【正文】 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用 凸輪機(jī)構(gòu)作為一種常用機(jī)構(gòu)，兼有傳動、導(dǎo)向和控制功能，字自動化機(jī)械中應(yīng)用非常廣泛。最后根據(jù)機(jī)械運(yùn)動特點(diǎn)我們選擇的驅(qū)動方式為，直流伺服電機(jī)驅(qū)動。根據(jù)需求我們選擇了簡單有效的控制液位高度的定量方法。其次，對比了目前灌裝機(jī)的不同類型，結(jié)合本次設(shè)計的目的，我們選擇了凸輪灌裝機(jī)。 綜上所述，考慮到 本課題 的研究對象，以及精度要求我們選用的是直流伺服電機(jī)驅(qū)動，如圖 22所示。 ④ 速度響應(yīng)性能不同。 ③ 運(yùn)行性能不同。 步進(jìn)電機(jī)一般不具有過載能力。 。以三洋全數(shù)字式交流伺服電機(jī)為例，對于帶標(biāo)準(zhǔn) 2021 線編碼器的電機(jī)而言，由于驅(qū)動器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)量為 360176。也有一些高性能的步進(jìn)電機(jī)通過細(xì)分后步距角更小。 、 176。 、 176。 ① 控制精度不同。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號），但在使用性能和應(yīng)用場合上存在著較大的差異。在目 前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛。而直流電動機(jī)則是性能與經(jīng)濟(jì)性具佳，且調(diào)速范圍廣、調(diào)速精確、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定可靠、過載能力高、反映快、產(chǎn)品通用性強(qiáng)。同樣電磁調(diào)速電動機(jī)在低速運(yùn)行效率低，若運(yùn)用在長期處于低速運(yùn)行的機(jī)器上會增加運(yùn)行費(fèi)用。主 副電動機(jī)驅(qū)動調(diào)速仍是有級的，且減速、離合結(jié)構(gòu)的制造安裝也較復(fù)雜。并且與直流電動機(jī)配用的可控硅調(diào)速裝置，在國內(nèi)外均有系列產(chǎn)品定型生產(chǎn)，通用性強(qiáng)。 （ 3） 直流電動機(jī)調(diào)速： 直流電動機(jī)可控硅調(diào)速是一種無級調(diào)速。如采用防爆電機(jī)，可以用于防爆場合。 藥瓶灌裝機(jī)運(yùn)動方案設(shè)計 10 此種驅(qū)動方式的特點(diǎn)是：啟動和制動平穩(wěn)可靠 ，噪音低，沒有滑動摩擦等易損零件。 （ 2） 交流變頻調(diào)速： 其只要工作結(jié)構(gòu)為一交流電動機(jī)及一套交流電源頻率變換裝置。這樣既可實(shí)現(xiàn)主、副電動機(jī)分別在高、低速下驅(qū)動同一轉(zhuǎn)鼓，而又不互相干擾。副電動機(jī)則為一減速電動機(jī)。應(yīng)用同步轉(zhuǎn)速為 750~1500 轉(zhuǎn) /分的雙速電動機(jī)，因此常用這種電動機(jī)作為一種簡單易行的變速驅(qū)動方式。 另外，為了適應(yīng)離心分離的要求，時 其在最有利的轉(zhuǎn)速下工作，則要求傳動裝置能實(shí)現(xiàn)連續(xù)、平滑的無級調(diào)速。 驅(qū)動方式的選擇 周期性循環(huán)操作的三足式離心機(jī)，在各個操作階段中，轉(zhuǎn)速是不同的，通常在 200~800轉(zhuǎn) /分的轉(zhuǎn)速下加料，在 1000~1500 轉(zhuǎn) /分的高速下進(jìn)行離心分離，而在 30~100 轉(zhuǎn) /分的低速下進(jìn)行刮料。 因?yàn)椴捎玫氖钦婵展嘌b法，所以選擇真空灌裝閥，利用 抽真空，使得瓶子內(nèi)部成負(fù)壓，液體在壓差和重力的雙重作用下，流入瓶內(nèi)。 （ 2） 等壓灌裝法的工藝過程為： 充氣等壓；進(jìn)液回氣；停止進(jìn)液。 不同類型的液料其物理化學(xué)性質(zhì)各不相同，因此對灌裝工藝要求存在差異形成了對閥的不同要求，不同的灌裝方法有不同的灌裝工藝過程。單缸真空閥的開啟需要兩次升瓶才能完成，故易出現(xiàn)磨損漏溢的問題，單缸結(jié)構(gòu)增加上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 液料的揮發(fā)面，不適合灌裝液料；而三缸和多缸的結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜 ，所以選擇雙缸。 