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1、1前言随着现代科学技术的开展，人民生活水平的提高，人们的消费习惯也随之相应的变化，同时对消费品的包装提出了更高的要求，而液态产品的包装在包装行业中占有很大比例,这是由于液体包装涉及的行业广泛、品种繁多,如饮料方面的汽水、果汁、牛奶、矿泉水、蒸偏水、啤酒、果酒等;调味品方面的酱油、醋、味精液、果酱等;药品方面的针剂、糖浆、酊剂、气雾剂等;农药乳剂、化工产品的各种瓶装、化装品等,要满足日益增长的液体产品的需要,就应大力开展液体产品的包装机械。人类自从采用容器盛装液体以后，就产生了灌装方法。十九世纪末二十世纪初以前,通常使用水罐、水杓进行人工灌装或直接将容器浸入液料中进行灌装,大约在1980年美国H
2、Orix、Kiefer和等三家公司开始制造容器灌装的机械装置。第一台商业用灌装机是Kiefer公司制造;HoriX公司于1920年首次制造了重力灌装机,用于灌装番茄酱，这家公司至今仍生产灌装机,二十年代初这几家公司着手生产回转式灌装机,其中U.S公司制造的是纯真空灌装机,二十世纪以来,灌装机械工业开展迅速,那时灌装的速度取决于人工将瓶子对准灌装阀,等待瓶子灌装完毕所需的时间。今天，回转式自动灌装机的生产能力己达每分钟2000瓶。我们这次所设计的正是这种回转式自动灌装机，生产能力为10800瓶/时。由于啤酒的原料价格在不断的上涨，一方面，生产商要加强内部的管理；另一方面啤酒灌装和压盖中出现的冒泡
3、、灌不满、压盖的破坏等，都会对生产商带来不必要的损失。为了进一步提高灌装-压盖机的工作效率，因此我们进行了重新的设计。2灌装机的选择2.1灌装的根本原理（一）灌装的根本方法各种液体产品的物理性质和化学性质均不相同，在灌装过程中，为了使产品的特性保持不变,必须采用不同的灌装方法。一般灌装机常采用以下几种灌装方法：L常压法常压法也称纯重力法,即在常压下,液料依靠自重流进包装容器内。大局部能自由流动的不含气液料都可用此法灌装,例如白酒、果酒、牛奶、酱油、醋等。2.等压法等压法也称压力重力式灌装法，即在高于大气压的条件下，首先对包装容器充气,使之形成与贮液箱内相等的气压,然后再依靠被灌液料的自重流进包
4、装容器内。这种方法普遍用于含气饮料,如啤酒、汽水、汽酒等的灌装。采用此种方法灌装,可以减少这类产品中所含二氧化碳的损失，并能防止灌装过程中过量起泡而影响产品质量和定量精度。3.真空法真空法在低于大气压的条件下进行灌装的,可按两种方式进行：压差真空式即贮液箱内处于常压，只对包装容器抽气使之形成真空，液料依靠贮液箱与待灌容器间的压差作用产生流动而完成灌装,国内此种方法较常用。重力真空式即贮液箱内处于真空，包装容器首先抽气使之形成与贮液箱内相等的真空，随后液料依靠自重流进包装容器内，因结构较复杂，国内较少用。真空法灌装应用面较广,它即适用于灌装粘度稍大的液体物料,如油类、糖浆等,也适用于灌装含维生素
5、的液体物料,如蔬菜汁、果子汁等,瓶内形成真空就意味着减少了液料与空气的接触,延长了产品的保质期，真空法还适用于灌装有毒的物料，如农药等，以减少毒性气体的外溢，改善劳动条件。4.压力法利用机械压力或气压，将被灌物料挤入包装容器内，这种方法主要用于灌装粘度较大的稠性物料,例如灌装番茄酱、肉糜、牙膏、香脂等,有时也可用于汽水一类软饮料的灌装,这时靠汽水本身的气压直接灌入末经充气等压的瓶内，从而提高了灌装速度，形成的泡沫因汽水中无胶体尚易消失,对灌装质量有一定影响,但不算太大。5.虹吸法利用虹吸原理完成的灌装方法。此种方法出现最早，人们最容易接受,原理比拟简单,现在很少使用。上述几种灌装方法的正确选择
6、,除考虑液体本身的工艺性能如粘度、重度、含气性、挥发性外,还必须考虑产品的工艺要求、灌装机的机械结构等综合因素。对于一般不含气的食用液料如瓶装牛奶、瓶装酒类等,可以采用常压法,亦可采用真空法,为了减少灌装时液料中的含氧气量，以便延长产品的保质期，采用较大的真空度的真空法更有利。另外,采用真空法其灌装阀的结构较简单,液漏损失小。但是事物是辩证的，真空度越大,酒的香味越易损失,而且真空法较之常压法尚需增加设备本钱。应当指出,对于某种液料的灌装不一定选择单一的方法，也可以综合选择几种方法，例如为了减少啤酒中的含氧量,防止保存期失光变质，一种方法是灌装前对瓶内抽取真空,然后再充入二氧化碳进行等压灌装，
