機械畢業(yè)設(shè)計（論文）-稠厚物料灌裝機構(gòu)【全套圖紙】

編編 號號 無錫太湖學(xué)院 畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計計（論論文文） 題目：題目： 稠厚物料灌裝機構(gòu)稠厚物料灌裝機構(gòu) 信機 系系 機械工程及自動化 專專 業(yè)業(yè) 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠誠 信信 承承 諾諾 書書 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 稠厚物料灌 裝機構(gòu) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的成果， 其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標注引用，表示致 謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人、集體 已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械 97 學(xué) 號： 0923836 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無錫太湖學(xué)院無錫太湖學(xué)院 信 機 系系 機械工程及自動化 專業(yè)專業(yè) 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計論論 文文 任任 務(wù)務(wù) 書書 一、題目及專題：一、題目及專題： 1、題目 稠厚物料灌裝機構(gòu) 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù)二、課題來源及選題依據(jù) 隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，包裝工業(yè)在國民經(jīng)濟中所占的比重和作用越來越大， 為了提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，改善生產(chǎn)環(huán)境，提高商品檔次，從而增強 商品的市場競爭力，而有了這個課題。 21 世紀末，隨著生產(chǎn)流通日益現(xiàn)代化，產(chǎn)品包裝正以嶄新的面貌崛起，受到人們 普遍重視在食品、輕工、紡織、化工、醫(yī)藥，電子，儀表和兵器等工業(yè)部門，已經(jīng) 不同程度地形成了包裝連續(xù)化，自動化的生產(chǎn)過程。 。這也是檢驗自己四年專業(yè) 知識的同時也提高了自己的學(xué)習(xí)能力。 三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達到的要求：三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達到的要求： 閱讀外文資料翻譯與所學(xué)專業(yè)或課題相關(guān)的文獻 3000 字左右，語句通順， 流暢，精確； 了解稠厚物料灌裝機構(gòu)裝置的工作原理。 根據(jù)加工產(chǎn)品和加工要求，擬定分析設(shè)備裝置設(shè)計方案。 II 繪制整套三維模型圖，零件圖，裝配圖。 用 UG 進行造型與裝配。 撰寫論文，要求符合本科論文的格式要求，語言簡潔，流暢，層次分明，上機 時數(shù)不少于 200 小時，整個畢業(yè)設(shè)計過程中的技術(shù)工作嚴謹，靈活，工作要有主 動性，計算方法，計算的程序，計算結(jié)果，論文要正確。 四、接受任務(wù)學(xué)生：四、接受任務(wù)學(xué)生： 機械 97 班班 姓名姓名 五、開始及完成日期：五、開始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）：六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 簽名簽名 簽名簽名 簽名簽名 教教研研室室主主任任 學(xué)科組組長研究所所長學(xué)科組組長研究所所長 簽名簽名 系主任系主任 簽名簽名 2012 年年 11 月月 12 日日 III 摘摘 要要 液料物料（簡稱液料）灌入包裝容器的裝置叫做灌裝機或灌裝設(shè)備。液料依自重即能灌 入包裝容器如油、酒、果汁、牛奶、醬油、墨水、糖漿、農(nóng)藥等；也有的需要借助外界壓力 才能灌入包裝容器，如番茄醬、肉糜、牙膏、香脂等。對于低粘度液料，根據(jù)是否溶解有二 氧化碳氣體而分為含氣和不含氣兩類。對于含氣液料，習(xí)慣上將不含酒精成分的，如汽水， 可口可樂、礦泉水等，稱為軟飲料，而將含有酒精成分的分為如啤酒，汽酒、香檳酒等稱為 硬飲料。液料包裝容器主要有玻璃瓶、金屬灌，以及用塑料或柔性復(fù)合材料制成的各種杯、 管、瓶、袋等。在我國目前仍廣泛采用玻璃瓶裝各類液料。這是因為，玻璃原料資源豐富、 成本低、化學(xué)穩(wěn)定性好、貯存期長，無毒、易清洗，可回收使用，尤其適合包裝高檔商品。 而其主要缺點則是較重、破碎率高、搬運不便。因此，今后宜大力發(fā)展輕量瓶及液料軟包裝。 采用鋁質(zhì)二片罐和鋁質(zhì)瓶雖能較好地克服玻璃瓶所在的缺點，但是它制造工藝復(fù)雜，成本高， 在國內(nèi)暫時難以迅速推廣。至于塑料容器，如聚氯乙烯瓶，因含有毒性的氯乙烯單體，不宜 用作食品包裝容器，而聚乙烯或聚丙烯容器因其阻氣性較差，也不宜灌裝含氣的和易氧化液 料?，F(xiàn)今，正致力于研制新型包裝材料，如聚酯瓶、共擠復(fù)合瓶、復(fù)合包裝盒等。 采用機械化的灌裝方法不僅可以提高勞動生產(chǎn)率，減少產(chǎn)品損失，保證包裝質(zhì)量而且還可減 少生產(chǎn)環(huán)境和被灌裝液料的相互污染。 關(guān)鍵字關(guān)鍵字： 灌裝；番茄；機械化 IV Abstract Liquid material (or liquid) device into containers called filling machine and filling equipment. The liquid material according to the weight can be poured into containers such as oil, wine, fruit juice, milk, soy sauce, ink, syrup, pesticide; others need the help of outside pressure can be poured into containers, such as tomato sauce, minced meat, toothpaste, balsam. For low viscosity liquid material, according to whether the dissolved carbon dioxide gas into gas and free gas two. With the