身的重力作用將使其自己流到灌裝容器中，它整個工作系統(tǒng)是處于開放狀態(tài)下，該灌裝方法是最原始的灌裝方法。至今仍被用在流動性很好的液體灌裝中，這各方法比較適用于流動性好、不含氣、不易揮發(fā)的液體中。如礦泉水、白酒、醬油、牛奶等。(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。外界壓力有機械壓力、氣壓、液壓等。壓力灌裝主要適用于粘度較大，流動性較差的薪酬物料的灌裝，可以提高灌裝速度。壓力法灌裝與真空法正好相反，灌裝密封系統(tǒng)處于高于大氣壓力的狀態(tài)中，將正壓力加于產(chǎn)品上。壓力法對于不能抽真空的產(chǎn)品是很理想的，如酒精類飲料(酒精含量會隨真空度增加減少)，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，阻力大，效率低，為了提高灌裝速度，可采用壓力灌裝等。壓力法可在產(chǎn)品和排氣兩端保持高于大氣壓的壓力，且產(chǎn)品端壓力更高，這樣的系統(tǒng)有利于控制某些飲料保持較高的二氧化碳含量。(3)等壓灌裝 等壓灌裝，即先向包裝容器內(nèi)充氣，使容器內(nèi)壓力與貯液缸內(nèi)壓力相等，再將貯液缸的液體物料灌入包裝容器內(nèi)。等壓灌裝又稱壓力重力灌裝、氣體壓力灌裝。這種灌裝方法只適用于含氣飲料，如啤酒、汽水、香檳等。(4)負壓灌裝負壓灌裝是先將包裝容器抽氣形成負壓，再將液體物料灌入包裝容器內(nèi)。這種灌裝方法不但能提高灌裝速度，而且能減少包裝容器內(nèi)殘存的空氣，防止液體物料氧化變質(zhì)，可延長產(chǎn)品的保存期。此外，還能限制毒性液體的逸散，并可以避免灌裝有裂紋或缺口的容器，減少浪費，適用于不含氣體，且怕接觸空氣而氧化變質(zhì)的粘度稍大的液體物料，以及有毒的液體物料。如果汁、果醬、糖漿、油類、農(nóng)藥、藥水等 [1]。此外還有虹吸法，虹吸法灌裝應(yīng)用虹吸原理使液體料經(jīng)虹吸管由儲液箱被吸入容器，直至兩者液位相等為止。此法適合灌裝低粘度不含氣的液料，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，但灌裝速度低。該方法出現(xiàn)最早，人們最容易接受，原理也比較簡單，但現(xiàn)在很少使用。新式灌裝機的設(shè)計與工程分析7 灌裝機的總體方案灌裝機廣泛應(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。其型號規(guī)格繁多，但大部分灌裝機的主體結(jié)構(gòu)主要由供料裝置、灌裝閥、托瓶機構(gòu)、供瓶裝置和瓶高調(diào)節(jié)裝置五部分組成。本次設(shè)計的灌裝機主體結(jié)構(gòu)如圖 。液體經(jīng)供料裝置進入液箱，再進入灌裝閥內(nèi)，灌裝閥經(jīng)瓶高調(diào)節(jié)機構(gòu)上下升降，從而將液體輸入灌裝瓶內(nèi)；瓶子由供瓶機構(gòu)輸送進灌裝機的托瓶機構(gòu)上經(jīng)行灌裝。 圖 灌裝機的主題結(jié)構(gòu)圖 灌裝機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，這就形成了整個灌裝液料的供送系統(tǒng)。對于等壓法、真空法有時還需對貯液箱充氣或抽氣。由此可見,不同的灌裝方法就應(yīng)有不同的供料系統(tǒng)，供料機構(gòu)的設(shè)計對灌裝速度和精度的影響起著至關(guān)重要的作用。供料機構(gòu)的正確選擇，除考慮液體本身的工藝性能如粘度、重度、含氣性、揮發(fā)性外，還必須考慮產(chǎn)品的工藝要求、灌裝機的機械結(jié)構(gòu)等綜合因素。對于一般不含氣的食用液料如瓶裝牛奶、瓶裝果汁類等，可以采用常壓法，亦可采用真空法，為了減少灌裝時液料中的含氧氣量，以便延長產(chǎn)品的保質(zhì)期，采用較大的真空度的真空法更有利。另外，采用真空法其灌裝閥的結(jié)構(gòu)較簡單，液漏損失小。應(yīng)當指出，對于某種液料的灌裝不一定選擇單一的方法，也可以綜合選擇幾種方法，例如為了減少啤酒中的含氧量，避免保存期失光變質(zhì)，一種方法是灌裝前對瓶內(nèi)抽取真無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文8空，然后再充入二氧化碳進行等壓灌裝，即采用真空等壓法，另一種方法是用二氧化碳充氣等壓，瓶內(nèi)被替代的空氣被引入單獨設(shè)置的回氣箱，并不排至貯液箱。灌裝前階段在等壓下進行，灌裝后階段可加快回氣速度，形成與貯液箱的壓差，從而提高灌裝速度，即采用等壓壓力(差壓)法。本畢業(yè)設(shè)計是針對無氣粘度小的液體的灌裝，故只需采用在常壓法灌裝。液體由于自身重力作用，由灌裝閥流入灌裝瓶中完成供料操作。此外，采用此供料裝置，本機的結(jié)構(gòu)因而比較簡單，也容易清洗貯液箱。 灌裝機的供瓶裝置 在包裝工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用的限位裝置的類型就是螺旋限位裝置以及星形撥瓶輪裝置，它可按某種工藝要求將一定規(guī)則或不規(guī)則的容器、物件以確定的速度、方向和間距分批逐個地供送到給定的工位。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，并不斷擴大它在灌裝、充填、封口、貼標、計量、檢測以及自動包裝線上的應(yīng)用，如分流、合流、升降、起伏、轉(zhuǎn)向和翻身等等 [6]。 螺旋限位裝置，部件2為螺旋限位器。在自動灌裝機中，根據(jù)灌裝的工藝性要求，準確地將由傳送帶送來的瓶子送入回轉(zhuǎn)臺上，它是保證灌裝機能夠正常有序工作的關(guān)鍵。一般供瓶裝置的關(guān)鍵就是瓶的連續(xù)輸送和瓶的定時供給問題。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В瑸榱藴p少鏈帶與瓶底間的摩擦，有時需要在鏈帶上涂些肥皂水，以起到良好的潤滑作用。由洗瓶機洗出來的空瓶子由輸送帶傳送過來以后，為了防止它們之間相互擠壓或者堵塞以及準確地送入灌裝機的回轉(zhuǎn)臺上，必須設(shè)法使瓶子單個地保持適當?shù)拈g距送進 ，而螺旋限位裝置正是起到這種作用。，空瓶經(jīng)限位器后，由原來的緊密挨著到以