7、即采用真空一等压法，另一种方法是用二氧化碳充气等压,瓶内被替代的空气被引入单独设置的回气箱,并不排至贮液箱。灌装前阶段在等压下进行，灌装后阶段可加快回气速度，形成与贮液箱的压差，从而提高灌装速度，即采用等压一压力(差压)法。(一)定量方法准确的定量灌装不但与产品的本钱有着直接的关系，同时也影响产品在消费者心中的信誉。包装物品的定量一般有重量定量和容积定量两种。重量定量由于要增添秤等计量衡器,所以机器的结构比拟复杂,适用于比重经常变化的固体物料,且往往要配置一套电路用以机电配合;容积定量机器的定量结构比拟简单,一般不需电路配合。液体产品一般易采用容积式定量,常见的有如下三种方法：1.控制液位高度
8、定量法这种方法是通过控制被灌容器中液位的高度以到达定量灌装的目的。因为每次灌装的液料容积等于一定高度的瓶子内腔容积,故习惯称它为“以瓶定量。该法结构比拟简单,不需要辅助设备，使用方便,但对于要求定量准确度高的产品不宜采用，因为瓶子的容积精度直接影响灌装量的精度。图2T为消毒鲜牛奶、鲜果子汁等的灌装机构。（a）为非灌装位置，（b）为灌装位置。当橡皮垫6和滑套5被上升的瓶子11顶起后,灌装头7和滑套5间出现间隙,液体流入瓶内，瓶内原有气体由排气管1排至贮液箱，当灌至排气管嘴c-c截面时,气体不再能排出，随着液料的继续灌入，液面超过排气管嘴,瓶口局部的剩余气体只得被压缩，一旦压力平衡,液料就不再进入
9、瓶内而沿排气管上升，对于这种定量方法,假设改变每次的灌装量,那么只需改变排气管嘴进入瓶中的位置。图2-1控制液位高度定量法原理图I-排气管,2-灌装架,3-螺母,4-弹簧,5-滑套,6-橡皮垫,7-灌装头，8-压紧螺母,9-调节螺母，10-贮液箱，11-瓶子2.定量杯定量法这种方法是先将液体注入定量杯中进行定量,然后再将计量的液体注入待灌瓶中,因此,每次灌装的容积等于定量杯的容积。图2-2为旋塞定量原理示意图。首先三通旋塞2位于左图所示的位置,液体靠静压通过进液管4进入定量杯1中，杯内空气经细管3排出，当定量杯内的液面到达细管的下缘时,空气无法排出,但由于贮液箱内液面较高，定量杯内液面那么继续
10、上升至高于细管下缘处，杯内空气那么被压缩直到两处压力平衡而停止。管3内的液面根据连通器的原理,将继续上升至同贮液箱内液面相平,然后三通旋塞逆时针旋转90。,如左图所示,使定量杯内的液体同贮液箱内的液体隔开,同时定量杯内液体（包括细管内液体）流入待灌瓶中。假设改变灌装量,那么只需调节管子在定量杯中的高度或者更换定量杯。图2-3所示为直动定量杯的一种结构。在下面没有待灌瓶时,定量杯1由于弹簧7的作用而下降，并浸入贮液箱的液体中，那么箱内的液体沿着其周边流入并充满定量杯。随后待灌瓶由瓶托抬起,瓶嘴将喇叭入口8连同进液管9,定量杯1一起抬起,使定量杯超出液面,并使进液管中间隔板上、下孔均与阀体3的中间
11、相通,这样定量杯中液体由调节管2流下,经中间隔板的上孔流至阀体3的中间槽,再由隔板的下孔经进液管下端流进待灌瓶中，瓶内空气那么由喇叭头上的透气孔逸出，当定量杯中流体下降至调节管2的上端面时，定量灌装那么完成。定量杯中容量可由调节管2在定量杯中的高度来调节,也可更换定量杯。本结构适用于灌装酒类产品。图2-2旋塞定量杯式定量机构图2-3定量杯式定量机构I-定量杯,2-旋塞,3-管子,4-进液管，定量杯,2-定量调节管,3-阀体，5-灌装嘴4-锁紧螺母,5-密封圈,6-进液管,7-弹簧,8-喇叭口3.定量泵定量法这是一种采用压力法灌装的定量方法,一般由动力控制活塞往复运动，将物料从贮料缸吸入活塞缸,
12、然后再压入灌装容器中，由此每次灌装物料的容积用活塞往复运动的行程来控制。图2-4是利用定量泵进行定量灌装番茄酱的原理图。活塞5由凸轮（图中未示出）控制作上下往复运动，当活塞向下运动时，酱液在重力及气压差作用下，由贮液缸底部的孔经阀3的月亮槽流入活塞缸4内。当待灌容器由瓶托抬起并顶紧喇叭头6和阀3时,弹簧2受压缩而滑阀上的月亮槽上升,那么贮料缸与活塞缸隔断,滑阀上的下料孔与活塞缸接通,与此同时，活塞正好在凸轮作用下向上运动,酱液再从活塞缸压入待灌容器内，当灌好酱液的容器连同瓶托一起下降时,弹簧2迫使滑阀也向下运动,滑阀上的月亮槽又将贮料缸与活塞沟通，以便进行下一次灌装循环。假假设在某一个瓶托上没
