《灌裝機械》PPT課件.ppt

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1、4.4 灌裝系統(tǒng)設(shè)計,六、灌裝裝置基本參數(shù)的設(shè)計計算 （一）灌裝機的工藝計算 （二）閥端孔口流量的計算 （三）灌裝時間的計算 （四）充氣和抽氣時間的計算 (五) 生產(chǎn)能力的計算,七、機械計算,一）灌裝機的工藝計算 1.輸液部分計算 液體產(chǎn)品從貯液槽送往貯液箱的輸液管一般為圓管,因此尺寸的確定就是合理選擇圓管的內(nèi)徑和壁厚。 圓管內(nèi)徑的確定 設(shè)輸液管的內(nèi)徑為 ,其截面積為 ,液體在 管內(nèi)流動的速度為: , 為流經(jīng)管道任一截面上液料的體積流量 那么,輸液管的內(nèi)徑為: (4-1),又 (4-2),式中: 重量流量.

2、指單位時間內(nèi)流經(jīng)管道 任一橫截面 的液料重量;kg/s 液體產(chǎn)品的密度;kg/m3 G每瓶灌裝液料的重量;kg/pc 灌裝的最大生產(chǎn)能力,pcs/h。,流速u一般根據(jù)經(jīng)驗選取,這是因為流速增大,管徑則小,雖使材料消耗和基建投資減少,但增大了流體的動力消耗,又使操作費用提高,因此,在設(shè)計時應(yīng)根據(jù)具體情況參考表4.2選取,根據(jù)體積流量V及u流速代入公式計算所等于的管徑,還必須根據(jù)工程手冊中查取的規(guī)格圓整。 圓管壁厚 一般根據(jù)管子的耐壓和耐腐蝕等情況,按標準規(guī)格選定壁厚。 高位貯液槽安裝高度或液料輸送泵的功率計算 要在單位時間內(nèi)供給灌裝機貯液箱一定量的液料,其能量可以

3、來自高位貯液槽的位能,也可以來自輸入泵的機械能,究竟需要多少能量呢？,這可由流體力學(xué)中能量守恒的柏努利方程式來求解,一般先取供料開始及終了的兩個截面作為分析面,即取液槽的自由液面作為1-1液面,取灌裝面貯液箱中進液管口作為2-2截面,然后列出兩截面間的柏努利方程式: (4-3),為損失壓頭,它包括直管阻力損失 及局部阻力損失 之和,其計算方法可查閱流體力學(xué)的有關(guān)資料。,式中:Z 為位壓頭;,為靜壓頭;,為動壓頭,其中為動能修正系數(shù),層流時=2,紊流時1,計算開始時,一般可先假定1,最后根據(jù)計算結(jié)果可再進行驗算、修正;,He 為泵的壓頭,它指單位重量的液料通過泵后獲得的能量;,例1,有

4、一臺等壓法灌裝機，其最大生產(chǎn)能力Qmax=15000 pcs/h，每瓶的液料質(zhì)量G = 0.5kg/pc。液料密度=0.996103kg/m3,黏度=0.89410-3Pa.s,儲液箱內(nèi)的氣體表壓強P2=98.0665kPa，輸液管采用無縫鋼管38mm4mm，截面積A=707mm2，總長L=20m，管路上需安裝2到3個標準彎頭，2個球心閥，為了保證灌裝機正常工作，確定：,1）若采用高位槽供料（雙點劃線），該槽對儲液箱進液管出口截面的安裝高度； 2）若采用輸液泵供料（實線），而且儲液池液面低于儲液箱進液管出口截面Z2=3m，該泵所需的軸功率（效率=0.7）,解：1）求高位槽的安裝高度Z1 設(shè)高位

