摘 要 在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的今天 灌裝行業(yè)越來越受到人們的關(guān)注 灌裝行業(yè)的發(fā)展直 接影響到液體灌裝的精度 精準(zhǔn)的灌裝量不僅體現(xiàn)了灌裝機械的發(fā)展水平 也是對消費 者權(quán)益的一種保護(hù) 本次設(shè)計的灌裝機主要適應(yīng)用礦泉水 果汁以及純凈水等無氣液體的灌裝 它具有 操作簡單 成本低廉及可批量生產(chǎn)等特點 可適用于一些中小企業(yè)的灌裝生產(chǎn) 它的主 要機構(gòu)有一下幾個 供料裝置 供瓶裝置 托瓶機構(gòu) 瓶高調(diào)節(jié)裝置以及灌裝閥 此外 它的正常運轉(zhuǎn)還需要靠傳動系統(tǒng)的帶動 它基本的設(shè)計方案是 灌裝整體布局是呈立式 旋轉(zhuǎn)型 由洗瓶器出來的瓶子通過傳送帶傳送給供瓶裝置 由它分瓶 送瓶給托瓶機構(gòu) 灌裝機的液箱內(nèi)安裝有灌裝閥 閥頭的喇叭口對準(zhǔn)了每一個待灌瓶 液箱內(nèi)的液體由供 料裝置供給 液體經(jīng)供料裝置供到液箱中 再通過灌裝閥流入每一個空瓶內(nèi) 待瓶灌滿 后 再由供瓶裝置的星形撥輪撥到傳送帶然后傳送出 運送到下一個工序 本文從灌裝機的基本理論 基本工作原理 基本工作結(jié)構(gòu)以及傳動部分的設(shè)計上作 了闡述 并利用 UG 軟件繪制三維圖 從而更直觀的反應(yīng)整體效果 關(guān)鍵詞 灌裝機 灌裝閥 星形撥輪 傳動裝置 II Abstract Today with the development of science and technology the filling industry has been paid more and more attention The development of filling industry directly affects the accuracy of liquid filling the filling precision not only reflects the development level of the filling machine but also is a kind of protection of the rights and interests of consumers The design of the filling machine is mainly adapted to use for mineral water fruit juice and water without liquid filling of gas It has the advantages of simple operation low cost and mass production characteristics The filling production can be applied to some small and medium sized enterprises of filling production It has some main institutions such as feeding device the bottle supply device bottle table institutions the bottle of high regulator device and the filling valve In addition its function also needs to be driven by the drive system The following is its basic design scheme Its overall mechanism is vertical and rotary The bottle which comes from washing device conveys through the conveyor belt transmission to the bottle supply device The device can let the bottle be separated and then send these bottles to bottle table institutions The liquid filling valve is installed in the cabinet and its valve head is admitted to each bottling The liquid in the liquid box is supplied by feeding device and then it is delivered through the filling valve to each empty bottle After the bottle is filled the installation of the star dial wheel deliver ed them to the conveyor belt and then sent to the next working procedure This article describes the basic theory working principle structure and transmission part of the filling machine The use of UG software renders 3D visual effects by drawing its 3D graph Key words filling machine filling valve star thumbwheel transmission device V 目 錄 摘 要 III ABSTRACT IV 目 錄 V 1 緒論 1 1 1 本課題的設(shè)計內(nèi)容和意義 1 1 2 本課題的國內(nèi)外發(fā)展概況 1 1 3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 2 2 液體灌裝機主體機構(gòu)的方案設(shè)計 3 2 1 灌裝機的概述 3 2 1 1 液體灌裝機的分類 3 2 1 2 