13、有待灌容器时，尽管活塞到达某一工作位置仍然在凸轮作用下要向上运动,但由于滑阀上月亮槽没有向上移动，故酱液仍被压回贮料缸,不致影响下一次灌装循环的正常进行。对于这种定量方法,假设要改变每次的灌装量,那么只需设法调节活塞的行程。比拟上述三种定量方法，从定量精度来看，第一种方法由于直接受到瓶子容积精度以及瓶口密封程度的影响，其定量精度不及后二种方法高,假设从机械结构看,第一种显然最为简单,因此,它自然得到广泛应用。图2-4定量杯法定量原理图I-阀体,2-弹簧,3-滑阀,4-活塞缸,5-活塞,6-喇叭Fl定量方法的正确选择,主要应考虑产品所需要的定量精度,如我国对640毫升啤酒部颁标准为土10亳升，国
14、外为土3毫升。对瓶装酒类等按高度定量的产品，最好不超过1.5毫米,容积误差最好控制在0.4%,越是名贵的产品，显然其误差应越小。定量方法的正确选择,还应考虑到液料本身的工艺性，例如对含气饮料灌装假设采用定量杯定量法，那么贮液箱内的泡沫反倒可能降低定量精度，因此,在这种情况下，-一般以采用控制液位高度定量为好。2.2灌装机的主要类型灌装机就是将液体产品装入包装容器的机械称为灌装机。液体产品按其粘度可分为：流体:在自身重力作用下即可以按一定速度流过圆管的任何液体。流速主要是受流体粘度和压力影响,一般粘度范围规定为广100厘泊,如酒类、果汁、牛奶、酱油等。半流体:在大于自身重力的压力作用下才能在圆管
15、中流动的液体叫半流体，其粘度范围为100-IOoO厘泊,如松糕油、番酱酱、肉糜等。粘滞流体:产品粘度超过100oO厘泊的,不属于流体和半流体的范围。如浆糊之类的产品属于这一范畴。对于低粘度液料,根据液体中是否含有二氧化碳气体,可分为不含气和含气的两类;对于是否含有酒精成份又可分为软饮料（不含酒精）和硬饮料（含有酒精）O流体的流动特性还会受温度、粘度、固体粒子的含量、分解性、外表张力或起泡特性等因素的影响。包装容器目前按其材料分主要有玻璃瓶、金属罐、纸包容器、塑料瓶等,还可分为：硬质容器:任何可以承受15磅的向下压力而不变形的用金属、玻璃、陶瓷或塑料制成的、加封盖后不漏液体的容器都称为硬质容器。
16、半硬质容器:任何以轻量塑料（通常是吹塑成型或热成型）或是纸板及其复合纸材制成的，加封盖后不漏液体的容器叫半硬质容器非硬质容器:任何以塑料薄膜、金属箔、塑料复合薄膜或是由它们的复合物制成的容器都叫非硬质容器。例如大家熟知的袋,它一般要求灌装系统带有制袋装置。通常是以活塞定容,灌装系统将一定容量的液体灌装到由该装置生产的容器中。（一）按灌装瓶的主要运动形式分类旋转型灌装机待灌瓶由传送系统（一般经洗瓶机由输送带输入）或人工送入灌装机进瓶机构,瓶子由灌装机转盘带动绕主立轴旋转运动进行连续灌装，转动近一周时瓶子己灌满，然后由转盘送入压盖机进行压盖，如图2-5、2-6所示：图2-5瓶子在灌装过程中的俯视图
17、这种灌装机在食品、饮料行业应用最广泛,如汽水、果汁、啤酒、牛奶的灌装,此机主要由流体输送（即供料系统）、容器输送（即供瓶系统）、灌装阀、大转盘、传动系统、机体、自控等局部所组成,其中灌装阀是保证灌装机能否正常工作的关键。图2-6瓶子在灌装过程中展开示意图直线型灌装机灌装瓶沿着平直的直线运动,进行成排灌装。见图2-7,凡送来一排空瓶由推瓶板向前推送一次,到送至灌液管的下方时，阀门翻开进行灌装,间歇进行操作。2-7直线灌装机工作原理图I一定量灌装，H一上盖,III将盖拧紧,IV一贴商标V-待装盒装箱I-推瓶板,2-限位拨盘,3,11,13-传送带,4-传送盘,5-瓶子,6-上盖机构，7-料斗，8-
18、拧紧机构,9-商标盒，10-浆糊盒，12-推料板,14-贮液箱，15-灌装管这种灌装机相对旋转灌装机来讲,结构比拟简单,制造方便,但占地面积比拟大,而且是间歇运动,生产能力的提高也受到一定限制，因此一般只用于无汽液料类的灌装,局限性较大。自动化灌装机该类型可分为:单机自动机和联合自动机(可以包括连续进行洗瓶、灌装、压盖、贴标、装箱等工序)自动灌装以采用机械传动控制为主的最普遍此外,还有按灌装方法、关闭装置及定量装置等分类方法。(二)根据灌装方法分类(1)常压灌装机在常压下将液体产品充填到包装容器内的机器称常压灌装机.它只适宜灌装低粘度不含气体的液体产品，如白酒,醋,酱油等以白酒灌装机为例，说明
