題 目 直線型低粘度液體灌裝機的設(shè)計 來源 工程實際1、研究目的和意義礦泉水、啤酒、果汁等飲品;醬油、醋等調(diào)味品;口服液、注射液等醫(yī)療用品,像這樣低粘度的液體在日常生活中必不可少,因此將這些液體如何有效的灌裝到不同的容器中就顯得尤為重要,研究此直線型低粘度液體灌裝機的目的就是為了改變傳統(tǒng)的灌裝機,使其全自動化,從而提高灌裝的效率和灌裝的精確度,進而提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率,滿足人們的需求量。2、國內(nèi)外發(fā)展情況(1)國外飲料灌裝機的發(fā)展情況在飲料灌裝機械設(shè)備方面,美國、德國、日本、意大利和英國的制造水平相對較高。這些設(shè)備呈現(xiàn)出新的發(fā)展動向:①多功能同一臺設(shè)備,可進行茶飲料、咖啡飲料和果汁飲料等多種飲料的熱灌裝;均可進行玻璃瓶與聚酯瓶的灌裝。②高速度、高產(chǎn)量:碳酸飲料灌裝機的灌裝速度最高達 2000 灌/分,德國 H&K 公司、SEN 公司、KRONES 公司,其灌裝機的灌裝閥分別達到 165 頭、144 頭、178 頭。非碳酸飲料灌裝機的灌裝閥50~100 頭,灌裝速度最高達 1500 灌/分。③技術(shù)含量高、可靠性高:全線的自控水平高和全線效率高。在線檢測裝置和計量裝置配套完備,能自動檢測各項參數(shù)、計量精確。集機、電、氣、光、磁為一體的高新技術(shù)產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。④整套供應(yīng)能力強 [1]:如一條飲料包裝線,由微電腦件、控制軟件、包裝封蓋配套組合,現(xiàn)實生產(chǎn)力與理論科技相結(jié)合。(2)國內(nèi)飲料灌裝機的發(fā)展情況我國飲料灌裝設(shè)備基本是在引進設(shè)備和技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,經(jīng)過引進和消化吸收,我國飲料灌裝水平已有很大提高,特別是 150 瓶(罐)/分以上生產(chǎn)能力的灌裝生產(chǎn)線基本可以成套供應(yīng),目前南京輕工機械廠、合肥輕工機械廠和廣東輕工機械廠已能提供生產(chǎn)能力高達 600 瓶/分的玻璃瓶和 600 罐/分的易拉罐飲料或啤酒灌裝生產(chǎn)線 [2],主要設(shè)備包括灌裝機、封罐機(壓蓋機、旋蓋機) 、紙箱包裝機和殺菌機。灌裝能力如下:灌裝機/封罐機頭數(shù): 18/4 30/6 40/6 60/8 ;灌裝速度: 罐(瓶)/分:150、300、500、600。聚酯瓶灌裝生產(chǎn)線基本與玻璃瓶灌裝機 [3]通用,經(jīng)過調(diào)整后,可以一機兩用,灌裝能力為 250ml 瓶為 24000 瓶/時; 1250ml 瓶為 720 瓶/ 時。中小規(guī)模的非充氣飲料灌裝線包括玻璃瓶灌裝生產(chǎn)線和易拉罐灌裝生產(chǎn)線,生產(chǎn)能力 40~200 瓶(罐)/分。3、研究/設(shè)計的目標(biāo):設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低、工作穩(wěn)定性較好、方便控制的直線型液體自動灌裝機。(1)灌裝對象:低粘度不含氣體的液體飲料(如礦泉水、飲料)(2)灌裝瓶參數(shù):灌裝瓶體積 600ml,灌裝液體凈含量 550ml,灌裝瓶直徑 60mm(3)灌裝瓶材料:塑料(4)灌裝時間:10s/次灌裝機械的主要技術(shù)指標(biāo):(1) 灌裝液體的粘度:μ≤ 1 Pa·s(2)灌裝速度:v = 6 次/min(3)系統(tǒng)壓力:P (0.5~3MPa)4、設(shè)計方案(研究/設(shè)計方法、理論分析、計算、實驗方法和步驟等):(1)主要研究內(nèi)容灌裝系統(tǒng)的設(shè)計,確定灌裝方法及定量方法 (2)設(shè)計方案方案一:定量方法采用定量杯定量法 [4],原理圖如圖 1 所示:圖 1 定量杯定量法控制原理圖A 為供料管道,D 為電磁閥,B、C 兩條橫線表示允許料位變化的上下限,即灌裝的容量 550ml,所以在兩處不同的位置安裝了兩個料位檢測器,來控制灌裝的容積。其中 B 處于下限料位,C 處于上限料位,B、C 通過電阻與大地相連。電機帶動泵供料,單片機控制電機轉(zhuǎn)動,供料時,料位上升,當(dāng)達到上限時,C 處的料位器得到信號,此時電機和泵停止供料,當(dāng)料位處于下限位時,B 處的料位器得到信號,灌裝閥 D 關(guān)閉,同時啟動電機并開始供料。如此反復(fù)循環(huán),來實現(xiàn)定量灌裝的目的。