液體灌裝機的選擇原則 5 2 1 3 灌裝的基本方法 5 2 2 灌裝機的總體方案 6 2 3 灌裝機的供料裝置 7 2 4 灌裝機的供瓶裝置 8 2 4 1 螺旋限位裝置 8 2 4 2 星形撥瓶輪裝置 8 2 5 灌裝機的托瓶機構(gòu) 9 2 6 灌裝機的灌裝閥 10 2 6 1 灌裝閥的定量方法 10 2 6 2 灌裝閥的灌裝原理 12 2 6 3 灌裝閥的密封 13 3 灌裝機傳動部分的設(shè)計計算 14 3 1 電動機的選擇 14 3 2 減速器的選擇 15 3 3 帶傳動的設(shè)計 15 3 4 中心軸的設(shè)計 18 3 4 1 中心軸的材料 18 3 4 2 中心軸的安裝 19 3 4 3 中心軸的結(jié)構(gòu)尺寸 20 3 4 4 中心軸的計算 21 3 4 5 軸上鍵的選擇 23 3 5 中心軸齒輪的設(shè)計 24 3 5 1 齒輪的材料 24 3 5 2 齒輪的計算 25 3 6 錐齒輪的設(shè)計計算 30 3 7 本章小結(jié) 35 VI 4 灌裝機的設(shè)備調(diào)試與維護(hù) 36 4 1 設(shè)備調(diào)試 36 4 2 設(shè)備維護(hù) 36 5 結(jié)論與展望 38 5 1 結(jié)論 38 5 2 不足之處及未來展望 38 致 謝 39 參考文獻(xiàn) 40 新式灌裝機的設(shè)計與工程分析 1 1 緒論 1 1 本課題的設(shè)計內(nèi)容和意義 食品包裝是生產(chǎn)生活中必不可少的一個環(huán)節(jié) 其中液體飲料的灌裝占據(jù)了很大一塊 市場 它在人們的生活中占據(jù)的地位的提高 也帶動了灌裝機械的發(fā)展 灌裝機作為液 體包裝的主要設(shè)備 它的研究水平近年來也隨著科技的發(fā)展 也有了很大的提高 近半個多世紀(jì)以來 隨著人們生產(chǎn)與流通日益社會化 現(xiàn)代化 灌裝行業(yè)正以嶄新 的面貌為人們所重視 在國內(nèi)外 灌裝產(chǎn)業(yè)已涉及各行各業(yè) 對人們生活 國家經(jīng)濟(jì)以 及國防建設(shè)都有深刻的影響 甚至在現(xiàn)實生活中出現(xiàn)了過去難以想象的新場景 灌裝機 的出現(xiàn)使液體的灌裝過程更加方便 快捷 更加自動化 我國飲料 乳品 啤酒市場得到長期發(fā)展的同時也帶動了包裝機械業(yè)的飛速發(fā)展 自從上世紀(jì) 80 年代開始 中國每年都要進(jìn)口大量的飲料 乳品和啤酒包裝機械 至今引 進(jìn)的勢頭仍然是有增無減 這些機械大多是高速自動化生產(chǎn)線 可靠性強 產(chǎn)量高 部 分設(shè)備是當(dāng)今世界最為先進(jìn)的機型 這些生產(chǎn)線的引進(jìn) 使中國部分飲料 乳品和啤酒 企業(yè)的包裝水平得以與發(fā)達(dá)國家同步發(fā)展 目前 品包裝機械的產(chǎn)值在 300 億元人民幣 左右 而每年進(jìn)口的食品包裝機械約 10 億美元 其中飲料 乳品和啤酒包裝機械占有相 當(dāng)大的比重 1 灌裝是食品生產(chǎn)中重要的環(huán)節(jié) 而礦泉水及其他無氣液體飲料在人們的生活中占據(jù) 了重要的地位 從而也帶動了灌裝機械的發(fā)展 本設(shè)計是針對礦泉水 果汁等無氣飲料 的灌裝設(shè)備的設(shè)計 它的主體部分包括 6 大部分 供料裝置 灌裝閥 托瓶機構(gòu) 供瓶 裝置 瓶高調(diào)節(jié)裝置以及進(jìn)出瓶裝置 其中進(jìn)出瓶裝置又包括進(jìn)瓶螺旋限位裝置 進(jìn)瓶 撥輪裝置以及出瓶撥輪裝置 除主體部分外 還有傳動部分 本設(shè)計主要對進(jìn)出瓶裝置 以及傳動部分的計算及校核 使之能夠符合工作要求 滿足生產(chǎn)需要 大量事實表明 實現(xiàn)灌裝行業(yè)的機械化和自動化 尤其是實現(xiàn)高度靈活的自動包裝 線 不僅體現(xiàn)了現(xiàn)代生產(chǎn)的發(fā)展方向 同時也可以獲得巨大的經(jīng)濟(jì)利益 a 能增加品種花色 提高產(chǎn)品質(zhì)量 增強市場的競爭能力 b 能改善勞動條件 降低環(huán)境污染 改善生活質(zhì)量 c 能節(jié)約材料 降低成本 增加材料的利用率 d 能提高生產(chǎn)效率 加速產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代 1 2 本課題的國內(nèi)外發(fā)展概況 灌裝方法的產(chǎn)生源自于人類開始采用容器盛裝液體以后 19 世紀(jì)末到 20 世紀(jì)初之前 人們通常使用水罐或水杓的方法進(jìn)行人工灌裝或直接將容器浸入液料中進(jìn)行灌裝 大約 在 1980 年 美國的 Horix Kiefer 和 U S BottLers 等三家公司開始制造容器灌裝的機械裝 置 第一臺商業(yè)型灌裝機是由美國一家名為 Kiefer 公司制造的 Horix 公司也在 1920 年 首次制造了一款重力灌裝機 被用于灌裝番茄醬 時至今日這家公司仍生產(chǎn)灌裝機 20 年代初這幾家公司著手生產(chǎn)回轉(zhuǎn)式灌裝機 其中 U S 公司制造純真空灌裝機 20 世紀(jì)以 來 灌裝機械工業(yè)迅速發(fā)展 那時灌裝的速度取決于人工將瓶子對準(zhǔn)灌裝閥 等待瓶子 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 灌完所需的時間 今天 回轉(zhuǎn)式自動灌裝機的生產(chǎn)能力己達(dá)每分鐘 2000 瓶 我國在解放前夕幾乎沒有灌裝機械 灌裝生產(chǎn)絕大部分處于手工操作階段 非常落 后 之后的 70 年代初 上海 北京 廣州 青島 煙臺等地引進(jìn)三十多條灌裝線 其中 有西德 Seitz 廠 意大利 Simonazi 公司 美國 Merer 公司 日本三菱公司 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(chǎn)的落后面貌 但灌裝機械的發(fā)展與國際先 進(jìn)水平的差距仍很大 1 為此 我國應(yīng)根據(jù)自己的國情 吸收國外的先進(jìn)技術(shù) 設(shè)計和生 