气动灌装机的设计及仿真

1、摘 要气动（pneumatic）是气动技术或“气压传动与控制”的简称气动技术是以空气压缩为动力源，以压缩空气为工作介质，进行能量传递或信号传递的工程技术，是现实各种生产控制，自动控制的重要手段之一，其中气压传动是以空气为介质进行能量传动的一种传动形式由于气压传动具有节能，高效，廉价，无污染等优点因此近年来在国内外发展较快。气动技术其主要的优点气动控制结构简单，轻便，安装维护见到，压力等级低，故使用安全。工作介质是取之不尽，用之不竭的空气，排气处处理简单，不污染环境，成本低输出力及工作速度的调节非常容易,利用空气的可压缩性，可以存储能量，实现集中供气,可以在段时间释放能量,以获得间隙运动中高速的

2、响应,可实现缓冲，对冲击负载有较强的适应能力，在一定的条件下，可使用气动装置有自保能力。在食品加工与灌装中,气动技术发挥了其应有的作用在液压与气压传动中相比对于食品行业罐装流水线需要安全,可靠,少污染的传动装置，液压传动虽然动力大 适合机械加工，汽车制造，等重轻工行业.同时不能保证严格的传动比，这就是由于液压介质的可压缩性和不可避免的泄露等因素引起，对于食品行业食品的卫生十分的重要，在效益上液压传动需要投入的资本比较大，原配件保养以及维护投入比较大，而气压传动所需要的动力是空气相对与液压来说比较低廉，无污染，取之不尽。在元件及设备维护上比较容易维护，所以我选用了气动技术作为罐装的主要的传动装置

3、。在灌装方式的选择上我选择了压力灌装,压力灌装主要适用于粘稠物料的灌装。可以提高灌装速度如食品中的番茄司,肉糜,炼乳,糖水,果汁等,正适合课题的需要，在控制中运用，用节流调速阀控制进料,出料的速度。在全自动灌装系统中设计了复位,手动自动,调速,急停按钮,来实现系统中自动与手动的转换，突发事件的应急措施。在系统中运用到了双气控滑阀，分水减压阀采用的是日本SMC公司产品，而消声器，梭阀，旋转汽缸，节流调速阀等采用的是费斯特公司产品。关键词：气动技术，全自动灌装，双气控滑阀 目 录摘 要I第1章绪论11.1 课题研究背景11.2本课题设计的内容21.3本课题设计的目的和意义2第2章全自动灌装系统的设

4、计42.1压力罐装技术的概述42.2 采用气压传动控制罐装的优点42.3 系统设计的基本步骤52.4系统控制方案6第三章 系统硬件设计83.1气压元件气缸的选型83.2 双气控滑阀的选型93.3 空气过滤器的选型93.4 单向阀（或门型梭阀）的选型103.5 消声器的选型113.6 压力表的选型113.6调节磁性开关12 3.7气动技术在全自动灌装控制系统的原理图12第4章 气动控制全自动灌装系统的仿真134.1 FluidSIM软件概述134.2 FLUIDSIM编程软件的操作方法134.3全自动灌装系统的工作原理154.3 系统中设置了按保护急停开关174.4控制系统中还设计了手动与自动1

5、75.结论19致 谢20参 考 文 献2118第1章绪论1.1 课题研究背景人们利用空气的能量完成各种工作的历史可以追溯到远古，但作为气动技术应用，大约开始于1776年，jlhn Wilkinson 发明了能产生lat左右压力的空气压缩机，1880年，人们第一次利用气缸做成气动刹车装置，将它成功的运用到火车的制动上，20世纪30年代初，气动技术成功的运用在自动门的开闭及各种机械的铺助动作上，进入到60年代尤其是70年代初，随着工业机械化和自动化的发展，气动技术才广泛应用在生产自动化的各个领域，形成现代气动技术。l 气动技术在工业领域的运用1、汽车制造业现在汽车制造也的生产线，尤其是主要工艺的焊