5、槽的自由液面為1-1，儲液箱進液管出口為2-2，可列出相應(yīng)的伯努利方程式,高位槽液面與大氣接觸，按表壓計算，P1=0，故,高位槽液面較大，流速u1甚小，可忽略不計，故,取截面2-2為計算基準，故,再根據(jù)已知條件，依次求得：,為求管子損失壓頭h，需先算出雷諾準數(shù),由于Re2320，可知液料在管內(nèi)是紊流的，流動修正系數(shù)可取=1.另外，取管的絕對粗糙度=0.2，查表得摩擦系數(shù)=0.035，則直管阻力損失壓頭,又查表得標準彎頭阻力系數(shù) 1=0.75，球心閥全開時阻力系數(shù)4=1.若各安裝兩個彎頭和球心閥，則局部阻力損失壓頭,代入相關(guān)值得：,可見，本例中所需高位槽的液位太高，不便應(yīng)用。,2）求輸出泵所需的

6、軸功率N 設(shè)儲液池的自由液面為1-1，儲液箱仍為2-2,取z1=0，z2=3m,代入有關(guān)值，可得泵壓頭,則輸液泵所需的軸功率,管路上多了一個標準彎頭，故損失壓頭,（二）閥端孔口流量的計算 液料經(jīng)灌裝閥端孔口的體積流量，表示為,A0孔口的流通面積，m2,u0孔口的液料流速，m/s,（二） 液料流量的計算 經(jīng)過灌裝閥孔口出流的液料體積流量為： (4-1) 式中: 孔中截面上液料的流速; 孔口中液道口的截面積。 液料流速 可以由孔口截面及貯液箱(或定量杯)中自由液面間列柏努利方程式求得。 (4-2),式中: 為灌裝時貯液箱自由液面的液料流速根據(jù)液體流動的連續(xù)性

7、方程式,可將 折算成 ,而阻力損失h也可寫成用 表達的一般形式,則上式可改寫成為：,(4-3) (4-4) 式中: 貯液箱(或定量杯)自由液面的面積; 貯液箱(或定量杯)自由溢面的速度折算系數(shù),對于貯液箱情況,因自由面積較大故可取 ; 從由自液面至灌裝嘴口截面之間，因通流截面積不同各段流道的速度折數(shù)系數(shù); 各段直管阻力系數(shù)之和; 各種局部阻力系數(shù)之和。,由此,可求得孔口截面上液料的流速為 (4-5) 因此,經(jīng)孔口出流的液料流量為: (4-6) 式中: C灌裝閥中液道的流

8、量系數(shù); Y孔口截面上的有效壓頭(包括靜壓頭與位壓頭)。,由上式可見,液料體積流量主要是三個參數(shù)的函數(shù),這三個參數(shù)為：(1)液道流量系數(shù)C, (2)孔口截面積 , (3)孔口截面上有效壓頭。,(三)灌裝時間的計算 1. 灌裝的水利過程 根據(jù)水利學(xué)知識,液料由貯液箱或定量杯經(jīng)過灌裝閥流入待灌瓶內(nèi),這一過程應(yīng)該看成是液體的管嘴出流,按照定量方法和灌轉(zhuǎn)閥的嘴口伸入瓶內(nèi)位置的不同,又可分成以下幾種情況:,,圖4.30 高度定量 圖4.31 高度定量 圖4.32 定量杯定量 圖4.33 定量杯定量 短管灌裝 長管灌裝 短管灌裝 長管灌裝,,定量方法和灌

9、裝閥管口伸至瓶內(nèi)位置的不同對灌裝時間影響亦不同 控制液位定量的短管灌液過程 控制液位定量的長管灌液過程 定量杯定量的短管灌液過程 定量杯定量的長管灌液過程,1.控制液位定量的短管灌液過程,若管口伸至瓶頸部分，儲液箱內(nèi)液位保持不變，儲液箱和待灌瓶內(nèi)壓力也基本不變，則該灌裝過程屬于穩(wěn)定的管口自由出流，亦即液料體積流量V是常量。,設(shè)料瓶的定量灌液容積為V0（m3），則所需灌液時間,可見，提高生產(chǎn)能力關(guān)鍵在于提高體積流量，為此，應(yīng)設(shè)法增加C、P、Z1和A0幾個參數(shù)。但是，增加C、P、Z1尚應(yīng)考慮液流過快，以實現(xiàn)穩(wěn)定的灌液過程；而增加A0也應(yīng)考慮瓶內(nèi)液面超過回氣管口能及時達到定量的精度。,2.控制液位定