等壓法灌裝的液料供料機(jī)構(gòu) ， 液箱系一個矩形切面的環(huán)形液缸，在環(huán)形液缸的下面裝有很多個灌裝閥，分別與環(huán)形液缸底面的孔口相連，以便把液體從貯液箱內(nèi)裝進(jìn)待灌瓶中。 ③ 多室：這種結(jié)構(gòu)不僅使貯液箱與真空室分開，而且另設(shè)一個液位控制箱，真空箱 也不止一個。 ① 單室：這是一種真空室與貯液箱合為一室的供料系統(tǒng)。 （ 2） 真空法灌裝的液料供送裝置 真空法灌裝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，形式較多，但根據(jù)其采用灌裝方式不同，大體可分兩種類型：一種方式是在待灌瓶和貯液箱中都建立真空 ，而液體是靠自重產(chǎn)生流動而灌裝的；另一種方式是在瓶中建立真空，靠壓差完成灌裝。下面只對常壓法灌裝的液料供送機(jī)構(gòu)和真空法灌裝的液料供送裝置介紹做以比較： （ 1） 常壓法灌裝的液料供送機(jī)構(gòu) 此法是在常壓下灌裝的，因此灌裝系統(tǒng)較為簡單。對于等壓法、真空法有時還需對貯液箱充氣或抽氣。 比較上述三種定量方法，從定量精度來看，第一種方法由于直接受到瓶子容積精度以及瓶口密封程度的影響，其定量精度不及后二種方法高，若從機(jī)械結(jié)構(gòu)看，第一種顯然最為簡單，因此，它自然得到廣泛應(yīng)用，所以選擇第一種。 （ 2） 定量杯定量法 這種方法是先將液體注入定量杯中進(jìn)行定量，然后再將計量的液體注入待灌瓶中，因此，每次灌裝的容積等于定量杯的容積。該方法結(jié)構(gòu)比較簡單，不需要輔助設(shè)備，使用方便，但對于要求定量準(zhǔn)確度高的產(chǎn)品不宜采用，因?yàn)槠孔拥娜莘e精度直接影響灌裝量的精度。液體產(chǎn)品一般易采用容積式定量，常見的有如下三種方法： （ 1） 控制液位高度定量法 這種方法是通過控制被灌容器中液位的高度以達(dá)到定量灌裝的目的。包裝物品的定量一般有重量定量和容積定量兩種。 所以我們采用的是真空法。 上述幾種灌裝方法的正確選擇， 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(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)等綜合因素。 （ 7） 虹吸法 利用虹吸原理完成灌裝的方法。真空法灌裝應(yīng)用面較廣，它即適用于灌裝粘度稍大的液體物料，如油類、糖漿等，也適用于灌裝含維生素的液體物料，如蔬菜汁、果子汁等，瓶內(nèi)形成真空就意味著減少了液料與空氣的接觸，延長了產(chǎn)品的保質(zhì)期，真空法還適用于灌裝有毒的物料，如如農(nóng)藥等， 以減少毒性氣體的外溢，改善勞動條件。 （ 3） 真空法 是在低于大氣壓的條件下進(jìn)行灌裝的，可按兩種方式進(jìn)行： 上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 （ 4） 壓差真空式 即貯液箱內(nèi)處于常壓，只對包裝容器抽氣使之形成真空，液料依靠貯液箱與待灌容器間的壓差作用產(chǎn)生流動而完成灌裝，國內(nèi)此種方法較 常用。這種方法普遍用于含氣飲料，如啤酒、汽水、汽酒等的灌裝。大部分能自由流動的不含氣液料都可用此法灌裝，例如白酒、果酒、牛奶、果醬、醋等。 灌裝方法的選擇 計算各種液體產(chǎn)品的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì) 均不相同，在灌裝過程中，為了使產(chǎn)品的特性保持不變，必須采用不同的灌裝方法。 凸輪式灌裝機(jī)相對前兩者結(jié)構(gòu)原理比較簡單，運(yùn)行穩(wěn)妥可靠，維護(hù)成本低。 方案比較： 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)在食品、飲料行業(yè)應(yīng)用最廣泛，如汽水、果汁、啤酒、牛奶的灌裝， 此機(jī)主要由流體輸送、容器輸送、灌裝閥、大轉(zhuǎn)盤、傳動系統(tǒng)、機(jī)體、自控等部分所組成，其中灌裝閥是保證灌裝機(jī)能否正常工作的關(guān)鍵。 (3) 凸輪式灌裝機(jī) 由電機(jī)帶動主軸旋轉(zhuǎn)，主軸 上分別安裝了不同的功能的凸輪，由于每個凸輪按照不同的路線設(shè)計了 外輪廓，只要把正確分配凸輪的安裝位置及其夾角就可以實(shí)現(xiàn)一連串的灌 裝、封裝功能。 (2) 直線型灌裝機(jī) 灌裝瓶沿著平直的直線運(yùn)動，進(jìn)行成排灌裝。 按灌裝瓶的主要運(yùn)動形式分類 ： （ 1） 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī) 一般是由履帶將待灌裝瓶由傳送系統(tǒng) 送入灌裝機(jī)進(jìn)瓶機(jī)構(gòu)， 罐裝機(jī)構(gòu)中間有一個 圓盤轉(zhuǎn)臺，轉(zhuǎn)臺上面有多個工位對應(yīng)灌裝、定量、封裝。 