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青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文）摘 要 发明的灌装阀，适用于多数瓶子，无论瓶子的大小和形状都可以灌装。而且不需要在一个密闭环境中进行。正因为这样，那些强度不大的瓶子和不太规格的瓶子也可以进行高速的灌装。所发明的阀不需要在真空环境中工作。但是同样会给液体一定的压力。这样对于那些粘性的液体也可以很好的罐装。相反的是，这些对于传统的的真空灌装阀和重力灌装阀是至关重要的。本文主要的设计内容主要是酒缸分流头的设计和灌装阀的设计。酒缸分流头在灌装过程中将液料送到储液箱内，进行灌装。它的设计是将现在常用的机械和气动混合式机构，进行改进设计。实现液体的等压灌装。灌装阀的结构设计叙述的是如何将液体灌装到瓶子中，减少灌装过程中液体的损失，从而优化整机的性能。 关键词：灌装阀；瓶子；重力灌装阀AbstractThe value of the present invention is employed to fill bottles regardless of their from or size ,with no need to from a leak-proof seal with them,so much so that the lack of rigidity or the relative imperfection of the bottle is no obstacle to the correct and rapid filling of the bottle .the value according to the invention ,does not work by vacuum,but it acts with pressure on the liquid, for which reason the viscosity of the liquid does not constitute any problem in the bottling,contrary to what happens with the conventional vacuum or gravity filling valves, in which these factors are critical. This paper is the design of the bottle entrusted to design and machine design Block . Child care agencies bottle filling process will be sent to the bottle filling valve for filling the important components. It is designed to now commonly used mechanical and aerodynamic mixed movements designed to improve body. Mixed movements of the landing wheel of technical change Rolling , Seat body design is described in the base of how to streamline the agencies, reduce the machine-made materials and their own weight, thereby optimizing the performance of a piece. Key words：filling equipment ; bottle; gravity fillingIII目 录摘 要IAbstractII1绪 论11.1综述11.2灌装机械简史11.3国内外灌装机械发展现状11.4 我国啤酒灌装机械的发展趋势21.5 本课题的提出以及课题要求32 40-8型自动灌装压盖联合机灌装阀的设计42.1 灌装的基本原则42.2 灌装系统的工艺要求及注意事项42.3 灌装方法的选择72.4 定量方法的选择92.5 灌装阀的结构方案设计102.6 灌装阀的结构设计与计算113 40-8型自动灌装压盖联合机酒缸的设计183.1 酒缸供料方式的确定183.2 酒缸方案及轮廓尺寸的确定183.3 酒缸供料装置中分流头设计183.4 输送管路的计算193.5 灌装瓶高度调节机构设计计算213.6 酒缸液位的调整223.7 灌装量的调整224 使用与维护254.1 基本要求254.2 安全技术操作过程255 结论27致 谢28参考文献：29附 录301.英语原文302.中文翻译371绪 论1.1综述 罐装系统采用直线环型布置方式，产品的传输采用差速链，大量的采用气动控制可高速可靠地完成各种动作，控制系统采用高性能、大容量的PLC，采用了结构化程序设计方法，整个系统产量较大，生产方式灵活，成本较低，清理、液体灌注和脱泡整个过程全部自动完成，不需人的参与，提高了产品的可靠性。