10、量的長管灌液過程,若管口接近瓶底，其灌液過程分兩步進行：在液面尚未接觸管口之前，屬于穩(wěn)定的管口自由出流，此灌液時間t1 參閱前面公式計算。而當液面淹沒管口后，因作用在管口上部的靜壓頭隨著瓶內(nèi)液位的逐漸上升而增強，屬于不穩(wěn)定的管口淹沒出流，即孔口的截面靜壓頭是液料體積充量V的函數(shù)。,設(shè)瓶子內(nèi)腔截面積為Fb（m3），當液料淹沒管口的高度為h時，可得瞬時t的體積流量近似計算式,對于瓶的內(nèi)腔截面積：一般瓶體部分為截面積不變（令為Fb1）的圓柱體,而瓶頸部分的截面積（令為Fb2）隨瓶的高度而變化,因此,灌液時間也應(yīng)分兩部分來求積分 從開始淹沒管咀孔口至瓶內(nèi)灌滿定量液料為止所需灌液時間應(yīng)為:,式中，h瓶體

11、部分離開管口的最大高度； h---瓶頸部分灌裝定量液料后離開管口的最大高度； hi----將瓶頸部分分割成n段，對容積為Vi（=Fb2dh）的第i段液料離開管口的高度；,3.定量杯定量的短管灌液過程,若管口伸至瓶頸部分，隨著定量杯內(nèi)液位逐漸降低，液體流速也會相應(yīng)減慢，故此灌液過程應(yīng)屬于不穩(wěn)定的管嘴自由出流，即液料體積流量V是變量，它是孔口截面壓頭的函數(shù)。 當定量杯內(nèi)液料降至任意位置時,流經(jīng)管嘴孔口的液料瞬時流量,式中: F0定量杯的截面積; dz定量杯液料高度的微小增量; dt對應(yīng)于增量F0dz的時間 式中負號表明定量杯內(nèi)液料高度是隨時間增長而減少的,式中：Z1從管嘴孔口至定

12、量杯內(nèi)充滿液料時的高度; Z2 從管嘴孔口至定量杯內(nèi)流完液料時的高度。,將上式轉(zhuǎn)換為：,定量杯內(nèi)液料全部注入瓶內(nèi)所需灌液時間應(yīng)為:,假如定量杯的截面積A0不是常數(shù)而是變數(shù),那么,可以由隨高度變化的函數(shù)關(guān)系A(chǔ)=A(z)代入積分式求得,也可以由圖解析法來解決:首先畫出定量杯的三視圖,然后沿定量杯高度方向用若干水平截面將其分割,計算出定量杯被分割的每個部分的容積 ,再近似取灌裝每份容量時所對應(yīng)的孔口截面上的平均有效壓頭就為該部分不變的有效壓頭 ,則灌裝每份容量所需時間應(yīng)為: (4-11) 因此,可以求得流完定量杯內(nèi)液料所需的時間為: (4-12) 只要將定量杯分割的分

13、數(shù)取得足夠大,就可以使計算能獲得足夠的精確度。,4.定量杯定量的長管灌液過程,若管口接近瓶底，那么，此灌裝過程也可分兩步進行計算：整個罐裝時間應(yīng)包括淹沒管嘴前、后兩部分時間的和。 當灌入瓶內(nèi)液料尚未淹沒管口之前，屬于不穩(wěn)定的管口自由出流,其灌裝時間t1，其計算方法前面己述； 當液料淹沒管口之后，屬于不穩(wěn)定的管嘴淹沒出流,即液料流量V是孔口截面上的位壓頭和靜壓頭的函數(shù),所需的灌液時間為t2。,當液料在瓶內(nèi)淹沒管嘴孔口高度h時,相應(yīng)定量杯的液料高度為z,這時流經(jīng)管嘴孔口的瞬時流量為: 欲解上式,必須首先求出兩個變量h和z的關(guān)系。 因 式中: F0定

