开题报告-啤酒瓶清洗机设计

PAGE11--本科毕业设计开题报告题目： 二级学院： 专业： 姓名： 学号：指导教师： 2018年11月11本科毕业论文（设计）开题报告二级学院专业班级姓名学号联系方式题目设计啤酒瓶清洗机选题背景随着社会的发展，人们的物质文化需求也在不断地增加，酒类饮料作为人们最喜爱的饮料之一，其需求量也与日俱增，有需求就会有供应，因此刺激了酒类饮料的生产。啤酒生产商想方设法提高产量，降低生产成本。在这种刺激下啤酒生产设备不断更新换代，洗瓶机也随之发展。而洗瓶是啤酒高速灌装生产线中重要的环节。洗瓶机运行是否可靠，洗瓶结果是否达标，直接影响到生产成本和啤酒的质量。啤酒生产线的酒瓶来自两部分：新瓶和回收旧瓶。新瓶在制造、存放和运输过程中，不可避免地会在其内壁和外表带上尘埃、微生物等污染物;回收酒瓶由于受回收时间、地区、污染程度以及各类贴标用纸，胶水性质的多种复杂因素影响，给酒瓶带来困难。洗涤过程一般由碱液浸泡、刷洗或高压喷洗、淋洗或冲洗、沥水及吹干消毒等几个阶段组成，其目的是清除灰尘、杂质、油脂及各种微生物。浸泡系统是瓶子清洗的重要部分，对瓶子的清洗程度及清洗效率都产生重大影响。故本课题拟设计一自动洗瓶机的外刷系统，对啤酒瓶进行外刷，提到洗涤效率，降低人工劳动。从而产生对洗瓶机设备的研究与改进工作。课程设计2.1课题内容啤酒瓶洗瓶机有关部件的工作情况，待洗的瓶子放在两个同向转动的导辊上，导辊带动瓶子旋转，当推头M把瓶子推向前进时，转动着的刷子就把瓶子外面洗净了。当前一个瓶子将洗刷完毕时，后一个待洗的瓶子已送入导辊待推。啤酒瓶洗瓶机是由推瓶机构、导辊机构和转刷机构共同来完成它的工作的。首先是由推瓶机构以均匀的速度将瓶子推上工作台（导辊），推头的往复运动使瓶子一个一个不间断的送上工作台进行清洗工作，由于瓶子是从静止到具有一定的速度，推头和瓶子之间必然存在着一定的冲击，所以就要考虑推头的材料不能是刚性材料，要用具有一定韧性的塑性材料以保证在工作过程中不至于将瓶子碰碎。第二，瓶子送到工作台的同时导辊已经进入了旋转的状态并且喷水机构也开始对瓶子进行喷水，使瓶子随着导辊的旋转进行圆周运动，安装在导辊上面旋转的转刷能够将瓶子的四周都能够清洗干净。如图所示。图2-2洗瓶机工作示意图简图在实际工作中，要设计的机器往往比较复杂，其使用要求或工艺要求往往需要很多的功能原理组合成一个总的功能原理。下面我们来分析一下洗瓶机是通过什么功能原理来实现它所要完成的工作的。首先推瓶机构所采用的功能原理是用机械能迫使瓶子由工作台的一侧运动到另一侧，则要求有一个工作行程为L往返运动的推头，同时推头在工作过程中要匀速，回程时要快速，能够满足此运动规律可以有很多种，如可以设计成曲柄-四杆机构，或凸轮连杆机构等实现其往复运动来完成其工作。要运用此功能原理来满足其工作需要，在运动规律设计方面就要考虑用什么来带动曲柄连杆或凸轮连杆机构的转动，一般我们都用电机来完成此项转动功能。其次是转辊机构所运用的是机械的转动规律，也是机械运动中比较简单的运动规律，只需要有一定的转动速度与推瓶机构、转辊机构相配合来实现洗瓶设备的整体工作功能。它是有两个长圆柱型导辊旋转，带动瓶子旋转并且由导辊的一侧移动到另一侧的，其中导辊只完成其中的旋转功能，移动功能是由推瓶机构来实现的。最后我们要了解一下转刷机构所采用的功能原理，它与导辊机构相同运用的都是机械的转动规律，与其不同的是转刷机构的旋转要有很高的速度来完成其对瓶子外壁的清洗工作。知道了它的运动规律就要进一步了解它是由什么机构带动完成其所要求的功能的。推瓶机构、导辊机构和转刷机构都是由一台电机来提供所有的机械转动规律的，这就要求我们对它们深入分析、研究各构件之间的运动规律的联系，进而的设计出符合其联动规律的整体设备，来满足我们预期想要实现的目标。2.2课题目的洗瓶机的出现并且运用到实际生产中，改变了人工刷洗的传统工艺，实现了自动化生产方式，达到了减少劳动力、节约费用、提高工作效率、增加企业经济效益之目的。