灌装机技术先进，自动化程度高，安全卫生。实现了灌装和封盖过程自动化，避免了生产环节的细菌污染，保证了产品质量的稳定性。机器和瓶子之间没有接触，以避免液体的飞溅。溢出的液体由下部的一个收集槽收集，收集槽可以很容易接近，也可以清洗。 1.2灌装机械简史液体灌装是包装的重要组成部分，主要包括在食品领域中对啤酒、饮料、乳品、白酒、葡萄酒、植物油和调味品的包装，还包括洗涤类日化、矿物油和农药等化工类液体产品的灌装。液体灌装机械有相当一大部分用于食品行业，尤其是饮料制造业灌装设备还主要是应用在酒类、饮料类的灌装上，适用于药液灌装的设备还不多，并且各个生产厂家的灌装机在灌装能力、效率、适宜瓶型及自动化程度等方面各有优缺点。装置在灌装机上的灌装阀是由一个机械部分和一个气动部分组成。机械部分用于安置瓶瓶子的中心，使其在一个适当的位置。防止瓶子的移动。 气动部分的由一个阀门来激活一个气动力学的圆筒。圆筒的活塞移动向下与一条筒形空气管道连接，再连接一个喷管, 喷管在一个同轴的圆筒里移动。形成有个环行的通道，液体是充填在环行的通道里, 当喷管延长到填装瓶里，液体接近喷管，输送管的压缩空气低压和速率变化。气动部件的感应这个情况并且使圆筒向上移动, 使空气管道回到原来的位置阻拦液体流出。1.3国内外灌装机械发展现状随着现代科学技术的发展,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,据资料统计，包装工业的总产值大约占我国国民经济总产值的2%左右；其中包装机械所占的比重虽然不算很大，但发展迅速，平均每年几乎以10%左右的速率增长。尤其是食品包装机械行业每年以11%12%的平均增长速度发展，高于同期国民经济增长速度，产品水平上了新台阶，开始出现规模化、成套化、自动化的趋势，传动复杂，技术含量高的设备开始出现。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、蒸馏水、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、化妆品等,要满足日益增长的液体产品的需要,就应大力发展液体产品的包装机械。由于各国的历史条件、社会制度、经济基础及科技水平有所差异，以致各自的发展状况也出现一定的不平衡。我国包装机械行业近些年取得的成绩是显著的，但与国外产品相比仍存在20年的技术差距。产品技术含量不高；重复建设严重；开发能力不足；知识产权意识淡薄都影响着我国的包装产业的发展。发达国家的包装机械行业，技术先进、出口额大。各发达国家在包装机械中积极采用其他领域中发展起来的新技术（如微电子、激光、新材料等），使包装机械领域的技术创新活动更加深入、更加活跃，作为现代机器象征的已不仅仅是力、功率和强度，而是信息化、智能化和集成化系统。美国包装机械的品种和产量均居世界之首，其产品以高、大、精、尖产品居多，复杂产品居多。美国的包装机械在计算机应用方面以较普遍，如美国液体灌装设备公司（ELF）出品的液体灌装机，一台机器可以实现三种方式的灌装：重力灌装、压力灌装及正压移动泵式灌装，几乎可以灌装任何黏度的液体。灌装方式的改变，只需通过微机控制加以选择。德国是世界上包装工业最发达的国家之一，德国的包装设备在计算、制造、技术性能等方面均居领先地位，尤其是啤酒、饮料灌装设备具有高速、成套、自动化程度高、可靠性好等特点。意大利包装机械产业最有力的秘密武器是可以完全根据用户的要求设计和生产包装机械。企业的设计人员和维修技术人员（他们占全体员工的60%左右）能很好地完成设计、试验、品质监督、检测、组装调整和用户需求分析等任务随着我国啤酒产量的不断增加(预计今年啤酒的产量为2200万吨，2002年我国将成为世界啤酒生产第一大国)必将带来我国啤酒包装设备的一次变革。1.4 我国啤酒灌装机械的发展趋势我国包装机械行业近些年取得的成绩是显著的，但与国外产品相比仍存在20年的技术差距。产品技术含量不高；重复建设严重；开发能力不足；知识产权意识淡薄都影响着我国的包装产业的发展。发达国家的包装机械行业，技术先进、出口额大。各发达国家在包装机械中积极采用其他领域中发展起来的新技术（如微电子、激光、新材料等），使包装机械领域的技术创新活动更加深入、更加活跃，作为现代机器象征的已不仅仅是力、功率和强度，而是信息化、智能化和集成化系统。美国包装机械的品种和产量均居世界之首，其产品以高、大、精、尖产品居多，复杂产品居多。美国的包装机械在计算机应用方面以较普遍，如美国液体灌装设备公司（ELF）出品的液体灌装机，一台机器可以实现三种方式的灌装：重力灌装、压力灌装及正压移动泵式灌装，几乎可以灌装任何黏度的液体。灌装方式的改变，只需通过微机控制加以选择。德国是世界上包装工业最发达的国家之一，德国的包装设备在计算、制造、技术性能等方面均居领先地位，尤其是啤酒、饮料灌装设备具有高速、成套、自动化程度高、可靠性好等特点。意大利包装机械产业最有力的秘密武器是可以完全根据用户的要求设计和生产包装机械。