408型自動灌裝壓蓋聯(lián)合機酒缸系統(tǒng)設計說明書畢業(yè)設計

1、摘 要 發(fā)明的灌裝閥，適用于多數瓶子，無論瓶子的大小和形狀都可以灌裝。而且不需要在一個密閉環(huán)境中進行。正因為這樣，那些強度不大的瓶子和不太規(guī)格的瓶子也可以進行高速的灌裝。所發(fā)明的閥不需要在真空環(huán)境中工作。但是同樣會給液體一定的壓力。這樣對于那些粘性的液體也可以很好的罐裝。相反的是，這些對于傳統(tǒng)的的真空灌裝閥和重力灌裝閥是至關重要的。本文主要的設計內容主要是酒缸分流頭的設計和灌裝閥的設計。酒缸分流頭在灌裝過程中將液料送到儲液箱內，進行灌裝。它的設計是將現(xiàn)在常用的機械和氣動混合式機構，進行改進設計。實現(xiàn)液體的等壓灌裝。灌裝閥的結構設計敘述的是如何將液體灌裝到瓶子中，減少灌裝過程中液體的損失，從而優(yōu)

2、化整機的性能。 關鍵詞：灌裝閥；瓶子；重力灌裝閥目 錄摘 要iabstractii1緒 論11.1綜述11.2灌裝機械簡史11.3國內外灌裝機械發(fā)展現(xiàn)狀11.4 我國啤酒灌裝機械的發(fā)展趨勢21.5 本課題的提出以及課題要求32 40-8型自動灌裝壓蓋聯(lián)合機灌裝閥的設計42.1 灌裝的基本原則42.2 灌裝系統(tǒng)的工藝要求及注意事項42.3 灌裝方法的選擇72.4 定量方法的選擇92.5 灌裝閥的結構方案設計102.6 灌裝閥的結構設計與計算113 40-8型自動灌裝壓蓋聯(lián)合機酒缸的設計183.1 酒缸供料方式的確定183.2 酒缸方案及輪廓尺寸的確定183.3 酒缸供料裝置中分流頭設計183.4

3、 輸送管路的計算193.5 灌裝瓶高度調節(jié)機構設計計算213.6 酒缸液位的調整223.7 灌裝量的調整224 使用與維護254.1 基本要求254.2 安全技術操作過程255 結論27致 謝28參考文獻：29附 錄301.英語原文302.中文翻譯371緒 論1.1綜述 罐裝系統(tǒng)采用直線環(huán)型布置方式，產品的傳輸采用差速鏈，大量的采用氣動控制可高速可靠地完成各種動作，控制系統(tǒng)采用高性能、大容量的plc，采用了結構化程序設計方法，整個系統(tǒng)產量較大，生產方式靈活，成本較低，清理、液體灌注和脫泡整個過程全部自動完成，不需人的參與，提高了產品的可靠性。灌裝機技術先進，自動化程度高，安全衛(wèi)生。實現(xiàn)了灌裝和

4、封蓋過程自動化，避免了生產環(huán)節(jié)的細菌污染，保證了產品質量的穩(wěn)定性。機器和瓶子之間沒有接觸，以避免液體的飛濺。溢出的液體由下部的一個收集槽收集，收集槽可以很容易接近，也可以清洗。 1.2灌裝機械簡史液體灌裝是包裝的重要組成部分，主要包括在食品領域中對啤酒、飲料、乳品、白酒、葡萄酒、植物油和調味品的包裝，還包括洗滌類日化、礦物油和農藥等化工類液體產品的灌裝。液體灌裝機械有相當一大部分用于食品行業(yè)，尤其是飲料制造業(yè)灌裝設備還主要是應用在酒類、飲料類的灌裝上，適用于藥液灌裝的設備還不多，并且各個生產廠家的灌裝機在灌裝能力、效率、適宜瓶型及自動化程度等方面各有優(yōu)缺點。裝置在灌裝機上的灌裝閥是由一個機械部

5、分和一個氣動部分組成。機械部分用于安置瓶瓶子的中心，使其在一個適當的位置。防止瓶子的移動。 氣動部分的由一個閥門來激活一個氣動力學的圓筒。圓筒的活塞移動向下與一條筒形空氣管道連接，再連接一個噴管, 噴管在一個同軸的圓筒里移動。形成有個環(huán)行的通道，液體是充填在環(huán)行的通道里, 當噴管延長到填裝瓶里，液體接近噴管，輸送管的壓縮空氣低壓和速率變化。氣動部件的感應這個情況并且使圓筒向上移動, 使空氣管道回到原來的位置阻攔液體流出。1.3國內外灌裝機械發(fā)展現(xiàn)狀隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展,人民生活水平的提高,人們的消費習慣也隨之相應的變化,同時對消費品的包裝提出了更高的要求,據資料統(tǒng)計，包裝工業(yè)的總產值大約占我

6、國國民經濟總產值的2%左右；其中包裝機械所占的比重雖然不算很大，但發(fā)展迅速，平均每年幾乎以10%左右的速率增長。尤其是食品包裝機械行業(yè)每年以11%12%的平均增長速度發(fā)展，高于同期國民經濟增長速度，產品水平上了新臺階，開始出現(xiàn)規(guī)?；?、成套化、自動化的趨勢，傳動復雜，技術含量高的設備開始出現(xiàn)。而液態(tài)產品的包裝在包裝行業(yè)中占有很大比例,這是由于液體包裝涉及的行業(yè)廣泛、品種繁多,如飲料方面的汽水、果汁、牛奶、礦泉水、蒸餾水、啤酒、果酒等;調味品方面的醬油、醋、味精液、果醬等;藥品方面的針劑、糖漿、酊劑、氣霧劑等;農藥乳劑、化工產品的各種瓶裝、化妝品等,要滿足日益增長的液體產品的需要,就應大力發(fā)展液體

