灌装机毕业设计--自动灌装压盖联合机设计.doc

前言对40-8型自动灌装压盖联合机进行设计，其包括：进瓶拨轮装置、出瓶拨轮装置、螺旋限位器装置；本文主要对星型拔瓶轮、螺旋限位器、进瓶栏板结构、进行设计及计算，并要了解设备的调试和维护。星形拨瓶轮是将灌装机的限位机构送来的瓶子，准确地送入灌机中的升降机构或灌满的瓶子从升降机构取下送入传送带的机构。将定量的液体物料(简称液料)充填入包装容器内的机器称为灌装机械。因为所要灌入的液体具有流动性，所以所用的容器一般为刚性容器，如聚脂瓶、玻璃瓶(或罐)、金属罐、复合纸盒等。输送链带、分件供送螺杆、星形拨轮和弧形导板相结合用于容器的输入；同时拨轮也用于容器的输出。螺旋限位器在包装工业领域内，现以广泛应用多种类型的分件供送螺杆装置，可按某种工艺要求将规则或不规则排列的容器、物件以确定的速度、方向和间距分批或逐个地送到给定的工位。本设计主要用来分件单列供送正圆柱形的典型组合装置，此分件供送装置是整个灌装设备的“咽喉”，其结构特性的好坏直接影响到产品的质量、工作效率、总体布局和自动化水平。关键词：星型拔轮机构、螺旋限位、进瓶拦板、包装 abstractautomatic filling of the gland 40-8 joint machine design include: pull out the gear devices into the bottle, the bottle pull out the gear devices limit screw device; in this paper, a bottle of brandy round of star-shaped, spiral spacing, and steeplechase bottle into the structure, design and calculation, and to understand the commissioning and maintenance of equipment. dial star-shaped bottle filling machine round is to limit the agency sent the bottle, filling machine accurately into the take-off and landing or a bottle filled with the bodies removed from the lift conveyor belt into the body. quantitative liquid materials (referred to as liquid) into the packaging container filling machine filling machinery called. because the number to be filled with liquid with liquid,therefore, the general container used for rigid containers, such as pet bottles, glass bottles (or cans), metal cans, cartons and other composites. conveyor belt, sub-items for delivery screw, star-shaped and arc-shaped guide plate pull out the gear combination for the importation of container; pull out the gear at the same time, the output is also used in containers. spiral limit in the field of packaging industry, is now widely applied to various types of sub-items for delivery screw device, a process may require rules or irregular array of containers, objects to determine the speed, direction and distance individually or in batches to a given position. the design is mainly used to separate sub-items for delivery are typical combination of cylindrical