企业的设计人员和维修技术人员（他们占全体员工的60%左右）能很好地完成设计、试验、品质监督、检测、组装调整和用户需求分析等任务1.5 本课题的提出以及课题要求包装是食品生产中必不可少的一个环节，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。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、蒸馏水、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、化妆品等,要满足日益增长的液体产品的需要,就应大力发展液体产品的包装机械。在众多的液体产品中，啤酒和多种碳酸型饮料已经成为人们生活只能够不可缺少的饮品。啤酒的快速发展从而也带动了灌装机械的发展。在我国啤酒总产量每年净增80万100万吨，增长速度为58。2005年我国啤酒生产和销售继续保持了稳定增长，全年共生产啤酒3086万吨，全年将实现销售3070万吨，在世界啤酒产销格局中，连续4年稳居第一，啤酒的销量从2000万吨提高到3000万吨，2005年我国的啤酒产量已达3100万吨，位居世界第一。啤酒及其他碳酸饮料的迅猛发展从而带动了灌装机械的高速发展。我国的灌装机械,发展的比较晚，但是经过了几年的快速展，一具有定的规模，拥有一部分先进的灌装技术,我国应根据自己的国情,吸收国外的先进技术,设计和生产出具有先进水平的灌装机,其发展趋势向高效化、自动化、节能化发展,力图采用新技术、新材料,如计算机辅助设计、微机控制等,开创一代新型灌装机2。40-8型自动灌装压盖联合机设计，使适应当前市场对啤酒灌装机发展的要求。本课题主要是40-8型自动灌装压盖联合机的罐装机酒缸系统的设计。 本课题综合性强，需要我们有扎实的基础知识和广博的知识面及计算机基础。所以，在整个设计过程中我们要充分发挥其主动性，积极性，培养我们的综合分析问题和解决问题的能力，使我们由知识型向智能型转化2 40-8型自动灌装压盖联合机灌装阀的设计2.1 灌装的基本原则啤酒包装时啤酒生产过程中比较繁琐的过程，是啤酒生产最后一个环节，包装质量的好坏对成品啤酒的质量和产品销售有较大影响。过滤好的啤酒从清酒罐分别装入瓶、罐或桶中，经过压盖、生物稳定处理、贴标、装箱成为成品啤酒或直接作为成品啤酒出售。一般把经过巴氏灭菌处理的啤酒称为熟啤酒，把未经巴氏灭菌的啤酒称为鲜啤酒。若不经过巴氏灭菌，但经过无菌过滤、无菌灌装等处理的啤酒则称为纯生啤酒（或生啤酒）。2.1.1啤酒包装过程中必须遵守以下基本原则： 1.包装过程中必须尽可能减少接触氧，啤酒吸入极少量的氧也会对啤酒质量带来很大影响，包装过程中吸氧量不要超过0.020.04mg/L。 2.尽量减少酒中二氧化碳的损失，以保证啤酒较好的杀口力和泡沫性能。 3.严格无菌操作，防止啤酒污染，确保啤酒符合卫生要求。2.1.2对包装容器的质量要求： 1.能承受一定的压力。包装熟啤酒的容器应承受1.76MPa以上的压力，包装生啤酒的容器应承受0.294MPa以上的压力。 2.便于密封。 3 .能耐一定的酸度，不能含有与啤酒发生反应的碱性物质。 4.一般具有较强的遮光性，避免光对啤酒质量的影响。一般选择绿色、棕色玻璃瓶或塑料容器，或采用金属容器。若采用四氢异构化酒花浸膏代替全酒花或颗粒酒化，也可使用无色玻璃瓶包装。2.2 灌装系统的工艺要求及注意事项（一）瓶装熟啤酒包装工艺1.洗瓶工艺要求：总的要求为瓶内外无残存物，瓶内无菌，瓶内滴出的残水不得呈碱性反应。 （1）洗瓶机各槽中的碱水浓度及温度应严格按照工艺参数要求控制。 （2） 喷嘴必须保持通畅，不要出现堵塞现象。高压喷洗的温度要求为：热碱水喷洗70，热水喷洗50，温水喷洗2535，清水喷洗1520。喷洗压力0.2MPa，淋洗压力0.15MPa。 （3）无菌压缩空气空气压力为0.40.6 MPa，以吹出瓶内击水，再进行短时间空水。 （4）洗瓶期间喷洗后的碱液可以循环使用。 （5）洗净的瓶必须内外洁净，倒置2min不能超过3滴水，不能有残碱存在（0.5%酚酞不呈红色颜色反应）。2.装酒工艺要求:（1）啤酒应在等压条件下灌装，酒温要低，一般-12下。尽量避免啤酒CO2的散失和酒液溢流。 （2）酒阀密封性能要好，酒管畅通。瓶托风压要足，保持在0.250.32MPa，长管阀的酒管口距瓶底1.53.0cm。 （3）灌装后用0.20.4MPa 的清酒或CO2激泡，使瓶颈空气排出。 （4）装酒容量为（640ml10ml），（3555ml），保持液面高度一致，并保留4%5%的运动空间。 （5）灌装过程中不能将灌不满的瓶酒用人工充满，严禁手接近瓶口。 此外要求，CO2质量分数控制在0.45%0.55%之间；溶解氧含量小于0.3mg/L;其他指标符合GB4927标准的要求。灌装机贮酒缸要用CO2或氮气背压，压力控制在0.060.08MPa；采用两次抽真空充CO2等压灌装；采用滴水引沫等措施排除瓶颈空气。要注意环境卫生和无菌操作。 过滤完的啤酒应在低温、背压0.060.08MPa，然后静置1418h后再灌装。