方案二:如圖 2 所示圖 2 定量杯定量法原理圖兩種方案的原理相同,但方案二的定量精度相對較低,灌裝時定量瓶底部會殘留液體,使定量不準(zhǔn)確。所以兩種方案相比較,選擇方案一進行設(shè)5、方案的可行性分析:這種灌裝機僅針對低粘度的液體進行灌裝,綜合所查閱的資料,以及啤酒廠、礦泉水廠等大量的投入與使用,相信此方案是可行的。6、該設(shè)計的創(chuàng)新之處(1)執(zhí)行系統(tǒng)采用液壓傳動控制,使灌裝系統(tǒng)在灌裝時更穩(wěn)定可靠,遲滯?。?)控制系統(tǒng)采用的是單片機控制 [5],從而控制水箱液位,進而使定量灌裝更加精確7、設(shè)計產(chǎn)品的主要用途和應(yīng)用領(lǐng)域:(1)產(chǎn)品主要用途:該直線型灌裝機主要針對低粘度的礦泉水、飲料等液體進行灌裝生產(chǎn),根據(jù)客戶的需求不同,可選取不同的灌裝瓶進行灌裝,如塑料瓶、玻璃瓶等。(2)產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人民生活水平的提高,人們的消費習(xí)慣也隨之相應(yīng)的變化,同時對消費品的包裝提出了更高的要求,而液態(tài)產(chǎn)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(diào)味品方面的醬油、醋、味精液等;醫(yī)藥行業(yè)的口服液、注射液等。8、時間進程第四周 初步擬定方案,書寫開題報告第五周 明確整體設(shè)計思路并進行液料供送系統(tǒng)的設(shè)計計算第六周 對傳動系統(tǒng)進行設(shè)計計算及其強度校核第七周 設(shè)計灌裝系統(tǒng),選擇定量方式第八周 進行控制系統(tǒng)的計算及選用第九周 繪制裝配圖第十周 繪制裝配圖第十二周 繪制零件圖第十三周 繪制電路圖及手繪零件圖第十四周 修改裝配圖第十五周 撰寫說明書并修改第十六周 整理材料,準(zhǔn)備答辯 9、參考文獻:1 張文明.全自動液體灌裝機[J] .機電一體化,2003,9(6):46-49. 2 申志勇.影響啤酒灌裝機灌裝效果的因素分析[J] .包裝與食品機械,2005(5):18-23. 3 魏國.改進灌裝機提高異形瓶灌裝精度[J] .釀酒科技,2010(3):68-70. 4 田光宇.定量灌裝機檢定中的幾點建議[J] .中國計量,2009(10):114-115. 5 鄭長勇,姜建平,王時勝.飲料灌裝機的單片機控制系統(tǒng)的研制[J] .電子質(zhì)量,2003(10):8-10. 6 王延峰,李秀峰.多通道定量定時灌裝機的研制[J] .輕工機械,2004(3):94-96.7 張景和.自動灌裝機生產(chǎn)線改造的實踐探索[J] .潤滑油,2010,25(6):55-57.8 高隆緒.對飲用純凈水生產(chǎn)與灌裝的幾點看法[J] .凈水技術(shù),2000,19(4):43-46.9 曾榮江,征風(fēng),李玉琳.一種藥液灌裝機進瓶機構(gòu)控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計[J] .化工自動化及儀表,2010,37(6):90-92.10 鄭曉.灌裝機灌裝時間概率計算模型[J] .糧油加工與食品機械,2002(6):42-44.11 謝小鵬,王大成.灌裝機控制系統(tǒng)改進設(shè)計[J] .石油化工設(shè)備,2000,29(5):51-52.12 趙漢雨,劉存祥,霍志軍.全自動稱重式液體灌裝機設(shè)計[J] .中國制藥裝備,2008(5):46-49.13 宋如琛,王秀勝.一種實用的稱重式液體灌裝機[J] .液壓與氣壓,2003(6):25-26.14 Zhang Chun-yu.Design of the Control Part of a Kind of Liquid Filling Machine[J] . LIGHT INDUSTRY MACHINERY,2007,25(2):75-77.15 He Ling.Factors of Beverage Manufacture Line Design[J] .LIGHT INDUSTRY MACHINERY,2000(3):18-21.16 Sun Mao-quan,YAN Wei-yue.Control System of a Gravimetric (Weighting) Fluid-filling Machine[J] .LIGHT INDUSTRY MACHINERY,2007,25(3):94-96.指導(dǎo)教師意見教師簽字:年 月 日開題答辯小組意見:組長簽字: 成員簽字:年 月 日畢業(yè)設(shè)計領(lǐng)導(dǎo)小組意見: 組長簽字:年 月 日