6、接生产线，几乎无一例外的采用了气动技术，如；车身在每个工序的移动，车身外壳被真空盘吸起和放下，在指定工位的加紧和定位，点焊机焊头的快速接近，减速软着陆后的变压控制点焊，都采用了各种特殊的气缸及相应的气动控制系统，高频率的点焊，力控的准确性及完成整个工序的高度自动化，堪称是最有代表性的气动技术应用之一，另外，搬运装置中使用的高速气缸，（最大速度达3m|s）复合控制阀的比例控制技术都代表了当今世界气动技术的新发展。2、电子，半导体制造业 在彩电，冰箱等家电用器产品的装配生产线上，在半导体芯片，印刷电路等各种电子产品的装配流水线上，不仅可以看到各种大小不一，形状各异的气缸，气爪，还可以看到许多灵巧的

7、真空吸盘将一般气爪很难得抓起的显像管，纸箱等物品轻轻地吸住，运送到指定位置上，对加速限制十分严格的芯片搬运系统，采用了由SIN气缸，这种气缸具有特殊的加速度机构，可以平稳地将盛满睡的水杯从A点送到B点，并保证水不溢出，为了提高试验效率和追求准确度试验结果，摩托罗拉才用了由SMC小型汽缸和控制阀构成的携带式电话的性质寿命试验装置，不仅可以随意地改变按键频率度，还可以根据需要，随意改变案件的力度，对环境洁净度要求高的场所，可以选用洁净系类的气动元件，这种系列的气缸，气阀及其他元件有特殊的密封措施。3、生产自动化的实现20世纪60年代，气动技术主要用于比较繁重的作业领域作为铺助传动，现在，在工业生产

8、的各种领域，为了保证产品质量的均一性，为了能减轻单调或繁重的体力劳动，提高生产效率，为了降低成本，都已广泛使用气动技术，在缝纫机，自行车，手表，洗衣机，自动和半自动机床等许多行业的零件加工个组装生产线上，工件的搬运，转位，定位，加紧，进给，装卸，装配，清洗，监测，等许多工序中都用到气动技术，气动木工机械可完成挂胶，压合，切割，抛光，开槽， 组装等血多作业，自动喷气织布机，自动清洗机，炼金机械，印刷机械，建筑机械，农业接卸，只写机械，塑料生产线客人造革生产线，玻璃生产线等血多场合，都大量使用了气动技术。4、包装自动化的实现 气动技术还广泛的应用于化肥，桓公，粮食，食品，药品等血多行业，实现粉装，

9、粒状，块状物料的自动剂量包装；用于烟草行业的自动卷烟和自动包装等许多工序；用于对粘稠液体（如尤其，幽默，化妆品，牙膏等）和有毒气体的自动计量罐装。1.2本课题设计的内容本设计方案容量式压力罐装又称机械压力罐装而其中采用最多的就是活塞泵的容量式罐装法。（1）系统控制方案的确定：气动全自动罐装系统是有气缸,双气控滑阀,气源,等气压元件组成 ，需要正确设计出气控制系统气动回路图；用气动技术控制电磁阀，从而使罐装系统按流程自动工作。利用FLUIDSIM软件对气动回路进行仿真。（2）系统硬件的设计： 完成了对消声器的选型；双气控滑阀的选型；气缸的选型；梭阀的选型；单向调节流阀的选型；压力表的选型。（3）

10、系统软件的设计：1、根据系统工作过程画工作流程图。2、设计气动原理图图并调试。本设计中选用了目前运用最多的FLUIDSIM软件，气动图的编程能直观明了的设计出罐装系统控制的要求，此软件支持全部的通用气动原理图的编辑，并且具有强大的诊断功能，能更快的查找出故障的原因，从而大大缩短了维修时间。还可以直观的看到所要达到的效果，很好的模拟了原理图的工作与气动元件的工作原理。1.3本课题设计的目的和意义20世纪60年代，气动技术主要用于比较繁重的作业领域作为辅助传动，现在，在工业生产的各种领域，为了保证产品质量的均一性，为了能减轻单调或繁重的体力劳动，提高生产效率，为了降低成本，都已广泛使用气动技术，在