gas liquid, habits, non-alcoholic ingredients, such as Coca Cola, soft drinks, mineral water, known as soft drinks, and alcohol component is divided into such as beer, champagne, sparkling wine, called hard drinks. Liquid packaging container glass bottles, metal irrigation, and a variety of cup, made of plastic or flexible composite tubes, bottles, bags etc In China is still widely used in glass bottles of various liquid materials. This is because, glass raw materials rich in resources, low cost, good chemical stability, long storage period, non-toxic, easy to clean, recyclable use, especially suitable for luxury goods packaging. But its main drawback is heavy, high crushing rate, inconvenient transportation. Therefore, in the future to develop light weight and liquid soft package. The use of aluminium two cans and aluminum bottle can effectively overcome the shortcomings of glass bottles, but its complicated manufacturing process, high cost, the temporarily difficult to spread quickly. As for the plastic containers, such as bottles for PVC, vinyl chloride monomer containing toxic, should not be used for food packaging containers, and polyethylene or polypropylene containers for its gas resistance is poor, not filling gas and easy oxidation liquid. Today, is committed to the development of new packaging materials, such as polyester bottle, bottle, co-extrusion composite packaging box. The filling mechanical method not only can improve labor productivity, reduce product loss, ensure mutual pollution packing quality but also reduce the production environment and is filling the liquid material. Keywords: tomato； paste ；machine V 目目 錄錄 摘 要III AbstractIV 目 錄.V 1 緒論.1 1.1 本課題研究的內(nèi)容和意義.1 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況2 1.3 本課題應(yīng)達到的要求3 2 總體方案設(shè)計.4 2.1 主要組成結(jié)構(gòu)4 2.2 主要技術(shù)參數(shù)5 2.3 工作原理與工作過程概述5 2.3.1 稠厚物料灌裝機的工作原理.5 2.3.2 稠厚物料灌裝機的主要工作過程8 3 灌裝和基本參數(shù)計算.11 3.1 灌裝11 3.2 灌裝機的總體結(jié)構(gòu).11 3.1.1 灌裝方法.11 3.1.2 定量方法.13 3.1.3 灌裝機基本參數(shù)計算13 3.1.4 閥端孔口流量計算16 4 關(guān)鍵零部件.18 4.1 閥門的啟閉形式.18 4.2 活塞行程調(diào)節(jié)裝置.22 5、灌裝機密封、清洗、潤滑24 5.1 灌裝機的密封.24 5.2 關(guān)鍵零部件的密封24 5.3 灌裝機的清洗.24 5.4 灌裝機的潤滑25 6 結(jié)論與展望.27 6.1 結(jié)論27 6.2 不足之處及未來展望.27 致謝.29 參考文獻30 附錄.31 稠厚物料灌裝機構(gòu) 1 1 緒論緒論 1.1 本課題研究的內(nèi)容和意義本課題研究的內(nèi)容和意義 近 50 幾年來，隨著生不斷促進擴大再生產(chǎn)化、世界化，包裝機械正在以非常新的面孔口 崛起，得到廣大老百姓極大的片偏愛。 現(xiàn)在包裝機械的基本含義：對不一樣產(chǎn)量的物品，選用某一樣有安全性、裝飾性的機械 包裝物料或容器的包裝，而且要運用合理的科技手段進行包裝工作，以滿足應(yīng)該達到的產(chǎn)量 量和質(zhì)量，另外想法改善外部的工作結(jié)構(gòu)，降低機械的包裝成本，從而在流通領(lǐng)域零售領(lǐng)域 的一段過程可以非常輕松儲存搬運，以防物品品破損變壞，不破壞環(huán)境，不斷促進擴大再生 產(chǎn)促進增加再生產(chǎn)便于應(yīng)用和回收廢料，有大市場，廣開市場，不斷促進擴大再生產(chǎn)促進擴 大再生產(chǎn)。 無論國內(nèi)國外，包裝機械工作已經(jīng)涉及到世界各種行業(yè)，面廣量大，對老百姓的生活、 國家貿(mào)易國家建設(shè)都帶來特別大的影響，甚至在現(xiàn)在老百姓生活中出現(xiàn)了過去特別難以想象 的新情況:沒有經(jīng)包裝機械銷售的商品變的越來越少，并且機械包裝上的不好往往會使好的 產(chǎn)品得不到好的銷售。所以這樣說，在未來，要是沒有特別世界化的機械包裝就沒有商品的 生產(chǎn)和銷售，可是要是沒有先進工科的和科學(xué)先進技術(shù)的快發(fā)展，也不可能出現(xiàn)特別高質(zhì)量 現(xiàn)代化機械包裝。 迄今，一些技術(shù)特別發(fā)達的國家，在食品，醫(yī)藥，輕工，化工，紡織，電子，儀表， 和兵器工業(yè)部門，已經(jīng)在很大程度不同的構(gòu)成了由物料加工處理，中間生產(chǎn)加工和產(chǎn)品機械 包裝三大重大基本所構(gòu)成的包裝連續(xù)不斷化和自動生產(chǎn)化生產(chǎn)的過程，有的還將包裝材料加 工，包裝的容器成型以及包裝機械成品儲存都連接起來構(gòu)成特別高的流水作業(yè)生產(chǎn)線，另外， 為使包裝機械成品更好地融進市場，大多數(shù)配有自動化的倉庫，并采用了集裝箱的運輸。 