7、產品的包裝機械。由于各國的歷史條件、社會制度、經濟基礎及科技水平有所差異，以致各自的發(fā)展狀況也出現(xiàn)一定的不平衡。我國包裝機械行業(yè)近些年取得的成績是顯著的，但與國外產品相比仍存在20年的技術差距。產品技術含量不高；重復建設嚴重；開發(fā)能力不足；知識產權意識淡薄都影響著我國的包裝產業(yè)的發(fā)展。發(fā)達國家的包裝機械行業(yè)，技術先進、出口額大。各發(fā)達國家在包裝機械中積極采用其他領域中發(fā)展起來的新技術（如微電子、激光、新材料等），使包裝機械領域的技術創(chuàng)新活動更加深入、更加活躍，作為現(xiàn)代機器象征的已不僅僅是力、功率和強度，而是信息化、智能化和集成化系統(tǒng)。美國包裝機械的品種和產量均居世界之首，其產品以高、大、精、尖

8、產品居多，復雜產品居多。美國的包裝機械在計算機應用方面以較普遍，如美國液體灌裝設備公司（elf）出品的液體灌裝機，一臺機器可以實現(xiàn)三種方式的灌裝：重力灌裝、壓力灌裝及正壓移動泵式灌裝，幾乎可以灌裝任何黏度的液體。灌裝方式的改變，只需通過微機控制加以選擇。德國是世界上包裝工業(yè)最發(fā)達的國家之一，德國的包裝設備在計算、制造、技術性能等方面均居領先地位，尤其是啤酒、飲料灌裝設備具有高速、成套、自動化程度高、可靠性好等特點。意大利包裝機械產業(yè)最有力的秘密武器是可以完全根據用戶的要求設計和生產包裝機械。企業(yè)的設計人員和維修技術人員（他們占全體員工的60%左右）能很好地完成設計、試驗、品質監(jiān)督、檢測、組裝調

9、整和用戶需求分析等任務隨著我國啤酒產量的不斷增加(預計今年啤酒的產量為2200萬噸，2002年我國將成為世界啤酒生產第一大國)必將帶來我國啤酒包裝設備的一次變革。1.4 我國啤酒灌裝機械的發(fā)展趨勢我國包裝機械行業(yè)近些年取得的成績是顯著的，但與國外產品相比仍存在20年的技術差距。產品技術含量不高；重復建設嚴重；開發(fā)能力不足；知識產權意識淡薄都影響著我國的包裝產業(yè)的發(fā)展。發(fā)達國家的包裝機械行業(yè)，技術先進、出口額大。各發(fā)達國家在包裝機械中積極采用其他領域中發(fā)展起來的新技術（如微電子、激光、新材料等），使包裝機械領域的技術創(chuàng)新活動更加深入、更加活躍，作為現(xiàn)代機器象征的已不僅僅是力、功率和強度，而是信息

10、化、智能化和集成化系統(tǒng)。美國包裝機械的品種和產量均居世界之首，其產品以高、大、精、尖產品居多，復雜產品居多。美國的包裝機械在計算機應用方面以較普遍，如美國液體灌裝設備公司（elf）出品的液體灌裝機，一臺機器可以實現(xiàn)三種方式的灌裝：重力灌裝、壓力灌裝及正壓移動泵式灌裝，幾乎可以灌裝任何黏度的液體。灌裝方式的改變，只需通過微機控制加以選擇。德國是世界上包裝工業(yè)最發(fā)達的國家之一，德國的包裝設備在計算、制造、技術性能等方面均居領先地位，尤其是啤酒、飲料灌裝設備具有高速、成套、自動化程度高、可靠性好等特點。意大利包裝機械產業(yè)最有力的秘密武器是可以完全根據用戶的要求設計和生產包裝機械。企業(yè)的設計人員和維修

11、技術人員（他們占全體員工的60%左右）能很好地完成設計、試驗、品質監(jiān)督、檢測、組裝調整和用戶需求分析等任務1.5 本課題的提出以及課題要求包裝是食品生產中必不可少的一個環(huán)節(jié)，液態(tài)產品的包裝在包裝行業(yè)中占有很大比例,這是由于液體包裝涉及的行業(yè)廣泛、品種繁多。這是由于液體包裝涉及的行業(yè)廣泛、品種繁多,如飲料方面的汽水、果汁、牛奶、礦泉水、蒸餾水、啤酒、果酒等;調味品方面的醬油、醋、味精液、果醬等;藥品方面的針劑、糖漿、酊劑、氣霧劑等;農藥乳劑、化工產品的各種瓶裝、化妝品等,要滿足日益增長的液體產品的需要,就應大力發(fā)展液體產品的包裝機械。在眾多的液體產品中，啤酒和多種碳酸型飲料已經成為人們生活只能夠

12、不可缺少的飲品。啤酒的快速發(fā)展從而也帶動了灌裝機械的發(fā)展。在我國啤酒總產量每年凈增80萬100萬噸，增長速度為58。2005年我國啤酒生產和銷售繼續(xù)保持了穩(wěn)定增長，全年共生產啤酒3086萬噸，全年將實現(xiàn)銷售3070萬噸，在世界啤酒產銷格局中，連續(xù)4年穩(wěn)居第一，啤酒的銷量從2000萬噸提高到3000萬噸，2005年我國的啤酒產量已達3100萬噸，位居世界第一。啤酒及其他碳酸飲料的迅猛發(fā)展從而帶動了灌裝機械的高速發(fā)展。我國的灌裝機械,發(fā)展的比較晚，但是經過了幾年的快速展，一具有定的規(guī)模，擁有一部分先進的灌裝技術,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