灌装必须在恒温、恒压、恒速下进行，尽量减少酒液中CO2的损失。灌装时造成的次酒要经过除氧、除菌、富集CO2后才能回收。 3.压盖工艺要求：（1）瓶盖与啤酒瓶的尺寸必须符合要求，瓶盖四周不能有毛刺。瓶盖要通过无菌空气除尘处理。 （2）瓶盖落盖槽底部的水平面要比压盖头入口处高0.5mm，以利于入盖。 （3）应根据瓶盖性质调节弹簧压力大小，使其均匀一致。 （4）压盖后，盖应严密端正，不能有单边隆起现象。封盖后瓶盖不能通过28.6mm圆孔，可以通过29.1mm的圆孔。太紧会使瓶口破裂，太松则会在杀菌过程中因马口铁受内压和回弹力作用导致漏气。4.杀菌工艺要求 :（1）杀菌后的啤酒不能发生酵母混浊，熟啤酒的色香味与原酒不能有显著差别，不能有明显的微小颗粒或瓶颈黑色圈。（2）在杀菌温度65以下、CO2质量分数0.4%0.5%的条件下，瓶装啤酒的瓶颈部分体积应为瓶总容积的3%。杀菌温度在65以上时，瓶装啤酒的瓶颈部分体积应为瓶总容积的4%，以免造成杀菌时瓶内压力过高而造成爆瓶。 （3）喷淋水分布要均匀，主杀菌区杀菌温度为6162，杀菌效果为1530Pu。（二）罐装啤酒1送罐 工艺要求：罐体不合格者必须清除；空罐要经紫外线灭菌，装酒前将空罐倒立，以0.350.4MPa的水喷洗，洗净后倒立排水，在以压缩空气吹干。 2罐装封口 工艺要求：灌装机缸顶温应在4以下，采用二氧化碳或压缩空气背压；酒阀不漏气，酒管畅通；灌装啤酒应清亮透明，酒液高度一致，酒容量3558ml；封口后，易拉罐不变形，不允许泄漏，保持产品正常外观。装罐原理与玻璃瓶相同，采用等压装酒，应尽量减少泡沫的产生。 3杀菌 工艺要求：装罐封口后，罐倒置进入巴氏杀菌机。喷淋水要充足，保证达到灭菌效果所需Pu1530；不得出现胖罐和罐底发黑。由于罐的热传导较玻璃好，杀菌所需的时间较短，杀菌温度一般为6261，时间10min以上。杀菌后，经鼓风机吹除罐底及罐身的残水。 4液位检查 采用-射线(放射源：镅241)液位检测仪检测液位，当液位低于347ml时，接收机收集信息经计算机处理后，传到拒收系统，被橡胶棒弹出而剔除。 5打印日期 自动喷墨机在易拉罐底部喷上生产日期或批号。打印后，罐装啤酒倒正然后装箱。 6装箱及收缩包装 装箱用包装机或手工进行，将24个易拉罐正置于纸箱中；也可采用加热收缩薄膜密封捆装机，压缩空气工作压力为0.6MPa，热收缩薄膜加热140左右，捆装热收缩后，薄膜覆盖整洁，封口牢固。 （三）桶装啤酒 啤酒包装源于桶装，由于包装简便、成本低、口味新鲜，近年来受到企业的重视。桶装啤酒目前包装容器一般采用不锈钢桶或不锈钢内胆、带保温层的保鲜桶，桶的规格有50L、30L、20L、10L、5L等。包装前，啤酒一般要经瞬间杀菌处理或经无菌过滤处理。采用无菌过滤、无菌包装的纯生啤酒日益受到消费者的欢迎，纯生啤酒的市场份额逐步增加，发展形势十分乐观。 桶装生产线由桶清洗灌装机、供给装置、进出口输送机、瞬间巴氏杀菌机、CIP系统、称重器、翻转机等组成。（四）灌装注意事项 1.要保证洁净 （1）包装容器的洁净 所使用的包装容器必须经过清洗和严格检查，不能使包装后的啤酒污染。 （2）灌装设备的洁净对灌装设备尤其是灌装机的酒阀、酒槽要进行刷洗和灭菌，灌酒结束后每班应走水，加入消毒液杀菌，每周要对酒阀、酒槽、酒管进行刷洗和灭菌，凡与啤酒接触的部分都不能有积垢、酒石和杂菌，灌酒设备最好与其它设备隔绝，灌装机的润滑部分与灌酒部分应防止交叉污染，输送带的润滑要用专用的肥皂水或润滑油。 （3）管道的洁净一切管道尤其是与啤酒直接或间接接触的管道，都要保持洁净，每天要走水，每周要刷洗，每次要灭菌。 （4）压缩空气或CO2的洁净.用于加压的压缩空气或CO2都要进行净化，对无油空压机送出的压缩空气要进行脱臭、干燥或气水分离，要经常清理空气过滤器，及时更换脱臭过滤介质，排除气水分离器中的积水。对CO2要经过净化、干燥处理，保证CO2纯度达99.5%以上。 （5）环境的洁净 保持灌酒间环境的清洁卫生，每班进行清洁、灭菌。 2防止氧的进入啤酒灌装过程中氧的进入对啤酒质量的危害很大，减少氧的进入和降低氧化作用具有重要意义。 （1）适当降低灌装压力或适当提高灌装温度，减少氧的溶解。要求采用净化的CO2作抗压气源，或用抽真空充CO2的方法进行灌装。 （2）加强对瓶颈空气的排除。啤酒灌装后，压盖之前采用对瓶敲击、喷射高压水或CO2、滴入啤酒或超声波振荡等，使瓶内啤酒释放出CO2形成细密的泡沫向上涌出瓶口，以排除瓶颈空气，该操作成为激沫或窜沫。 （3）灌装机尽可能靠近清酒罐，以降低酒输送中的空气压力，或采用泵送的办法，减少氧的溶解。 （4）灌装前要用水充满管道和灌装机酒槽，排除其中的空气，再以酒顶水，减少酒与空气的接触。 （5）清酒中添加抗氧化剂如维生素C（或其钠盐）、亚硫酸氢盐等。 3低温灌装 低温灌装是啤酒灌装的基本要求。啤酒温度低时CO2不易散失，泡沫产生量少，利于啤酒的灌装。 （1）啤酒灌装温度在2作用，不要超过4，温度高应降温后再灌装。 （2）每次灌装前（尤其在气温高时），应使用12的水将输酒管道和灌装机酒槽温度降下来。2.3 灌装方法的选择1.