14、量杯和橫截面積; Fb瓶內(nèi)腔的橫截面積。 兩邊積分解得:,積分常數(shù)C可由初始條件求得,當液料剛剛淹沒管嘴口,即h=0時,相應(yīng)定量杯內(nèi)液料高度為Z， 故C = Z 又設(shè)定量杯內(nèi)充滿液料時液面距管口的距離為Z1,管嘴口離開瓶底的距離為h2,由前式可求得 在上述瞬時流量公式中,將變量Z用變量h轉(zhuǎn)換后可得: 同樣,要按瓶體部分及瓶頸部分兩段來積分,得到開始淹沒管嘴孔口至瓶內(nèi)灌滿定量液料為止所需的灌裝時間為:,,同理，每瓶所需的灌液時間：t = t1 + t2,（四）充氣和抽氣時間的計算 對于常壓法，灌裝所需的時間即為灌液時間。 對于等壓法和真空法，其灌裝所需時間則應(yīng)是灌液時間與充氣或抽氣時間之

15、和。 1.充氣時間 當空瓶上升至灌裝閥的瓶口帽接觸并密封時,瓶內(nèi)的空氣由常壓充氣至與貯液箱液面上的氣壓相等,以流體力學(xué)可知,這一過程是容器內(nèi)(即貯液箱內(nèi)氣相空間)的氣體經(jīng)收縮形管嘴的外射流動,因為充氣的氣道在灌裝的內(nèi)部,而充氣的時間又很短,故可把充氣過程近似看成是沒有摩擦損失的絕熱過程(或叫等熵過程)。由氣體絕熱過程方程式可求充氣后瓶內(nèi)原有氣體的壓縮容積,一只瓶所補充進的空氣容積為:V=Vb-V1,充氣等壓所需時間:,式中: P0充氣前瓶內(nèi)的氣壓(即為大氣壓); P1充氣后瓶內(nèi)氣壓(即為貯液箱內(nèi)壓力); Vb 瓶內(nèi)原有氣體的體積(即空瓶的容積); V1瓶內(nèi)氣壓增高至?xí)r,原有氣體被壓

16、縮成的容積; k絕熱指數(shù),對于空氣k=1.4。,瓶內(nèi)氣壓增高至P1時,瓶內(nèi)氣體的密度,由絕熱過程方程式可知,0、1 對應(yīng)于氣壓P0、P1時，瓶內(nèi)氣體的密度，kg/m3; Wg向瓶內(nèi)充氣過程中,流經(jīng)氣道孔口截面上的氣體平均質(zhì)量流量，kg/s,瓶內(nèi)氣壓是由P0不斷變化為P1的,隨著瓶內(nèi)瞬時氣壓的不同,Wg也就有不同的瞬時值,即Wg是個變量。 根據(jù)氣體絕熱過程的柏努利方程式,列出貯液箱氣道孔口截面的能量方程:,式中: u1----貯液箱氣相空間的氣體流速,可近似認為 u1= 0； Pot,0t,uot分別為某瞬時t，瓶內(nèi)瞬時氣壓為P0t時瓶內(nèi)空氣的密度及灌裝閥氣道管口的氣體流速.,由上式

17、可求得:,令瞬時壓力比為：,氣道管口的截面積為Ag，則氣體經(jīng)管口的瞬時質(zhì)量流量為:,氣體絕熱過程流量與壓力比曲線,由上式可做出 Wgt線圖。右圖。圖中r稱為臨界壓力比,由 dWgt/d = 0 可求得,對于空氣r =0.53,對應(yīng) Wgr為臨界噴射量。,圖中虛曲線是根據(jù)上面公式計算繪制的,實際上,由實驗測得,當< r時,氣流將為超音速,這時流量保持不變, Wgr 為過M點的一條水平線。,,由 Wgt曲線圖經(jīng)過定積分,就可求出充氣過程中的氣體平均重量流量為:,應(yīng)該說明,以上計算忽略了灌裝閥氣道阻力的影響,計算中又取的平均質(zhì)量流量,故存在一定誤差,根據(jù)實驗條件,有人建議，等壓法灌裝，取充氣等壓時間