產(chǎn)出具有先進(jìn)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(shù) 新材料 如計算機輔助設(shè)計 微機控制等 開創(chuàng)一代新型灌裝機 當(dāng)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(shù)的發(fā)展水平上 從舊時重 力灌裝到如今先進(jìn)的抽真空等壓灌裝 從以前平面閥密封結(jié)構(gòu)到現(xiàn)在錐形閥密封結(jié)構(gòu) 這些變化都體現(xiàn)了世界技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展 我國灌裝機械制造產(chǎn)業(yè) 經(jīng)歷了仿制 引進(jìn) 別國技術(shù) 消化吸收 自主創(chuàng)新 開發(fā)的過程 技術(shù)進(jìn)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(jìn)技術(shù)之間的差距 現(xiàn)代灌裝技術(shù)的目標(biāo)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(chǎn)線的最優(yōu)化控制 都由于電子技術(shù)的實際應(yīng)用而成 為可能 電子灌裝閥灌裝技術(shù)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(shè)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(chǎn)包裝容器幾何形狀精度不高和電子器件水平的制約 1 3 本課題應(yīng)達(dá)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(fù)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(dá) 編碼器及數(shù)字控制 NC 動力負(fù)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(jìn)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(jìn) 從而進(jìn)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 3 2 液體灌裝機主體機構(gòu)的方案設(shè)計 2 1 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(biāo)準(zhǔn)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(jì)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 1 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 2 各管路應(yīng)暢通 且不應(yīng)有滲漏現(xiàn)象 3 產(chǎn)品應(yīng)達(dá)到額定生產(chǎn)能力 在正常工作時 瓶損率應(yīng)不大于0 05 4 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 6mm 5 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(jìn)瓶螺旋 由進(jìn)瓶螺旋將挨個兒的瓶子以一定間距分開輸送 再經(jīng)進(jìn)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(dāng)瓶子進(jìn)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(dāng)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 2 1 1 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 圖2 1 旋轉(zhuǎn)型灌裝機的俯視圖 旋轉(zhuǎn)型灌裝機如圖 2 1 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(jìn)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(jìn)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(jìn)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 2 2 圖2 2 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 直線型灌裝機的流程圖如圖2 3 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(jìn)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(jìn)行灌裝 間歇進(jìn)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 3 11 13 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(biāo)盒 10 漿糊盒 12 推料板 14 儲液箱 15 灌裝管 圖2 3 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(jìn)行洗瓶 灌裝 壓蓋 貼標(biāo) 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(xì)內(nèi)容 見表2 1 表2 1 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 2 1 2 