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2-1 2-2所示: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、大图2-1 瓶子在灌装过程中展开示意图转盘、传动系统、机体、自控等部分所组成,其中灌装阀是保证灌装机能否正常工作的关键。2.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2-2,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,阀门打开进行灌装,间歇进行操作。图2-2 直线灌装机工作原理图定量灌装,上盖,将盖拧紧,贴商标待装盒装箱1-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-拧紧机构,9-商标盒,10-浆糊盒,12-推料板,14-贮液箱,15-灌装管3.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。4. 流体电子灌装机由对中装置、阀体、阀芯、充排气管、气缸及控气阀组构成。对中装置由对中杯、瓶口密封垫及升降器构成，瓶口密封垫安装在对中杯内上部，对中杯可在升降器的带动下上下移动。气缸安装在阀体顶部，阀芯一端与气缸活塞相连，另一端与伸出阀体的充排气管相连，可在气缸的作用下移动；控气阀组通过管路与阀芯的内腔及充排气管相通。灌装机采用本实用新型可真正实现灌装液面准确划一。2.4 定量方法的选择液体定量多用容积式定量法，大体上有如下3种。1.控制液位定量法。这种方法是通过灌装时控制被灌容器（如瓶子）的液位来达到定量值的。习惯上称作“以瓶定量法”。由连通器原理可知，当瓶内液位升止排气管口时，气体不再能排出，随着液料的继续灌入，瓶颈部分的残留气体被压缩，当其与管口内截面上的静压力达到平衡时，则瓶内液位保持不变，而液料却沿排气管一直升到与贮液箱的液位相等为止。可见，每次灌装液料的容积等于一定高度的瓶子内腔容积。要改变每次的灌装量，只需改变排气管口伸入瓶内的位置即可。这种方法，设备结构简单，应用最广。2.定量杯定量法。此法是将液料先注入顶两杯中，然后再进行灌装的。若不考虑滴液等损失，则每次灌装的液料容积应与顶两杯的相应容积相等。要改变每次的灌装量，只需改变调节管在顶两杯中的高度或更换顶两杯。这种方法避免了瓶子本身的制造误差带来的影响，故定量精度较高。但对于含气饮料，因贮液箱内泡沫较多，不宜采用。3.定量泵定量法。这是采用机械压力灌装的一种定量方法。每次灌装物料的容积与活塞往复运动的形成成正比。要改变每次的灌装量，只需设法调节活塞的行程。传统的灌装机定量方法是采用浮子式液位控制器来控制贮液缸内液位的高度，其工作原理是：浮子随啤酒液高度的变化控制送液阀的开闭，由于浮子受到多个力的作用，特别是送液管流出液体的冲力作用使浮子偏离平衡位置而上下波动，影响液位的控制精度，以致影响啤酒的正常灌装。随着啤酒包装线自动化、柔性化要求的提高，部分灌装机已应用了PLC(可编程控制器)控制，实现无瓶不开阀、输瓶、灌装的变频调速。这使充分利用PLC控制优势，采用计算机控制系统较为成熟的控制方法一PID(比例、积分、微分)调节成为可能 PID由于其简单、稳定性好、可靠性高、为普通设计人员所熟悉等特点，在控制领域有强大的生命力，特别是在PLC控制的工作领域，更是得到广泛应用。因为在系统稳定的情况下，对应某一阀芯的节流面积有一相应的液位高度，但由于灌装速度的改变或者灌装过程中出现破瓶、缺瓶现象，导致贮液缸内流出的液体随时问变化有所不同。在这种情况下，若保持送液阀开度不变则贮液缸内液位会出现波动，影响正常的灌装。所以必须通过改变控制阀的开度，来控制其送液量，以保持液位的稳定。由于贮液缸内流出的液量不易确定，所以要想确定比例阀的开度，必须通过测定贮液缸内液位的变化来实现。具体做法是：在每隔一定采样时间T(T可根据经验公。式，参考程序扫描时间来确定)，由液位传感器测定实际的液位Y，经模量输人模块的AD转换后反馈给CPU中该值与给定的液位值r相比较得一个差值e，e经调用PID模块调节后传递给闭环比例放大器，调整阔环比例阀芯的开口变化，进行一次纠偏，控制进液阀的送液量，以调整贮液缸内液位的高度。上述过程反复进行，从而实现对贮液缸内液位的控制。2.5 灌装阀的结构方案设计2.5.1 灌装阀概述灌装阀是贮液箱、气室（包括充气室、排气室、真空室）和灌装容器这三者之间的流体通路开关。而且根据灌装工艺要求，能依次对有关通路进行切换。显然，灌装阀是关系到灌装机能否正常工作而又高效的关键部件。传统的半自动灌装机多为台式机型。结构简单。只能实现称量过程自动化，其它过程都靠手工完成，实际上只能算是一台称量机。这种机型效率低。不能满足大规模生产的要求。 新型的全自动罐装机是在传统机型的基础上进行改进设计的。称量系统基本不变，另外增加了上料系统，输送系统和自动控制系统等实现了灌装全过程的自动化。设备采用不锈钢材料制作，易于清洗，外形美观。2.5.2 阀体结构方案选择1.