device, the sub-items for deliverydevice throughout the filling equipment is the throat, the structural characteristics of a direct impact on product quality, work efficiency, the overall layout and level of automation.key words: star-shaped bodies out round, spiral limit, into the bottle to stop board, packaging目录摘要1abstract2前言31绪论41、1灌装机的发展42总体设计方案52、1啤酒灌装机的工作原理52、2液体灌装机的分类与选择62、2、1液体灌装机的分类62、2、2液体灌装机的选择62、3灌装的基本方法72、4机型的适用范围82、4、1适用机型82、4、2灌装压盖方式82、5工艺分析102、5、1灌装机的类型及灌装方式的选用102、5、2包装程序及工艺路线113星型拔瓶轮设计及计算133.1星形拨瓶轮方案的确定133.2拨瓶轮主要结构参数设计计算143. 3包装容器与拨瓶轮的相对运动163. 4拨瓶轮主轴的设计计算183. 5传动齿轮的设计204 螺旋限位器设计及计算214. 1螺旋限位器方案确定214. 2螺旋限位器主要结构参数设计计算244. 3螺杆螺旋线展开图305进瓶栏板结构316设备调试与维护326. 1整机要求326. 2拨轮机构326. 3螺旋限位机构326. 4进瓶栏板机构326. 5润滑336. 6维护基本要求336. 7安全技术操作规程347总结35致谢36参考文献37前 言本毕业设计说明书是根据2009年青岛理工大学琴岛学院机电系下达工作组的设计任务编写的。课题为40-8型自动灌装压盖联合机的设计，设计题目是进出瓶的设计。本次设计工作量大，专业范围广，要求高。对毕业、踏上工作岗位的我们来说，是一次对于我们专业的巨大考验，也是对我们参加工作前的一次很好历练。这既提高了我们的专业要求，还培养了我们的团队合作精神。毕业设计是我们学完了大学的全部课程之后进行的。这是我们对我们所学课程的一次深入的综合性链接，也是一次理论联系实际的良好训练，故在我们大学的学习生活中占有十分重要的地位。本设计书重点说明了灌装机进出瓶的工作原理与相应的拔轮、进瓶拦板的等等的设计，并且包括设计任务书要求的英语资料和相应的的中文翻译。由于能力有限，设计定有许多不足之处，望老师给予批评指导。1绪 论1.1灌装机的发展我国饮料、乳品、啤酒市场得到长足发展的同时也带动了包装机械业的发展速度。自从上世纪八十年代开始，中国每年都要进口大量的饮料、乳品和啤酒包装机械，至今引进的势头仍然是有增无减。这些机械大多是高速自动化生产线，可靠性强，产量高，部分设备是当今世界最为先进的机型。这些生产线的引进，使中国部分饮料、乳品和啤酒企业的包装水平得以与发达国家同步发展。与此同时，中国包装机械的生产也取得了长足的进步，部分灌装、封口一体设备已经达到较高水平，包括塑料饮料瓶、酸奶杯、无菌包装成型设备和贴标机在内的包装生产线水平也得到了提升，已经可以满足中型企业的需要，部分已经可以替代进口设备，并且出口量逐年提高。 品包装机械的产值在300亿元人民币左右，而每年进口的食品包装机械约10亿美元。其中饮料、乳品和啤酒包装机械占有相当大的比重。 1.2课题背景饮料包装 (液体灌装机)目前中国饮用水、碳酸饮料、茶饮料的前处理设备国内产品基本上可以满足需要，中、低速理瓶、装箱设备也有相匹 配的产品可供选择，在热液体灌装机方面，各设备厂都能解决设备在热灌装环境下的控制、密封等工艺要求。江苏美星、广东达意隆公司也解决了无菌冷灌装的问题。不过无论是碳 酸饮料、瓶装水、果汁还是茶饮料，也无论是pet瓶、金属罐还是利乐包，中国着名饮料企业的包装生产线基本上是引进设备的天下。1.3设计任务背景包装是食品生产中必不可少的一个环节，而啤酒及其他碳酸饮料在人们的生活中已占据了重要的地位，从而也带动了灌装机械的发展。鉴于做本设计的学生属机电工程学院，所学的专业是包装工程，再者我国目前包装机械行业的发展空间比较的大，研究包装机械方面的课题对他们个人和社会都有积极意义，是对学生综合能力的培养和锻炼，尤其是总体设计更是如此。一方面巩固、增长学生的专业知识，培养他们综合运用知识的能力，为以后的工作积累经验，另一方面也希望他们能在自己的课题上有所发现、改进、创新，提出一些建设性的意见。40-8型自动灌装压盖联合机设计，题目综合性强，需要学生有扎实的基础知识和广博的知识面及计算机基础。所以，在整个设计过程中学生可以充分发挥其主动性，积极性，培养了他们的综合分析问题和解决问题的能力，促进学生由知识型向智能型转化。