11、缝纫机，自行车，手表，洗衣机，自动和半自动机床等许多行业的零件加工个组装生产线上，工件的搬运，转位，定位，加紧，进给，装卸，装配，清洗，监测，等许多工序中都用到气动技术，气动木工机械可完成挂胶，压合，切割，抛光，开槽， 组装等血多作业，自动喷气织布机，自动清洗机，炼金机械，印刷机械，建筑机械，农业接卸，只写机械，塑料生产线客人造革生产线，玻璃生产线等血多场合，都大量使用了气动技术；有助于提高生产力以及生产效率，对于现如今的工业生产来说无疑是一种新的科技技术。采用气动技术控制全自动灌装系统，由于气动技术气动控制结构简单，轻便，安装维护见到，压力等级低，故使用安全。工作介质是取之不尽，用之不竭的空

12、气，排气处处理简单，不污染环境，成本低。可靠性高，使用寿命长，电器元件的有效动作次数约为数万次，而SMC的一般磁通阀的寿命大于3000万次，小型阀超过1亿次。利用空气的可压缩性，可以存储能量，实现集中供气，可以在段时间释放能量，以获得间隙运动中高速的响应,可实现缓冲，对冲击负载有较强的适应能力，在一定的条件下，可使用气动装置有自保能力。由于空气流动损失小，压缩空气可集中供应，远距离输送。从工作效率，环境保护，产业需求来看气动控制是一种十分适合于食品生产，包装。在全自动灌装设计中，我根据系统所需要的工作环境，工作动力，以及节能，环保，高效出发。选择了气动控制作为主要的控制方式。在灌装方式的选择上

13、我选择了压力灌装，压力灌装主要适用于粘稠物料的灌装。 可以提高灌装速度如食品中的番茄司，肉糜，炼乳，糖水，果汁等，正适合课题的需要，在控制中运用，用节流调速阀控制进料，出料的速度。 第2章全自动灌装系统的设计2.1压力罐装技术的概述压力灌装主要适用于粘稠物料的灌装。可以提高灌装速度如食品中的番茄司， 肉糜，炼乳，糖水，果汁等。日用品中的冷霜，牙膏，香脂，发乳， 鞋油，医药中的软膏以及工业上用的润滑脂，油漆，油料，胶液等另外：某些液体，如；医药用的葡萄糖液，生理盐水，袋血浆等，因采用软性无毒无菌塑料袋或复合材料袋包装，其注液管道软细，阻力大，也要采用压力灌装。因此，压力灌装应用场合十分广泛由于采

14、用的压力和计量方法的不同，压力灌装有种多样形式，其中应用最广的是容积式压力灌装(容积式压力灌装又称机械压力灌装)。由各种定量泵。所要设计的灌装系统正是液体，压力灌装正好适合这个灌装系统。2.2 气压传动与液压传动的比较气动技术的主要优点和缺点： 1、优点（1）气动控制系统之结构简单，轻便，安装维护见到，压力等级低，故使用安全。（2）工作介质是取之不尽，用之不竭的空气，排气处处理简单，不污染环境，成本低。（3）输出力及工作速度的调节非常容易，气功多年工作速度一般（50500mm/s，）比液压和起点方式的动作速度快。（4）可靠性高，使用寿命长，电器元件的有效动作次数约为数万次，而SMC的一般磁通阀

15、的寿命大于3000万次，小型阀超过1亿次。（5）利用空气的可压缩性，可以存储能量，实现集中供气，可以在段时间释放能量，以获得间隙运动中高速的响应,可实现缓冲，对冲击负载有较强的适应能力，在一定的条件下，可使用气动装置有自保能力。（6）全气动控制具有防火，防爆，耐潮等能力，与液压方式相比气动控制可高温使用。（7）由于空气流动损失小，压缩空气可集中供应，远距离输送。2、 缺点（1）由于空气有压缩性，气缸的动作速度容易随负载的变化而变化，采用气液压联动可以克服这种缺陷。（2）气缸在低速运动时，由于摩擦力占推动力的比例较大，气缸的低速稳定性不如液压缸。（3）虽然在许多应用场合，气缸的输出力能满足工作要

16、求，但其输出力比液压小。液压传动的主要优点：1、液压传动之所以在工程实际中应用广泛，是以为它与机械传动等相比，具有许多有优点：液压传动可以在运动过程中方便实现大范围的无极调速，调速范围可以达到1000：1，液压传动装置可以在极低的速度下输出很大的力，列如，液压马达当转速达到1r|min时仍具有良好的特性，这是电器传动很难达到的。2、在暑促相同的功率的情况下，液压传动装置的体积小，质量轻，结构紧凑，惯性小由于液压系统中的压力比电枢磁场中单位面积上的磁力大3040倍，液压传动装置的体积和质量只占相同功率电机的12%左右。3、液压传动易于实现自动化，特别是采用电液和气液传动时，可以实现复杂的自动控制