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(jì)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(jì)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(jìn)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 2 1 3 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(jìn)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(xì) 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(fù)壓灌裝 負(fù)壓灌裝是先將包裝容器抽氣形成負(fù)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 2 2 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 2 4 液體經(jīng)供料裝置進(jìn)入液箱 再進(jìn)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(jìn)灌 裝機的托瓶機構(gòu)上經(jīng)行灌裝 圖 2 4 灌裝機的主題結(jié)構(gòu)圖 2 3 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(dāng)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(jìn)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(jìn)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 2 4 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(kuò)大它在灌裝 充填 封口 貼標(biāo) 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 2 4 1 螺旋限位裝置 如圖2 5中 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(zhǔn)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?為了減少鏈帶 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(zhǔn)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(dāng)?shù)拈g距送進(jìn) 而螺旋限位裝置正是起到這種作用 如圖2 5 空瓶經(jīng)限位器后 由原來的緊密挨著到以 一定的間距傳送到下一個組件1上 螺旋限位器在結(jié)構(gòu)上是一種空間高副機構(gòu) 它的結(jié)構(gòu)形式受供送瓶的大小 形狀等的 制約 從外觀形式看 前端應(yīng)設(shè)計呈截錐臺形 有助于將玻璃瓶順暢地導(dǎo)入螺桿的工作 區(qū)段 而另一端應(yīng)具有與玻璃瓶同半徑的圓弧過渡角 以便和星形拔輪同步銜接 為了 使剛進(jìn)入螺桿工作區(qū)段的玻璃瓶運動平穩(wěn) 最好采用等螺距 使它暫不產(chǎn)生加速度 鑒 于星形拔輪的節(jié)距通常都大于兩只玻璃瓶原來在鏈帶上緊相接觸時運動的中心距 顯然 最后一段螺旋線一定要變螺距 為改善瓶的慣性運動 它應(yīng)該制約玻璃瓶以等加速度規(guī) 律逐漸增大其間距 6 實踐證明 對于中 小型自動灌裝機 一般為250瓶 分以內(nèi) 只需 將螺桿設(shè)計呈等螺距段即可 雖然其加速度曲線不連續(xù) 有階躍突變 但在加速度值不 很大時 仍不致發(fā)生明顯的柔性沖擊 設(shè)計供送螺桿的關(guān)鍵在于 必須在滿足被供送瓶 的主體直徑及有效高度 星形拔輪節(jié)距和生產(chǎn)能力等條件下 預(yù)選螺桿的內(nèi)外徑及長度 合理確定螺旋線的組合形式 旋向及螺旋槽的基本參數(shù) 2 4 2 星形撥瓶輪裝置 如圖2 5中的部件1星形撥瓶輪 此機構(gòu)是將瓶的螺旋限位器送來的瓶子 準(zhǔn)確地送入 灌裝機內(nèi)瓶的回轉(zhuǎn)臺上或?qū)⒁呀?jīng)灌滿的瓶子從回轉(zhuǎn)臺上取下來送回傳送帶上 拔瓶輪一 新式灌裝機的設(shè)計與工程分析 9 般采用酚醛層壓板等材料 以免與玻璃瓶產(chǎn)生硬性碰撞 拔瓶輪一般具有一定的高度 這個高度是根據(jù)瓶子的高度來確定的 此外 撥瓶輪中輪片上圓槽的半徑應(yīng)根據(jù)輸送瓶 子的半徑大小而定 為了保證撥輪與托瓶臺的位置相對應(yīng) 在輪片上應(yīng)開有圓槽形孔 調(diào) 好后再安裝在轉(zhuǎn)軸上 1 星形撥瓶輪 2 5 擋板 3 螺旋限位器 4 瓶子 圖2 5 供瓶裝置示意圖 此外 為了使瓶子穩(wěn)定傳送 在傳送帶旁邊還需要安裝護(hù)瓶擋板 即如圖2 5中的部件 2 5 在進(jìn)出瓶拔輪外也需要安裝擋板 護(hù)瓶桿離開傳送中心線的距離要可調(diào)試 以適 應(yīng)不同規(guī)格的瓶子 另外 供瓶機構(gòu)不僅要將瓶子分隔轉(zhuǎn)彎 而且傳遞速度必須與洗瓶 機的速度匹配 否則易出現(xiàn)倒瓶 缺瓶或阻塞現(xiàn)象 為了防止倒瓶時影響正常生產(chǎn) 某 些灌裝機在螺旋限位裝置 拔輪的傳動部分安裝有離合器 一旦出現(xiàn)故障 可使其自動 停轉(zhuǎn) 有的還安裝有微動開關(guān) 當(dāng)離合器脫開的同時 壓迫微動開關(guān) 使全機停轉(zhuǎn) 有 效得維持了灌裝機生產(chǎn)的安全性 2 5 灌裝機的托瓶機構(gòu) 對于旋轉(zhuǎn)型灌裝機 通常是借助分件供送螺桿裝置將瓶子按所要求的狀態(tài) 間距 速度逐個而連續(xù)地供送到灌裝機的回轉(zhuǎn)臺上 并由托瓶機構(gòu)將灌裝閥的喇叭口下降與瓶 口緊密接觸而進(jìn)行灌裝 待灌裝過程完成后上升復(fù)位 托瓶機構(gòu)可以分為機械式 