19、常压灌装机的主要结构和工作原理。(2)负压灌装机先将包装容器抽气形成负压，然后再将液体产品充填到包装容器内的机器称负压灌装机.负压灌装机分两种：a.压差式负压灌装机贮夜箱内处常压，只对包装容器抽气使之形成负压,依靠贮液箱和待灌容器之间的压力差将液体产品充填到包装容器的机器。b.重力式负压灌装机将贮液箱和包装容器都抽气形成负压，液体产品依靠本身的自重充填到包装容器内的机器。负压灌装机适用于灌装含维生素的饮料,有毒的农药和化工试剂等。(3)等压灌装机先向包装容器充气,使其内部的气体压力和贮液箱内的气体压力相等,然后将液体产品充填到包装容器内的机器称为等压灌装机它适用于灌装含气体的饮料和含气体的酒类
20、,例如汽水,可口可乐,啤酒,汽酒等它可以保证灌装产品的质量和计量精度。(后面有详细介绍)(4)压力法灌装机压力法灌装机是利用外部的机械压力将液体产品充填到包装容器内的机器.它适用于灌装粘稠性物料,例如牙膏,番茄酱,豆瓣酱,香脂等。总上可得,啤酒内含有Co2气体,啤酒的灌装机应该选用等压灌装机,才能保证其质量。3啤酒灌装机的设计3.1总体方案啤酒作为一种口味独特的风味饮料，深受广阔老百姓的喜欢，近年来由于受酿酒原材料涨价的影响，啤酒的酿造本钱随之增高。而啤酒的市场竞争越来越剧烈.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
21、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本钱，因此，灌装机灌装效果的好坏直接影响到企业的经济效益。上面我们己了解-下灌装机的根本原理。然后再对影响灌装效果的一些主要因素做分析。（一）啤酒灌装机的根本要求液位精度合格率（液位差不大于6mni）。（最低液位时的容量应到达公称容量的98.5%以上）见下表。（2）啤酒损失率不大于0.6%。（3）灌装增氧量:一次抽真空时不大于0.15mg/L二次抽真空时不大于0.04mg/L（4）瓶颈空气体积不大于2mL。项目名称鞭定生产能力
22、瓶/M100(X)2002OOOO3OO30060000液位精度合格率%9093N94（二）啤酒灌装的工艺啤酒的灌装工艺已经相当成熟。根本上可以分为七局部。如图3-1所示：图3T啤酒灌装工艺流程图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（COJ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
23、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。在罐装过程中的一些技术参数指标是：啤酒的最高罐装温度为4C；通用型啤酒瓶的罐装压力不低于0.5MPa,啤酒专用型的罐装压力不低于0.35Mpai包装过程中瓶损率低于0.5%；Co2损失率不大于0.1：压盖合格率不低于99.5%；控制系统应保证无瓶和破瓶不罐装；压盖工位无瓶不下盖。（三）影响灌装机灌装效果的因素分析（1）灌装压力对灌装效果的影响我们知道，啤酒中含有饱和溶解的C0?气体，这些COz是在发酵过程中产生的
24、，或者通过人工充C02,参加到啤酒中的，啤酒对COz的溶解度随啤酒温度、压力而变化,下面我们用公式来说明：从公式1,我们可以看出，CO,在啤酒中的溶解度跟CO?分压成正比。当贮液缸中的背压气体的压力低于CO?的饱和溶解度时，C0?就会从啤酒中逸出，从而导致冒酒、灌不满等影响啤酒灌装效果的现象出现。所以灌装压力应比COa的饱和溶解压力高，同时应比来酒的压力低，防止影响进酒的速度。图3-2恒压供酒示意图(2)输酒压力对灌装效果的影响啤酒从清酒罐通过管道输送到灌装机。其输送动力多数啤酒厂采用清酒罐里的背压.由于清酒罐到灌装机有很长的一段管道，啤酒到达灌装机时往往压力不稳定，波动比拟大，贮液缸里的液面