特別的事實顯示，能讓包裝機械的生產(chǎn)化和電動化，尤其實現(xiàn)具有高度靈活性（或稱 柔性）的自動化包裝線，不僅體現(xiàn)了現(xiàn)代生產(chǎn)的發(fā)展動向，同時也獲得巨大的經(jīng)濟效益。 1、能增加花色品種，改善產(chǎn)品質(zhì)量，加強市場競爭能力。 現(xiàn)代機械包裝所能完成的勞動動已經(jīng)特別大遠遠超出了簡單地仿照老百姓的動作，甚至 可以說在許多場所用巧和的機械老大方法包裝出來的產(chǎn)品，不論在樣式，質(zhì)地精度等方面， 大部分是是人工操作沒有辦法取勝和相當?shù)?。隨著產(chǎn)品的不一樣化，這各方面越來越受到了 老百姓的看中。另一方面，用機械手代替人手，就足以最大限度地避免操作人員同產(chǎn)品直接 接觸時可能產(chǎn)生的感染，從而保證食品、藥物的清潔衛(wèi)生和金屬制品防銹防蝕。 2、能改善勞動條件，避免污染危害環(huán)境。 對有劇毒、刺激性的、低溫、潮濕性的、爆炸、發(fā)射性的，以及必須放置在暗室中的物 品，實現(xiàn)了包裝的機械化和自動化，便可大大改善操作條件，避免污染危害環(huán)境。至于對需 要進行長期、頻繁、重復(fù)的以及其他笨重的包裝工作，如能實現(xiàn)機械化自動化，則能大大減 輕體力勞動強度，增進工人健康和提高生產(chǎn)效率。 3、能節(jié)約原材料、減少浪費、降低成本。 有些粉末、液體物料在手工包裝過程中容易發(fā)生逸散，起泡，飛濺現(xiàn)象，若改為機械包 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 裝則會大大減少損失。 4、能提高生產(chǎn)效率，加速產(chǎn)品的不斷更新 機械包裝的生產(chǎn)能力往往比手工包裝提高幾倍，幾十倍，無疑將是更好的適應(yīng)市場的實 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 際需要，合理安排勞動力，為社會創(chuàng)造更多財富。 由此可見，實現(xiàn)包裝機械化和建立現(xiàn)代包裝工業(yè)，乃是關(guān)系到國家長遠規(guī)劃的一件大事， 也是搞好社會主義四個現(xiàn)代化的一項重要內(nèi)容。 包裝機械的主要特點及發(fā)展方向：包裝機械給有關(guān)行業(yè)提供必備的技術(shù)裝備，以完成所 要求的產(chǎn)品包裝工藝過程，為了對包裝機械的產(chǎn)生和發(fā)展找出規(guī)律性認識并制定適當?shù)恼撸?有必要深入了解它的一些特點。大學(xué)時光，悄然逝去。在這幾年年中，我不僅學(xué)到了自己需 要的知識，同時也提高了自己的能力。但是，學(xué)到的很多東西畢竟僅僅都是書本上的理論知 識，顯然和實際有很大的差距。通過這次的畢業(yè)設(shè)計，我可以將自己所學(xué)到的理論知識更好 的與實際相結(jié)合起來，從中能夠鍛煉我的思維能力，同時也是對這些年所學(xué)知識的一個綜合 的運用，同時也為將來要從事的職業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。 畢業(yè)設(shè)計同樣也是大學(xué)四年最關(guān)鍵的一個教育環(huán)節(jié)，在這次畢業(yè)設(shè)計中，我要能夠靈活、 系統(tǒng)地運用所學(xué)知識，提高自己分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)認真、嚴謹?shù)膶W(xué)習(xí)作風(fēng)和 吃苦耐勞、一絲不茍、嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度。同時，也使自己更加熟練的掌握如何查閱國內(nèi)為有 關(guān)的技術(shù)資料和文獻，從中學(xué)會調(diào)查、收集、整理比較有價值的資料，在保留同類產(chǎn)品優(yōu)點 的同時，運用新技術(shù)、新工藝、新資料、新材料、大膽創(chuàng)新，以彌補同類產(chǎn)品的不足之處， 使產(chǎn)品趨于更合理、更先進、更優(yōu)化、更具有使用價值和良好的經(jīng)濟效益。 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況國內(nèi)外的發(fā)展概況 包裝機械工業(yè)的展望：在世界范圍內(nèi)包裝機械工業(yè)發(fā)展的歷史相對比較短些，科學(xué)技術(shù) 相對發(fā)達的歐美各國大體上是本世紀初葉起步的，及至 50 年代發(fā)展的更快。由于社會上積 極推動和有力配合，終于逐步地建立起包裝材料、包裝印刷、包裝機械等生產(chǎn)部門與之相適 應(yīng)的科研，設(shè)計、情報、教育、學(xué)術(shù)，管理等組織架構(gòu)，從而形成了獨立完整的包裝工業(yè)體 系，且在整個國家經(jīng)濟中占重要地位。 根據(jù)近幾年統(tǒng)計資料得知，這些國家包裝工業(yè)的總產(chǎn)值大約占國民經(jīng)濟總產(chǎn)值的 2%左 右；其中包裝機械占比不大，但是它的發(fā)展迅猛。 美國的包裝工業(yè)發(fā)展比較早，門類齊全，基礎(chǔ)扎實，水平很高，僅就包裝機械制造業(yè)而 論，實力相當雄厚，其品種與總產(chǎn)值均據(jù)世界首位。由于國內(nèi)以實現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)代化，自選市 場蓬勃興起，客觀上要求包裝機械沿著自動化發(fā)展，并將電子及其他技術(shù)廣泛應(yīng)用。 日本的包裝工業(yè)大體上是從第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后才開始發(fā)展起來的。因善于引進、模 仿、創(chuàng)新、經(jīng)營，僅用十余年時間就奠定了初步基礎(chǔ)。如今，日本以建立起獨立的包裝工業(yè) 體系 德國的包裝機械工業(yè)也非常的發(fā)達，現(xiàn)擁有幾家堪稱世界在最大規(guī)模的包裝機械 制造廠，其包裝機械工業(yè)僅次于美國，但每年出口總額卻比其他國家搖搖領(lǐng)先。還值得強調(diào) 的是，它同意大利、法國、瑞典、瑞士等國一樣，能夠密切結(jié)合本國的具體條件實現(xiàn)按機種 的專業(yè)化生產(chǎn)，以利于充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢研制高效能的新型包裝機來加強實力競爭。例如 德國藥品、酒類、日用化品包裝機都受到國際青睞。 中國也有著悠久的包裝歷史。我國勞動人民對包裝的發(fā)展曾做出許多杰出的貢獻特別是 防腐包裝，防震包裝和禮品包裝更帶有民族傳統(tǒng)特色，一直延續(xù)至今?？