本设计的任务是进出瓶系统设计，具体要求如下： 全面了解40-8型自动灌装压盖联合机的工作原理，各部件的功能，在此基础上完成进出瓶系统设计；包括：进瓶拨轮装置、出瓶拨轮装置、螺旋限位器装置； 了解灌装机的工作原理，根据设计技术参数进行进瓶拨轮装置、出瓶拨轮装置的结构设计；了解螺旋限位器装置的设计原理，并进行螺旋限位器装置结构设计； 要求学生发扬协作及团队精神，与团队同学共同完成整机的设计。2总体设计方案2.1啤酒灌装机的工作原理啤酒作为一种口味独特的风味饮料深受广大老百姓的喜欢，近年来由于受酿酒原材料涨价的影响，啤酒的酿造成本随之增高而啤酒的市场竞争越来越激烈啤酒生产厂家为了争夺啤酒的市场份额一方面对啤酒的销售价格不敢轻易提价一方面内部加强管理努力消化原材料涨价带来的负面影响。啤酒灌装机是啤酒包装生产线的核心设备啤酒灌装过程中出现的冒酒、灌不满、液位偏高或偏低、增氧量和瓶颈空气超出标准等现象，都会直接导致酒损的增加，从而增加了啤酒的包装成本，因此灌装机灌装效果的好坏直接影响到企业的经济效益。下面我们先了解一下啤酒灌装机的基本要求和工作原理然后再对影响灌装效果的一些主要因素做分析。 1啤酒灌装机的基本要求 (轻工行业标准) (1)液位精度合格率(液位差不大于6mm) 最低液位时的容量应达到公称容量的985以上)见下表。 (2)啤酒损失率不大于o6。 (3)灌装增氧量：一次抽真空时不大于o15mgl，二次抽真空时不大于004mgl。 (4)瓶颈空气体积不大于2ml。 2.啤酒灌装机的工作原理啤酒的灌装工艺已经相当成熟。基本上可以分为七部分。 灌装机是围绕灌装的工艺流程展开的，其工作原理是：从洗瓶机出来的洁净瓶子由输瓶带送入灌装机的进瓶螺旋，经进瓶星轮送至回转台的托瓶气缸上并升高瓶口在定中装置的导向下紧压灌装阀的下料口，形成密封。瓶子在被抽真空后，贮液缸内的背压气体(co，)被冲人瓶中，当瓶中气体压力与贮液缸内气体压力相等时，液阀在液阀弹簧的作用下开启此时啤酒通过回气管上伞型反射环的导向作用自动沿瓶壁灌入玻璃瓶内，玻璃瓶中的co，通过回气管被置换回贮液缸内当酒液上升到一定高度并将回气管口封闭时自动停止下酒。然后将液阀和气阀关闭，排掉瓶颈部位的压力气体以防止带气酒液在玻璃瓶下降时的喷涌，这样便完成了整个灌装过程。 2.2液体灌装机的分类与选择2.2.1液体灌装机的分类液体灌装机的分类液体灌装机按灌装原理可分为常压灌装机、压力灌装机和真空灌装机。常压灌装机是在大气压力下靠液体自重进行灌装。这类灌装机又分为定时灌装和定容灌装两种，只适用于灌装低粘度不含气体的液体如牛奶、葡萄酒等。压力灌装机是在高于大气压力下进行灌装，也可分为两种：一种是贮液缸内的压力与瓶中的压力相等，靠液体自重流入瓶中而灌装，称为等压灌装；另一种是贮液缸内的压力高于瓶中的压力，液体靠压差流入瓶内，高速生产线多采用这种方法。压力灌装机适用于含气体的液体灌装，如啤酒、汽水、香槟酒等。真空灌装机是在瓶中的压力低于大气压力下进行灌装。这种灌装机结构简单，效率较高，对物料的粘度适应范围较广，如油类、糖浆、果酒等均可适用。液体灌装机的流程2.2.2液体灌装机的选择 灌装机的选择：合理选择灌装机是保证产品质量，提高经济效益的重要途径。一般来说，应密切联系生产实际，尽量选择质量好、效率高、结构简单、使用维修方便、体积小、重量轻的灌装机。灌装机知识在选择灌装机时，应遵循以下原则。 为生产工艺服务的原则。首先应根据灌装物料的性质（粘度、起泡性、挥发性、含气性等）选择适宜的灌装机，以满足生产工艺要求。例如对于芳香较浓的酒液，为避免挥发性芳香物质受到损失，一般应采用容杯式或常压灌装机；对于果汁类料液，为了减少与空气接触，保证产品质量，一般应采用真空加汁类灌装机。其次，应使灌装机的生产能力和前后工序的加工、包装机械的生产能力相匹配。 生产率高和产品质量好的原则。生产率的高低直接反映生产线的生产能力。所以生产率越高，其产生的经济效益越好。为了提高产品质量，应选择设备精度高、自动化程度也高的灌装机。但是设备的售价也相应提高，增大了产品的单位成本。因此在选择灌装机时，应结合生产工艺要求，对相关的因素进行综合考虑。 工艺范围宽的原则。灌装机的工艺范围是指其适应不同生产要求的能力。工艺范围越宽，越能提高设备的利用率，实现一机多用，即利用同一设备可以灌装多种物料和多种规格。因此为了适应酒水、饮料行业多品种、多规格的生产要求，应选择工艺范围尽可能宽的灌装机。2.3灌装的基本方法一 灌装方法 由于液料的物理、化学性质各有差异，对灌装也有不同的要求。液体物料由贮液装置灌入包装容器中，常采用如下几种方法。（1）常压法灌装。是指在大气压下直接依靠被灌液料的自重流入包装容器内的灌装方法。