如圖 21 所示，為全自動活塞式灌 裝機(jī)。這種灌裝機(jī)工作原理： 通過氣缸的前后運(yùn)動帶動料缸內(nèi)的活塞作往復(fù)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)吸料、灌 裝 ， 灌裝工藝路線基本上是： 打開啟動開關(guān)，氣體進(jìn)入氣缸后腔，隨著氣體增多壓強(qiáng)增大，推動活塞 向前運(yùn)動，從而使灌 裝將液通過出料接頭內(nèi)的單向閥進(jìn)入出料軟管，然后順流到待裝空瓶。 目前國內(nèi) 灌裝機(jī)絕大部分采用的是氣缸活塞機(jī)構(gòu)。其用途廣，可用于各種液體的灌裝；可調(diào)節(jié)性好，通過調(diào)節(jié)可用于不同大小的瓶類容器的灌裝；自動化程度高，動作協(xié)調(diào)，從瓶子的輸入 到灌裝完畢的輸出的一系列動作無須人工的干預(yù)；灌裝周期短，生產(chǎn)效率高。 按灌裝種類可分為稀釋液體灌裝機(jī)濃型液體灌裝機(jī)和油類灌裝機(jī)等 。 液體灌裝機(jī)按灌裝原理可分為常壓灌裝機(jī)，壓力灌裝機(jī)和真空灌裝機(jī)。 上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 第 2 章 灌裝機(jī)的 設(shè)計 分析 灌裝機(jī)的 結(jié)構(gòu) 與簡介 液體灌裝機(jī)是一種采用一定機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)基本罐裝動作，配以電子控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整個過程的協(xié)調(diào)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)高效率，高精度的自動化設(shè)備。 從而再一次證明了液體灌裝機(jī)的發(fā)展市場潛力巨大。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，未來液體灌裝藥瓶灌裝機(jī)運(yùn)動方案設(shè)計 4 機(jī)將配合產(chǎn)業(yè)自動化趨勢，在技術(shù)發(fā)展上朝著機(jī)械功能多元化，結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、模組化，控制智能化，結(jié)構(gòu)高精度化等幾個方向發(fā)展液體。因此， 液體灌裝機(jī)市場發(fā)展?jié)摿薮?。有關(guān)專家指出，我國飲料行業(yè)是高成長性的行業(yè)，成熟飲品增長穩(wěn)定，新的熱點(diǎn)和增長點(diǎn)不斷涌現(xiàn)，新興飲品的增長更快。當(dāng)前灌裝機(jī)械的發(fā)展趨勢是不斷提高單機(jī)的自動化程度，改善整條包裝生產(chǎn)線的自動化控制水平、生產(chǎn)能力，可以大大改善食品飲料包裝生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)品的質(zhì)量，提高其國內(nèi)、國際競爭能力。比如：沈陽東泰包裝機(jī)械設(shè)計是將普遍使用仿真設(shè)計技術(shù)把各種機(jī)器單元以數(shù)據(jù)庫形式存入計算機(jī)，把圖紙數(shù)字化后輸入計算機(jī)，再把實(shí)際生產(chǎn)的指標(biāo)和數(shù)據(jù)、可能發(fā)生的故障等輸入計算機(jī)，再由工程師依照實(shí)際工作情況進(jìn)行操作，演示出生產(chǎn)能力、廢品率、生產(chǎn)環(huán)節(jié)匹配、生產(chǎn)線瓶頸在何處等，還可根據(jù)用戶意見進(jìn)行修改模型直到用戶滿意。 (3) 成套供應(yīng)能力強(qiáng) 如一條飲料灌裝線，由微電腦件、控制軟件、灌裝封蓋配套組合，現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力與理論科技相結(jié)合。在線檢測裝置和計量裝置配套完備，能自動檢測各項(xiàng)參數(shù)，計量精確。非碳酸飲料灌裝機(jī)的灌裝閥 50— 100 頭，灌裝速度最高達(dá) 1500 罐 /分。 (1) 多功能 同一臺設(shè)備，可進(jìn)行茶飲料、咖啡飲料、豆乳飲料和果汁飲料等多種飲料的熱灌裝；均可進(jìn)行玻璃瓶與聚酯瓶的灌裝。不過伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，相信不久的將來我們會生產(chǎn)出現(xiàn)進(jìn)的全自動化設(shè)備。 