17、。4液压装置易于实现过载保护，当液压系统超负荷是，液压油可以经溢流阀排回油箱，系统得到过载保护。5易于设计，制造，液压元件已实现了标准还，系统化和通用化，液压系统的设计制造和使用都比较方便，液压元件的排布也有很大的灵活性。液压传动缺点： 1不能保证严格的传动比，这就是由于液压介质的可压缩性和不可避免的泄露等因素引起。2系统工作时，对于温度的变化较为敏感，液压介质的黏性随温度的变化而变化，从而使液压系统在高温和低温下都具有良好的工作稳定性，3在液压传动中，能量需要两次变换，且液压在传动过程中有流量和压力的损失，所以系统能量损失较大。4元件的制造精密度高，造价高，对于使用和维护提出了较高的要求。5

18、出现故障时，比较难找和排除，对于维修人员的技术水平要求较高。流体传动是以流体为工作介质进行能量传递，转换和控制的传动，它包括液体传动和液压传动，液体传动以液体为工作介质，包括液压传动和液力传动，液压传动是利用液体的压力能进行能量传递，转换和控制的一种传动形式，该传动形式具有很多突出的有点，在民国经济中得到了广泛的应用。在液压与气压传动中相比对于食品行业罐装流水线需要安全，可靠，少污染的传动装置，液压传动虽然动力大 适合机械加工，汽车制造，等重轻工行业.同时不能保证严格的传动比，这就是由于液压介质的可压缩性和不可避免的泄露等因素引起，对于食品行业食品的卫生十分的重要，在效益上液压传动需要投入的资

19、本比较大，原配件保养以及维护投入比较大，而气压传动所需要的动力是空气相对与液压来说比较低廉，无污染，取之不尽。在元件及设备维护上比较容易维护，所以我选用了气动技术作为罐装的主要的传动装置。2.3 系统设计的基本步骤全气动罐装系统设计与调试的主要步骤，如下在气压控制系统的设计过程中主要要考虑以下几点：1.深入了解和分析气压传动的特点以及所需要的原配件。2.确定气压传动设备。根据气控罐装系统的功能要求，确定系统所需的罐装方式设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、传感器等，常用的输出设备有气源，气缸，双气控滑阀，节流调速阀，消声器，梭阀，传感器，磁性开关，以及压力计等。3.根据罐装方式选择真确的气压

20、设备。4.根据罐装方式与气压原理设计真确的接线图。5.设计全气动罐装系统。6.将原理图输入FLUIDSIM进行软件测试，查找错误，使原理图更加完善。7.全气动罐装系统整体调试，可通过FLUIDSIM软件进行系统的演示，可展示此全自动灌装系统的自动/手动的切换，复位，以及急停保护等功能。2.4系统控制方案一、全自动罐装系统需要先选择一个罐装方式：本设计方案容量式压力罐装又称机械压力罐装而其中采用最多的就是活塞泵的容量式罐装法。如图所示2- 1。1、其工作原理见图 1 旋转阀3上开有夹角为90°的两个孔其中一个为进料口 ，另一个为出料口。2、旋转阀3作往复转动.当其进料口与料斗1的料口相

21、通时.出料口与下料管6 隔断.活塞2向左移动. 将物料吸入计量室5。3当旋转阀3转动使其出料口与下料管6相通时.进料口与料斗1 隔断. 活塞2向右移动.物料在活塞2的推动下经下料管6流入包装容器。4、灌装容积为计量容积的体积.通过调节活塞行程的大小即可调节灌装容积。2.5 气动技术在全自动灌装控制系统的原理图 图2-1 容积式压力灌装原理 第三章 系统硬件设计3.1气压元件气缸的选型由于气缸的应用十分的广泛，根据使用条件不同，其结构，形状也有许多形式，分类也很多。（1）按压缩空气作用在活塞端面上的方向分，可以分为单作用气缸和双作用气缸，单作用气缸的特点是压缩空气只有一个方向的运动是气压传动，只