25、也引起较大的波动，从而造成啤酒中C02的逸出，影响啤酒的灌装效果。一般要求来酒压力为3bar,压力波动绝对值应小于0.3bar。我们可以通过在管路上增加送泵,采用变频控制技术来保证输酒压力的稳定。如图3-2所示,将酒缸压力变送器检出的随压力变化而变化的模拟电信号4-20mA输入PID调节器。由PID调节器输出的4-20m连续控制调节信号控制变频器，再有变频器控制送酒泵的转速，从而实现恒压供酒的目的。(3)托瓶气缸压力对灌装效果的影响在灌装过程中，托瓶气缸的压力是不可无视的。压力过低，瓶子升上去压不紧导致密封不良，容易造成漏酒和起泡，酒装不满，而压力过大，瓶子下落时震动大，也容易造成冒酒。托瓶气
26、缸的压力和灌酒压力有一定关系，一般当灌酒压力为2-4bar时，托瓶气缸的压力为2.53bar(4)啤酒温度对灌装效果的影响从公式(1)还可以看出，Co2的溶解度跟啤酒的温度成反比，过高的酒温会引起CCh的逸出，即降低了啤酒中CO2的含量，又容易产生冒酒现象。所以，酒温应严格控制在04(5)灌装阀对灌装效果的影响目前，国内大多数啤酒厂家的灌装设备采用的是机械式等压灌装阀。当灌装阀中的真空阀、卸压阀用的密封圈磨损成定中装置内的密封环破损，将会打破等压灌装的平衡，容易造成灌装的液位不正常；当灌装阀的回气管弯曲以及回气管上的伞型反射环破损也会影响啤酒的正常灌装。因此，对于灌装阀应提高零部件的加工质量，
27、设计合理的密封形式，提高密封件的使用寿命。瓶颈空气对灌装效果的影响灌装是氧气侵入啤酒的一个重要渠道.因而它也是包装啤酒质量的重要环节。啤酒因为含有CCh气体，灌酒后又要经过杀菌机进行巴氏杀菌，所以瓶中的酒不能灌的太满，以免巴氏杀菌时，啤酒温度升高。逸出的CCh气体得不到足够的缓冲空间，导致瓶内压力急剧升高，进一步爆瓶。所以640ml瓶装啤酒的满瓶容积为670ml,有30ml的瓶颈容积，如果这30ml瓶颈空间被空气占领，空气中的氧将会对瓶中的啤酒风味产生破坏作用，所以必须设法驱除瓶颈中的空气。通过在压盖前配置高压激泡装置的方法来使高压无菌水将啤酒泡沫激出并将瓶颈空气赶走，使啤酒中泡沫溢出瓶口IC
28、m左右为佳.经过测定，瓶颈上部含有较粗糙的啤酒泡沫时，瓶颈空气含量大约7ml,而含有较细腻的泡沫并窜出瓶口时，瓶颈空气含量那么大约为l-2ml。为了保证瓶子的瓶颈空气不超过2ml,高压激泡水的压力应可以自动调节。根据试验得出的激泡水压力与灌装速度的关系，通过PLC控制来实现。（7）其它因素对灌装效果的影响其它影响灌装效果的因素还有真空度。真空度低时，啤酒灌装结束后的增氧量就会增加，过多的溶解氧会对啤酒的口味产生很大的影响，所以我们一般通过二次抽真空将真空度保持在90%以上。通过以上分析，我们可以从设计的角度对啤酒灌装机的关键点进行控制改良，有利用后面的啤酒灌装机的设计。（四）啤酒灌装机总体方案
29、设计（1）啤酒灌装机的传动系统如图3-3所示此系统将灌装局部和压盖局部采用同一台调速电机带动的，经皮带和蜗轮蜗杆减速后，通过齿轮再分开传动。这样可使机器的各局部在规定的工作循环下，保持协调的动作和集中的调速，传动结构简单并且紧凑。援轮降机构托瓶 翦是瓶的连续 或尼龙坦克链 ,骨。由洗瓶机出来的瓶子由输送带送来后,为了防止挤坏、堵塞和准确地送入灌装机,必须设法使瓶子单个地保持适当的间距送进，目前瓶子的定时送给一般采用分件供送螺杆或拔盘式等限位机构。图3-4给出了典型送瓶机构的示意图,它的根本组成包括由锥齿轮传动的变螺距螺杆、固定侧向导板、链式水平输送带（未画出）和组合式拔瓶轮等，分件供送螺杆在结
30、构上是一种空间高副机构,它的结构形式受供送瓶的大小、形状等的制约。从外观形式看,前端应设计呈截锥台形/TT助于将玻璃瓶顺畅地导入螺杆的工作区段,合理确定螺旋线的组合形式。旋向及螺旋槽的根本参数。啤酒灌装机送瓶和出瓶装置用的是螺杆供送,对己经清洗,消毒等工序后的酒瓶起到定位作用,让啤酒瓶在螺杆定为的作用下,彼此之间的 拨轮的作 的箱体内。位置一定,在星型 用下进入灌装机图3-4典型送瓶机构的示意图(3)等压灌装啤酒灌装机采用的是等压灌装,等压灌装的原理是首先向包装容器中充气,使其压力等于贮液箱内气相压力,然后再翻开进液口，在液料的自重作用下流入包装容器内,如图3-5所示:(a)充气等压接通进气管