并且得到了广大用户的支持和好评，而且使得化、制药、食品等行业的生产率产生了质的飞跃。在环境保护方面，洗瓶机能够回收再利用啤酒瓶，减少固体废物的产生，从而减少水体富营养化。洗瓶机作为一种清洗洁净工具，在完成清洗的同时，现在要求具有消毒、干燥等功能同时具备，在完成整个工作过程中，对于提高生产能力、保证产品质量、减轻劳动强度、降低生产成本、提高生产效率、加快生产周转等方面均有着重要的影响。同时也要保证安全生产、减少破损率也有显著的作用。现在市场上的很多洗瓶机都同时具有很多功能，他的技术已经超越了单纯的减轻体力劳动这一传统概念，因为它不仅在清洗程度上有很大的改变，而且具有严格的时间、速率概念，根据系统事实的需要，及时地、迅速地、准确地将待洗瓶进行准确而彻底的清洗，并完成相应的检验指标要求，否则，就不能适应现代生产的要求。2.3课题的意义啤酒瓶大多都是玻璃瓶，形状一般为颈细身粗，将空气抽出后钉上瓶盖，方可出厂。随着工业的发展及生活水平的提高，啤酒瓶的产量也将大大增大。喝完后的啤酒空瓶可以被回收再次利用。就当前市场状况而言，啤酒瓶的回收还是一个比较薄利的行业，因为回收的要求太高，所以相对而言成本也较高。对于很多啤酒企业而言，回收一个啤酒瓶的成本有时候比买一个酒瓶的成本还高，很多企业不愿意进行酒瓶的回收利用，因此造成了大量的污染和浪费。为此，能够有效的降低回收成本是酒瓶回收的关键所在。而在啤酒瓶回收的工业加工过程对成品质量影响非常大，轻则降低了包装线的生产效率，增加水电气多方面的运行成本；严重的可能会影响企业的形象，甚至会造成投诉率的上升。由此，啤酒瓶清洗机出现在我们的视野中。啤酒瓶清洗机有以下优点：一、降低了人们的劳动强度，提高工作效益。二、清洗彻底，有效提高卫生的标准。2.4文宪综述三、课题研究现状3.1国外研究现状目前，国外的洗瓶机(下文称为“引用机”)应用了光电、电气保护、光电传感检测、变频无级调速、可编程序控制等新技术。机、电、仪一体化程度高，结构紧凑合理，材质选用均衡得当，使用安全可靠，有利于GMP的实施。但是引用机的洗瓶工艺对大部分国产玻璃而言，目前尚不适用，其清洗效果不理想，主要原因是被洗玻璃瓶的污染较重；其次是机器只用蒸馏水冲洗玻璃瓶内外，因而从目前的国情来看，国内普遍使用还需有一个过程。3.2国内研究现状国内输液生产厂使用的洗瓶机机型较多，且各有特点，综观有以下几类:

（1）转盘式洗瓶机。该机是半机械、半手工型的洗瓶机，机型落后，目前只有少数医院制剂室尚在使用。（2）履片式洗瓶机。该机采用履片间隙移动，前后各有二对气动机械手装卸玻璃瓶，使玻璃瓶在洗涤的各工位中瓶口始终朝下，以利洗瓶的洁净效果。不足之处是粗、精洗不能隔离，生产能力较低，且调试有一定的难度，已逐步淘汰。

（3）滚筒式洗瓶机。该机的特点是洗瓶工艺成熟，生产能力适合我国国情，并适用酸、碱洗二种工艺。洗瓶效果比较可靠，机器结果简易，制造、调试方便，粗、精洗可以分离，是国外大型履带瓶托式洗瓶机的一种雏形。其不足处是对玻璃瓶几何尺寸要求较严，在目前国内玻璃瓶外形尺寸的实际情况下，还需使用单位逐一摸索调整；其次是每道洗涤工序后，在玻璃瓶内有微量残留液。

（4）厢式异端进出洗瓶机。该机自动化程度高，集碱液、热水、毛刷、蒸馏水等清洗功能于一体，能自动连续进行洗瓶作业。该机结合输液生产GMP的要求，使进瓶和出瓶分别在厢体的两端进行，以防止交叉污染。