13、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2。40-8型自動灌裝壓蓋聯(lián)合機設計，使適應當前市場對啤酒灌裝機發(fā)展的要求。本課題主要是40-8型自動灌裝壓蓋聯(lián)合機的罐裝機酒缸系統(tǒng)的設計。 本課題綜合性強，需要我們有扎實的基礎知識和廣博的知識面及計算機基礎。所以，在整個設計過程中我們要充分發(fā)揮其主動性，積極性，培養(yǎng)我們的綜合分析問題和解決問題的能力，使我們由知識型向智能型轉化2 40-8型自動灌裝壓蓋聯(lián)合機灌裝閥的設計2.1 灌裝的基本原則啤酒包裝時啤酒生產過程中比較繁瑣的過程，是啤酒生產最后一個環(huán)節(jié)，包裝質量的好壞對成品啤酒的質量和產品銷

14、售有較大影響。過濾好的啤酒從清酒罐分別裝入瓶、罐或桶中，經過壓蓋、生物穩(wěn)定處理、貼標、裝箱成為成品啤酒或直接作為成品啤酒出售。一般把經過巴氏滅菌處理的啤酒稱為熟啤酒，把未經巴氏滅菌的啤酒稱為鮮啤酒。若不經過巴氏滅菌，但經過無菌過濾、無菌灌裝等處理的啤酒則稱為純生啤酒（或生啤酒）。2.1.1啤酒包裝過程中必須遵守以下基本原則： 1.包裝過程中必須盡可能減少接觸氧，啤酒吸入極少量的氧也會對啤酒質量帶來很大影響，包裝過程中吸氧量不要超過0.020.04mg/l。 2.盡量減少酒中二氧化碳的損失，以保證啤酒較好的殺口力和泡沫性能。 3.嚴格無菌操作，防止啤酒污染，確保啤酒符合衛(wèi)生要求。2.1.2對包裝

15、容器的質量要求： 1.能承受一定的壓力。包裝熟啤酒的容器應承受1.76mpa以上的壓力，包裝生啤酒的容器應承受0.294mpa以上的壓力。 2.便于密封。 3 .能耐一定的酸度，不能含有與啤酒發(fā)生反應的堿性物質。 4.一般具有較強的遮光性，避免光對啤酒質量的影響。一般選擇綠色、棕色玻璃瓶或塑料容器，或采用金屬容器。若采用四氫異構化酒花浸膏代替全酒花或顆粒酒化，也可使用無色玻璃瓶包裝。2.2 灌裝系統(tǒng)的工藝要求及注意事項（一）瓶裝熟啤酒包裝工藝 1.洗瓶工藝要求：總的要求為瓶內外無殘存物，瓶內無菌，瓶內滴出的殘水不得呈堿性反應。 （1）洗瓶機各槽中的堿水濃度及溫度應嚴格按照工藝參數要求

16、控制。 （2） 噴嘴必須保持通暢，不要出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。高壓噴洗的溫度要求為：熱堿水噴洗70，熱水噴洗50，溫水噴洗2535，清水噴洗1520。噴洗壓力0.2mpa，淋洗壓力0.15mpa。 （3）無菌壓縮空氣空氣壓力為0.40.6 mpa，以吹出瓶內擊水，再進行短時間空水。 （4）洗瓶期間噴洗后的堿液可以循環(huán)使用。 （5）洗凈的瓶必須內外潔凈，倒置2min不能超過3滴水，不能有殘堿存在（0.5%酚酞不呈紅色顏色反應）。2.裝酒工藝要求:（1）啤酒應在等壓條件下灌裝，酒溫要低，一般-12下。盡量避免啤酒co2的散失和酒液溢流。 （2）酒閥密封性能要好，酒管暢通。瓶托風壓要足，保持在0.250.32

17、mpa，長管閥的酒管口距瓶底1.53.0cm。 （3）灌裝后用0.20.4mpa 的清酒或co2激泡，使瓶頸空氣排出。 （4）裝酒容量為（640ml±10ml），（355±5ml），保持液面高度一致，并保留4%5%的運動空間。 （5）灌裝過程中不能將灌不滿的瓶酒用人工充滿，嚴禁手接近瓶口。 此外要求，co2質量分數控制在0.45%0.55%之間；溶解氧含量小于0.3mg/l;其他指標符合gb4927標準的要求。灌裝機貯酒缸要用co2或氮氣背壓，壓力控制在0.060.08mpa；采用兩次抽真空充co2等壓灌裝；采用滴水引沫等措施排除瓶頸空氣。要注意環(huán)境衛(wèi)生和無菌操作。 過濾完

18、的啤酒應在低溫、背壓0.060.08mpa，然后靜置1418h后再灌裝。灌裝必須在恒溫、恒壓、恒速下進行，盡量減少酒液中co2的損失。灌裝時造成的次酒要經過除氧、除菌、富集co2后才能回收。 3.壓蓋工藝要求：（1）瓶蓋與啤酒瓶的尺寸必須符合要求，瓶蓋四周不能有毛刺。瓶蓋要通過無菌空氣除塵處理。 （2）瓶蓋落蓋槽底部的水平面要比壓蓋頭入口處高0.5mm，以利于入蓋。 （3）應根據瓶蓋性質調節(jié)彈簧壓力大小，使其均勻一致。 （4）壓蓋后，蓋應嚴密端正，不能有單邊隆起現(xiàn)象。封蓋后瓶蓋不能通過28.6mm圓孔，可以通過29.1mm的圓孔。太緊會使瓶口破裂，太松則會在殺菌過程中因馬口鐵受內壓和回彈力作用