18、為0.51秒左右。,式中，,2.抽氣時間 對于真空法灌裝而言,灌液前瓶內(nèi)要形成一定的真空度,氣壓必須由原有的P0降低為P1,則瓶內(nèi)原有空氣的體積Vb膨脹為V1。將膨脹部分的氣體不斷被抽走,溫度基本保持不變,因此這一過程可以近似看成是等溫過程,由氣體等溫過程方程式求得:,體積增大部分的空氣即為必須抽走的空氣量,所以抽氣時間應(yīng)為:,式中:Wg----在單位時間內(nèi)為使空瓶形成一定真空度而平均分配在每只灌裝閥上的抽氣量，kg/s。,為確定 Wg，設(shè)全機的灌裝頭數(shù)為 j，真空系統(tǒng)由于有關(guān)裝置和連接不嚴密而造成的空氣滲入量為W（kg/s），被灌液料原來所溶解的空氣因減壓而引起的逸出量為W（kg/s），則

19、單位時間內(nèi)真空泵的抽氣量（或稱抽氣速率）,對于W值，一般可參照右表選取。,真空系統(tǒng)的空氣滲入量,被灌裝液料中原來所溶解的空氣,由于抽成一定真空,溶解量則有所減少,簡單估算時,可參考（標準氣壓和20C）每立方米水中溶解2.510-2千克空氣來計算,因此,單位時間內(nèi)由液料中逸出的空氣量應(yīng)為:,Q灌裝機的生產(chǎn)能力；pcs/h,設(shè)計時,亦可先假定每只瓶在抽氣真空階段所需的時間,然后根據(jù)上面幾個公式反過來估算真空泵的抽氣速率,待泵選定后,尚需校核瓶在進液回氣階段能否保證瓶內(nèi)始終維持己形成的真空度P1,這就要求被灌入液料所逐步占據(jù)的瓶內(nèi)容積的空氣必須及時抽走, 即要求: 式中: Vb為每瓶液料

20、定量灌裝的容積，tl灌液時間 假若不能滿足上面不等式,則需重新選擇 Wg或者設(shè)法改變 tl,例2,某真空灌裝機的灌裝頭數(shù)為30，要求在0.5s對0.5L的瓶子抽氣達到真空度0.5mH2O (1mH2O = 9.8Pa)。若每瓶的灌液時間為8.5s，灌裝機的生產(chǎn)能力為6000 pcs/h，已知在標準氣壓 （約等于10mH2O）下，空氣密度為1.183 kg/m3，確定：試求真空泵的抽氣量。,解：首先求單位時間內(nèi)分配給每一灌裝閥的抽氣量，,而,可見，Wg < Wg，不符合要求，為此，應(yīng)重新調(diào)整有關(guān)參數(shù)。 若取 Wg = Wg = 6.6110-5，則 tg < 0.5s(約0.45s),其次，求

21、單位時間內(nèi)真空泵的抽氣量，先分別求真空系統(tǒng)的空氣滲入量為W和減壓引起的逸出量為W,因真空度0.5mH2O相當于36.78mmHg，查表，用內(nèi)插法得：,所以，單位時間內(nèi)真空泵的抽氣量為,按標準大氣壓，折算成,（五）生產(chǎn)能力的計算 旋轉(zhuǎn)型的自動灌裝機的生產(chǎn)能力可用下式計算: Q=60an Q生產(chǎn)能力(瓶/小時); a灌裝機頭數(shù);n灌裝臺的轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)。 由上式可見,要提高灌裝機的生產(chǎn)能力就必須增大頭數(shù)a和轉(zhuǎn)速n。如果采用增大灌裝機的頭數(shù)a來提高生產(chǎn)率,那么,灌裝機的旋轉(zhuǎn)臺直徑也要相應(yīng)增大,這不僅使機器龐大,而且在旋轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速一定的情況下,還必須考慮離心力的影響,即瓶托上的瓶子在尚末升瓶壓緊灌裝