22、能使活塞向一个方向运动，复位靠弹簧或者其他外力，双作用气缸的特点是压缩空气可使活塞向两个方向运动。（2）按结构特点分， 可分为活塞气缸，叶片气缸，薄膜气缸，柱塞气缸，摆动气缸，等气缸。（3）按结构方式分1.固定气缸：气缸安装在机体上固定不动，有耳座，凸缘，和法兰等方式。2.轴销气缸：缸体围绕一个固定轴可做一定角度的摆动。3.回转气缸：缸体固定在机体的主轴上，可随机床主轴作高速旋转运动，这种气缸长用于机床上气动卡盘中，以实现工件的自动装卡.。4.嵌入气缸：气缸做在夹具本体内。（4）按气缸的功能分1.普通气缸， 主要是指活塞单作用气缸和双作用气缸，用于无特殊使用要求的场合，如一般的驱动，定位，加紧

23、装置的驱动等。（5）特殊气缸 它包括气-液阻尼缸，薄膜气缸，冲气气缸，伸缩气缸，回转气缸，摆动气缸等。在本设计中所要求的不是很特殊 所以我选用的 普通气缸中的双作用气缸FESTO系列产品型号选用费斯托 DSNU-8-25-P-A 气缸.。如图3-1。 图3-1 费斯托 DSNU-8-25-P-A 气缸 3.2 双气控滑阀的选型换向型方向控制阀的功能是改变气流通道，使气体流动方向发生变化，从而改变气动执行元件的运动方向，它与液压的同类阀相似，按常用控制方式有加压控制和差压控制两种。加压控制是制所加的控制信号压力是逐渐上升的，当气压增加到阀芯的动作压力时，主阀换向。差压控制是利用气压作用在阀芯两端

24、不同的面积上所产生的压力差来使阀换向的一种控制方式。双气控滑阀控制换向气压传动中的气压控制换向阀与液压传动中的气压控制换向一样，也由气压控制。我选用的是日本SMC公司生产的：型号为 VFRA3000 如图3-2。 图3-2 双气控滑阀3.3 空气过滤器的选型空气过滤器又名分水过滤器或空气过滤清器,他是启动系统最常见的一种空气净化装置,安装在使用压缩空气的设备气动系统气源入口处，其作用是过滤出压缩空气中的水分子，油分子，以及杂质微粒，以达到气动系统要求的净化程度，过滤的原理是根据固体物质和空气分子的大小和质量不同，利用惯性，隔绝和吸附的方法将水分子，油滴和杂质与空气分离。本设计程序采用的是MS系

25、列 MS4-LF。如图3-3。 图3-3 MS系列空气过滤器 3.4 单向阀（或门型梭阀）的选型单向阀（如图 3-4）是指气流只能向一个方向流动而不能反向流动的阀单向阀的工作原理，结构和图形符号与液压阀中的单向阀基本相同，只不过气动单向阀中，阀芯和阀座之间有层胶垫，这是一种软质密封。或门型梭阀 在气压传动系统中，当两个通路P1和P2均可以与通路A相通，而不允许两个同时相通是，就要采用或门梭阀，由于阀芯像织布的梭子一样来回运动所以称为梭阀，相当与一个单向阀的组合阀。在这个设计系统中选用的 或门梭阀型号为：或门 os-1/4-B。 图3-4 梭阀 3.5 消声器的选型 压缩空气高速通过气动元件排入

26、大气时，会产生刺耳的噪音，可达到100120db，这种噪音使得工作环境恶化，损害人体健康，一般噪音高于85db时，都必须设法降低，为此，通常在气动元件气口处安装消声器。在设计系统中选用的型号为 U-1-B。如图3-5。 图3-5 消声器 3.6 压力表的选型 压力表用来显示气源供气是产生的压强的大小，以便保护气动回路的安全控制压力，一旦罐内的压力过大时及时控制空气压缩机断电不再供气。型号：MA-15-10-QS-4，如图3-6。 图3-6压力表 3.6调节磁性开关调节磁性开关通常是用来调节气控元件来实现速度，容量，长度，重量的开关元件由两位三通的磁通阀来实现。选用的是日本SMC公司生产的型号为 DL-12。如图3-7。 图3-7磁性开关3.7全自动灌装控制系统的原理图全自动灌