【文章內容簡介】 菱公司，另外還有許多羅馬尼亞灌裝線。隨后，我國廣東輕工機械廠、北京釀酒機械廠、上?；C械廠等許多家仿制了不少灌裝線，初步改善了灌裝生產的落后面貌，但灌裝機械的發(fā)展與國際先進水平的差距仍很大 [1]。為此，我國應根據自己的國情，吸收國外的先進技術，設計和生產出具有先進水平的灌裝機，其發(fā)展趨勢向高效化、自動化、節(jié) 能化發(fā)展 ,，力圖采用新技術、新材料 ,如計算機輔助設計、微機控制等，開創(chuàng)一代新型灌裝機。 當今灌裝機械制造水平的發(fā)展水平體現(xiàn)在灌裝閥核心技術的發(fā)展水平上：從舊時重力灌裝到如今先進的抽真空等壓灌裝、從以前平面閥密封結構到現(xiàn)在錐形閥密封結構。這些變化都體現(xiàn)了世界技術的進步與發(fā)展。我國灌裝機械制造產業(yè)，經歷了仿制、引進別國技術、消化吸收、自主創(chuàng)新、開發(fā)的過程，技術進步及創(chuàng)新開發(fā)的速度變快了，而且在不斷縮小與國外先進技術之間的差距。 現(xiàn)代灌裝技術的目標是追求自動化、高效、精確。精確的灌裝量，灌裝過程的高速、可靠，盡量 小的液損，以及整條生產線的最優(yōu)化控制，都由于電子技術的實際應用而成為可能。電子灌裝閥灌裝技術迅速發(fā)展是大勢所趨。目前國外灌裝機使用的電子閥有三種形式：探針式（液位傳感器）電子閥、配置電磁流量計的電子閥、配置定量筒的電子閥。我國一些灌裝設備制造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 達到的要求 隨著灌裝機械競爭加劇，未來灌裝行業(yè)將根據產業(yè)自動化趨勢，朝著自主研發(fā)技術、高速包裝機等方向進行，在技術發(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市場需求。 （ 2）結構設計標準化、模組化。充分利用原有機型模組化設計，可在短時間內轉換新機型。 （ 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）結構運動高精度化。結 構設計及結構運動控制等事關包裝機械性能的優(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，并適度地做產品延伸，朝高科技產業(yè)的包裝設備來研發(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，為以后的生產工作積累寶貴的經驗；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 ，提出一些具有建設指導性的意見。 新式灌裝機的設計與工程分析 3 2 液體灌裝機主體機構的方案設計 灌裝機的概述 灌裝機廣泛應用于食品工業(yè)中的礦泉水、啤酒和果汁飲料等產品的裝填灌注，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線的核心設備．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： 產品在正常工作時，灌裝頭 (閥 )在非灌裝位置不應有滴漏現(xiàn)象。 各管路應暢通，且不應有滲漏現(xiàn)象。 產品應達到額定生產能力，在正常工作時，瓶損率應不大于 %。 產品在正常工作時，灌裝容量應不少于公稱容量，灌裝液位差應不大于 177。6mm。 灌裝合格率應不小于 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，再經進瓶撥瓶輪送至回轉臺上，使之在回 轉臺上饒回轉臺中心軸回轉。與此同時，液箱內的灌裝閥的量杯上端和液箱出液口處閥高調節(jié)結構連接，它能隨著導軌邊旋轉邊上下運動，當瓶子進入回轉臺后，灌裝閥的量杯沿導軌向下運動，從而使灌裝閥的喇叭口緊壓瓶口，使量杯中心導管接通，液體沿著導管流入瓶中。當瓶子旋轉到一定位置時，量杯此時沿著導軌上升，上升到一定高度使得閥上的喇叭口與瓶口分離，導管被封死，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）旋轉型灌裝機 圖 旋轉型灌裝機的俯視圖 旋轉型灌裝機如圖 ，空瓶經洗瓶機洗凈后由輸送帶輸入灌裝機的瓶輸送部分，待無錫太湖學院學士學位論文 4 灌瓶由輸送部分或人工送入灌裝機進瓶機構，瓶子由灌裝機轉盤帶動繞主立軸旋轉運動進行連續(xù)灌裝，轉動近一周時瓶子己灌滿，然后由轉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 。 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 、 瓶高調節(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 直線型灌裝機的流程圖如圖 ，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 1 13傳送帶 4傳送盤 5瓶子 6上蓋機構 7料斗 8擰緊機構 9商標盒 10漿糊盒 12推料板 14儲液箱 15灌裝管 圖 直線灌裝機工作流程圖 這種灌裝機相對旋轉型灌裝機而言，它結構較為簡單，制造方便，但體型比較大，而新式灌裝機的設計與工程分析 5 且做得是間歇運動，生產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。 （ 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、機械結構及灌裝方法等多種方法分類的，具體的詳細內容見表 21： 表 21 灌裝機的分類方法 序號 分類型式 型式、技術特性、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 按機械結構分 單排式 多排式 旋轉式 旋轉式 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品質量，提高經濟效益的重要途徑。一般來說，應密切聯(lián)系生產實際，盡量選擇質量好、效率高、結構簡單、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，應遵循以下原則。 為生產工藝服務的原則。首先應根據灌裝物料的性質 （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)性芳香物質受到損失，一般應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，保證產品質量，一般應采用真空加汁類灌裝機。其次，應使灌裝機的生產能力和前后工序的加工、包裝機械的生產能力相匹配。 生產率高和產品質量好的原則。生產率的高低直接反映生產線的生產能力。所以生產率越高，其產生的經濟效益越好。為了提高產品質量，應選擇設備精度高、自動化程度也高的灌裝機。但是設備的售價也相應提高，增大 了產品的單位成本。因此在選擇灌裝機時，應結合生產工藝要求，對相關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不同生產要求的能力。工藝范圍越寬，越能提高設備的利用率，實現(xiàn)一機多用，即利用同一設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)格的生產要求，應選擇工藝范圍盡可能寬的灌裝機 [5]。 無錫太湖學院學士學位論文 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 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、復合紙盒等，所以，灌裝機 選擇合理 的灌裝方法 應該根據 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，將正壓力加于產品上。壓力法對于不能抽真空的產品是很理想的，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。壓力法可在產品和排氣兩端保持高于大氣壓的壓力，且產品端壓力更高，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，即先向包裝容器內充氣，使容器內壓力與貯液缸內壓力相等，再將貯液 缸的液體物料灌入包裝容器內。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。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殘存的空氣，防止液體物料氧化變質，可延長產品的保存期。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、農藥、藥水等 [1]。 此外還有虹吸法，虹吸法灌裝應用虹吸原理使液體料經虹吸管 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，設備結構簡單，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。 新式灌裝機的設計與工程分析 7 灌裝機的總體方案 灌裝機廣泛應用于食品工業(yè)中的汽水、啤酒和果汁飲料等產品的裝填灌注。其型號規(guī)格繁多，但大部分 灌裝機的主體結構主要由供料裝置、灌裝閥、托瓶機構、供瓶裝置和瓶高調節(jié)裝置五部分組成。 本次設計的灌裝機主體結構如圖 。液體經供料裝置進入液箱，再進入灌裝閥內，灌裝閥經瓶高調節(jié)機構上下升降，從而將液體輸入灌裝瓶內；瓶子由供瓶機 構輸送進灌裝機的托瓶機構上經行灌裝。 圖 灌裝機的主題結構圖 灌裝機的供料裝置 灌裝液料由貯液 箱 經泵 (或直接由高位 箱 )及輸液管將液體產品輸入液箱 中 , 再由液箱經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有不同的供料系統(tǒng) ， 供料機構的設計對灌裝速度和精度的影響起著至關重要的作用 。 供料機構的正確選擇，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，還必須考慮產品的工藝要求、灌裝機的機械結構等 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