22、閥之前以及在灌滿液料降瓶離開灌裝閥之后,其繞立軸旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力都必須小于瓶子與瓶托之間的摩擦力,否則瓶子將會被拋出托瓶臺,從而影響正常操作。,由此可得灌裝頭中心對主軸的半徑R必須滿足下列不等式: 式中: f瓶與托瓶臺間的摩擦系數(shù)。,如果采用增大立軸的轉(zhuǎn)速n來提高生產(chǎn)率,那么,除同樣需要考慮離心力的影響外,主要的還需考慮灌裝時間的影響。 當n值提高,但液料灌裝速度沒有提高，而與n值不相適應(yīng)時,瓶子在旋轉(zhuǎn)臺上轉(zhuǎn)動一周的時間內(nèi)并末能灌滿,沒有達到定量要求,生產(chǎn)循環(huán)也因此受到破壞。 主軸旋轉(zhuǎn)一周即灌裝機完成一個工作循環(huán)所需時間為: T60/n 在完成一個工作循環(huán)的時間內(nèi)必須包括下列幾個部分,如右

23、圖所示。 1）T1為進出瓶之間的無瓶區(qū)所占去的時間,無瓶區(qū)的大小由進瓶、出瓶拔輪的結(jié)構(gòu)所決定,顯然,拔輪取得越大,進出瓶越穩(wěn),但所占無瓶區(qū)的角度相應(yīng)也要增大。 2）T2和T2為升瓶、降瓶所占去的時間,它們除應(yīng)考慮升瓶前、降瓶后尚需稍為穩(wěn)定的時間外,同時還應(yīng)考慮升降瓶凸輪所允許的壓力角,參照機械原理的有關(guān)知識,瓶托上升時為工作行程,許用壓力角推薦為30。瓶托下降時為空行程,許用壓力角70。,旋轉(zhuǎn)型灌裝機的工作循環(huán)圖,由此可見,圓柱凸輪的半徑越大,升降行程越短,升降瓶區(qū)在轉(zhuǎn)盤上所占的角度就可越小,但隨著升降瓶凸輪半徑的減小,在滿足一定壓力角的情況下,升降瓶區(qū)所占角度增大,經(jīng)濟效果不一定有利,另外,

24、在選擇灌裝閥的閥端結(jié)構(gòu)時,采用短管法當然較之采用長管法可減少升降瓶的行程,從而減少升降瓶區(qū)。 3）T3、T3為開閥,關(guān)閥區(qū)所占的時間,這與灌裝閥的結(jié)構(gòu)形式和開閉方法有關(guān)系,例如,一般旋轉(zhuǎn)閥較之移動閥開啟所需時間長些,利用固定擋塊開閉較之利用瓶子本身升降開閉所需時間長些,根據(jù)一般閥的生產(chǎn)情況,有人建議這段時間為0.51秒左右。,令灌裝區(qū)所占角度為4，則主軸轉(zhuǎn)速n應(yīng)為:,4)T4為灌裝區(qū)所占時間,它必須保證定量灌裝足夠的需要。 因此,確定主軸轉(zhuǎn)速n的關(guān)鍵是必須保證轉(zhuǎn)盤上灌裝區(qū)所占時間T4大于工藝上所需時間,即滿足不等式:,對等壓法或真空法，可取,為便于設(shè)計，表列出了常用灌裝機的主要技術(shù)參數(shù)，供參考

25、。,,對于定量杯定量法的灌裝,確定主軸轉(zhuǎn)速n還必須保證充滿定量杯所需的時間,在轉(zhuǎn)盤上,一般要求在開閥前、關(guān)閥后這段區(qū)間內(nèi)完成,即要求滿足不等式: 式中: t0為充滿定量杯工藝上所需的時間,它可采用下式計算: 式中: D定量杯的直徑;mm；H定量杯的有效高度;mm； u定量杯在儲液箱內(nèi)沉下的速度；g重力加速度；校正系數(shù)。 u值由控制定量杯沉降的凸輪曲線所決定,值由圖中查得,它與u值和液料的粘度有關(guān),,定量杯充滿時間的校正系數(shù)曲線,例3,某臺等壓灌裝機，用來瓶裝640ml（空瓶容積為670ml）啤酒時，生產(chǎn)能力要求達到10000pcs/h，若采用盤式旋轉(zhuǎn)閥及短管的閥端結(jié)構(gòu)，已知閥