現(xiàn)在我國生產(chǎn)灌裝機(jī)的能力較差，主要是一些中小型企業(yè)，這些企業(yè)生產(chǎn)水平不高，獨(dú)立性較差，成套能力不夠。主要是德國 SEN、美國邁耶公司的設(shè)備，包括卸罐機(jī)、洗罐機(jī)、灌裝機(jī)、封罐機(jī)、溫罐機(jī)、碼垛機(jī)，其他還有混合機(jī)、噴碼機(jī)、薄膜收縮機(jī)、液位檢測儀等。其他還有重慶輕機(jī)廠（測繪三菱重工 32／ 8 設(shè)備， 14000 瓶／分）和廊坊包裝設(shè)備制造總公司（測繪德國 SEN 公司 24／ 6 設(shè)備， 6000～ 8000 瓶／時）的灌裝線。設(shè)備主要生產(chǎn)廠家有德國 SEN、 H＆ K、 O＋ H、日本三菱重工、意大利希莫拉茲、美國邁耶等。生產(chǎn)線主要設(shè)備有卸箱機(jī)、洗瓶機(jī)、灌裝機(jī)、壓蓋機(jī)、貼標(biāo)機(jī)、噴碼機(jī)、汽水混合機(jī)、裝箱機(jī)等。引進(jìn)灌裝生產(chǎn)線主要分為以下幾類： 玻璃瓶飲料灌裝線 80 年代引進(jìn) 116 條玻璃瓶飲料灌裝線，主要用于碳酸飲料，其中80 多條是以記賬貿(mào)易方式從東歐國家引進(jìn)的，包括羅馬尼亞 35 條、西德 30條、波蘭、捷克 8 條。 國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 我國在解放前幾乎沒有灌裝機(jī)械，灌裝生產(chǎn)絕大部分處于手工操作，非常落后。 一連串的數(shù)字足以證明灌 裝技術(shù)的發(fā)展程度。最大 灌裝機(jī) 灌 裝直徑可以達(dá)到 5米，灌裝精度 甚至可以精確到 177。 目前，國外灌裝與封口設(shè)備越來越追求效率，全世界灌裝機(jī)向快速、高精度、多功能等多 方向發(fā)展。 大約十九世紀(jì)七八十年代 美國 Horix、 Kiefer和 等三家公司開始 研制 容器灌裝的機(jī)械裝置。二十世紀(jì)初以前，人們灌 裝通 常使用勺、瓢等很簡單的工具，或者直接浸入水中快速灌 裝。從而 可以鍛煉我們的創(chuàng)新能力。 通過這次畢業(yè)設(shè)計 不但 可以 重溫我們所學(xué)的基礎(chǔ)知識、專業(yè)知識和實(shí)際操作能力； 還可以真正鍛煉知識與實(shí) 際結(jié)合的能力，對即將畢業(yè)走上工作崗位的我們是很好的過度銜接。要解決這一現(xiàn)狀需要我們不斷的努力，相信我們也可以做到。中小企業(yè)情況稍微好點(diǎn)，由此可見我們對進(jìn)口設(shè)備的依賴程度。 所以 要滿足日益增長的液體產(chǎn)品的 市場 需要，就應(yīng)大力 發(fā)展液體產(chǎn)品的包裝機(jī)械。 研究意義 我國在機(jī)械包裝行業(yè)面臨著兩大困境。 由于不同的生產(chǎn)需求，精度要求、灌裝速度、灌 裝液物理以及化學(xué)性質(zhì)不同，所以最后設(shè)計出來的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以及材料都會有很大的不同。 灌裝機(jī)構(gòu) 運(yùn)用巧妙的機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自動送瓶、 灌 裝、密封 ，以此不斷循環(huán)。s most widely, such as soft drinks, fruit juices, beer, milk filling, fluid transport, container transport, filling valve, Big Wheel, transmission, body, selfcontrol and other parts of , filling valve is to ensure that the filling machine can work. Linear filling machine, easy to manufacture, but the relatively large area, and intermittent motion, increase in capacity is also subject to certain restrictions, it is generally used only for gasliquid material filling, greater limitations. Cam filling machine is relatively former two structural principle is simple, relatively stable, and lower maintenance costs. Therefore, based on the original data and the actual production of filling