31、.贮液箱内的气体充入瓶内，直至瓶内气压与贮液箱内气压相等。(b)进液回气当瓶内液面上升至hl时,淹没了管的孔口，瓶内液面上的气体无法排出，液面停止上升,液体沿管上升到与贮液箱的液面相同为止,停止灌装。(c)排气卸压瓶子上部借助管和管同贮液箱气室相通,管内的液体流入瓶内，瓶内液面升至h2处,而瓶内相对应的气体沿管排回贮液箱内。(d)排除余液旋塞转至管,和管都与贮液箱隔开，当瓶子下降时,旋塞下部管内的液体流入瓶内，使瓶内液位升至h3,完成全部灌装过程。图3-5等压罐装过程示意图3.2啤酒灌装机的设计及计算(一)生产能力旋转型的自动灌装机的生产能力可用下式计算：Q=60nj式中：Q生产能力(瓶/小时
32、)；j-灌装机头数；n一灌装台的转速(转/分)。本设计的啤酒灌装机的灌装机头数j=50个，生产能力Q=10800瓶/小时那么n=Q60j=1080060*50=3.6rmin由式(2)可见,要提高灌装机的生产能力就必须增大头数a和转速11o如果采用增大灌装机的头数a来提高生产率,那么，灌装机的旋转台直径也要相应增大,这不仅使机器庞大，而且在旋转台转速一定的情况下,还必须考虑离心力的影响,即瓶托上的瓶子在尚末升瓶压紧灌装阀之前以及在灌满液料降瓶离开灌装阀之后,其绕立轴旋转时产生的离心力都必须小于瓶子与瓶托之间的摩擦力,否那么瓶子将会被抛出托瓶台,从而影响正常操作,由此可得灌装头中心到立轴中心的距
33、离,必须满足以下不等式：900欧公式3中：f一瓶与卅浴观质擦系数。那么R900*g*f3.14*3.14*n*n=900*9.8*12/3.14*3.14*3.6*3.6=828mm取R=824mm如果采用增大立轴的转速n来提高生产率,那么，除同样需要考虑离心力的影响外,主要的还需考虑灌装时间的影响，当n值提高,但液料灌装速度没有提高而与n值不相适应时,瓶子在旋转台上转动一周的时间内并末能灌满,没有到达定量要求,生产循环也因此受到破坏。(二)星型拨轮和螺杆设计(1)星型拨轮的设计此机构是将瓶的限位器送来的瓶子准确地送入灌装机中的升降机构或将灌满的瓶子从升降机构取下送入传送带机构。如图3-6所示
34、:拔瓶轮中的尺寸h及RC均由瓶子高度和直径来决定，拔瓶轮一般采用酚醛层压板等材料,免与玻璃瓶产生硬性碰撞,拔瓶轮图3-6星型拨轮一般由上、下两片组成,为了保证拨轮与托瓶台的位置相对应,在轮片上应开有圆槽形孔,调好后再安装在转轴上。为了使瓶子稳定传送,在传送带旁边还需要安装护瓶杆,在进出瓶拔轮外还要安装导板,护瓶杆离开传送中心线的距离要可调，以适应不同规格的瓶子。另外,送瓶机构不仅要将瓶子分隔转弯,而且传递速度必须与洗瓶机的速度匹配，否那么易出现倒瓶、缺瓶或阻塞现象,为了防止倒瓶时影响正常生产,某些灌装机在分件供送螺杆、拔轮的传动局部安装有离合器,一旦出现故障使其自动停转,有的还安装微动开关，当
35、离合器脱开的同时,压迫微动开关,使全机停转。本设计中采用的三个齿数的星型拨轮，本设计啤酒瓶的规格是：容量640ml直径D=75mm瓶高H=290三瓶口内径r=16mm外径=26mm所以h=200mmRc=32.5mm假设螺杆的转速n,星型拨轮的齿数Zb及节距Cb,那么拨轮的转速11b=n螺/Zb星型拨轮的齿数Zb=3个50Xn=3Xnl,那么nb=50n3=60rmin由公式4可得:n*=nbZb=603=180rmin拨轮的节圆直径Dh=CbXZb/3.14=162.21X3/3.14=154.98mm当物件被等速输送带拖动前进时,如果让整个变螺杆对它仅起一定的隔挡的作用，并在末端与星型拨轮
36、取得速度的同步显然应保证输送带的运行速度Vb螺杆的最大供送速度V3m和拨轮的节圆线速度Vb均相等，即：Vi=V3ni=Vb=CbXn4s=3*180-540rmin螺杆的设计因为螺杆的转速偏低，螺旋线可以采取等速段和等加速段。见图3-7三段式组合螺杆，其中只有两段，等速段和等加速段。(a)螺杆的等速段对供送件是啤酒瓶,其为正圆柱形物件,令其主体部位的圆弧半径为P,螺杆的内外半径各为r0,R1可取Rr0+p(5)图3-7三段式组合螺杆在一般的情况下,对于r。值主要是依靠螺杆芯部及其支轴的积垢强度和尺寸等因素加以确定的,但个别场合也有单从满足某种工艺要求的角度来考虑这个问题,综合考虑r0=22.5