常压灌装的工艺过程为：1、进液排气，即液料进入容器，同时容器内的空气被排出；2、停止进液、即容器内的液料达到定量要求时，进液自动停止；3、排除余液，即排除排气管中的残液。常压法主要用于灌装粘度地、不含气的液料如牛奶、白酒、酱油、药水等。（2）等压法灌装。是利用贮液箱上部气室的压缩空气给包装容器充气，使两者的压力接近相等，然后使液料靠自重流入包装容器内的灌装方法。等压灌装的工艺过程为：1、充气等压；2、进液回气；3、停止进液；4、释放压力，即释放瓶颈内残留的压缩气体至大气内，以免瓶内突然降压而引起大量冒泡，影响包装质量和定量精度。等压法适用于含气饮料，如啤酒、汽水等的灌装，可以减少所含二氧化碳的损失。（3）真空灌装法。是在低于大气压力条件下进行灌装的方法。它有两种基本方式：一种是压力真空式，即让贮液箱内部处于常压状态，只对包装容器内抽气使其形成一定的真空度，液体依靠两容器内的压力差，流入包装容器并完成灌装；另一种是重力真空式，即让贮液箱和包装容器都处于接近相等的真空状态，液料靠自重流入该容器内。目前，国内常采用压力真空式。其设备简单，工作可靠。真空法灌装的工艺过程为：1、瓶抽真空；2、进液排气3、停止进液；4、余液回流，即排气管中的残液经真空室回流至贮液箱内。真空法适用于灌装粘度低一些的液料（如油类、糖浆等）、含维生素的液料（如蔬菜汁、果子汁等）和有毒的液料（如农药等）。此法不但能提高灌装速度，而且能减少液料与容器内残存空气的接触和作用，故有利于延长某系产品的保质期。此外，还能限制气体和液体的逸散，从而改善操作条件。但对灌装配置的、含有芳香性气体的液体是不适宜的，因为抽气会增加液香的损失。 （4）虹吸法灌装。虹吸法灌装应用虹吸原理使液体料经虹吸管由储液箱被吸入容器，直至两者液位相等为止。此法适合灌装低粘度不含 气的液料，设备结构简单，但灌装速度低。（5）压力法灌装。压力法灌装是借助机械或气液压等装置控制活塞往复运动，降粘度较高的液体物料从储料缸吸入活塞缸内，然后再强制压入待灌装的容器内，这种方法有时也用于含气体之类饮料的灌装，由于其中不含胶体物质，所形成的泡沫容易消失，故可依靠本身所具有的气体压力直接灌入未经预先充气的瓶内，从而大大提高了灌装速度。2.4机型的适用范围2.4.1适用机型40-8型自动灌装压盖联合机设计适用于含汽饮料（啤酒、汽水等）的灌状并完成压盖的任务，适用于中型饮料厂使用。40-8型自动灌装压盖联合机设计参数如下： 适用范围 ：本机适用用于含汽饮料(啤酒,汽水等)的灌装，适用于中型饮料厂使用。灌装方式 : 等压灌装； 生产能力 : 6000-8000瓶/小时；瓶口形式 : 标准皇冠形瓶口； 公程容量 : 640 ml；适应瓶形 : 按国标形式； 工作制 : 每年300天, 每天两班；生产类型 : 成批生产。 2.4.2灌装压盖方式灌装、压盖机的机械结构装置与plc可编程控制、变频无级调速、人机界面等现代自动控制技术手段完整的结合，形成机电一体化。 1、控制部分改造方案 国内很多啤酒厂家现使用的灌装、压盖机的控制系统的自动化程度参差不齐;所有手动按钮和工艺开关都设置在一个操作箱的面板上，plc控制器大都为日本omron公司或三菱公司的早期产品，设备连锁控制、保护设置少，加之啤酒灌装的现场环境恶劣，潮湿度大，使开关等接触触点锈蚀严重，系统的信号检测部分故障率较高，造成设备控制系统运行的可靠性低，设备正常运行周期短等现象。 以实际改造的丹东鸭绿江啤酒有限公司的灌装、压盖机的控制系统为例，介绍改造方法，阐明改造这类设备的控制思想和思路;根据现场的实际工艺条件，重新编写了plc的运行程序。针对啤酒灌装、压盖机控制系统的实际状况，并根据现场的实际工艺条件，重新设计了设备的plc控制系统。这种改造方法和思路同样可以应用与其他液体介质灌装设备的改造。 1.1系统硬件配置 使用日本三菱公司的fx2n128mrplc替换原系统使用的2台omron公司的c60pplc，原系统的plc由于是老型号产品，和计算机联机需要配置特殊的通讯转换器，系统需要增加外部i/o输入点时，扩展模块备件较难寻。fx2n128mrplc是集成128点i/o的箱体式控制器，具有运算速度快，指令丰富、性能价格比高、联机编程简单、扩展方便等优点，是三菱fx系列中功能最强的小型控制器。 (1)采用三菱公司的900系列的970got人机触摸屏替换原系统使用的面板按钮并监控显示设备的运行工作参数。970gothmi为高亮度的16色显，通过汇流连接和fx2n128mrplc的cpu直接连接，实现快速回应。具有许多维护功能，如列表式编辑功能、梯形图监控(故障查找)功能、系统监控功能等用来查找故障和维护plc系统。 (2)灌装、压盖机的变频器在改造中没有更换，现场检测信号的手段仍然采用开关式检测，因检测开关长期工作在湿度很大的场合，因此选择电容式的接近开关，根据plci/o端子的接线方式，选择pnp型的接近开关。 