目前有很多的国内企业采取与发达技术的国家企业合作，一起促进了洗瓶机市场在国内的发展。新技术的发展也给洗瓶机的市场带来一股新的活力，特别是大量的企业采用新的计算机技术，二维的CAD早已在制造业普及，三维的设计也在慢慢推广。电气设计部分采用ED等先进设计手段，引入定子调压和变频调速，PLC参与系统控制，采用了大量高新传感元器件，实现了定位准确，操控方便，其安全可靠性也逐步提高。通过专家系统的应用，极大地推进了创新设计的进程，并且利用系统论和信息论等现代计算机应用技术研究成果，使得洗瓶机的创新设计开始向数字化化方向发展。根据现实和发展，设计手段越来越体现出精确化、自动化、虚拟化与快捷的特点。现代的洗瓶机正朝着机电一体化、自动化、数字化、个性化方向发展。自动检测、自动数据处理（运算、判断、存储、记忆）、自动显示、自动控制、故障诊断和自动保护及维护等功能得到了大量的应用。因此洗瓶机产品创新设计是以降低设计成本，提高设计速度，缩短设计周期为目的，包括降低成本设计、可靠性设计、快速设计、并行设计、数字化设计、智能设计、广义优化设计等现代设计技术。目前国内外在洗瓶机创新研究方面的主要研究内容有如下几个方面：(1)创新设计技术开展对洗瓶机传动型式创新、结构构造创新和功能原理创新等方面理论及技术基础研究，为此着重研究新材料、新工艺、新的传动装置，从而通过对不同设计方案的优选、分解和组合来产生新的设计方案，不断推出传新创新设计成果。(2)降低成本的设计技术在产品设计过程中采用面向成本设计技术和并行的成本估算技术是使产品成本降低的关键，其中重点要研究的是成本结构分析技术和价值工程分析技术，且需要构造多种专用的设计知识库和成本数据库来精确地并行估算成本。做到产品成本的即时反应，通过设计方案的调整实现设计阶段控制产品成本的真正实现。(3)快速设计技术极短交货期的市场需求要求开展基于网络的协同（异地）设计技术、并行工程技术究，这样可以缩短产品的开发周期。其中，系列化、模块化设计技术、人工智能技术、产品专设计系统技术和虚拟制造技术也是快速设计的所要研究的重要内容。(4)智能设计技术研究洗瓶机智能CAD（ICAD）技术和人机智能化设计系统技术的研究，使得面向CIMS的智能设计走向智能设计的高级阶段。原理方案智能设计；协同求解；基于实例的推理；知识获取、表达和利用等技术也是智能设计技术所要研究的重要内容。洗瓶机创新设计是洗瓶机技术水平不断提高和发展的源泉，充分利用现代信息技术成果和现代管理手段，综合现代设计技术将对洗瓶机技术发展起到极大的推动作用，洗瓶机技术已处于快速发展阶段，谁的创新设计搞得好，谁就掌握了技术优势，谁就掌握了市场。四、课题设计方案4.1设计方案选型与分析按照推瓶机构的要求（使推头M以接近均匀的速度推瓶，平稳地接触和脱离瓶子，然后推头快速返回原位，准备第二个工作循环），设计了以下三种方案供选择。（一）凸轮－铰链四杆机构的方案如图1-1所示，铰链四杆机构的连杆2上点M走近似于所要求的轨迹，M点的速度由等速转动的凸轮通过构件3的变速转动来控制。由于此方案的曲柄1是从动件，所以要注意度过死点的措施。图1-1凸轮－铰链四杆机构的方案（二）五杆组合机构方案确定一条平面曲线需要两个独立变量。因此具有两自由度的连杆机构都具有精确再现给定平面轨迹的特征。点M的速度和机构的急回特征，可通过控制该机构的两个输入构件间的运动关系来得到，如用凸轮机构、齿轮或四连杆机构来控制等等。图1-2所示为两个自由度的五杆低副机构，l、4为它们的两个输入构件，这两构件之间的运动关系用凸轮、齿轮或四连杆机构来实现，从而将原来两自由度机构系统封闭成单自由度系统。图1-2五杆组合机构方案（三）凸轮连杆机构组合机构图1-3所示为凸轮连杆组合机构，该机构实现X，Y方向的运动，分别采用了一个摆动推杆盘形凸轮机构和一个直动推杆盘形凸轮机构组成了一个复合机构。图1-3凸轮-全移动副四连杆机构的方案4.2方案的确定方案一中机构是凸轮－铰链四杆机构，凸轮为原动件（由蜗轮带动），通过滚子及连杆带动机构做运动。其急回特性由凸轮控制。在该方案中有5个活动构件，其中有一个高副，自由度为1，有确定的运动。但是它的杆比较多，容易产生误差，不能实现精确的运动。方案二是五杆组合机构的方案，此方案所需要的杆件繁多，设计烦琐，实际机构尺寸过大，不是很合理的一个设计方案，性价比也不高。方案三的运动和急回特性主要也是靠凸轮来控制，但是这种控制相当不精确，只适用于行程较小的运动，如果行程过大的话，凸轮的尺寸必须做的很大，从经济和实用的角度来看都不太合适。