氣動式 機械與氣動組合式等三種結(jié)構(gòu)形式 機械式托瓶機構(gòu)是依靠彈簧力使托瓶臺升降 無需密封 這種升降機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單 但是機械磨損大 壓縮彈簧易失效 工作可靠性較差 同時對灌裝瓶的質(zhì)量要求高 它 主要用于不含氣液料的灌裝機 氣動式托瓶機構(gòu)以壓縮空氣作動力源 有良好的吸震緩沖能力 但活塞的運動速度 受到氣壓變化的影響 若壓力下降較小 不但使瓶子的上升速速度減慢 而且難于保持 瓶口和灌裝頭的緊密接觸 若壓力上升較大 則瓶子的上升速度加快 以致不易與進(jìn)液 管對中 并使瓶子受到較強的沖擊力 這種升降機構(gòu)克服了機械式的缺點 當(dāng)發(fā)生卡瓶 時 壓縮空氣好比彈簧一樣被壓縮 使瓶子不再上升 故不會擠壞瓶子 但是 瓶子下 降時的沖擊力較大 要求氣源壓力穩(wěn)定 該機構(gòu)適用于灌裝含氣飲料的灌裝機 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 機械與氣動組合式托瓶機構(gòu) 工作穩(wěn)定可靠 壓縮空氣在環(huán)管中循環(huán)使用 只需補 充漏損量 應(yīng)用廣泛 但凸輪導(dǎo)軌也會增加額外的潤滑 磨損和運轉(zhuǎn)阻力 該機構(gòu)的工 作穩(wěn)定性好 目前得到廣泛的應(yīng)用 在本設(shè)計中 我們采用的是機械式的升降機構(gòu) 如圖 2 6 其工作原理如下 灌裝閥 中的量杯桶由拉桿和滾輪連接 滾輪在升降導(dǎo)軌上 沿著導(dǎo)軌的上下而上下滑動 從而 帶動量杯桶上下運動 由上下滑動的量杯桶帶動閥上喇叭口的上下移動 從而完成喇叭 口和瓶口的密封與分離 這樣不僅保證了灌裝時瓶口的密封 同時對瓶子的高度誤差亦 有較好的適應(yīng)能力 凸輪導(dǎo)軌安置在上方出液口 和上方出液口管道固定連接 因此 瓶子所在的回轉(zhuǎn)臺上不再需要導(dǎo)軌 灌裝瓶自身也不需要上下運動 結(jié)構(gòu)有明顯改善 圖2 6 托瓶升降機構(gòu)示意圖 2 6 灌裝機的灌裝閥 2 6 1灌裝閥的定量方法 準(zhǔn)確的定量灌裝不但關(guān)系著產(chǎn)品的成本 同時也關(guān)系著產(chǎn)品在消費者心中的信譽 目前 常用的液料定量法有控制液位定量法 定量杯定量法 定量泵定量法 電子液位 定量法 因液料的性質(zhì)不同 所選的定量方法和定量機構(gòu)也不相同 1 控制液位定量法 這種方法采用控制灌裝容器內(nèi)液位的高度來達(dá)到預(yù)定的灌裝量 其工作原理如圖 2 7 開始灌裝時 瓶子上升頂開橡皮墊5 使滑套6和灌裝頭7之間出現(xiàn)間隙 液體流入瓶 內(nèi) 瓶內(nèi)氣體經(jīng)排氣管1排至貯液箱9中 當(dāng)瓶內(nèi)液面達(dá)到排氣管口時 氣體不再排出 液料繼續(xù)流入瓶內(nèi) 瓶內(nèi)氣體被壓縮 根據(jù)連通器的原理 瓶內(nèi)液料沿排氣管一直上升 到與貯液箱9液面水平 則停止進(jìn)液 當(dāng)瓶子下降脫離橡皮墊5時 彈簧4使灌裝頭7與滑 套6封閉 排氣管內(nèi)液料流入瓶內(nèi) 完成一次灌裝 只要調(diào)節(jié)排氣管1伸入瓶內(nèi)的高度 新式灌裝機的設(shè)計與工程分析 11 就可以改變灌裝量 該機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單 但是定量精度稍差 因定量精度直接受瓶子容積 精度和瓶口密封度的影響 它適用于灌裝含氣飲料 1 排氣管 2 支架 3 緊固螺母 4 彈簧 5 橡皮墊 6 滑塊 7 灌裝頭 8 調(diào)節(jié)螺母 9 儲液箱 圖2 7 控制液位定量法原理圖 2 定量杯定量法 這種方法是先將液料注入定量杯內(nèi) 然后再將定量杯內(nèi)的液料注入包裝容器內(nèi) 它 的工作原理如圖2 8 在待灌瓶進(jìn)入灌裝工位前 定量杯1浸入貯液箱14中 液料充滿定量 杯 隨后 灌裝瓶隨著導(dǎo)軌上升 它的瓶嘴將灌裝頭8 進(jìn)液管6和定量杯1一起抬起 使 定量杯上口超出貯液箱14的液面 此時 進(jìn)液管隔板11兩邊的上通孔12和下通孔10均與 閥體中的中間槽13相通 之前處于在閥體內(nèi)壁上 被封死的狀態(tài) 使定量杯內(nèi)的液料 由管2流入瓶內(nèi) 瓶內(nèi)氣體由透氣孔9排出 當(dāng)定量杯內(nèi)液料下降至調(diào)節(jié)管2的上口端面時 整個灌裝過程結(jié)束 只要調(diào)節(jié)定量調(diào)節(jié)管2在定量杯內(nèi)的高度 或者更換定量杯 就可以 改變灌裝量 此法不透用于灌裝含氣液體 因為定量杯在貯液箱內(nèi)上下運動 使氣體產(chǎn) 生氣泡 從而影響灌裝定量精度 1 定量杯 2 定量調(diào)節(jié)管 3 閥體 4 緊固螺母 5 密封圈 6 進(jìn)液管 7 彈簧 8 灌裝頭 9 透氣孔 10 下孔 11 隔板 12 上孔 13 中間槽 14 貯液箱 圖2 8 定量杯定量法原理圖 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 3 定量泵定量法 1 三向閥 2 液體充填流路 3 灌裝管路 4 活塞桿 5 活塞 1 進(jìn)液管 2 灌裝閥 3 負(fù)載傳感器 6 活塞缸 7 進(jìn)液體流路 8 貯液料箱電子液位定量法 4 控制器 5 定值器 6 顯示 鑒定器 圖2 9 定量泵定量法工作原理圖 圖2 10 電子液位定量法工作原理圖 這種灌裝方法是先將粘稠液料用機械壓力注入活塞缸內(nèi)定量 再注入到包裝容器的 每次灌裝量等于活塞缸內(nèi)液料的容積 定量泵定量法工作原理如圖2 9 當(dāng)瓶托臺帶瓶子上升 灌裝管嘴 3 進(jìn)入瓶內(nèi) 同時 活塞桿4下降 接通進(jìn)液流路7 液料進(jìn)入活塞缸6內(nèi)完成液料的計量 如圖 a 然后三 向閥回轉(zhuǎn)換向 切斷進(jìn)液流路7 同時打開充填流路2 活塞桿4上行 將活塞缸內(nèi)液料推 入瓶內(nèi) 進(jìn)行灌裝工作 如圖 b 當(dāng)活塞上升到活塞缸最上面時灌裝結(jié)束 在瓶托帶 