确定阀体中阀门的数目。根据选定的灌装方法和工艺过程，确定液室、气室和容器之间所需的阀门数目及其相对位置。 2. 确定阀体的结构布局。 根据阀门的启闭形式（单移、多移或旋转），确定阀体可动部分与不动部分的结构布局，以及作相对运动表面之间的密封形式。比较而言，移动阀特别是端面式结构上容易实现弹簧的压紧密封，流道截面大，弯路少，零件的结构形状也很简单，有利于提高灌装速度并便于清洗，但零件数量较多，而且密封弹簧一旦失效，灌装就难以进行。而旋转阀，通常用固定挡块（或控制气缸）来实现机械启闭，零件数目少，有一定可靠性，但难以保证破瓶不灌液，外部布局也较复杂，故应用不广泛。2.5.3 阀端结构方案选择根据灌装液料的工艺要求来确定长管或短管的阀端结构，欲保证定量精度及稳定出流等，必须合理布置阀端的某些结构要素。如短管形式的阀端结构，气管和液阀采用可调的螺纹连接方式；胶垫与阀座之间所构成的液门尽量靠近阀端，有助于提高定量精度；灌装时气管的分散罩恰好位于液料进入瓶颈的部位，在分流圈上方还采用一个倒圆台环隙，而且阀座又呈凹环状，这样就可避免液门被打开后产生偏流现象。2.5.4 阀门的启闭结构考虑设备的生产能力、容器尺寸、贮液箱内液位高度以及防止液道出现空穴、液料不稳定出流等不正常现象，要妥善选择液道、液门的出流截面尺寸和出流速度（例如，汽水的最大灌装流量约为0.2L/s，啤酒约为0.08L/s），以求出液门至贮液箱自由液面的大致高度。然后对密封弹簧进行计算，修正阀的总体尺寸，为绘制结构草图创造必要条件。2.5.5 阀门的密封结构进液管座、阀体、回气管座、进料管、阀套、弹簧、套管以及密封垫。所述进液管座和阀体对应设置在阀安装板的上下两面，进液管座内部设有进料口、进料通道以及开、闭进料通道及调整灌装流速的控制装置；在阀体内部设有通孔，所述回气管座安装在通孔内，在回气管座内部设有与进料通道对应的通道；所述进料管上端插入回气管座的通道内，下端延伸出阀体，其顶端为密封端面；所述设在阀体下的阀套套在进料管外部并可以沿进料管上下移动，阀套上端插入阀体内，并与阀体之间设有带状轴承和带罩密封圈；所述弹簧套在阀套与阀体外部；所述套管套在进料管下端并固定在阀套上，并能与阀套一起沿进料管上下移动，套管的下端在与进料管的密封端面接触时保持密封；所述密封垫垫在阀套的下端面上；在进料管与套管、阀套、阀体以及回气管座之间设有回流通道；在阀体上开有外接负压源并与回流通道相通的回流孔。2.6 灌装阀的结构设计与计算2.6.1 灌装阀的结构要求 一是优良的阻隔性能，不仅可以阻隔气体，还可以阻光这一特点可使物品具有较长的货架寿命二是具有优良的机械性能，耐高温，耐湿度变化，耐压，耐虫害，耐有害物质的侵蚀。三是不易破损，携带方便。适应现代社会快节奏的生活。四是表面装饰性好。可以刺激消费，促进销售。五是可以回炉再生循环使用。2.6.2 灌装阀的结构设计设计结果：灌装系统由称料斗支架灌装El机构和电机组成。称料斗_内装有物料传感器控制上料系统的运行。物料减少到一定位置，不足灌装量时控制上料系统的电机起动开始向料斗中输送物料。当料斗中的物料达到顶部位置时，传感器控制上料电机关闭，停止上料。称量斗内螺杆称量使用变频电机调解转速能够调解灌装量和灌装速度。称料斗下部落地支架，在支架上固定控制柜，支架底部装可调地脚调整灌装El高度，适合不同高度的罐型灌装。2.6.3 密封弹簧的计算a.静压力Pd的计算：图2-7 静压力分析图在锥阀口任取一点A,设定空间坐标系A(x,y,z), 静压力分析图如图2.7所示： A点附近微小面积d上法向静压力为： (N)P1-贮液箱液面口气体压强（Pa）-液体密度（Kg/） g-重力加速度（m/s）整个锥面口液压水平分力互相抵消，垂直分力：故可求整个锥面口的静压力的垂直分力：P*d= =*=0.51N所以 Pd=166.1Nb.液阀弹簧的设计计算：由圆柱螺旋压缩弹簧的计算公式得知，只要确定Fmax和Fmin就能设计出弹簧的结构尺寸。首先分析阀心的受力情况如图2-8所示6。图2-8 阀心受力图（1）灌装前弹簧受力的平衡方程为： （2.1） （2）充气开启，液门仍未开启时弹簧受力方程： Fmax + N2+ P=W + Pd此时 N10,N2N2,PP。（3）液阀开启,PP1,N2N2,有 Fmax + P1 W2 + Pd Fmax W2 + Pd- P1 (2.2)式中P1为液料箱气体压强与液阀环形面积乘积。Fmax还应满足下式才能保证先充气，后进液22。Fmax = W + Pd - P-N2 W2 + Pd - P0故 W + Pd - P1 Fmax W - P1 (2.3)Fmin还应满足下式Fmin W + N1 - P1则 W - P1 Fmin W + N1 - P1 （2.4） 取 Fmin=20N ,方向与图中方向相反。弹簧的刚度为P式中C=D2/d为弹簧指数。由上式得出弹簧刚度与弹簧指数成反比。据有关资料介绍，在等压灌装阀中的弹簧指数应取15左右为宜。查机械设计手册选取弹簧。