19、導致漏氣。4.殺菌工藝要求 :（1）殺菌后的啤酒不能發(fā)生酵母混濁，熟啤酒的色香味與原酒不能有顯著差別，不能有明顯的微小顆?；蚱款i黑色圈。（2）在殺菌溫度65以下、co2質量分數0.4%0.5%的條件下，瓶裝啤酒的瓶頸部分體積應為瓶總容積的3%。殺菌溫度在65以上時，瓶裝啤酒的瓶頸部分體積應為瓶總容積的4%，以免造成殺菌時瓶內壓力過高而造成爆瓶。 （3）噴淋水分布要均勻，主殺菌區(qū)殺菌溫度為6162，殺菌效果為1530pu。（二）罐裝啤酒1送罐 工藝要求：罐體不合格者必須清除；空罐要經紫外線滅菌，裝酒前將空罐倒立，以0.350.4mpa的水噴洗，洗凈后倒立排水，在以壓縮空氣吹干。 2罐裝封口 工藝

20、要求：灌裝機缸頂溫應在4以下，采用二氧化碳或壓縮空氣背壓；酒閥不漏氣，酒管暢通；灌裝啤酒應清亮透明，酒液高度一致，酒容量355±8ml；封口后，易拉罐不變形，不允許泄漏，保持產品正常外觀。裝罐原理與玻璃瓶相同，采用等壓裝酒，應盡量減少泡沫的產生。 3殺菌 工藝要求：裝罐封口后，罐倒置進入巴氏殺菌機。噴淋水要充足，保證達到滅菌效果所需pu1530；不得出現(xiàn)胖罐和罐底發(fā)黑。由于罐的熱傳導較玻璃好，殺菌所需的時間較短，殺菌溫度一般為6261，時間10min以上。殺菌后，經鼓風機吹除罐底及罐身的殘水。 4液位檢查 采用-射線(放射源：镅241)液位檢測儀檢測液位，當液位低于347ml時，接收

21、機收集信息經計算機處理后，傳到拒收系統(tǒng)，被橡膠棒彈出而剔除。 5打印日期 自動噴墨機在易拉罐底部噴上生產日期或批號。打印后，罐裝啤酒倒正然后裝箱。 6裝箱及收縮包裝 裝箱用包裝機或手工進行，將24個易拉罐正置于紙箱中；也可采用加熱收縮薄膜密封捆裝機，壓縮空氣工作壓力為0.6mpa，熱收縮薄膜加熱140左右，捆裝熱收縮后，薄膜覆蓋整潔，封口牢固。 （三）桶裝啤酒 啤酒包裝源于桶裝，由于包裝簡便、成本低、口味新鮮，近年來受到企業(yè)的重視。桶裝啤酒目前包裝容器一般采用不銹鋼桶或不銹鋼內膽、帶保溫層的保鮮桶，桶的規(guī)格有50l、30l、20l、10l、5l等。包裝前，啤酒一般要經瞬間殺菌處理或經無菌過濾處

22、理。采用無菌過濾、無菌包裝的純生啤酒日益受到消費者的歡迎，純生啤酒的市場份額逐步增加，發(fā)展形勢十分樂觀。  桶裝生產線由桶清洗灌裝機、供給裝置、進出口輸送機、瞬間巴氏殺菌機、cip系統(tǒng)、稱重器、翻轉機等組成。（四）灌裝注意事項 1.要保證潔凈 （1）包裝容器的潔凈 所使用的包裝容器必須經過清洗和嚴格檢查，不能使包裝后的啤酒污染。 （2）灌裝設備的潔凈對灌裝設備尤其是灌裝機的酒閥、酒槽要進行刷洗和滅菌，灌酒結束后每班應走水，加入消毒液殺菌，每周要對酒閥、酒槽、酒管進行刷洗和滅菌，凡與啤酒接觸的部分都不能有積垢、酒石和雜菌，灌酒設備最好與其它設備隔絕，灌裝機的潤滑部分與灌酒部分應防止交叉

23、污染，輸送帶的潤滑要用專用的肥皂水或潤滑油。 （3）管道的潔凈一切管道尤其是與啤酒直接或間接接觸的管道，都要保持潔凈，每天要走水，每周要刷洗，每次要滅菌。 （4）壓縮空氣或co2的潔凈.用于加壓的壓縮空氣或co2都要進行凈化，對無油空壓機送出的壓縮空氣要進行脫臭、干燥或氣水分離，要經常清理空氣過濾器，及時更換脫臭過濾介質，排除氣水分離器中的積水。對co2要經過凈化、干燥處理，保證co2純度達99.5%以上。 （5）環(huán)境的潔凈 保持灌酒間環(huán)境的清潔衛(wèi)生，每班進行清潔、滅菌。 2防止氧的進入啤酒灌裝過程中氧的進入對啤酒質量的危害很大，減少氧的進入和降低氧化作用具有重要意義。 （1）適當降低灌裝壓力

24、或適當提高灌裝溫度，減少氧的溶解。要求采用凈化的co2作抗壓氣源，或用抽真空充co2的方法進行灌裝。 （2）加強對瓶頸空氣的排除。啤酒灌裝后，壓蓋之前采用對瓶敲擊、噴射高壓水或co2、滴入啤酒或超聲波振蕩等，使瓶內啤酒釋放出co2形成細密的泡沫向上涌出瓶口，以排除瓶頸空氣，該操作成為激沫或竄沫。 （3）灌裝機盡可能靠近清酒罐，以降低酒輸送中的空氣壓力，或采用泵送的辦法，減少氧的溶解。 （4）灌裝前要用水充滿管道和灌裝機酒槽，排除其中的空氣，再以酒頂水，減少酒與空氣的接觸。   （5）清酒中添加抗氧化劑如維生素c（或其鈉鹽）、亞硫酸氫鹽等。 3低溫灌裝   低溫灌裝