1.2系统程序设计 plc控制器的程序设计重点和核心是围绕着酒缸的旋转速度控制和酒缸上60个瓶位相关位置的检测移位、破瓶、空瓶瓶位相关位置的检测移位和相关灌装阀等的控制。其中的瓶位移位检测程序中，采用了三菱plc位左移指令，驱动执行条件输入每一次由off-on变化时，执行n2位移动，n2为移动的位数。 (1)瓶位移位子程序 413ldx055;机器计数脉冲测量检测输入点 414plsm49;主电机转速测量检测输入点取上升沿微分后的位m49 416plfm301;主电机转速测量检测输入点取下降沿微分后的位m301 418ldim590;进瓶个数检测 419anix005;连锁保护点 420anix006;紧急停车保护 421outm50;进瓶瓶位是否有瓶检测 422ldm49;主电机转速测量检测输入点 423sftlm50m500k60k1 瓶位移位检测 采用plc位左移指令，这条指令是整个子控制程序的核心之一，主电机和瓶位检测开关同步检测移动的酒瓶，主电机每转一周，正好对应酒缸转过一个瓶位，plc内部单元内对应这60个瓶位的单元为m500m559，单元个数用第一个字母k设置为k60，每次变化一位用第二个字母k设置为k1，m50反应了瓶位的空、缺位置，并将检测到的这个位置以电机转速的频率移位下去，在内部相应的单元内置“1”或“0”，控制相应的阀门和搅拌瓶盖的电机的开与停。系统在连续检测90个空瓶位后，停止搅拌瓶盖的电机的运行，检测瓶位的个数可以根据用户的要求任意设定。 432ldx052 出瓶位检测 回转酒缸通过压力往瓶内背压装酒的过程中，空瓶在背压后，可能由于瓶子本身裂纹等原因导致突然爆瓶，这就需要检测出爆瓶瓶子的位置，在这个瓶位的位置进行打开吹扫电磁阀，喷出压缩空气，将瓶位上的碎瓶片吹离位置，在连续吹扫几个瓶位后，在打开喷射电磁阀，喷射出高压水注，在对破瓶位置周围瓶位连续喷射几个瓶位。 (2)实现爆瓶检测、控制的步进控制 482ldx055;机器计数脉冲测量检测输入点 483plsm49;主电机转速测量检测输入点取上升沿微分后的位m49 485plfm309;主电机转速测量检测输入点取下降沿微分后的位m309 486ldim70;破瓶位置检测 487anim071;连续破瓶位置检测 488anix052;进瓶位置 489sftlm52m600k20k1 破瓶检测和瓶位检测开关同步检测移动的破瓶，主电机每转一周，正好对应酒缸转过一个瓶位，plc内部单元内对应这20个破瓶位的单元为m600m619，单元个数用第一个字母k设置为k20，每次变化一位用第二个字母k设置为k1，m52反应了破瓶的位置，并将检测到的这个位置以电机转速的频率移位下去，在内部相应的单元内置“1”或“0”，控制相应的喷射和吹扫电磁阀开与停。连续喷射和吹扫电磁阀的开听、停时间可以根据工艺要求任意设定。 系统自动化运行可靠的保障就是控制进出瓶盖的同步跟踪，既准确检测电机转速检测开关、破瓶检测开关和进瓶检测开关三个条件。 (3)970got人机触摸屏操作终端机的软件采用三菱公司的gtworks软件包，其中gtdesigner是一个用与整个got9000系列的绘图套装软件。该软件包操作简单，事先可在个人计算机上组态并仿真调试，完毕后下载至人机操作终端机。同时，因为人机界面又具有触摸屏的作用，将常用的开关设在显示屏上，方便操作。还可并以增加一些功能，如设置报警信息等。 2、改造后控制系统功能 系统正常运行时，机器为自动控制，根据进出瓶带上瓶的满缺，按设定速度或慢速运行，进瓶档瓶，无瓶不下盖，爆瓶自动冲洗，灌装位置自动背压，下盖输盖系统的自动开停和安全保护等动作的协调联锁。原来所有按钮的操作改造后都在触摸屏上进行。3、控制系统检测状态的监控功能 进瓶检测开关和破瓶检测开关通过检测每个压瓶部分上面的小铁片的位置，产生光电脉冲输出，再有plc采集，由于每个压瓶部分上面的小铁片的位置是活动的，在机器运行一段时间后，压瓶部分上面的小铁片和检测开关的位置发生位移，造成检测开关误判断，如没瓶判断为有瓶，爆瓶漏检、误检等造成输出失误，使plc产生误动作，造成如背压、爆瓶吹、洗、瓶盖搅拌系统控制失灵等故障现象。 在改造前的日常生产过程中，碰到这种现象时，操作工只能将各个功能开关或按扭打到手动控制档位，使机器设备工作在无监控状态下，机器失去自动控制功能。造成了很大的生产原料如气、水、酒的浪费。只能在生产的间歇，才能由维修钳工和电工根据检测开关上的小发光二极管的亮和灭通过调整位移距离只有58mm的检测开关的安装位置，来修正检测开关和小铁片的间隙。这种检测手段非常落后，调整后的效果反应致后，不能及时反应调整结果。 针对这种检测状况，结合改造后的灌装、压盖机控制系统的配置，新增了这部分检测功能，并集成在人机触摸屏中，完成瓶位检测。 