動瓶子下降脫離灌裝嘴3時 進(jìn)行下一個工作循環(huán) 如圖 c 4 電子液位定量法 電子計量法是現(xiàn)代計量方法 如圖2 10 在灌裝閥2中有兩個大小不同的液道 液體 通過液道時 由負(fù)載傳感器隨時地邊灌裝液體邊測量液體重量 當(dāng)充填的液體接近規(guī)定 的充填量時 灌裝閥則可轉(zhuǎn)換成小流量的回路 因而灌裝量精度非常高 另外 在灌裝 液 體前 顯示器清零 容器重量有測定偏差 則重新定值 對灌裝量毫無影響 這種裝置 的灌裝閥結(jié)構(gòu)簡單 不會因滑動部位的摩擦而產(chǎn)生粉塵 無液體和氣體滯留 易清洗 當(dāng)灌裝量改變時 只要變更數(shù)據(jù)開關(guān)的給定值 即可瞬時實現(xiàn) 較易實現(xiàn)生產(chǎn)的集中管 理 2 6 2 灌裝閥的灌裝原理 灌裝閥是灌裝生產(chǎn)線上的核心部件 它是完成完成灌裝工藝要求必要部件 其功能 在于根據(jù)灌裝工藝要求 以最快的速度溝通或切斷貯液箱 氣室和灌裝容器之間流體流 動的通道 保證灌裝工藝過程的順利進(jìn)行 其灌裝原理如圖2 11 入液口2由連接棒連接至上方導(dǎo)軌 滑套5固定在液箱上 故閥 體2會在滑套5中上下滑動 當(dāng)在如圖示位置時 上通孔4和下通孔9處于不聯(lián)通狀態(tài) 此 時就液體就無法下流 而當(dāng)閥體向下運動 使喇叭口和瓶口呈密封狀態(tài) 此時的上下通 孔處在滑塊內(nèi)部的槽中 液體由上通孔流到槽內(nèi)再通過下通孔 最后流入瓶內(nèi) 當(dāng)閥體 新式灌裝機的設(shè)計與工程分析 13 再次向上移動時 上下通孔再次被封死 液體不能下流 此時 瓶子中的水也灌完成 于是 完成了整個灌裝過程 1 上連接棒 2 入液口 3 進(jìn)液管 4 上通孔 5 閥體 6 墊圈 7 液箱 8 緊固螺母 9 下通孔 10 彈簧 11 喇叭口 12 透氣孔 圖 2 11 灌裝閥的結(jié)構(gòu)示意圖 2 6 3 灌裝閥的密封 由于灌裝閥是安裝在流體通路上的開關(guān) 保證不向外漏氣和漏液是十分重要的 因 此在閥門開閉處的接觸面 可動部分相對于不動部分的運動面 以及安裝于貯液箱上的 接合面和壓緊于瓶口上的接觸面等都有一個選擇何種密封防漏的結(jié)構(gòu)問題 在液箱和灌裝閥的結(jié)合面處的密封 閥體與液箱之間墊了一層彈性墊圈 6 同時在液 箱外的閥體部分裝有一緊固螺母 通過緊固螺母提供壓力 進(jìn)行壓緊閥門 起到良好的 密封作用 這種密封形式容易保證防漏 只需改變壓緊力就能改變密封力以及磨損后的 重新密封 故使用壽命較長 安全可靠 在灌裝閥的進(jìn)液管的密封 進(jìn)液管 3 中是不導(dǎo)通的結(jié)構(gòu) 在非灌裝位置 進(jìn)液管的 外壁上的兩個通孔由于在灌裝閥體的內(nèi)壁內(nèi) 受內(nèi)壁的擠壓形成適當(dāng)?shù)念A(yù)壓緊量 借助 于進(jìn)液管材料的反彈力壓緊密封面而起密封作用的 這種密封形式運動磨損后容易產(chǎn)生 泄漏 假若預(yù)緊力過大 又要增加運動過程中的摩擦阻力 相應(yīng)的也就增加了磨損的速 度 泄漏后只得更換密封材料 2 7 本章小結(jié) 本章主要介紹了灌裝機各主要機構(gòu)的選取 初步了解了旋轉(zhuǎn)型灌裝機上各相關(guān)重要 機構(gòu)的基本功能和所能實現(xiàn)的運動 從中可以對灌裝生產(chǎn)線做出相當(dāng)?shù)恼J(rèn)知 并在其基 礎(chǔ)上能做出一些進(jìn)步的創(chuàng)新和改進(jìn) 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 3 灌裝機傳動部分的設(shè)計計算 3 1 電動機的選擇 在日常生產(chǎn)過程中 電動機一般都是采用三相交流異步電動機 其常用電動機的標(biāo) 準(zhǔn)見 機械設(shè)計手冊 新版 的第5卷第35篇 電動機與位移測量技術(shù) 在有些情況下 如需經(jīng)常起動 制動及反轉(zhuǎn)的場合 要求電動機的轉(zhuǎn)動慣量小和過載能力高 選用鼠籠 或繞線式三相起步電動機 電動機結(jié)構(gòu)有開啟式 防護(hù)式 封閉式和防暴式 根據(jù)防護(hù) 要求選擇相應(yīng)結(jié)構(gòu) 1 功率的確定 電動機的功率選得是否合適 對其工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響 如采用額定功率小于工 作要求的功率 就不能保證工作機的正常工作 甚至日電動機長期過載而過早損壞 如 果電動機的額度功率大于所要求的功率 則電動機價格高 容量也未得到充分利用 以 致造成成本高 而且浪費 7 通常對在變載荷作用下 穩(wěn)定 長期連續(xù)運行的機械 要求所選用的電動機的額定 功率稍大于工作機功率 還應(yīng)查出電動機類型和額定功率 相應(yīng)的轉(zhuǎn)速和安裝尺寸 在 一般情況下不必校驗電動機的發(fā)熱和起動力矩 電動機工作時需要的功率按下式計算 3 1 a w0 式中 工作機所需的功率 KWwP 從電動機到灌裝機間各運動副的總機械效率 以下簡稱效率 工作機所需要工作功率 一般根據(jù)工作機的生產(chǎn)阻力和運動參數(shù)計算 或 wwFv 10 wwn 950 3 2 式中 F 工作機的生產(chǎn)阻力 N v 工作機的速度 m s T 工作機的阻力矩 N mm 工作機的轉(zhuǎn)速 r min wn 工作機的效率 總效率按下式計算 3 3 na 321 式中 分別為運動鏈中各運動副 如齒輪 軸承及聯(lián)軸器等 的效率 1 23n 其值可參考 機械設(shè)計手冊 新 中選取 容量相同的同類型電動機 可以有不同的轉(zhuǎn)速 如三相異步電動機常用的有四種同 新式灌裝機的設(shè)計與工程分析 15 步轉(zhuǎn)速 即3000r min 1500r min 1000r min 750r min 低轉(zhuǎn)速電動機的極數(shù)多 外廓 尺寸及重量都較大 但可使傳動裝置總傳動以及尺寸較小 高轉(zhuǎn)速電動機則相反 因此 確定電動機轉(zhuǎn)速時 應(yīng)按具體情況進(jìn)行分析和比較 