26、端孔口處氣管為9mm3mm，液道內(nèi)徑為13mm；轉(zhuǎn)盤上灌裝區(qū)角度為200；儲液箱內(nèi)氣體壓力為1.5表壓；空氣常壓狀態(tài)下的密度為1.183kg/m3；啤酒的密度為1.013103kg/m3，黏度為1.11410-3Pa.s，其余尺寸如圖所示。 試確定該機所需的頭數(shù)。,解：1）求充氣時間,對于空氣r =0.53,由,令,進行換元積分，求得,求得充氣所需時間為,對于閥端孔口上面一段的環(huán)管，其長度L1=50mm，當量直徑,雷諾系數(shù)：,若取管子絕對粗糙度1=0.1，查表得1=0.062，則該段阻力系數(shù)：,對于儲液箱至灌裝閥間一段的直管，其長度L2 = 740+ 60=800 mm，管內(nèi)徑d2=20-23

27、.5=13mm，速度折算系數(shù)K2=（A0/A2）20.52,雷諾系數(shù)Re2 4871,同樣取2=0.1，查表得2=0.045，則該段阻力系數(shù)：,對于灌裝閥閥體內(nèi)的阻力損失，近似看作是三個90彎頭，加上輸送管道的一個90彎頭，其阻力系數(shù)均為=0.75，則它們總的折算阻力系數(shù)為,因此，灌裝時間為：,求得流速系數(shù),2）求灌裝機頭數(shù) 灌裝區(qū)應(yīng)占時間：,考慮灌裝的穩(wěn)定，取T4=10s，求主軸轉(zhuǎn)速,因此，灌裝機所需頭數(shù)為：,,七、機械計算 在自動灌裝機設(shè)計中,必須合理選擇電動機功率,以保證灌裝機的正常運轉(zhuǎn)。同時,也將根據(jù)灌裝機功率的大小,進行灌裝機零部件(如主軸,傳動齒輪等)的設(shè)計,如果電動機功率選擇得

28、過小,將會影響機器的使用性能或電動機長時間超負荷工作而容易發(fā)熱燒壞,如果選擇過大,將使機器笨重,浪費材料,增加機器成本,并且也不能發(fā)揮電機應(yīng)有效能。 1.功率的計算 灌裝所需功率與它的結(jié)構(gòu)及工作過程有關(guān),由于功率損失因素是十分復(fù)雜的,故難以用分析法進行精確計算,故采用對一些主要功率損失因素進行分析計算,然后迭加再乘以一個系數(shù),近似求得灌裝機功率,一般情況下,灌裝機的啟動功率為最大,啟動時,功率主要消耗在以下幾方面。,,1)啟動液缸功率 啟動液缸功率即為使貯液箱、貯液箱內(nèi)液料、旋轉(zhuǎn)臺等繞立軸旋轉(zhuǎn)的零部件由靜止到達工作轉(zhuǎn)速所消耗的功率。 由理論力學(xué)可知,使物體由靜止到達角速度為時,消耗的功應(yīng)

29、等于物體所獲得的動能,整個轉(zhuǎn)盤以角速度繞立軸轉(zhuǎn)動的動能為: 式中：J整個轉(zhuǎn)盤對于主軸的轉(zhuǎn)動慣量； 角速度。,,假若啟動時間為 則啟動整個轉(zhuǎn)盤由靜止到角速度所消耗的功率為: 式中:t0啟動時間, 常取0.5秒。 2)克服升瓶機構(gòu)的滾輪沿固定凸輪滾動時的工作阻力和摩擦力所需消耗的功率 升瓶機構(gòu)的滾輪沿固定凸輪水平區(qū)段滾動時的摩擦阻力為:,,式中: Z1水平區(qū)段內(nèi)升瓶機構(gòu)的數(shù)目; G1升瓶機構(gòu)內(nèi)彈簧的壓縮力; G2升瓶機構(gòu)及盛有液料瓶子的總重; K滾輪沿凸輪軌道的滾動摩擦系數(shù); f采用滾動軸承做為滾輪,其軸承折合在軸上的摩擦系數(shù); d滾動軸承中沿滾珠中心的圓周直徑;