25、是啤酒灌裝的基本要求。啤酒溫度低時co2不易散失，泡沫產生量少，利于啤酒的灌裝。   （1）啤酒灌裝溫度在2作用，不要超過4，溫度高應降溫后再灌裝。   （2）每次灌裝前（尤其在氣溫高時），應使用12的水將輸酒管道和灌裝機酒槽溫度降下來。2.3 灌裝方法的選擇1.旋轉型灌裝機待灌瓶由傳送系統(tǒng)(一般經洗瓶機由輸送帶輸入)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,如圖2-1 2-2所示: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、牛奶的灌裝,此機主要由流體輸送(即供料系統(tǒng))、容

26、器輸送(即供瓶系統(tǒng))、灌裝閥、大圖2-1 瓶子在灌裝過程中展開示意圖轉盤、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。2.直線型灌裝機灌裝瓶沿著平直的直線運動,進行成排灌裝。見圖2-2,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。圖2-2 直線灌裝機工作原理圖定量灌裝,上蓋,將蓋擰緊,貼商標待裝盒裝箱1-推瓶板,2-限位撥盤,3,11,13-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-貯液箱,15-灌裝管3.自動化灌裝機該類型可分為:單機自動機和聯(lián)

27、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. 流體電子灌裝機由對中裝置、閥體、閥芯、充排氣管、氣缸及控氣閥組構成。對中裝置由對中杯、瓶口密封墊及升降器構成，瓶口密封墊安裝在對中杯內上部，對中杯可在升降器的帶動下上下移動。氣缸安裝在閥體頂部，閥芯一端與氣缸活塞相連，另一端與伸出閥體的充排氣管相連，可在氣缸的作用下移動；控氣閥組通過管路與閥芯的內腔及充排氣管相通。灌裝機采用本實用新型可真正實現(xiàn)灌裝液面準確劃一。2.4 定量方法的選擇液體定量多用容積式定量法，大體上有如下3種。1.控制液位定量法。這種方法是通過灌裝時控制被灌容器（如瓶子

28、）的液位來達到定量值的。習慣上稱作“以瓶定量法”。由連通器原理可知，當瓶內液位升止排氣管口時，氣體不再能排出，隨著液料的繼續(xù)灌入，瓶頸部分的殘留氣體被壓縮，當其與管口內截面上的靜壓力達到平衡時，則瓶內液位保持不變，而液料卻沿排氣管一直升到與貯液箱的液位相等為止?？梢?，每次灌裝液料的容積等于一定高度的瓶子內腔容積。要改變每次的灌裝量，只需改變排氣管口伸入瓶內的位置即可。這種方法，設備結構簡單，應用最廣。2.定量杯定量法。此法是將液料先注入頂兩杯中，然后再進行灌裝的。若不考慮滴液等損失，則每次灌裝的液料容積應與頂兩杯的相應容積相等。要改變每次的灌裝量，只需改變調節(jié)管在頂兩杯中的高度或更換頂兩杯。這

29、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，因貯液箱內泡沫較多，不宜采用。3.定量泵定量法。這是采用機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運動的形成成正比。要改變每次的灌裝量，只需設法調節(jié)活塞的行程。傳統(tǒng)的灌裝機定量方法是采用浮子式液位控制器來控制貯液缸內液位的高度，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，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化、柔性化要求的提高，部分灌裝機已應用了plc(可編程控制器)控制，實現(xiàn)無瓶不開閥

30、、輸瓶、灌裝的變頻調速。這使充分利用plc控制優(yōu)勢，采用計算機控制系統(tǒng)較為成熟的控制方法一pid(比例、積分、微分)調節(jié)成為可能 pid由于其簡單、穩(wěn)定性好、可靠性高、為普通設計人員所熟悉等特點，在控制領域有強大的生命力，特別是在plc控制的工作領域，更是得到廣泛應用。因為在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，對應某一閥芯的節(jié)流面積有一相應的液位高度，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，導致貯液缸內流出的液體隨時問變化有所不同。在這種情況下，若保持送液閥開度不變則貯液缸內液位會出現(xiàn)波動，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。由于貯液缸內流出的液量不易確

31、定，所以要想確定比例閥的開度，必須通過測定貯液缸內液位的變化來實現(xiàn)。具體做法是：在每隔一定采樣時間t(t可根據經驗公。式，參考程序掃描時間來確定)，由液位傳感器測定實際的液位y，經模量輸人模塊的ad轉換后反饋給cpu中該值與給定的液位值r相比較得一個差值e，e經調用pid模塊調節(jié)后傳遞給閉環(huán)比例放大器，調整闊環(huán)比例閥芯的開口變化，進行一次糾偏，控制進液閥的送液量，以調整貯液缸內液位的高度。上述過程反復進行，從而實現(xiàn)對貯液缸內液位的控制。2.5 灌裝閥的結構方案設計2.5.1 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。而且根據灌裝工藝要求，能

32、依次對有關通路進行切換。顯然，灌裝閥是關系到灌裝機能否正常工作而又高效的關鍵部件。傳統(tǒng)的半自動灌裝機多為臺式機型。結構簡單。只能實現(xiàn)稱量過程自動化，其它過程都靠手工完成，實際上只能算是一臺稱量機。這種機型效率低。不能滿足大規(guī)模生產的要求。 新型的全自動罐裝機是在傳統(tǒng)機型的基礎上進行改進設計的。稱量系統(tǒng)基本不變，另外增加了上料系統(tǒng)，輸送系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)等實現(xiàn)了灌裝全過程的自動化。設備采用不銹鋼材料制作，易于清洗，外形美觀。2.5.2 閥體結構方案選擇1.確定閥體中閥門的數目。根據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目及其相對位置。 2. 確定閥體的結構布局。 根據閥門