在人机触摸屏的界面分页显示屏上，可以分别时时动态显示60个瓶位的状态和爆瓶时的瓶位状态，有瓶、无瓶、爆瓶、背压开关等检测开关、搅拌电机等电磁阀的开关状态都以不同颜色来显示，非常直观。 在需要修正检测开关和小铁片的位置时，可以在正常生产的条件下，不停机，由维修人员只要根据显示屏上的瓶位状态，就可以在线调整，并马上看到调整后的效果。在日常维修中，也可以用它作为状态监控设备，观察输出设备的运转状况。 增加这套系统功能的是为保证灌状压盖机的自动化控制系统正常运行而专门设计的。 2.5工艺分析2.5.1灌装机的类型及灌装方式的选用将加工后的食品物料按预定量充填到包装容器（瓶、罐、盒、桶、袋、软管等）内的装置称为装料或充填机械。充填酒水及饮料等液体产品的装料机械通常称为灌装机，液体的灌装分为手工灌装和机械灌装两种。因为采用机械化灌装不仅可以提高劳动生产率，减少产品的损失，保证包装质量，而且可以减少生产环境与被装物料的相互污染。因此，现代化酒水生产行业一般都采用机械化灌装机。灌装机的分类-不同的装填物料（含气液体、不含气液体、膏状体等）和不同的包装容器（瓶、罐、盒、桶、袋等），使用灌装机的品种也不尽相同，通常灌装机的分类方法如下表。灌装机的选择-合理选择灌装机是保证产品质量，提高经济效益的重要途径。一般来说，应密切联系生产实际，尽量选择质量好、效率高、结构简单、使用维修方便、体积孝重量轻的灌装机。在选择灌装机时，应遵循以下原则。为生产工艺服务的原则。首先应根据灌装物料的性质（粘度、起泡性、挥发性、含气性等）选择适宜的灌装机，以满足生产工艺要求。例如对于芳香较浓的酒液，为避免挥发性芳香物质受到损失，一般应采用容杯式或常压灌装机；对于果汁类料液，为了减少与空气接触，保证产品质量，一般应采用真空加汁类灌装机。其次，应使灌装机的生产能力和前后工序的加工、包装机械的生产能力相匹配。生产率高和产品质量好的原则。灌装机生产率的高低直接反映生产线的生产能力。所以生产率越高，其产生的经济效益越好。为了提高产品质量，应选择设备精度高、自动化程度也高的灌装机。但是设备的售价也相应提高，增大了产品的单位成本。因此在选择灌装机时，应结合生产工艺要求，对相关的因素进行综合考虑。工艺范围宽的原则。灌装机的工艺范围是指其适应不同生产要求的能力。工艺范围越宽，越能提高设备的利用率，实现一机多用，即利用同一设备可以灌装多种物料和多种规格。因此为了适应酒水、饮料行业多品种、多规格的生产要求，应选择工艺范围尽可能宽的灌装机。符合食品卫生的原则。由于酒水、饮料行业的特殊卫生要求。因此所选灌装机在结构上直接接触物料的部件应便于装拆和清洗，不允许有死角。而且要有可靠的密封措施，严防杂物混入和物料散失。在材料上，对直接接触物料的零部件要尽可能采用不锈钢或无毒材料。使用安全，维修方便的原则。灌装机的操作、调整应方便省力，使用安全可靠。而且其结构应便于拆装组合，零部件应通用化、标准化，另外还应优先选择价格低、重量轻、体积小的灌装机。2.5.2包装程序及工艺路线碳酸饮料的包装 以可口可乐和百事可乐为代表的碳酸饮料，仍然是中国饮料中产量最大的品种，尽管增幅放慢，但绝对数量每年仍有较大增长。 pet瓶是碳酸饮料最主要的包装形式。珠海中富和上海紫江是可口可乐和百事可乐碳酸饮料的pet瓶供应商。两家企业均有数十套进口的两步法设备，采用集中制造瓶坯，分散制瓶供应就近可乐灌装厂的生产方式。由于碳酸饮料瓶价格已经完全透明，因此利润很薄，制瓶企业主要以量取胜，高速设备的使用成为必然。在瓶坯生产方面，72模腔的注塑机已经开始使用。中富和紫江二个制瓶厂也开始采取更为灵活务实的设备采购方式，开始与不同的制瓶设备供应商合作。吹瓶速度达每小时2万瓶的高速吹瓶机装机量不断增加。 铝制二片罐场份额虽然在逐年下降，但仍然有一定的?场。目前中国生产铝制两片罐的企业全部是外资控股企业，设备也全部是引进的全自动生产线。并且经过不断的更新，生产速度普遍得到提高。 虽然有上海宝翼这一钢制两片罐生产企业，但中国的两片罐仍然以铝制罐占绝对优势。目前在国际上，美国仍然以铝制罐为主，欧洲则倾向于钢制罐的生产，虽然中国的铝制罐用铝板基本上依靠引进，价格昂贵，但改造现有的铝罐生产线为钢制罐也需要巨额投资，在二片罐?场持续低迷的情况下，企业缺乏投资的热情。 两片罐生产线由于涉及的技术非常复杂，工艺要求极为严格，目前中国没有类似的设备，特别是受低迷?场的影响，机械设备开发企业也缺乏开发相关生产线的积极性。 茶和果汁饮料的包装 热灌装仍是目前茶和果汁饮料最主要的生产和灌装工艺。 热灌装pet瓶、金属三片罐、利乐包，是茶和果汁饮料的三大包装形式。 部分茶和果汁生产企业外购热灌装pet瓶，如统一；部分饮料企业自己生产pet瓶，如康师傅和娃哈哈；还有部分饮料企业与制瓶企业合作，由制瓶企业在饮料厂里装机吹瓶，如可口可乐东莞工厂。无论是哪种方式，生产热灌装pet瓶的设备主要是加拿大husky、法国西得乐的二步法设备，以及意大利sipa的一步法设备。 