t=5.71mm, P极=75kg, D=22mm单圈弹簧 P=43.9kgf/mm要求刚度 P=Fmax/h行程长为 2mm 则 P=120/2=60N/mm 圈数 n=P*9.8/P=43.9*9.8/60=8.6(圈) 取 n=9(圈) 故实行刚度 P=P/9=43.9*9.8/9=47.8N/mm 总圈数 n总=9+2.5=11.5圈 自由高度 H0=n1t1+2d1=9*5.71+2*4=59.39mm 展开长度 57*11.5=655.5mmc.气阀弹簧的设计计算： 气阀由外拨叉控制,故气阀弹簧要求精度比液阀弹簧低,主要是缓冲外力对气阀的压力,并使操作省力,取位移量为d2=5mm,查机械设计手册取d=2mm的弹簧23.P=F2max/h2=50/5=10N/mm选取单圈 P=5.87kgf/mm间距 t=4.78mm 圈数 n=P*9.8/P=5.87*9.8/10=5.76(圈) 取 n=6(圈) 总圈数 n总=6+2.5=8.5圈 外径 D2=16mm 自由高度 H2=nt+2d2=6*4.78+2*2=32.68mm 展开长度 L=44.5mm展开长度 L展=L*n总=44.5*8.5=378.5mm2.6.4 充气时间的计算: a.充气等压时间的计算： 当空瓶上升至灌装阀的瓶口帽接触并密封时,瓶内的空气由常压充气至与贮液箱液面上的气压相等,以流体力学可知,这一过程是容器内(即贮液箱内气相空间)的气体经收缩形管嘴的外射流动,因为充气的气道在灌装的内部,而充气的时间又很短,故可把充气过程近似看成是没有摩擦损失的绝热过程(或叫等熵程)。已知 P0=, , , , 由气体绝热过程方程式可知（2.5）式中: P0充气前瓶内的气压(即为大气压);P1充气后瓶内气压(即为贮液箱内压力); Vb 瓶内原有气体的气压(即空瓶的容积); V1瓶内气压增高至时,原有气体被压缩成的容积; k绝热指数,对于空气k=1.4。由上式可求得:根据气体绝热过程的柏努利方程式,列出贮液箱气道孔口截面的能量方程: （2.6）式中: u1为贮液箱气相空间的气体流速,可近似认为 u10,y0,u0为瓶内瞬时气压为P0时瓶内空气的重量及灌装阀气道孔口的气体流速.由式可求得: 令 称为压力比,因此,气体经孔口射出的重量流量为:（2.7）式中:g灌装阀气道孔口的截面积。由式可做出Ws线图,如图2.9所示,图中 称为临界压力比,由 可求得 （2.8）图2-9 Ws曲线图对于空气 =0.53,对应 Wkp为极限喷射量。图中虚曲线是根据上面公式计算绘制的,实际上,由实验测得,当 时,流将为超音速,这时流量保持Wkp不变,故应为过M点的一条水平线。由=0.53得: 由Ws曲线图经过定积分,就可求出充气过程中的气体平均重量流量为: （2.9）式中: =1/6.9 方括号内最后一项定积分的值,由式并令其中 进行换元积分求得 代入上式得 充气所需时间 应该说明,以上计算忽略了气道阻力的影响,计算中又取的平均重量流量,故存在一定误差,根据实验条件,有人建议取充气等压时间为0.51秒左右24。2.6.5 灌液时间的计算因灌装过程中酒缸内的液位不变,其气压也基本不变,则灌装过程属于稳定的管口自由出流。已知酒缸液面距离其口高度L1=122mm通道流速系数取0.5。又 所以 （2.10） 又因灌液容积为 因此灌装一瓶酒的时间为充气时间和灌液时间之和，即t=tg+t1=0.16+6.75=6.91s为了验证该阀是否合适，可由灌装机头数求得主轴转速，即 n=Q/60j=8000/(60*40)=3.33(r/min)得罐装区理论应占时间为： t0= 由于10.66.91，即t0t,所以此灌装阀满足要求。3 40-8型自动灌装压盖联合机酒缸的设计3.1 酒缸供料方式的确定上料系统由贮料斗提升螺杆电机和支架组成。上料系统的贮料斗为振动式，防止物料粘连，保证输送顺畅容积大可贮藏一定量的物料，满足后期的连续化生产需要。螺杆提升物料，速度快，占地少。上料管与称料斗连接处采用软连接防止上料系统振动对称量的影响，保证灌装系统的稳定性。软连接用帆布袋可透气，能清洗。3.2 酒缸方案及轮廓尺寸的确定酒缸是供料装置的一个重要部分，酒缸的形状有许多种。我们选用平底环形缸，底部有孔联结灌装部分，其中心线与托瓶台一一对应，与其他同类灌装机比较，确定其轮廓尺寸d外=1630mm , d内=1230mm高度： h=240mm3.3 酒缸供料装置中分流头设计在本设计中，液料和压缩气体均从灌装机的顶部进入环形储液箱，并采用分路装置（液体从下而气体从上），它有助于简化分配头结构并美化整机造型。对供料装置来说，必须考虑如何将固定的输送管与转动的上液箱妥善连接及支承和密封等问题。本酒缸的分流头结构如图3-1所示： 图3-1 酒缸分流头结构图291-输液总管；2-平衡气压管；3-预充气管；4-中心管；5-上端环形槽；6-旋转外套；7-下端环形槽；8-滚动轴承；9-管座其工作原理为：中心管4的上端与静止的输液总管1、储液箱平衡气压管2及储液箱预充气管3相连。液料依次经中心管的偏心孔，管座9以及数根支管而流入环形储液箱内。压缩空气则从中心管厚壁一侧的两个小孔分别通过上端和下端的环形槽5、8而流入储液箱和高液面浮子所控制的进气阀。