33、的啟閉形式（單移、多移或旋轉），確定閥體可動部分與不動部分的結構布局，以及作相對運動表面之間的密封形式。比較而言，移動閥特別是端面式結構上容易實現(xiàn)彈簧的壓緊密封，流道截面大，彎路少，零件的結構形狀也很簡單，有利于提高灌裝速度并便于清洗，但零件數量較多，而且密封彈簧一旦失效，灌裝就難以進行。而旋轉閥，通常用固定擋塊（或控制氣缸）來實現(xiàn)機械啟閉，零件數目少，有一定可靠性，但難以保證破瓶不灌液，外部布局也較復雜，故應用不廣泛。2.5.3 閥端結構方案選擇根據灌裝液料的工藝要求來確定長管或短管的閥端結構，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構要素。如短管形式的閥端結構，氣管和液閥采用可

34、調的螺紋連接方式；膠墊與閥座之間所構成的液門盡量靠近閥端，有助于提高定量精度；灌裝時氣管的分散罩恰好位于液料進入瓶頸的部位，在分流圈上方還采用一個倒圓臺環(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生偏流現(xiàn)象。2.5.4 閥門的啟閉結構考慮設備的生產能力、容器尺寸、貯液箱內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?，F(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0.2l/s，啤酒約為0.08l/s），以求出液門至貯液箱自由液面的大致高度。然后對密封彈簧進行計算，修正閥的總體尺寸，為繪制結構草圖創(chuàng)造必要條件。2.5.5 閥門的密封結構進液管座、閥體

35、、回氣管座、進料管、閥套、彈簧、套管以及密封墊。所述進液管座和閥體對應設置在閥安裝板的上下兩面，進液管座內部設有進料口、進料通道以及開、閉進料通道及調整灌裝流速的控制裝置；在閥體內部設有通孔，所述回氣管座安裝在通孔內，在回氣管座內部設有與進料通道對應的通道；所述進料管上端插入回氣管座的通道內，下端延伸出閥體，其頂端為密封端面；所述設在閥體下的閥套套在進料管外部并可以沿進料管上下移動，閥套上端插入閥體內，并與閥體之間設有帶狀軸承和帶罩密封圈；所述彈簧套在閥套與閥體外部；所述套管套在進料管下端并固定在閥套上，并能與閥套一起沿進料管上下移動，套管的下端在與進料管的密封端面接觸時保持密封；所述密封墊墊

36、在閥套的下端面上；在進料管與套管、閥套、閥體以及回氣管座之間設有回流通道；在閥體上開有外接負壓源并與回流通道相通的回流孔。2.6 灌裝閥的結構設計與計算2.6.1 灌裝閥的結構要求 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可使物品具有較長的貨架壽命二是具有優(yōu)良的機械性能，耐高溫，耐濕度變化，耐壓，耐蟲害，耐有害物質的侵蝕。三是不易破損，攜帶方便。適應現(xiàn)代社會快節(jié)奏的生活。四是表面裝飾性好?？梢源碳はM，促進銷售。五是可以回爐再生循環(huán)使用。2.6.2 灌裝閥的結構設計設計結果：灌裝系統(tǒng)由稱料斗支架灌裝el機構和電機組成。稱料斗_內裝有物料傳感器控制上料系統(tǒng)的運行。物料減少到一定位

37、置，不足灌裝量時控制上料系統(tǒng)的電機起動開始向料斗中輸送物料。當料斗中的物料達到頂部位置時，傳感器控制上料電機關閉，停止上料。稱量斗內螺桿稱量使用變頻電機調解轉速能夠調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，支架底部裝可調地腳調整灌裝el高度，適合不同高度的罐型灌裝。2.6.3 密封彈簧的計算a.靜壓力pd的計算：圖2-7 靜壓力分析圖在錐閥口任取一點a,設定空間坐標系a(x,y,z), 靜壓力分析圖如圖2.7所示： a點附近微小面積d上法向靜壓力為： (n)p1-貯液箱液面口氣體壓強（pa）-液體密度（kg/） g-重力加速度（m/s）整個錐面口液壓水平分力互相抵消，垂直分

38、力：故可求整個錐面口的靜壓力的垂直分力：p*d= =*=0.51n所以 pd=166.1nb.液閥彈簧的設計計算：由圓柱螺旋壓縮彈簧的計算公式得知，只要確定fmax和fmin就能設計出彈簧的結構尺寸。首先分析閥心的受力情況如圖2-8所示6。圖2-8 閥心受力圖（1）灌裝前彈簧受力的平衡方程為： （2.1） （2）充氣開啟，液門仍未開啟時彈簧受力方程： fmax + n2+ p=w + pd此時 n10,n2n2,pp。（3）液閥開啟,pp1,n2n2,有 fmax + p1 > w2 + pd fmax > w2 + pd- p1 (2.2)式中p1為液料箱氣體壓強與液閥環(huán)形面積乘

39、積。fmax還應滿足下式才能保證先充氣，后進液22。fmax = w + pd - p-n2< w2 + pd - p0故 w + pd - p1 < fmax < w2 + pd - p0 (4)p0=p0*a0+w=3n p0=pa 所以 取 fmax=120n式中p0為大氣壓強與液閥環(huán)形面積乘積。n1-氣門密封力n2-流門密封力fmax-彈簧最大工作負荷w-液閥重pd-液閥受箱內液體靜壓力p-液閥受瓶內氣體靜壓力（4）等壓灌裝時，pd0,fmaxfmin,忽略其他因素，由（1）得 fmin > w - p1 (2.3)fmin還應滿足下式fmin w + n1 -