墒侵袊b起步較 稠厚物料灌裝機構(gòu) 3 晚，解放前只有少數(shù)啤酒廠、汽水廠、罐頭廠、卷煙廠才配備一些包裝機械，到了五十年代 開始引進仿照，形成小規(guī)模的生產(chǎn)能力。進入 70 年代，主要由于對外貿(mào)易的促進帶動了整 個行業(yè)向自成體系方向的發(fā)展。 1980 年中國技術(shù)協(xié)會成立，不就包裝總公司也誕生。此后，在國內(nèi)舉辦了包裝展覽會， 學(xué)術(shù)研討會，還出版了我國有史以來第一步包裝年鑒，及其他包裝書刊，這一切標志著中國 開創(chuàng)一個嶄新的包裝歷史時期。 近很多年來中國政府采用一系列特別好的政策，以前有很好計劃的再造以前遺留下來的 特別舊的機械設(shè)備，并且采用引來研發(fā)相陪合的方法，慢慢提高中國機械包裝的生產(chǎn)質(zhì)量， 使廣大老百姓人幸福的是通過整個機械行業(yè)大整合，以獲得非常好的成績，至今全國已出現(xiàn) 一大批機械包裝制造研發(fā)企業(yè)和科教、設(shè)計院、生產(chǎn)單位。新研發(fā)出來的有一些機器有的開 始面向國外出口。 并且的國家教育部已經(jīng)明確說了，將機械包裝工程專業(yè)列入全國高等教育教科書，為正 規(guī)培養(yǎng)本科包裝專業(yè)專門人才創(chuàng)造特別好的條件。 今后運用的系統(tǒng)工程觀點，進一步統(tǒng)籌規(guī)劃，分工發(fā)展食品、農(nóng)副產(chǎn)品、還須抓好包裝 材料加工與成型機械、包裝檢測裝置以及包裝機基礎(chǔ)件的生產(chǎn)，并且充分利用現(xiàn)有條件全面 開展產(chǎn)品的系列化，零部件的通用化和標準化工作，以加速包裝機械跟新?lián)Q代的步伐。 然而從全局看，我的包裝工業(yè)同國際的先進水平相比依然存在著明顯的差距，而且是國 民經(jīng)濟中較為薄落的環(huán)節(jié)。為盡快改變這種面貌。 1.3 本課題應(yīng)達到的要求本課題應(yīng)達到的要求 堅持從細節(jié)出發(fā)，在不斷糾錯中前進，本課題中主要解決的問題是對灌裝閥材料的選 擇，對數(shù)據(jù)的整合，對所需零件的選擇，對圖紙的設(shè)計，三維圖的整理，一步一步做，不怕 出錯，在老師指導(dǎo)下一定可以順利完成，不僅使加工的零件尺寸精度達到圖紙要求，這個課 題不僅僅是一次畢業(yè)設(shè)計，更是人生的一段寶貴財富，通過這次設(shè)計，在對自己四年專業(yè)知 識檢驗的同時也對自己未來的人生發(fā)展有重要的意義，做到獨立思考，勤奮努力，通過這次 畢業(yè)設(shè)計，更要做好總結(jié)，對未來的發(fā)展起到了很重要的借鑒作用，最后希望自己通過這次 設(shè)計能順利畢業(yè)，拿到學(xué)位，對自己學(xué)生時代畫上一個圓滿的句號確定設(shè)計方案，確定灌裝 閥的技術(shù)參數(shù)，電機參數(shù)的確定，灌裝速度，灌裝精度，活塞行程調(diào)節(jié)裝置如何調(diào)整長度， 在選擇灌裝閥口徑方面，為了防止滴料，提高灌裝精度，合理地設(shè)計了灌裝閥口徑，輸液管 尺寸的確定從儲液槽到到灌裝機貯液箱的的輸液管路一般均用圓管敷設(shè)。設(shè)計時，首先要合 理選擇它的內(nèi)徑和壁厚，圓管壁厚一般根據(jù)它的耐壓和耐腐蝕等條件，按標準規(guī)格選定，其 次還有灌裝閥的設(shè)計，自由度的計算，平面四桿機構(gòu)的設(shè)計與選擇，以及運用，另外設(shè)計的 重要任務(wù)是使得灌裝閥口徑能夠優(yōu)化，不要影響灌裝的精度。定量的方法有 3 種定量的方法， 其他相關(guān)的說明，用二維完成裝配圖，用 UG 三維完成部分零件圖，相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 2 總體方案設(shè)計總體方案設(shè)計 2.1 主要組成結(jié)構(gòu)主要組成結(jié)構(gòu) 圖 2.1（稠厚物料灌裝機構(gòu)） 稠厚物料灌裝機構(gòu)用于軟質(zhì)稠厚物料（如肉糜等）的壓力定力灌裝。物料由供料泵通過 管道送來，經(jīng)穩(wěn)壓裝置恒壓控制后通過管道送來，經(jīng)穩(wěn)壓裝置恒壓控制后通過灌裝旋塞的定 量和通道變換，由充填閥灌入包裝容器。灌裝量可通過活塞行程裝置調(diào)整。 灌裝精度：+-0.30% 灌裝速度：100 灌/分 灌裝量：0-500 克 液體物料灌入包裝容器內(nèi)的裝置稱為灌裝機或灌裝設(shè)備。 液料以自身的粘度的不同，有的借助自重既能灌入包裝容器，如油、酒、果汁、牛奶、 醬油、墨水、糖漿、農(nóng)藥等，也有的需要借助外界壓力才能灌入包裝容器，如番茄醬，肉糜， 牙膏，香脂等等。對于低粘度液料，根據(jù)是否溶解有二氧化碳氣體分為含氣和不含氣兩類。 對于含氣液料習(xí)慣上將不含酒精成分的，如汽水，礦產(chǎn)水、可口可樂等，稱為飲料而將含有 酒精成分的，如啤酒、汽酒、香檳酒等，稱為硬飲料。 液體包裝容器主要有玻璃瓶、金屬灌，以及用塑料或柔性復(fù)合材料制成的各種環(huán)、管、 瓶、袋等。我國目前仍廣泛應(yīng)用玻璃灌裝各類液料。這是因為，玻璃原料資源豐富，成本低， 化學(xué)穩(wěn)定性好，儲藏期長，無毒、易清洗，可回收使用，尤其適合儲藏高檔商品。而主要缺 稠厚物料灌裝機構(gòu) 5 點就是則較重破碎率高，搬運不便。因此，今后宜大力發(fā)展輕量瓶及液料軟包裝。采用鋁制 二片灌和鋁制瓶雖能較好的克服玻璃所存在的缺點，但是它制造工藝復(fù)雜，成本高，在國內(nèi) 暫時還難以迅速推廣。 采用機械化灌裝的方法不僅可以提高生產(chǎn)效率，減少產(chǎn)品損失，保證包裝質(zhì)量，而且還 可減少生產(chǎn)環(huán)境與被灌裝液料的相互污染。 它整體上有活塞行程調(diào)節(jié)裝置，定量灌裝閥、充填閥。 2.2 主要技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù) 表 2-1 主要參數(shù)表 2.3 工作原理與工作過程概述工作原理與工作過程概述 2.3.1 稠厚物料灌裝機的工作原理 稠厚物料灌裝機用于軟質(zhì)稠厚物料（如肉糜等）的壓力定量灌裝。物料由供料泵通過 管道送來，經(jīng)穩(wěn)壓裝置恒壓控制后通過管道送來，經(jīng)穩(wěn)壓裝置恒壓控制后通過灌裝旋塞的定 量和通道來變換，由充填閥灌入包裝容器。灌裝量可通過活塞行程調(diào)節(jié)裝置調(diào)整。第一幅圖 是搖桿機構(gòu)，圖中由液壓缸帶動桿的移動導(dǎo)致?lián)u桿擺動致使滑塊進行滑動，滑塊就在圖中相 當于齒條，再由齒條帶動齒輪進行轉(zhuǎn)動，在看第二幅圖中由于通過活塞 5 往復(fù)移動和旋塞 8 的下部通道送出。其進出過程是交替進行的。灌裝量受活塞往復(fù)進行控制，旋塞 8 的下部通 道送出。其進出過程是交替進行的。灌裝量受活塞往復(fù)控制的，旋塞 8 的轉(zhuǎn)動則受齒條 2 控 制。由于旋塞是豎著的，所以側(cè)隙均勻，操作穩(wěn)定。