通常多選用同步轉(zhuǎn)速為1500r min和1000r min的電動機 如無特殊需要 不選用同步 轉(zhuǎn)速低于750r min的電動機 傳動裝置的設(shè)計功率通常按實際所需要的電動機工作功率考慮 而轉(zhuǎn)速則按電動機 額定功率時的轉(zhuǎn)速 滿載轉(zhuǎn)速 它不等于同步轉(zhuǎn)速 計算 通過計算可知 中心軸下面安裝的推力球軸承在工作時 所受的摩擦力大約為40N 所以灌裝機主軸的啟動轉(zhuǎn)矩不大 根據(jù) 機械設(shè)計手冊 新 上電動機選擇時應(yīng)綜合 考慮的問題和考慮到運行可靠性 設(shè)備的供貨情況 備品備件的通用性 安裝檢修的難 易 以及產(chǎn)品的價格 建設(shè)費用 運行和維修費用 生產(chǎn)過程中前后期電動機功率變化 關(guān)系等各種因素 選擇電動機為Y2型系列電動機 所選電動機的型號為Y2 90S 4型電機 它的額定轉(zhuǎn)速為1400r min 額定功率1 1KW 3 2 減速器的選擇 減速器是原動機與工作機之間的獨立的閉式傳動裝置 用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩 以滿足工作需要 在某些場合也用來增速 稱為增速器 減速器的種類很多 按照傳動類型可分為齒輪減速器 蝸桿減速器和行星減速器以 及它們相互組合起來的減速器 按照傳動的級數(shù)可分為單級和多級減速器 按照齒輪形 狀可分為圓柱齒輪減速器 圓錐齒輪減速器以及圓錐 圓柱齒輪減速器 按照傳動的布置 形式又可分為展開式 分流式和同軸式減速器 8 由于所選電動機的額度轉(zhuǎn)速為1400r min 灌裝機的生產(chǎn)能力Q為4000 5000瓶 小時 灌裝機的灌裝閥頭數(shù)為12頭 故實際生產(chǎn)時灌裝機每轉(zhuǎn)生產(chǎn)t 12瓶 所以灌裝機主軸的轉(zhuǎn) 速 hr 50 r 6 4120 5tn 取整值420r h 即7r min 首先設(shè)錐齒輪主軸上大帶輪與減速器上小帶輪的傳動比 5i 電動機的小帶輪與減速器上大帶輪的傳動比 則減速器上輸入的轉(zhuǎn)速為700r min i 輸出的轉(zhuǎn)速為35r min 根據(jù)以上條件 選擇CW型減速器 減速器的型號為CW63 20 IF JB T7935 1999 該型號的減速器的額定輸入轉(zhuǎn)速為 750r min 額定輸入功率為1 32KW 額定輸入轉(zhuǎn)矩為252 因為電動機的功率為 1 1KW 所以選擇該型號的減速器符合要NmA 求 3 3 帶傳動的設(shè)計 帶傳動是一種撓性傳動 帶傳動的基本組成零件為帶輪 主動帶輪和從動帶輪 和傳 動帶輪 當(dāng)主動帶輪轉(zhuǎn)動時 利用帶輪和傳動帶輪間的摩擦或嚙合作用 將運動和動力 通過傳動帶傳遞給從動帶輪 帶輪具有結(jié)構(gòu)簡單 傳動平穩(wěn) 價格低廉和緩沖吸震等特 點 并且它工作時噪聲小 能夠?qū)崿F(xiàn)較大距離間兩周的傳動 通過改變帶長 能夠滿足 不同中心距的要求 在近代機械中廣泛應(yīng)用 9 但是V帶運轉(zhuǎn)一定時間以后 會因為帶的塑性變性和磨損而松弛 為了保證帶傳動正 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 常工作 應(yīng)定期檢查帶的松弛程度 才去相應(yīng)的補救措施 常見的方法有 定期張緊裝 置 自動張緊裝置 采用張緊輪的張緊裝置等 安裝張緊輪時應(yīng)注意 一般放在松邊內(nèi) 側(cè) 盡量靠近大帶輪并且輪槽尺寸和帶輪相同 在本設(shè)計中 已知 該電動機的額定功率P 1 1kW 轉(zhuǎn)速為 1400r min 電動機傳 1n 動到減速器上的傳動比i 2 估計一天運轉(zhuǎn)時間10 16 個小時 根據(jù)這些條件 設(shè)計計算出 適合的大小帶輪 1 確定計算功率 caP 查詢 機械設(shè)計 第八版表8 7查的工況系數(shù)1 1 故 kW21 1PKAca 2 選擇V帶的帶型 根據(jù) 查得 機械設(shè)計 第八版圖8 11選用Z 型帶 1canP 3 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 并驗算帶速vd 1 初選小帶輪的直徑 由 機械設(shè)計 第八版表8 6和8 8 取小帶輪的基1 準(zhǔn) 直徑 m71d 2 驗算帶速 s m20 516047160ndv 因為5m s v100 2 50 375 39 0 215 170 105 40 用于不 重要和 受載荷 不大的 軸 100 170 21 7 590 295 255 140正火回 火 100 3 00 162 21 7 570 285 245 135 55 45 調(diào)質(zhì) 200 217 255 640 355 275 155 60 應(yīng)用最 廣泛 100 735 540 355 200 40Cr 調(diào)質(zhì) 100 3 00 241 28 6 685 490 335 185 70 用于載 荷較大 而無很 大沖擊 的重要 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 軸 100 270 30 0 900 735 430 260 40CrNi 調(diào)質(zhì) 100 3 00 240 27 0 785 570 370 210 75 用于很 重要的 軸 20Cr 滲碳淬火回火 60 滲碳 56 62H RC 640 390 305 160 60 用于要 求強度 及韌性 均較高 的軸 由于該中心軸的載荷不大而且轉(zhuǎn)速也不高的環(huán)境下工作 因此選用軸的材料為45鋼 調(diào)質(zhì)處理 取335MPa T 3 4 2 中心軸的安裝 由于本畢業(yè)設(shè)計采用的是旋轉(zhuǎn)型的總體結(jié)構(gòu) 所有機構(gòu)必須由一個旋轉(zhuǎn)著的中心軸 帶動轉(zhuǎn)動 完成灌裝 故該中心軸的安裝直接關(guān)系到灌裝機能否正常工作以及它工作性 能的好壞 灌裝機的中心軸底部安裝在支撐箱體上 所以底部與支撐箱體之間要使用軸 承連接 軸承受豎直方向上受軸本身的以及來自于軸所帶動的機構(gòu)的重力 