40、 p1則 w - p1 < fmin < w + n1 - p1 （2.4） 取 fmin=20n ,方向與圖中方向相反。彈簧的剛度為p式中c=d2/d為彈簧指數。由上式得出彈簧剛度與彈簧指數成反比。據有關資料介紹，在等壓灌裝閥中的彈簧指數應取15左右為宜。查機械設計手冊選取彈簧。t=5.71mm, p極=75kg, d=22mm單圈彈簧 p=43.9kgf/mm要求剛度 p=fmax/h行程長為 2mm 則 p=120/2=60n/mm 圈數 n=p*9.8/p=43.9*9.8/60=8.6(圈) 取 n=9(圈) 故實行剛度 p=p/9=43.9*9.8/9=47.8n/mm

41、 總圈數 n總=9+2.5=11.5圈 自由高度 h0=n1t1+2d1=9*5.71+2*4=59.39mm 展開長度 57*11.5=655.5mmc.氣閥彈簧的設計計算： 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,查機械設計手冊取d=2mm的彈簧23.p=f2max/h2=50/5=10n/mm選取單圈 p=5.87kgf/mm間距 t=4.78mm 圈數 n=p*9.8/p=5.87*9.8/10=5.76(圈) 取 n=6(圈) 總圈數 n總=6+2.5=8.5圈 外徑 d2=16mm 自由高度 h2=nt+2

42、d2=6*4.78+2*2=32.68mm 展開長度 l=44.5mm展開長度 l展=l*n總=44.5*8.5=378.5mm2.6.4 充氣時間的計算: a.充氣等壓時間的計算： 當空瓶上升至灌裝閥的瓶口帽接觸并密封時,瓶內的空氣由常壓充氣至與貯液箱液面上的氣壓相等,以流體力學可知,這一過程是容器內(即貯液箱內氣相空間)的氣體經收縮形管嘴的外射流動,因為充氣的氣道在灌裝的內部,而充氣的時間又很短,故可把充氣過程近似看成是沒有摩擦損失的絕熱過程(或叫等熵程)。已知 p0=, , , , 由氣體絕熱過程方程式可知（2.5）式中: p0充氣前瓶內的氣壓(即為大氣壓);p1充氣后瓶內氣壓(即為貯液

43、箱內壓力); vb 瓶內原有氣體的氣壓(即空瓶的容積); v1瓶內氣壓增高至時,原有氣體被壓縮成的容積; k絕熱指數,對于空氣k=1.4。由上式可求得:根據氣體絕熱過程的柏努利方程式,列出貯液箱氣道孔口截面的能量方程: （2.6）式中: u1為貯液箱氣相空間的氣體流速,可近似認為 u10,y0,u0為瓶內瞬時氣壓為p0時瓶內空氣的重量及灌裝閥氣道孔口的氣體流速.由式可求得: 令 稱為壓力比,因此,氣體經孔口射出的重量流量為:（2.7）式中:g灌裝閥氣道孔口的截面積。由式可做出ws線圖,如圖2.9所示,圖中 稱為臨界壓力比,由 可求得 （2.8）圖2-9 ws曲線圖對于空氣 =0.53,對應 w

44、kp為極限噴射量。圖中虛曲線是根據上面公式計算繪制的,實際上,由實驗測得,當< 時,流將為超音速,這時流量保持wkp不變,故應為過m點的一條水平線。由=0.53得: 由ws曲線圖經過定積分,就可求出充氣過程中的氣體平均重量流量為: （2.9）式中: =1/6.9 方括號內最后一項定積分的值,由式并令其中 進行換元積分求得 代入上式得 充氣所需時間 應該說明,以上計算忽略了氣道阻力的影響,計算中又取的平均重量流量,故存在一定誤差,根據實驗條件,有人建議取充氣等壓時間為0.51秒左右24。2.6.5 灌液時間的計算因灌裝過程中酒缸內的液位不變,其氣壓也基本不變,則灌裝過程屬于穩(wěn)定的管口自由出

45、流。已知酒缸液面距離其口高度l1=122mm通道流速系數取0.5。又 所以 （2.10） 又因灌液容積為 因此灌裝一瓶酒的時間為充氣時間和灌液時間之和，即t=tg+t1=0.16+6.75=6.91s為了驗證該閥是否合適，可由灌裝機頭數求得主軸轉速，即 n=q/60j=8000/(60*40)=3.33(r/min)得罐裝區(qū)理論應占時間為： t0= 由于10.66.91，即t0t,所以此灌裝閥滿足要求。3 40-8型自動灌裝壓蓋聯(lián)合機酒缸的設計3.1 酒缸供料方式的確定上料系統(tǒng)由貯料斗提升螺桿電機和支架組成。上料系統(tǒng)的貯料斗為振動式，防止物料粘連，保證輸送順暢容積大可貯藏一定量的物料，滿足后期

46、的連續(xù)化生產需要。螺桿提升物料，速度快，  占地少。上料管與稱料斗連接處采用軟連接防止上料系統(tǒng)振動對稱量的影響，保證灌裝系統(tǒng)的穩(wěn)定性。軟連接用帆布袋可透氣，能清洗。3.2 酒缸方案及輪廓尺寸的確定酒缸是供料裝置的一個重要部分，酒缸的形狀有許多種。我們選用平底環(huán)形缸，底部有孔聯(lián)結灌裝部分，其中心線與托瓶臺一一對應，與其他同類灌裝機比較，確定其輪廓尺寸d外=1630mm , d內=1230mm高度： h=240mm3.3 酒缸供料裝置中分流頭設計在本設計中，液料和壓縮氣體均從灌裝機的頂部進入環(huán)形儲液箱，并采用分路裝置（液體從下而氣體從上），它有助于簡化分配頭結構并美化整機造型。