物料由上部閥進來， 項目參數(shù) 生產(chǎn)率（kg/h）420 灌裝的容積（ ）L1.75 灌裝的產(chǎn)量（kg）24 物料的粘度（Pa ）s 3 30 10 機器的大小(mm) 1096 773 500 圓管內(nèi)徑(mm)30 閥端口流量（m/s）10 電機（W）1.75 物料的密度(KG/ ) 3 m 3 1.30 10 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 圖 2.2(定量灌裝圖 1) 上部的閥口與這個活塞缸對接，此時那個下部閥是被旋塞套給封住，物料不能從下面的閥出 來，這個整個過程就如同下圖所示，這個過程就收相當于物料從上部閥進來，正好旋轉(zhuǎn)到上 部閥與活塞缸對口，物料進去，而正好旋塞套轉(zhuǎn)到下部閥口，套住了，物料不能下去，然后 擠壓把活塞缸的物料擠出來，此時再轉(zhuǎn)動活塞缸與下部閥口對接，而旋塞套把上部閥口關(guān)閉， 如此依次循環(huán)下去。 稠厚物料灌裝機構(gòu) 7 圖 2.3(閥相似)圖 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 圖 2.4（定量灌裝圖 2） 這個是個搖桿機構(gòu)，由氣缸帶動搖桿擺動從而帶動連桿，使那個滑塊即齒條進行移動， 從而帶動齒輪轉(zhuǎn)動。 2.3.2 稠厚物料灌裝機的主要工作過程 活塞行程調(diào)節(jié)裝置是一種具有可移支點的曲柄搖桿機構(gòu)。當帶有心軸的螺帽 3 被錐齒 輪 1 通過螺桿 2 帶動向下移動時，活塞軸 6 的軸向位移量逐漸加大，即活塞行程增加；反之， 則位移量逐漸加大，即活塞行程增加；反之，則位移量逐漸減小，即活塞行程減少。在曲柄 帶動搖桿 7 擺動時，由于活塞軸 6 的軸心線只能軸向來回移動，所以搖桿 7 除了繞螺帽 3 上 心軸回轉(zhuǎn)外，搖桿 7 的兩側(cè)還沿滑塊 4 的兩側(cè)作上下滑動。 稠厚物料灌裝機構(gòu) 9 圖 2.5（活塞行程調(diào)節(jié)裝置 1） 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 圖 2.6(活塞行程調(diào)節(jié)裝置 2) 1、錐齒輪 2、螺桿 3、螺帽 4、滑塊 5、軸套 6、活塞軸 7、搖桿 8、連桿 由曲柄帶動連桿，這個錐齒輪轉(zhuǎn)動帶動螺桿向下移動，調(diào)整活塞桿的行程大小來改變灌裝的 多，完成整個過程。 稠厚物料灌裝機構(gòu) 11 3 灌裝和基本參數(shù)計算灌裝和基本參數(shù)計算 3.1 灌裝灌裝 將液料灌入包裝容器內(nèi)的裝置稱為灌裝機或灌裝設(shè)備。 液料依自身粘度的不同，有的借助自身的重力既能灌入機械包裝容器內(nèi)，如油，酒、果 汁、醬油、墨水、糖漿、農(nóng)藥等；也有的需借助外界壓力才能灌入包裝容器，如番茄醬，肉 糜，牙膏，香脂等。對于低粘度液料，根據(jù)是否溶解有二氧化碳氣體而分為含氣和不含氣兩 類。對于含氣液料，習(xí)慣上將不含酒精成分的，如汽水、礦泉水、可口可樂等，稱為軟飲料， 而將含有酒精成分的，如啤酒、汽酒、香檳酒等，稱為硬飲料。 液料包裝容器主要有玻璃瓶、金屬灌，以及用塑料或柔性復(fù)合材料制成的各種杯、管、 瓶、袋等。在我國目前還是廣泛采用玻璃瓶灌裝各類飲料。這是因為，玻璃原料資源豐富、 成本低、化學(xué)穩(wěn)定性好、貯藏期長，無毒，易清洗，可回收使用，尤其適合包裝高檔商品。 而其主要缺點則是是較重，破碎率高，搬運不便。因此，今后宜大力發(fā)展輕量瓶及液料軟包 裝。采用鋁質(zhì)瓶雖能較好的克服玻璃瓶所存在的缺點，但是它的制造工藝復(fù)雜，成本高， ， 在國內(nèi)暫時難以迅速推廣。至于塑料容器，如聚氯乙烯，因含有聚氯乙烯單體，不宜用作食 品包裝容器，而聚乙烯或聚丙烯容器因其阻氣性差，也不宜灌裝含氣的和易氧化的液料?，F(xiàn) 今，正致力于研制新型的包裝材料，如聚酯瓶、共擠復(fù)合瓶、復(fù)合包裝盒等。 采用機械化的灌裝方法不僅可以提高勞動生產(chǎn)率，減少產(chǎn)品損失，保證包裝質(zhì)量，而且 還可減少生產(chǎn)環(huán)境與被灌裝液料的相互污染。 同時灌裝機屬于包裝機械范疇，它的種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。但通過對其工作原理和結(jié)構(gòu) 性能的分析，基本都由八個部分組成的，又稱為包裝機械的八大組要素。它們是機身、控制 系統(tǒng)、動力機和傳動、成品輸送機、主傳送系統(tǒng)、被包裝物品的計量、包裝材料的整理與供、 包裝執(zhí)行機構(gòu)。 3.2 灌裝機的總體結(jié)構(gòu)灌裝機的總體結(jié)構(gòu) 根據(jù)包裝容器的傳送形式，灌裝機可分為“直線型”，和“旋轉(zhuǎn)型”兩種。前者，包裝容器 沿直線做周期性的間歇移動，在停歇時完成灌裝，而后者，包裝容器繞圓周做等速回轉(zhuǎn)運動， 同時進行灌裝。 3.1.1 灌裝方法 由于液料的物理化學(xué)性質(zhì)各有差異，在灌裝時，有著不同的灌裝要求。液料由貯液裝置 （通常稱為貯液箱）灌入包裝容器常采用如下幾種方法。 1、常壓法灌裝 常壓法灌裝是在大氣壓力下，直接依靠被灌裝液料的自重流入包裝容器內(nèi)。常壓灌裝工 藝過程為：1）進液排氣，即液料進入容器，同時容器內(nèi)的空氣被排出；2）停止進液，即容 器內(nèi)液料達到定量要求時，進液自動停止；3）排出余液，即排出器管中的殘液，該過程對 排氣至貯液箱上部氣室的那些結(jié)構(gòu)是必需的。 常壓法主要用于灌裝低不含氣的液料，如奶、白顏色的酒、醬油、藥水等。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 2、等壓的方法法灌裝 等壓的方法灌裝利用貯液的箱體上部氣室的壓縮了空氣，給容器內(nèi)充氣，使它們兩個內(nèi) 部的壓力幾乎相等，然后正在被灌裝的液料靠自己重力流入這個包裝容器內(nèi)部。等壓法灌裝 的工藝為：1)充氣的等壓；2）進液的回氣 3）停止了進液 4）釋放里面壓力；即釋放瓶頸內(nèi) 殘留的壓縮的氣體至大氣體內(nèi)，以免瓶內(nèi)突然降壓引起大量冒泡，影響包裝質(zhì)量和定量精度。 等壓法適用于含氣體飲料，如啤酒、汽水等的灌裝，以利于其中所含氣體 CO2 的損失。 3、真空法灌裝 真空法灌裝是在低于大氣壓力條件下進行灌裝。它有兩種基本方式：一種是差壓真空式， 讓貯液箱內(nèi)部處于常壓狀態(tài)，而只對包裝容器內(nèi)部抽氣，使其形成一定的真空度，液料依靠 容器內(nèi)的壓力差，流入包裝容器并完成灌裝；另一種是重力真空室，讓貯液箱和包裝容器都 接近相等的真空狀態(tài)，液料靠自重流入該容器內(nèi)。目前，國內(nèi)常用差壓真空式，它結(jié)構(gòu)簡單， 工作可靠。 真空法灌裝的工藝過程為：1）瓶抽真空；2）進液排氣；3）停止進液；4）余液回流， 即排氣管中的殘液經(jīng)真空回流至貯液箱內(nèi)。 真空法適用于灌裝黏度稍大些的液料（如油類、糖漿等） ，含維生素的液料如蔬菜汁、 果子汁和等有毒的液料（如農(nóng)藥等） 。