37、mmP=D2=752=32.5mm由公式(5)得：RWrO+p=22.5mm+32.5mm=55mm取R=35un那么螺杆的外径径D=2*R=2*35mm=70mm螺杆的等速段的螺距应取:S(n=2p+k(6)式(6)中的k-两相邻物件间的平均间隙(一般约为几mm,主要与物件加工精度有关)那么取k=5mm螺距So=2p+k=232.5un+5mm=80m设等速段螺旋线的最大圈数为ilm(通常为1),而其中间任意OWiIWi1m,又因等速段外螺旋线展开图形是一条斜直线,故相应的螺旋角tga01=S01%X3.14D=803.14X70=0.364a0=20o轴向长度H1m=S01Xilm=80m
38、ml=80mm供送速度V0=Soin螺=8OmmX180rmin=14400mmmin假设物件的送入速度VrV。,那么最好借助可调式波形尼龙板或刷板等缓冲装置使其减速:反之,当VV。时,就只能依靠输送带对物件所起的摩擦拖动作用加速，以接近于螺杆的初始供送速度,据次求得供入段的输送长度：L2(VJ-V12)2ug(7)式中Ud-物件与输送带的滑动摩擦系数g-物件的重力加速度另外,分析了沿螺杆全长物件与输送带的最大速差：Vm=Vr-VO=(Cb-SOl)n故知拨轮节距和螺杆转速都不宜过大，以免加快板链工作的外表的磨损,并对物件引起强烈的震动.(b)螺杆的等加速段令螺杆等加速段的供送加速度a3=a上
39、=Sn+a2112(4i3.i4+i3)i3(8)a112=*(CbS(n)/(2i2m+3.i4i3m)(9)这说明，等加速段的供送加速度与螺杆转速的平方成正比：当星型拨轮节距和等速段螺距均保持定值，如果适当地增加后两段螺线的总圈数，那么湖会有助于降低螺杆的供送加速度，或提高螺杆转速。(1i2m2)根据公式(8)可求等加速段定区间UWi3wi3m)内的任意螺距值最大螺距：S311=Cb-*(Cb-So)/2(2i2m+3.14ito)(10)S3=162.21-3.14(162.21-80)/2*(2*1+3.14*3)=151.21mm应取的S3ra15h21三那么图纸中S3m=50mm等
40、加速段的最大轴向长度h那么与拨轮节距Cb,螺距S(H及圈数i2a,Q有关，(3i3m5)那么有公式：(Ii3i3m)H3=S01+ff*(Cfc-S0l)/2(2ian+3.14iJ(4i3.14+iJi3(11)=S01+(Cb-S0,)(4ia,+3.14iJ2(2+3.14i3Ji3(12)H3=80+3.14X(162.21-80)/2X(22+3.142)(423.14+3)X1.689=88mmH3m=80+(162.21-80)(413.143)/2(21+3.143)1.89=245mmH-3=H1mH3m=80+245=325(mm)啤酒瓶的直径D=75mm,那么螺杆的曲线R
41、232.5mm,根据实际情况可取R=4L5mm()瓶的升降机构设计本设计才用的是气动式瓶的升降机构，如图3-8为其原理图及结构图,所用压缩空气的压力通常为2.54kgf/cm。从图中可以看到当控制碰块使阀门6关闭、阀门8开启时,压缩空气将自下部进气管5进入到气缸1中,活塞2受到下端压力气体的作用向上运动,托瓶台4及其所承托的瓶子向上升起,在此过程中灌装嘴插入瓶内,以便进行灌装工作。图3-8气动式瓶的升降机构T管，制,在灌装机工作运车克服了机械式升降机子被卡住,压缩空气女灌装完毕后,控帝 缸1中，活塞2上端E 的作用下,托瓶台迅灾 瓶自灌装机转盘上排号塞2上端引入气*的瓶子等在自重 IF卸装置将
42、装料 块及转柄进行控 h这种升降机构, i发生故障时,瓶挤坏。但是,活塞的运动速度受到空气压力的影响,假设压缩空气的压力下降时.那么瓶的上升速度减慢，以致不能保证瓶嘴与灌装阀的密封,假设压缩空气压力增加，那么瓶的上升速度快,导致瓶不易与进液管对中，又使瓶子下降时冲击力增大,如假设灌装含气性气体,那么容易使液料中的二氧化碳逸出。四)送料装置设计灌装液料由贮液槽经泵(或直接由高位槽)及输液管将液体产品输入贮液箱，再由贮液箱经灌装阀输入待灌容器中,这就形成了整个灌装液料的供送系统。对于等压法、真空法有时还需对贮液箱充气或抽气。由此可见,不同的灌装方法就应有不同的供料系统。图3-9为此法供料原理图。输