要准确的实现给定运动规律及运动轨迹，凸轮机构是首选，因为盘形凸轮轮廓就是根据从动件运动规律来设计的，而任意平面轨迹总可以用X=x()、Y=y()表示，因此把两个凸轮机构组合起来就可以准确实现轨迹。而四杆机构在运动规律、运动轨迹设计中是用逼近的办法来做的，所以较难准确实现。所以综上所述选择方案三——凸轮连杆机构组合机构为最后设计的方案。4.3方案的特点及创新采用简单的连杆机构与可实现任意给定运动规律的凸轮机构组合起来，克服凸轮机构的压力角与机构尺寸成反比而造成机构尺寸大的缺点，改善凸轮机构传递动力的性能，使机构结构紧凑。这种方案机构布局整洁、简单、动作连贯、稳定，一经调整故障少、寿命长。五、预期结果采用凸轮能协调好推头的运动，工作平稳。总体机构结构简单，安装后便于试调，传动性能好，结构紧凑，能实现从动件预定的预定的运动轨迹和运动规律。凸轮连杆机构组合机构详细结构六、设计主要步骤6.1方案总体设计（一）方案总体方案简图（二）方案运动说明首先需将瓶子放入皮带上，通过进瓶机构间歇的送到导辊轨迹上；伴随着压块压紧瓶子带来的准确定位，同时通过凸轮连杆组合机构带动毛刷插入瓶子，毛刷在导杆的推动和旋转下边前进、边清洗内表面，并在气动单向旋转接头的作用下加强清洁效果，推动瓶子沿着导辊前进，再由外面转动的刷子将瓶子外表面洗净，到达导辊后半段利用无心磨削原理，瓶子自动运输并伴随刷子的洗净。要实现上述分功能,有下列工艺动作过程:（1）皮带做间歇直线运动。（2）瓶子由皮带滑动到导辊。（3）在压块的压紧下，内表面毛刷匀速推进瓶子内。（4）推头作直线或者近似直线运动,将瓶子沿导辊推到指定的位置。（5）推头沿直线运动推动瓶子移动的程中,瓶子同时跟着两同向转动的导辊转动。（6）当瓶子沿导辊移动时将瓶子的外表面就清洗干净。（7）瓶子离开皮带,而推瓶机构急回至推瓶初始位置,进入下一个工作循环。（8）洗好的瓶子由斜面滑下，进入匀速转动的皮带送出。6.2方案中参数的选定与计算设计全自动啤酒瓶清洗机，其参数要求如下：（1）瓶子尺寸：大端直径D=80mm,长l=200mm,小端直径d=25mm。（2）推瓶机构应使推头M以接近均匀的速度推瓶，推进距离L=600mm,然后推头快速返回原位，准备第二个工作循环。（2）按生产率每分钟3个的要求，推程平均速度v=45mm/s，返回时的平均速度为工作时的平均速度的三倍。（3）机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便。6.3机构设计（一）送料机构设计：（1）间歇机构设计（2）进瓶机构设计（二）推瓶机构设计：（1）凸轮连杆机构组合机构（2）进瓶设计说明（3）运动协调设计（三）导辊机构设计：（1）推瓶起点设计（2）推瓶终点设计（四）毛刷机构设计:外洗瓶毛刷装置设计6.4传动系统主要零件设计（一）凸轮连杆机构运动（二）杆长计算（三）凸轮的设计（四）摆动凸轮的设计（五）直动凸轮的设计（六）压力角的检验及机构尺寸的确定（七）槽轮机构的设计（八）减速器齿轮传动设计计算（九）减速器的选择（十）电机的选择七、进度计划序号任务名称开始时间结束时间1选题第七学期第8周第七学期第8周2查阅中、外文献资料，外文资料翻译，确定系统设计方案第七学期第9周第七学期第10周3开题第七学期第9周第七学期第10周4进行毕业设计第七学期第11周第八学期第3周5中期检查第八学期第3周第八学期第3周6上交毕业设计正稿打印版及电子材料，毕业设计及设计说明书光盘，完成毕业答辩ppt第八学期第7周第八学期第8周7毕业答辩第八学期第10周第八学期第10周八、参考文献参考文献[1]孙桓，机构原理[[M].北京：人民教育出版社，1982[2]刘鸿文.高等材料力学[M].北京：高等教育山版社，1985,31-76[3]电机工程手册编委会.机械工程手册(第二版)：第十卷，自动控制基础理论.北京：机械工业出版社，1997[4]电机工程手册编委会.机械工