此法不但能提高灌裝速度而且能減少液料和容器內(nèi)殘 存空氣的接觸和作用，故有利于延長某些產(chǎn)品的保存期，此外，還能限制毒性氣體和液體的 逸散，從而改善操作條件，但對灌裝含有芳香性氣體的酒類卻是不適宜的，因為會增加酒香 的損失。 4、虹吸法灌裝 虹吸法灌裝時應(yīng)用虹吸原理使液料經(jīng)虹吸管由貯液箱被吸入容器，直至兩者液位相等為 止。此法適合灌裝黏度不含氣的液料，結(jié)構(gòu)簡單，但灌裝速度較低。 5、壓力法灌裝 壓力法灌裝是借助機械或氣液壓等裝置控制活塞往復(fù)運動，將黏度較大的液料從貯料缸 吸入活塞缸內(nèi)，然后再強制壓入待灌容器中。這種方法有時也用于汽水之類的軟飲料的灌裝， 由于其中不含膠體物質(zhì)，形成泡沫易于消失，故可依靠本身所具有的氣力直接灌入未經(jīng)預(yù)先 充氣的瓶內(nèi)，從而大大提高了灌裝速度。 在選擇灌裝方法時除應(yīng)考慮液料本身的特性（粘度，密度、含氣性、揮發(fā)性）以外，還 必須認真分析產(chǎn)品的工藝要求以及灌裝機械設(shè)備的結(jié)構(gòu)和運轉(zhuǎn)情況。 以啤酒為例，它的主要灌裝工藝要求，一是保證足夠的二氧化碳含量，二是降低含氧量， 為了避免在殺害毒菌和儲藏的期間與酒杯中某些還原性物質(zhì)相湊合而能改變酒的味道，嚴重 的導(dǎo)致變質(zhì)。 所以，在灌裝液體過程當中，按規(guī)定維持特別穩(wěn)定的壓力及溫度，為了防止引發(fā)沖擊而 形成了大的渦流。理論知識以及現(xiàn)實表明，在酒中所含有又經(jīng)過發(fā)酵生產(chǎn)的二氧化碳的數(shù)量 是跟著大的壓力變小或溫度上升而變小。 稠厚物料灌裝機構(gòu) 13 同時，在灌裝過程中，還要求設(shè)法減少液料與空氣的接觸，并盡量消除瓶頸殘留空氣的 影響（為減少加熱殺菌時的爆瓶率，通常規(guī)定瓶頸所留空隙的容積最好不少于 3%） 。為此， 有時在灌裝結(jié)束后，還一道用二氧化碳或其他惰性氣體置換瓶頸空氣的工序，或者在灌裝剛 一結(jié)束時用敲擊法或高壓無菌水沖擊法致使產(chǎn)生泡沫，以驅(qū)逐瓶頸空氣，緊接著即進行壓蓋 封口。另外，鑒于在灌裝過程中，啤酒與空氣的接觸主要來自瓶內(nèi)以及貯液箱內(nèi)留存的空氣 故也可通過改進灌裝工藝和機械結(jié)構(gòu)來降低酒中的含氧量。例如，在灌裝前先抽去瓶內(nèi)空氣 的 90%左右，然后充入二氧化碳使其等壓，此法稱為真空等壓法，但這勢必會增加動力和二 氧化碳的消耗。或者將貯液箱與氣室分開，另設(shè)充氣室和排氣室，即有單室改變?yōu)槿?。這 樣，貯液箱內(nèi)充滿液料，與空氣脫離接觸，瓶內(nèi)排出的空氣也不混入貯液箱，而被引入單獨 設(shè)置的低壓氣箱內(nèi)，從而可適當提高排氣和灌裝速度，即減少酒與空氣的接觸作用時間。此 法稱為等壓-差壓法。根據(jù)實際情況測定，對于原氧含量為 0.25 到 0.3ppm 的啤酒。采用單室 結(jié)構(gòu)進行灌裝，含氧量大約增加 1ppm,而采用預(yù)抽真空或三室結(jié)構(gòu)進行灌裝，則大約增加 0.2ppm。 3.1.2 定量方法 液料定量多用容積式定量法，大體上有如下三種。 1、控制液位定量法： 此法是通過灌裝時控制被灌容器（如瓶子）的液位來達到定量值得。習(xí)慣上稱為“以 定量法”。 2、定量杯定量法 此法是將液料先注入定量杯中，然后再進行灌裝。若不考慮滴液等損失則每次灌裝的液 料容積應(yīng)與定量杯的相應(yīng)容積相等。 3、定量泵定量法 此法是采用機械壓力灌裝的一種定量方法。每次灌裝物料的容積與活塞往復(fù)運動的行程 成正比。 比較上述三種定量方法，不難了解，第一種方法由于直接受到瓶子容積精度以及瓶口密 封程度的影響，其定量精度差，但結(jié)構(gòu)簡單，至今乃被廣泛采用。 實際上，選擇定量方法首先應(yīng)考慮產(chǎn)品所要求的定量精度。而定量精度與產(chǎn)品有關(guān)，越 是名貴的產(chǎn)品，其計量誤差應(yīng)取得越小。我國對番茄醬等灌頭食品，要求其重量誤差不超過 +-3%；對 640ml 啤酒要求其容量誤差不超過+-10ml（有的國家為+-3ml 左右） ；對高檔的瓶 裝酒類，要求其液位誤差不超過+-1.5mm. 此外，選擇定量方法還要考慮液料本身的工藝性。例如，對于含氣飲料的灌裝，若采用 定量杯定量法，貯液箱內(nèi)的泡沫反倒有可能降低定量精度。因此，在這種情況下，一般以采 用控制液位的定量法較為適宜。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 3.1.3 灌裝機基本參數(shù)計算灌裝機基本參數(shù)計算 3.1.3.1 輸送管路的的計算輸送管路的的計算 1、輸液管尺寸的確定 從儲液槽到到灌裝機貯液箱的的輸液管路一般均用圓管敷設(shè)。設(shè)計時，首先要合理選擇 它的內(nèi)徑和壁厚。 2、圓管內(nèi)徑 設(shè)輸液管的內(nèi)徑為 d(m),截面積為 A（m） ，液料在管內(nèi)的流速為 u（m）,體積流量為 V（） ，由于 A= （3.1） 2 4 d u= （3.2） V A 由上面兩個式子可得 d=(m)= =0.05m 4V 4 0.00098125 0.5 其中該管的內(nèi)徑為 0.05 米 可見，欲求 d 必先 V 及 u。為此，又設(shè)： W管內(nèi)質(zhì)量流量（kg/s） P液料密度（kg/） 3 m 3 (/ )ms 每瓶灌裝液料的質(zhì)量（kg/pc.） b G 灌裝機的生產(chǎn)能力（pcs/h） max Q 逐寫出 V= （3.3） W max 3600 b G Q 3 (/ )ms 則算出=10 kg/pc.， =459.2016pcs/h b G max Q 在流量保持定值的條件下，雖然提高流速會使管徑和設(shè)備投資費用都相應(yīng)減少，但往 往要增加輸送液料所需的動力和操作費用。因此，設(shè)計時因根據(jù)具體情況參考表適當取流速， 這個表查書包裝機械原理與設(shè)計,根據(jù)流量流速代入式算出管徑，必須參照現(xiàn)有的圓管規(guī)格 圓整至標準值。 3.圓管壁厚 稠厚物料灌裝機構(gòu) 15 圓管壁厚一般根據(jù)它的耐壓和耐腐蝕等條件，按標準規(guī)格選定。 1.儲液槽安裝高度或輸液泵功率的確定 要在單位時間內(nèi)給灌裝機貯液箱輸送一定數(shù)量的液料，必須借助高位槽或輸液泵作動 力源。為合理確定儲液槽的安裝高度或輸液泵的功率，應(yīng)運用能量守恒定律，亦即流體力學(xué) 的伯努利方程式求解。為此，取輸液管路的始端及兩個截面作為基準， ，令儲液槽的自由液 面和貯液箱的輸液管出口，進而列出統(tǒng)一的伯努利方程式。 （3.4） 2 1122 1122 . 22 pvp ZHeZh gggg 式中，Z 為位壓頭； 為靜壓頭（P 為流體壓強） ；為動壓頭（層 p g 0 1() i KK 流時取動能修正系數(shù) a=2,紊流時取 a=1） ；HE=為泵壓頭（即單位質(zhì)量的液料通過泵所獲得的 能量） ；為損失壓頭（包括直管阻力損失與局部阻力損失之和） ，此算法可查有關(guān)資料。