43、液总管3与灌装机顶部的头9相连,输入头下端有六根输液支管14与环形贮液箱12相通。图3-9等氏法供料系统简图1-液压检查阀,2-输液总管,3-输液总管（透明段），4-无菌压缩空气（附单向阀），5、6-截止阀,7-预充气管,8-平衡气压管,9-分配头，10-调节针阀，11-进气阀，12-环型贮液箱，13-高液面浮子，14-输液支管，15-主轴，16-低液面浮子，17-视镜,18-放气阀。如上图3-9所示，输液管3与灌装机顶部的分配头9相连，分配头下端均布六根支管14与环形贮液箱12相通。在未翻开输液总阀前，通常先翻开支管上的阀1以调整液料流速和判断其压力的上下。待压力调好后，才翻开总阀。无菌压缩
44、空气管4分两路：路为管7,它经分配头直接与环形贮液箱相连，可在开车前对贮液箱进行预充气，使之产生一定压力，以免液料刚灌入时因突然降压而冒泡，造成操作的混乱。当输液管总阀2翻开后，那么应关闭截止阀5。另一路为管8,它经分配头与高液面浮子13上的进气阀11相连，用来控制贮液箱的液面上限。假设气量减少，气压偏低而使液面过高时，该浮子即翻开进气阀，随之无菌压缩空气即补入贮液箱内，结果液位有所下降，反之，假设气量增多，气压偏高而使液面过底时，浮子16即翻开放气阀18,使液位有所上升。这样，贮液箱内的气压趋于稳定，液面也能根本保持在视镜17中线的附近。在工作过程中，截止阀6始终处于被翻开位置。除此之外，在
45、某些用泵输送的管路中，还有配备薄膜阀的，使液料与压缩空气大体上能维持均衡的压力比，从而保证了灌装压力的稳定和灌装过程的正常进行。（1）分配头液料和压缩气体均是从灌装机的顶部进入环形贮液箱的，也有采用分路配备（液体从下而气体从上）的，它有助于简化分配头机构，并能美化整机造型，但对安装，维修带来一定的困难。无论选择那一种配置方案，对供料装置来说，都必须考虑如何将固定的输液管与转动的贮液箱加以妥善连接，支撑和密封等问题。如图3-10所示，此-上端环形槽： 座。史储液箱预充气管3相 .环形储液箱内。压缩空 ；形槽5、8而流入储液 1只滚动轴承10支承在 ；缩空气和液料的外溢尺寸确实定就图清楚地表示了上
46、述的有关结构。I-树叶纵X中心管4的上端与，连。液料依次经中气那么从中心管厚W箱和高液面浮子所力固定的中心管上,谚了及相互渗透。（2）.输液局部计算液体产品从贮；合理选择圆管的内彳圆管内径确实定A=rfi4设输液管的内径为d,其截面积为液体在管内流动的速度为：=,V为流经管道任一截面上液料的体积流量,那么，输液管的内径为：又式中：W一重量流量.指单位时间内流经管道任一横截面的液料重量；P-液体产品的密度；G-每瓶灌装液料的重量；QM-灌装的最大生产能力。有G=O.5kgp=1013kgmiQmil=12000pchh那么V=GQg3600p=0.512000/3600X1013=0.00165
47、mVs从表1可得，流速U般根据经验选取,这是因为流速增大,管径那么小,虽使材料消耗和基建投资减少,但增大了流体的动力消耗,又使操作费用提高,因此,在设计时应根据具体情况参考表4.2选取,根据体积流量V及U流速代入公式计算所等于的管径,还必须根据工程手册中查取的规格圆整。那么，选流速u=2mSd=FE=O.03(m)所以输液管的内径是d=0.03m=30mm,直径D=60mm圆管壁厚一般根据管子的耐压和耐腐蚀等情况,按标准规格选定壁厚。高位贮液槽安装高度或液料输送泵的功率计算要在单位时间内供应灌装机贮液箱一定量的液料,其能量可以来自高位贮液槽的位能,也可以来自输入泵的机械能,究竟需要多少能量呢？这可由流体力学中能量守恒的柏努利方程式来求解,一般先取供料开始及终了的两个截面作为分析面,即取液槽的自由液面作为1-1液面,取灌装面贮液箱中进液管口作为2-2截面,然后列出两截面间的柏努利方程式：表1液料(流体)输送常用流速范围流体类别及工作条件流速流体类别及工作条件流速一般液体粘度50cp液体(2550)粘度100cp液体(2550)粘度100oC