热灌装曾经是专业制瓶企业的最大利润来源，但随着价格的透明，热灌装pet瓶的价格在不断下降，利润空间被不断压缩。为了提高pet瓶的热灌装温度，使用二步法设备的企业大多与台湾一家企业合作，改善瓶口的成型工艺，使灌装温度可以提高到93度。 3星型拔瓶轮设计及计算3.1星形拨瓶轮方案的确定3.1.1星形拨瓶轮原理此机构是将灌装机的限位机构送来的瓶子，准确地送入灌机中的升降机构或灌满的瓶子从升降机构取下送入传送带的机构。将定量的液体物料(简称液料)充填入包装容器内的机器称为灌装机械。因为所要灌入的液体具有流动性，所以所用的容器一般为刚性容器，如聚脂瓶、玻璃瓶(或罐)、金属罐、复合纸盒等。如图3.1所示，输送链带、分件供送螺杆、星形拨轮和弧形导板相结合用于容器的输入；同时拨轮也用于容器的输出。图3.1 供送螺杆与行星拨轮组合简图1分件供送螺杆 2弧形导板3行星拨轮 4圆柱形容器3.1.2星形拨瓶轮结构星形拨轮的结构虽然简单，齿槽形状确实千变万化。图3.2所示的四种形状都能满足将灌装容器送入灌装机中的升降机构要求，但是性能、结构、经济以及稳定性的要求不同，要确定那种方案必须根据设计的要求而定。瓶子从输送带送过来将堆挤到一起，因此就应该设计相应的可以起到瓶的限位机构的作用。在这次课题中运用了分件供送螺杆装置，这就要求在设计拨轮槽时采用一定弧度可以起到限时、限位的作用。(a)和(b)适合供送单个圆柱形容器，（c）适合供送单个长方形容器，（d）适合供送多个多种体形的容器。从制造角度看，本设计根据容器外形和输送方式，宜采用（b）方案。 第三章星形拨瓶轮设计及计算 图3.2典型星形拨轮简图拨轮的尺寸要求以能很平稳的输送瓶子。如图3.3所示，通过类比实验，rc与灌装机主体中的拨瓶螺杆有关。 若拨轮的外接圆与灌装机主体中拨瓶螺杆的外接圆相交，则rc尺寸大于瓶子半径。拨轮通常用不锈钢或酚醛树脂板制作，成双平放紧固在主轴端部，其高度和间距可根据被供送瓶罐的主题部位及其中心位置加以适当调整。图3.3拨轮截面图3.2拨瓶轮主要结构参数设计计算3. 2. 1拨瓶轮齿槽数（齿数）确定设要设计星形拨轮齿数为zb，灌装机的生产能力为q，拨轮主轴转速为，依据单位时间内供瓶数应等于出瓶数（不考虑灌装过程中出现爆瓶现象）。则 （3.1）式中，zb 齿数；q 生产能力，瓶/时；转速，/min。拨瓶轮齿数由确定。已知灌装机得生产能力q瓶/时，初步确定拨瓶轮主轴转速与灌装机大转盘主轴转速的比例为i5.大转盘主轴转速根据计算得出n13/min.则可以确定拨瓶轮主轴转速n15/min.拨瓶轮齿数zb:选取拨轮齿数zb8。3. 2. 2拨瓶轮节圆半径的确定设拨轮节圆半径为rb, cb为行星拨轮的节距，因为容器以等间距定时供送，则 （3.2） （3.3）对于旋转灌装机来讲，cb应等于灌装阀的节距。在确定灌装机整体尺寸时确定的灌装阀节距尺寸cb126mm，rb160mm。用cb带入验算： （3.4）用rb带入验算： （3.5）根据检验，对cb, rb进行优化设计，最后确定cb126mm，rb160mm。3. 2. 3拨瓶轮其它尺寸的确定在本课题中灌装容器是啤酒瓶，因此拨瓶轮的材料在选择上应选用对酒瓶不会造成有磨损，击碎的现象。故选用尼龙1010材料。其结构如图3.4所示图3.4拨瓶轮装配结构图1拨轮 2拨轮盘 3拨轮轴 4传动齿轮图3.5拨瓶轮结构示意图拨轮中的尺寸h和rc均由容器瓶的高度和直径来确定。它与灌装机中拨轮盘花齿尺寸有关，拨轮的尺寸以能很平稳地 输送瓶子为原则，可用类比或实验来决定。设计时尺寸rc地决定方法；因为rc与灌装机主体中地拨瓶轮花盘有关，若拨轮外接圆与灌装机主体中拨瓶花盘地外接圆相切时rc等于瓶子半径；若与灌装机主体中拨瓶花盘地外接圆相交，则尺寸rc大于瓶子的半径。而且拨轮在往灌装机大转盘拨瓶子的时候，为了能使瓶子均匀稳定地输送到大转盘而不被拨回来，尺寸rc也应大于瓶子的半径，这可以由实验结果得知。由已知给定的参数瓶子半径r40mm，则可确定尺寸rcr+(23)mm，即rc42mm。如图3.5所示，h的高度是由瓶高来确定的，瓶子确定的高度是280mm，拨瓶轮的厚度可以根据设计时按设计者给定的值。拨瓶轮给的厚度是10mm，容器瓶从输送带过来瓶底离下拨瓶板的距离确定为25mm，设该课题给定的容器瓶瓶颈为105mm，直径为70mm的瓶身高出上拨瓶板为25mm，保证瓶子的重心在两齿的中心附近。h28020252510585mm3. 3包装容器与拨瓶轮的相对运动图3.6 容器瓶与拨瓶轮相对运动分析拨轮的结构比较简单，设计时主要考虑齿槽形状。在包装容器的供送过程中，容器在末端堆挤在一起，要使不同形状的包装容器顺利导入拨轮齿槽，即齿槽不与拨轮发生碰撞，必须合理确定齿槽形状。为此，要分析被供送包装容器与拨轮之间的相对运动。