h 4.求高位槽的安裝高度 1 z (3.5) 22 1 10.40.45 17.628.1 2 p Zh gg 高位槽液面與大氣接觸，按表壓計算，=0，故=0 1 p 1 p g 高位槽液面較大，流速甚小，可以不計，故=0 1 1 2g 取一段截面作為計算基準，故=0 2 Z 根據(jù)其他條件，依次可求得 3 2 3 98.0665 10 10.04 0.996 109.80665 p g max 2 33 0.5 15000 2.96/ 36003600 0.996 10707 10 b G Q m s A 22 2 2.96 0.45 22 9.80665 m g 為求管子損失壓頭，需先計算出雷偌準數(shù)h 由于2320，可知液料在管內(nèi)是紊流的，動能修正系數(shù)可取=1.另外，若取管R 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 子絕對粗糙=0.2，則直管損失壓頭為 (3.6) 2 20 0.0350.4510.5 20.03 l hm dg 若各安裝兩個彎頭和球心閥，則局部阻力損失壓頭 =7.1m (3.7) 2 2 1234 (22) 2 h g (2 0.752 6.40.5 1) 0.45 , 17.6hhh 代入有關(guān)值 (3.8) 22 1 10.40.45 17.628.1 2 p Zh gg 可見，本例所需高位槽的液位太高，不便應(yīng)用。 2求所需泵的的軸功率 N 設(shè)儲液池自由液面，管路上又多了一個標準彎頭，故損失壓頭 (3.9) 2 , 1 17.60.75 0.4518.0 2 hh g 代入可得泵壓頭 m (3.10) 2 , 2 2 3 10.040.45 18.031.5 2 e P Hzh gg 則輸液泵所需軸功率 N= (3.11) e H W max 3600 eb HGQ 31.5 0.5 15000 0.92 3600 0.7 kw 3.1.4 閥端孔口流量計算閥端孔口流量計算 液料體積流量 V 主要取決于三個參數(shù)：通道流速系數(shù) Q,孔口流通面積 A0,及孔口 截面壓頭 H,，現(xiàn)分別討論如下; 1）通道流速系數(shù) Q 液料經(jīng)灌裝閥通道所受阻力越小，Q 值越大，但它恒小于 1. 通常，q 值用實驗法測定，也可用計算法近似確定。若已知灌裝閥的結(jié)構(gòu)及操作條件。 通過查表便能一一找出各段阻力系數(shù)。不過，閥中各部位的局部阻力不僅難以準確求出， 而且相互之間又容易產(chǎn)生干擾，結(jié)果使系數(shù)有所降低，應(yīng)予修正。一般建議取修正系數(shù) 0。77-0.87。這樣，經(jīng)修正后的流速系數(shù) 為便于應(yīng)用起見，在表中列出了在 20 度時幾種代表性食用油的主要特性參數(shù)，供參 考。 此外，也可用實驗方法確定流速系數(shù)。具體做法是：先參照現(xiàn)有同類型灌裝機的運轉(zhuǎn)條 稠厚物料灌裝機構(gòu) 17 件，測定 A0HV 各值（V 最好由測定的灌裝時間間接計算） 。然后再按式求出 Q 值。根 據(jù)多臺灌裝機的測定，對灌裝低粘度的酒類，一般可取 Q=0.5 左右。 （2）孔口流通面積 A0 在瓶口尺寸允許的條件下應(yīng)盡量取較大的 A0 值，并應(yīng)盡量增大該截面的浸潤周邊長度， 以減小雷偌準數(shù)，從而使液料流動更加穩(wěn)定。 （3）孔口截面壓頭 H 它包括兩項，一個是孔口截面靜壓頭，它除受自由出流或淹沒出流的影響外，更重 要的是取決于貯液箱和待灌瓶內(nèi)的氣壓差。另一個是孔口截面的位壓頭，它除受定量方 法的影響外，更重要的是取決于貯液箱內(nèi)自由液面對閥端的口截面的向上高度 h。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 4 關(guān)鍵零部件關(guān)鍵零部件 灌裝閥是貯液的箱體、氣體室內(nèi)（有充氣的室、有排氣的室、有真空的室等等）和灌 裝的容器三個它們之間的流動液體通路的開關(guān)，看到灌裝液體的工藝的規(guī)定，且按照順序?qū)?有關(guān)的通路開關(guān)進行切換。為了方便討論，現(xiàn)在灌裝閥大致劃分成三個大的部分：一個是有 許多個流道的開關(guān)（或者稱為閥門）元器件所組成的閥的體；二個是通過與灌裝的容器直接 開始靠到的閥的端口；三個是受到外面控制用來啟閉閥門關(guān)閉后防止了漏液、密封結(jié)構(gòu)。 4.1 閥門的啟閉形式閥門的啟閉形式 為實現(xiàn)閥門的啟閉，閥體中每一個閥門都由不動部分（如閥座）與可動構(gòu)件相對于不動 部分（如閥座）與可動部分（如閥芯、旋塞、閥蓋等）組成。根據(jù)可動構(gòu)件相對于不動構(gòu)件 的運動形式，大體上可將閥體歸為以下幾種主要類型： 1、單移閥 閥體中含有可動構(gòu)件，啟閉時它相對于不動構(gòu)件只作一次往復(fù)軸向移動。顯然，這種閥 屬于單閥型，根據(jù)可動構(gòu)件啟閉流體通路的方式可分為端面式和柱面式兩種： 2、 旋轉(zhuǎn)閥 在閥門啟閉時，閥體的可動構(gòu)件相對不動構(gòu)件作旋轉(zhuǎn)或擺動，按其流道孔眼的對合 和錯開來達到通道的的切換。作為相對旋轉(zhuǎn)或擺動的配合面大致有以下幾種形式。 （1）圓柱或圓錐式將旋柄轉(zhuǎn)動一定角度，就能通過旋塞交替地啟閉閥座上的液路和氣 路。由于旋塞與閥座的配合表面易磨損產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象，故多呈圓錐狀，并用壓簧壓緊予以補 償。彈簧壓力可調(diào)，以利于控制旋柄的工作阻力。 為減少泄漏損失和污染環(huán)境，不論是圓柱式或圓錐式旋轉(zhuǎn)閥，多適用于粘度較高液料的 灌裝。 下面結(jié)合圖所示的牙膏灌裝機采用圓柱式旋轉(zhuǎn)閥進行討論。 稠厚物料灌裝機構(gòu) 19 圖 4.1(圓柱式旋轉(zhuǎn)閥) 1- 凸輪，2-齒條齒輪機構(gòu)，3-活塞筒，4-料槽，5-下料管，6-牙膏管，7-活塞，8-套 圈，9-杠桿，10-搖桿，11-凸輪機構(gòu) 活塞筒 3 的擺動由凸輪 1 控制的齒條齒輪機構(gòu) 2 驅(qū)動來實現(xiàn)。活塞筒上開有呈一定夾 角的 A,B 兩個圓孔。當空 A 順時針擺動到與料槽 4 相通時，下料管與 B 孔隔斷，活塞 7 在 凸輪導(dǎo)桿機構(gòu) 11 的作用下后退，將牙膏引入活塞筒內(nèi)。接著活塞筒逆時針擺回，將料槽的 底口與 A 孔隔斷，下料管 5 與 B 孔相通。其時，活塞向前推進，將牙膏壓入牙膏管 6 內(nèi)。 倘若牙膏管出現(xiàn)空缺，則因未頂起下料管的套圈 8，從而不能迫使杠桿 9 與搖桿 10 互相鉤 合，以致桿桿及其所連接的活塞暫時處于停歇狀態(tài)，牙膏也就不會外流。 灌裝閥的設(shè)計應(yīng)該注意的 確定灌裝閥體的結(jié)構(gòu)的分布 按照閥門的啟閉種類（有單移、多移或者旋轉(zhuǎn)），從而指導(dǎo)閥體的可運動的部分和不運動動 部分的結(jié)構(gòu)的分布，并且相對的物體運動面上之間的密封種類。