同時中心軸的旋轉(zhuǎn)使 得軸承又受到一些徑向力 故該軸承要能承受較大的軸向力以及一些徑向力 根據(jù)這些 要求 我們選擇使用推力球軸承 5 他能滿足這些要求 如右圖 3 3 所示在中心軸 6 動力 起始處安裝了一個推力球軸承 它安裝于支撐板的階梯通孔上 軸在旋轉(zhuǎn)時 會使軸的 上方沿中心線左右顫動 故我們在中心軸的中段位置處添加一圓錐滾子球軸承 2 它安裝 于支撐箱體表面上的凸臺 1 處 凸臺 1 的作用除了可以減少加工箱體表面的加工量 而 且處于軸中間段處 可以使軸更加穩(wěn)定 圓錐滾子球軸承安裝在軸套 3 內(nèi)部 軸套又可 以更好地支撐軸 圖 3 3 中心軸的安裝方式 3 4 3 中心軸的結(jié)構(gòu)尺寸 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計包括定出軸的合理外形 和全部結(jié)構(gòu)尺寸 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要取決于以下因素 軸在機器中的安裝位置及形式 軸上安裝的零 件的類型 尺寸 數(shù)量以及軸連接的方法 載荷的性質(zhì) 大小 方向及分布情況 軸的 加工工藝等 由于影響軸的結(jié)構(gòu)的因素較多 且其結(jié)構(gòu)性時又要隨著具體情況的不同而 異 所以 軸沒有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式 設(shè)計中 必須針對不同情況進(jìn)行具體分析 但是 不論何種具體條件 軸的結(jié)構(gòu)都應(yīng)滿足 軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置 軸 新式灌裝機的設(shè)計與工程分析 21 上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整 軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等 為了保證零件在軸上有固定的位置 必須將零件在徑向 軸向和周向予以固定 軸 上零件的固定方法 a 軸上零件的徑向固定 一般靠零件內(nèi)孔與軸徑的配合性質(zhì)來保證 配合表面為圓形 b 軸上零件的軸向固定 用軸肩固定 其特點是結(jié)構(gòu)簡單 定位可靠 可承受較大軸 向力 c 軸上零件的周向固定 鍵槽起到齒輪的周向固定和撥瓶板的定位作用 d 確定軸上的圓角和倒角尺寸 10 根據(jù)灌裝機中心軸的旋轉(zhuǎn)的整體要求 最終確定中心軸的結(jié)構(gòu)方案如題 3 4 圖中軸 1 段適于錐齒輪配合 用圓頭普通平鍵連接 軸 2 段是與軸承配合 軸 3 段是與大齒輪配 合 軸 4 段是與灌裝機上的擋板配合連接 也是用圓頭普通平鍵連接 軸 5 是一段過渡 軸 軸 6 段是與液箱連接 用得是單圓頭的普通平鍵 圖3 4 軸的結(jié)構(gòu)示意圖 3 4 4 中心軸的計算 軸的計算通常都是在初步完成結(jié)構(gòu)設(shè)計后進(jìn)行校核計算 計算準(zhǔn)則是滿足軸的強度 或者剛度要求 必要時還應(yīng)校核軸的穩(wěn)定性 1 按扭轉(zhuǎn)強度條件計算 這種方法是只按軸所受的扭矩來計算軸的強度 如果還受有不大的彎矩時 則用降低許 用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的辦法予以考慮 在做軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計時 通常用這種方法 初步估算軸徑 對于不大重要的軸 也可作為最后計算結(jié)果 軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為 3 9 T3Td2 0n P95W 式中 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 MPa T 軸所受的扭矩 N mm 軸的扭轉(zhuǎn)截面系數(shù) W3m n 軸的轉(zhuǎn)速 r min P 軸傳遞的功率 kW d 計算截面處軸的直徑 mm 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 MPa 見表 4 1 T 由式 3 10 可得軸的直徑 3033T3T PAn2 095n2 0P95d 3 10 式中 查表 3 2 對于空心軸 則 3T02 950A 340 1 Ad n P 3 11 式中 即空心軸的內(nèi)徑 與 d 之比 通常取 0 5 0 6 d1 1 表 3 2 軸常用的幾種材料的 和 值T 0A 軸的材料 Q 235 A 20 Q275 35 1Cr18Ni9Ti 45 40Cr 35SiMn 38SiMnMo 3Cr13 MPa T 15 25 20 34 25 45 35 550A 149 126 135 112 126 103 112 97 注 1 表中 值是考慮了彎矩影響而降低了許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 T 2 在下述情況時 取較大的值 取較小值 彎矩較小或只受扭矩作用 載荷較平穩(wěn) T0A 無軸向載荷或只有較小的軸向載荷 加速器的低速軸 軸只做單向旋轉(zhuǎn) 反之 取較小 T 的值 取較大值 0A 應(yīng)當(dāng)指出 當(dāng)軸截面上開有鍵槽時 應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對軸強度的削弱 對于 直徑 d 100mm 的軸 由一個鍵槽時 軸徑增大 3 與兩個鍵槽時 應(yīng)增大 7 對于直 徑 d8 10 10 12 12 17 17 22 22 30 30 38 38 44 鍵寬 b 鍵高 h 2x2 3x3 4x4 5x5 6x6 8x7 10 x8 12x8 軸的直徑 d 44 50 50 58 58 65 65 75 75 85 85 95 95 110 110 130 鍵寬 b 鍵高 h 14x9 16x10 18x11 20 x12 22x14 25x14 28x16 32x18 鍵的長度系 列 L 6 8 10 12 14 1