30、 D滾輪直徑。,升瓶機構(gòu)的滾輪沿固定凸輪升瓶區(qū)段滾動時的摩擦阻力為: 式中:滑道升角; G3升瓶機構(gòu)及空瓶的總重。 升瓶機構(gòu)的滾輪沿固定凸輪滾動時的工作阻力和摩擦阻力所消耗的功率: 式中: R升瓶機構(gòu)繞灌裝機中心立軸的回轉(zhuǎn)半徑。,3)克服支承立軸的軸承摩擦阻力所需消耗的功率 因立軸轉(zhuǎn)速較低,采用滑動軸承較為適宜,由機械零件可知: 式中:作用在軸承上的動載荷; f摩擦系數(shù),一般取0.070.1; D推力軸承的最大直徑; D1推力軸承的最小直徑。,灌裝機的啟動功率為: (4-51) 式中: 與傳動系統(tǒng)效率因素有關(guān)的系數(shù)。 2.電機的選擇

31、1)對電機的要求,在選擇電機時,首先應(yīng)考慮到生產(chǎn)情況對電機的要求,灌裝機工作的環(huán)境比較潮濕,并有些小量沖擊。因此,要求電機有防潮及防震裝置(防震是次要的),并且要連續(xù)進行工作。,2)功率選擇 電機功率的選擇,以啟動和連續(xù)生產(chǎn)時其中最大的功率為選擇電機功率的依據(jù),考慮到備用系數(shù),電機功率應(yīng)為 由于功率計算存在誤差,更好的方法是通過試驗確定功率,即對樣機或類似的灌裝機在規(guī)定的操作條件上采用瓦特計法進行測定。 3）用類比法選擇電機 在設(shè)計中往往可以采用這種方法來選擇電機,到工廠及有關(guān)單位去搜集與所設(shè)計的灌裝機類型、生產(chǎn)能力等條件相近的灌裝機所采用的電機類型,功率大小等方面的有關(guān)

32、資料,然后參考這些資料來選擇所設(shè)計的灌裝機的電機功率和類型。,3.灌裝機主軸的計算 旋轉(zhuǎn)型灌裝機的主軸是重要的零件之一,它用A4、A5碳素鋼及30、35、40、45優(yōu)質(zhì)鋼制造。在必要時,可在其表面上鍍以金屬保護層或用不銹鋼制造，也有用鑄鐵或鑄鋼制造的。 旋轉(zhuǎn)型灌裝機的軸,主要是受扭或除了受扭外，還受有軸向力,按其主要是受扭來計算直徑: (4-53) 式中: 軸某斷面上所承受最大扭矩; N灌裝機所需最大功率(軸所傳遞功率); n灌裝機轉(zhuǎn)速。,根據(jù)強度條件: 式中: 許用剪應(yīng)力； 抗扭截面模數(shù)。 對于實心軸: 式中: D空心軸的外徑; d空心軸的內(nèi)

33、孔直徑。 故可按下式計算軸的直徑: 對于實心軸:,對于空心軸: 式中: 許用剪應(yīng)力,根據(jù)實驗結(jié)果和強度理論來確定,它與載荷的性質(zhì)(動還是靜)及應(yīng)力集中等因素有關(guān)。一般對軟鋼取250kg/cm 1000kg/cm ,計算時可參考設(shè)計規(guī)范。,一、有一臺40頭果酒灌裝機，儲液箱液面至出流閥口距離為490mmm，現(xiàn)在該廠用常壓法灌裝重度為0.95白酒，測得轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一周需20秒，灌裝時間為9秒，灌裝工位為20個，若其它條件不變，問：現(xiàn)在用常壓法灌裝時，該機生產(chǎn)能力及可能達到的最大生產(chǎn)能力？ 二、真空罐酒機要求在0.5秒內(nèi)對500ml的瓶子抽氣達到真空值500mm水柱，每瓶的灌酒時間為8.5秒，灌裝機的頭數(shù)為30，生產(chǎn)能力為600瓶/小時，已知在一個大氣壓下，空氣的重度r=1.183公斤/米3，求真空必須滿足抽氣量（升/秒）,