相比可以說，移動的閥特別 是端面上的結(jié)構(gòu)上較易出現(xiàn)彈簧的壓緊的密封情況，流道的截面積越大，彎路就會越少，各 個零部件的結(jié)構(gòu)也會變的比較不復(fù)雜，非常有助于提升灌裝的速度并且非常方便清潔。但如 果零件數(shù)量特別多，并且密封的彈簧如果沒有效果，灌裝液體就非常難進行灌裝了。而旋轉(zhuǎn) 閥，通常是用固定的擋塊（或控制氣缸）來實現(xiàn)機械的啟閉，零件的數(shù)目越少，有一定的可 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 靠性，但是很難保證破瓶不灌液體，外部局部也變的非常復(fù)雜，所以應(yīng)用的不夠廣泛。 3、 根據(jù)閥端的結(jié)構(gòu)布局。 根據(jù)灌裝液料的工藝要求來確定長管和短管的閥端結(jié)構(gòu)，欲保證定量精度及穩(wěn)定出流等，必 須合理布置閥端的某些結(jié)構(gòu)要素。 4、 確定啟閉閥門的結(jié)構(gòu)形式 根據(jù)閥門在閥體中所處的位置及其啟閉形式，適當選擇閥門啟閉結(jié)構(gòu)。 5、繪制結(jié)構(gòu)草圖 考慮到設(shè)備生產(chǎn)能力、容器尺寸、貯液箱內(nèi)液位高度以及防止液道出現(xiàn)空穴、液料不穩(wěn)定出 流等不正?，F(xiàn)象，要妥善選擇液道、液門的出流截面尺寸和出流速度，以及出液門至貯液箱 自由液面的大致高度。修正閥的總體尺寸為繪制草圖創(chuàng)造必要條件。 6、計算流道基本參數(shù) 由初定的結(jié)構(gòu)尺寸，再準確計算灌裝閥出流截面的流速，使其形成穩(wěn)定的層流。據(jù)此求得所 需的灌裝時間，進而考慮灌裝機的主軸轉(zhuǎn)速及灌裝區(qū)所占角度，校核并且修正所設(shè)計的閥是 否符合給定的生產(chǎn)能力，只有滿足了這些要求才能最后灌裝閥的結(jié)構(gòu)尺寸，繪制圖紙。我們 來研究這個閥結(jié)構(gòu)圖根據(jù) B,C 所示，通過活塞 5 往復(fù)移動和旋塞 8 來回轉(zhuǎn)動的密切配合，物 料間歇地從旋塞 8 的上部通道進入活塞缸 4，又經(jīng)旋塞 8 的下部通道送出。其進出過程是交 替進行的。灌裝量受活塞往復(fù)進行控制，旋塞 8 的轉(zhuǎn)動受齒條 2 控制。 由于旋塞是豎著的，所以側(cè)隙均勻，操作穩(wěn)定。其中圖 b 是由稠厚物料如番茄醬進入上 端閥口，此時正好旋轉(zhuǎn)到上端閥口與活塞缸對接物料進入活塞缸內(nèi)，而此時旋轉(zhuǎn)使得下部閥 口關(guān)閉，然后再進行旋轉(zhuǎn)上部閥口關(guān)閉，活塞缸與下部閥口對接，通過擠壓進入下部閥口， 物料流出下部閥口。依次循環(huán)，其中上部閥口的直徑通過設(shè)計可以知道是 70mm,下部閥口的 直徑是 40mm,活塞缸的直徑是 70 厘米。首先這個灌裝閥口徑是特別好的，粘度特別高的的 液體在流動的過程中所發(fā)生的摩擦力。其它的大小由物體的種類、所在溫度、所在的濃度等 因素所決定的。要是灌裝閥的口徑特別的小，將會發(fā)生生塞的情況，而且影響了灌裝的速度， 要是選擇了灌裝口徑如果很大的話，如果灌裝了完畢之后閥端口處出現(xiàn)滴的情況，所以它會 影響灌裝的精度，而且會破壞環(huán)境，所以灌裝閥的口徑變的更加好，選好。液料的灌裝將是 將物料從貯存缸中拿出來，通過管道內(nèi)，按照一定的流速或流量流入包裝容器的過程，管道 中的流體運動是依靠流入端與流出端壓力差來實現(xiàn)的。即流入端壓力必須大于流出端壓力， 而且它的灌裝壓力是由氣缸提供的。其次灌裝閥的材料選擇是，要考慮所灌裝物料的性質(zhì) （如粘度），灌裝工藝（如壓力，溫度），通常閥內(nèi)件（閥芯、閥座和閥桿）材料的選擇如 下： （1） 一般要是選用不銹鋼（1Cr18Ni9,SUS302）；要求較高時選用鑄奧氏體不銹鋼 （SUS321）或其他不銹鋼。 稠厚物料灌裝機構(gòu) 21 （2） 腐蝕性流體應(yīng)根據(jù)種類，溫度和壓力，流體所含氧化劑、流速等選擇合適的耐腐 蝕的材料。 （3） 流速大，沖刷嚴重時選擇耐磨材料，如經(jīng)熱處理的 9Cr18,17-4ph、具有緊固氧化 層、韌質(zhì)和疲勞強度大的鉻鉬鋼，G6X 等。 灌裝閥是各類灌裝機中的關(guān)鍵裝置，它是輸送管道、活塞泵和灌裝容器三者之間的流體 通路開關(guān)。根據(jù)灌裝工藝的要求，能依次對有關(guān)通路進行切換，它的結(jié)構(gòu)及工作原理是否合 理將直接影響灌裝精度的高低。在進行物料灌裝時，物料含有氣體，或溶解有氣體，就容易 產(chǎn)生氣泡。 由上面的圖可知該機構(gòu)其實是搖桿機構(gòu)簡化的圖如下面，由氣缸帶動搖桿的擺動，進 而使連桿移動導(dǎo)致滑塊在機構(gòu)上移動，通過平面自由度計算，由于在平面機構(gòu)中，各構(gòu)件只 做平面運動，所以每個自由構(gòu)件具有個自由度。而每個平面低副（轉(zhuǎn)動副和移動副）各提 供兩個約束，每個平面高副只提供一個約束。設(shè)平面機構(gòu)中共有個活動構(gòu)件（機架不是活 動構(gòu)件），在各構(gòu)建尚未用運動副連接時，它們共有個自由度。而當各構(gòu)件用運動副連 接后，設(shè)共有個低副和個高副，則它們將提供（）個約束，故機構(gòu)自由度為 1 p h p 1 2 h pp （） (4.1)F3n 1 2 h pp 通過自由度計算是 。3 32 41F 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 圖 4.2（機構(gòu)圖 1） 如圖 C 所示當擺動角度為度時則齒條行走的距離是.，即它的齒輪轉(zhuǎn) 過.這個是通過設(shè)計而得到的，其中連桿機構(gòu)設(shè)計的問題是根據(jù)給定的要 求選定機構(gòu)的型式，確定各構(gòu)件的尺寸，同時還要滿足結(jié)構(gòu)條件（如要求存在曲柄，桿長比 恰當?shù)龋?，動力條件（如適當?shù)膫鲃咏堑龋┖瓦\動連續(xù)條件等。 滿足預(yù)定的連桿位置要求，即要求連桿能占據(jù)一有序系列的預(yù)定位置。故這類設(shè)計問題 要求機構(gòu)能引導(dǎo)連桿按一定方位通過預(yù)定位置，因而又稱為剛體引導(dǎo)問題。 滿足預(yù)定的運動規(guī)律要求如要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角能夠滿足預(yù)定的對應(yīng)位移關(guān)系，或要求 在原動件運動規(guī)律一定的條件下，從動件能準確或近似地滿足預(yù)定的運動規(guī)律要求（又稱函 數(shù)生成問題） 。 滿足預(yù)定的軌跡要求即要求在機構(gòu)運動過程中，連桿上的某些點的軌跡能符合預(yù)定的軌 跡要求（簡稱軌跡生成問題） 。另外可以通過解析法來設(shè)計四桿機構(gòu)。 這個是簡化的圖，可以簡單的看出它由氣缸帶動曲柄擺動，由于曲柄擺動帶動