47、對供料裝置來說，必須考慮如何將固定的輸送管與轉動的上液箱妥善連接及支承和密封等問題。本酒缸的分流頭結構如圖3-1所示： 圖3-1 酒缸分流頭結構圖291-輸液總管；2-平衡氣壓管；3-預充氣管；4-中心管；5-上端環(huán)形槽；6-旋轉外套；7-下端環(huán)形槽；8-滾動軸承；9-管座其工作原理為：中心管4的上端與靜止的輸液總管1、儲液箱平衡氣壓管2及儲液箱預充氣管3相連。液料依次經中心管的偏心孔，管座9以及數根支管而流入環(huán)形儲液箱內。壓縮空氣則從中心管厚壁一側的兩個小孔分別通過上端和下端的環(huán)形槽5、8而流入儲液箱和高液面浮子所控制的進氣閥。旋轉管座及外套6依靠兩支滾動軸承8支承在固定的中心管上，該管與外

48、套之間用幾層橡膠圈密封，以避免壓縮空氣及液料的外溢及相互滲透。3.4 輸送管路的計算液體產品從貯液槽送往貯液箱的輸液管一般為圓管,因此尺寸的確定就是合理選擇圓管的內徑和壁厚。3.4.1圓管內徑的確定設輸液管的內徑為d,其截面積為a(),液體在管內流動的流速為:, 為流經管道任一截面上液料的體積流量,且 那么,輸液管的內徑為: ， （3.1） 又 ， （3.2）式中: 重量流量.指單位時間內流經管道任一橫截面的液料重量; 液體產品的密度; g每瓶灌裝液料的重量; qmax灌裝的最大生產能力。流速u一般根據經驗選取,這是因為流速增大,管徑則小,雖使材料消耗和基建投資減少,但增大了流體的動力消耗,又

49、使操作費用提高,因此,在設計時應根據具體情況參考表4.2選取,根據體積流量v及u流速代入公式計算所等于的管徑,還必須根據工程手冊中查取的規(guī)格圓整。由設計要求可知，啤酒密度為，黏度為，灌裝機最大生產能力，酒瓶容量640。在流量保持恒量時，雖然提高流速會使管徑和設備投資費用都相應減少，但往往要增加輸送液料所需的動力和操作費用，因此取參照標準圓管取不銹鋼管。表3.1 液料(流體)輸送常用流速范圍11流體類別及工作條件 流速 流體類別及工作條件 流速 一般液體粘度50cp液體(2550)粘度100cp液體(2550)粘度1000cp液體(2550)低壓氣體真空操作下的氣體中壓蒸汽(1040工業(yè)氣壓)壓

50、氣機排出管(低壓)往復泵吸入管(水一類液體)離心泵吸入管(水一類液體)鼓風機吸入管1.53.00.71.00. 50.70.160.25815<10204020300.751.01.52.01015粘度50cp液體(<25)粘度100cp液體(<25)粘度1000cp液體(<25)液體自流速度(冷凝液)壓強較高的氣體低壓蒸汽(10工業(yè)氣壓)壓氣機吸氣管壓氣機排出管(高壓)往復泵排出管(水一類液體)離心泵排出管(水一類液體)鼓風機排出管0.50.90.30.60.10.20.515251520102010201.02.00.751.015203.5 灌裝瓶高度調節(jié)機構設計

51、計算3.5.1 灌裝瓶高度調節(jié)機構方案設計由于灌裝機涉及的包裝容器瓶子的規(guī)格很多,如640毫升的啤酒瓶其高度為289±1.5mm瓶身直徑75±1.6mm;350毫升的高度為231±1.5mm,身徑為63.51±1.2mm,小瓶汽水的高度為203mm,為了使一臺灌裝機滿足多種瓶高的灌裝，需要調節(jié)裝有灌裝閥的貯液缸與裝有升瓶臺的轉盤之間的距離,使貯液缸能沿著立柱相對于轉盤作上、下移動,目前常用的高度調節(jié)結構有三種形式28：a.中央調節(jié)式。這種結構最為簡單,但由于灌裝閥與升瓶臺調節(jié)后不易對中,故僅適應于灌裝廣口瓶或鐵罐,同時由于采用中央螺紋支承,貯液缸運轉時穩(wěn)

52、定性也較差。b.電動調節(jié)式。對于較大型的灌裝機,為了代替費力的手工調節(jié),有的采用電機減速后帶動調節(jié)螺桿,使貯液缸升降達到所需的高度。c.三立柱調節(jié)式。如圖3.4所示，在酒缸與轉盤之間用中心支柱4和四個結構相同的沿圓周均布的調節(jié)支柱3來聯(lián)結。在調節(jié)時,先松開壓緊螺母2,轉動手輪7，帶動四個支柱上的螺母轉動，迫使四根支柱上下運動，這樣調節(jié)可使四根立柱一起被升降,同時并不改變灌裝閥相對于升瓶臺的中心位置,調節(jié)完畢后旋緊壓緊螺母即可。如有必要，須在鏈輪處加置張緊輪，因為在此機構中，鏈條呈水平布置狀態(tài)，若鏈條略有松動就容易發(fā)生掉鏈現(xiàn)象28。3.5.2 鏈傳動的選擇與計算22 采用滾子鏈傳動，選取小鏈輪齒數z1=21，由設計知中心距:，因為在調整時受力不大，故可用a型鏈，單排,初選節(jié)距p=15.875mm,鏈號為10a-124db1243.1-83,因四個柱子組成正方形，故鏈子總節(jié)數為： 節(jié)，取lp=169節(jié)，則鏈長為：l=lp*p=169*15.875=2683mm 鏈長誤差=169*15.875-（586.9*4+21*15.875）=11.9mm可見鏈稍微長了一些，裝好