可以用简化画法表示拨瓶轮与容器瓶的相对运动。实用中，多将星形拨轮与分件供送螺杆组合在一起，对此应指出一些特殊的设计要求。设拨轮的节圆直径（半径为）,齿槽数为,主轴转速, 则=320 （3.6） =15 （3.7）对旋转型灌装机，等于灌装阀的节距至于能否取整数，则与整个川东部据有关。在此前提下，决定不仅要考虑拨轮的外轮廓尺寸和齿槽的结构形式，也要便于等分提高制造精度。 实践表明，为合理设计星形拨轮齿槽的结构形式，必须深入研究它同被供送瓶罐的相对运动关系。如图3.6所示，通过拨轮主轴o取一静坐标系，在通过该点及任一齿槽中心c取一动坐标系。初始时二系的横纵坐标轴对应重合，其次由c一点引节圆切线分别截取两个线段，令= =。已论证。 设星形拨轮以等角速度做逆时针方向转动，经时间t转过角度=,相应的齿槽中心移至,而瓶罐中心以初速度等加速度移至,令=,由于其末速度= =，因此a= - （3.8）=+ （3.9）式中，在此过程中瓶罐相对拨轮的运动轨迹即为-。若以瓶罐中心绝对运动轨迹上的点极坐标（）表示它的动坐标系中的位置。以图示几何关系写出 （3.10） （3.11）此即瓶罐与拨轮的相对运动方程，借以上两式画出瓶罐的相对运动轨迹及其外轮廓线，是以确定拨轮齿槽的形状尺寸，同时做出是否需切齿修整的判断。但是，要想从根本上解决两者互不干涉的问题，应进一步运用解析法加以剖析。 设齿槽半径（即瓶罐主题部位半径）所对应的拨轮中心角为，瓶罐相对运动轨迹终点的切线与该点拨轮矢径的夹角为，那么保证啮入不干涉的基本条件应是 （3.12）由于 （3.13）借（3.10）和 （3.14）应用罗比塔法则导出 （3.15）代入式（3.10）,得 （3.16） （3.17）将（3.15）带入（3.14） （3.18）总之，当为定值时，通过调整可达到瓶罐啮入拨轮齿槽（其外轮廓形状尺寸与瓶罐啮合部分完全一致）不产生任何干涉的目的。在这方面，与分件供送螺杆的转速变化毫无关系10。3. 4拨瓶轮主轴的设计计算3. 4. 1轴材料的确定根据其受力情况和传动精度等要求进行。轴的失效形式一般有断裂、磨损、超过允许的变形及磨损等。因此轴的设计应满足下列条件：a.足够的强度；b.足够的刚度；c.不产生危险的振动；d.结构和选材合理。拨瓶轮主轴在大转盘传动齿轮带动下转动，速度根据灌装机生产效率不同而变，并且装有滑动轴承，所以可选用合金钢和碳钢。45调质钢。由于碳钢比合金钢廉价，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳刚制造轴。其中最常用的为45钢。3. 4. 2轴的结构设计轴的结构设计包括定出轴的合理外形，和全部结构尺寸。轴的结构设计主要取决于以下因素：轴在机器中的安装位置及形式；轴上安装的零件的类型、尺寸、数量以及轴连接的方法；载荷的性质、大小、方向及分布情况；轴的加工工艺等。由于影响轴的结构的因素较多，且其结构性时又要随着具体情况的不同而异，所以，轴没有标准的结构形式。设计中，必须针对不同情况进行具体分析。但是，不论何种具体条件，轴的结构都应满足：轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；轴上的零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。3.7轴结构示意图轴尺寸的确定：根据灌装机整机的要求以及拨瓶轮结构的要求最终确定主轴各尺寸如图3.7所示。轴上零件的固定方法为了保证零件在轴上有固定的位置，必须将零件在径向、轴向和周向予以固定。a.轴上零件的径向固定：一般靠零件内孔与轴径的配合性质来保证，配合表面为圆柱形。b.轴上零件的轴向固定：用轴肩固定，其特点是结构简单，定位可靠，可承受较大的轴向力。c.轴上零件的周向固定：键槽起到齿轮的周向固定和拨瓶板的定位作用。d.确定轴上的圆角和倒角尺寸1。3. 5传动齿轮的设计3. 5. 1选择齿轮的材料由轮齿的失效形式可知，设计齿轮传动时，应使齿面具有较强的抗磨损，抗点蚀，抗胶合及抗塑性变形的能力，而齿根要有较高的抗折断的能力。因此，对轮齿材料性能的基本要求为：齿面要硬，齿芯要韧。常用的齿轮材料有钢，铸铁和非金属材料等。在本课题里齿轮为轻载，低或中速、精度较高下工作，齿轮选用钢做材料。为使齿轮具有足够的抗磨损及抗点蚀的能力，齿面的硬度应为250350hbs。3. 5. 2主要尺寸的确定设计灌装机时为了防止瓶托在升降时与齿轮产生干涉，拨轮板直径与大转盘不发生碰撞，齿轮的分度圆尺寸在确定时与拨轮板的直径相等。如图3.7所示分度圆直径d1312mm。齿数z：根据d1mz ，模数m已确定m2，则zd/m3122156齿数也可以根据传动比来确定，大转盘主轴上的大齿轮分度圆直径d21200，大齿轮的齿数z2600，传动比i5，同样可以确定齿数z1120。全齿高：