旋转管座及外套6依靠两支滚动轴承8支承在固定的中心管上，该管与外套之间用几层橡胶圈密封，以避免压缩空气及液料的外溢及相互渗透。3.4 输送管路的计算液体产品从贮液槽送往贮液箱的输液管一般为圆管,因此尺寸的确定就是合理选择圆管的内径和壁厚。3.4.1圆管内径的确定设输液管的内径为d,其截面积为A(),液体在管内流动的流速为:, 为流经管道任一截面上液料的体积流量,且 那么,输液管的内径为: ， （3.1） 又 ， （3.2）式中: 重量流量.指单位时间内流经管道任一横截面的液料重量; 液体产品的密度; G每瓶灌装液料的重量; Qmax灌装的最大生产能力。流速u一般根据经验选取,这是因为流速增大,管径则小,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。由设计要求可知，啤酒密度为，黏度为，灌装机最大生产能力，酒瓶容量640。在流量保持恒量时，虽然提高流速会使管径和设备投资费用都相应减少，但往往要增加输送液料所需的动力和操作费用，因此取参照标准圆管取不锈钢管。表3.1 液料(流体)输送常用流速范围11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1000cp液体(2550)低压气体真空操作下的气体中压蒸汽(1040工业气压)压气机排出管(低压)往复泵吸入管(水一类液体)离心泵吸入管(水一类液体)鼓风机吸入管1.53.00.71.00. 50.70.160.2581510204020300.751.01.52.01015粘度50cp液体(25)粘度100cp液体(25)粘度1000cp液体(25)液体自流速度(冷凝液)压强较高的气体低压蒸汽(10工业气压)压气机吸气管压气机排出管(高压)往复泵排出管(水一类液体)离心泵排出管(水一类液体)鼓风机排出管0.50.90.30.60.10.20.515251520102010201.02.00.751.015203.5 灌装瓶高度调节机构设计计算3.5.1 灌装瓶高度调节机构方案设计由于灌装机涉及的包装容器瓶子的规格很多,如640毫升的啤酒瓶其高度为2891.5mm瓶身直径751.6mm;350毫升的高度为2311.5mm,身径为63.511.2mm,小瓶汽水的高度为203mm,为了使一台灌装机满足多种瓶高的灌装，需要调节装有灌装阀的贮液缸与装有升瓶台的转盘之间的距离,使贮液缸能沿着立柱相对于转盘作上、下移动,目前常用的高度调节结构有三种形式28：a.中央调节式。这种结构最为简单,但由于灌装阀与升瓶台调节后不易对中,故仅适应于灌装广口瓶或铁罐,同时由于采用中央螺纹支承,贮液缸运转时稳定性也较差。b.电动调节式。对于较大型的灌装机,为了代替费力的手工调节,有的采用电机减速后带动调节螺杆,使贮液缸升降达到所需的高度。c.三立柱调节式。如图3.4所示，在酒缸与转盘之间用中心支柱4和四个结构相同的沿圆周均布的调节支柱3来联结。在调节时,先松开压紧螺母2,转动手轮7，带动四个支柱上的螺母转动，迫使四根支柱上下运动，这样调节可使四根立柱一起被升降,同时并不改变灌装阀相对于升瓶台的中心位置,调节完毕后旋紧压紧螺母即可。如有必要，须在链轮处加置张紧轮，因为在此机构中，链条呈水平布置状态，若链条略有松动就容易发生掉链现象28。3.5.2 链传动的选择与计算22 采用滚子链传动，选取小链轮齿数Z1=21，由设计知中心距:，因为在调整时受力不大，故可用A型链，单排,初选节距P=15.875mm,链号为10A-124DB1243.1-83,因四个柱子组成正方形，故链子总节数为： 节，取Lp=169节，则链长为：L=Lp*P=169*15.875=2683mm 链长误差=169*15.875-（586.9*4+21*15.875）=11.9mm可见链稍微长了一些，装好后稍微有些松动，所以不需要张紧装置。链轮尺寸 damax=d+1.25P-d1=106.51+1.25*15.875-10.16=116.2mm damin=d+(1-1.6/2)P-d1=106.51+(1-1.6/2)*15.875-10.16=111.0mm 取 da=115mm df=d-d1=106.51-10.16=96.35mm3.6 酒缸液位的调整因为酒液位的高低直接影响到灌装速度。若液位过低甚至使一定的灌装角度中灌不满瓶子,因此灌装机要求酒缸中的液位可以调整控制在合适的位置上,并且在灌装过程中能基本保持不变,以便灌装速度稳定5。3.7 灌装量的调整灌装机的定量形式多是以瓶定量的,若更换灌装瓶子容量时,可调节升降机构中活塞芯子的高低来实现,因此灌装瓶子容量的改变,从而也就调整了灌装量。若灌装机的定量形式是定量杯定量的,则改变定量杯的容积,也同时调整了灌装量。22青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文）4 使用与维护4.1 基本要求 a.操作及维修人员必须熟悉本机结构和性能，严格按操作过程进行工作。 b.新机器安装后，必须进行严格的调试，合格后方可交付使用。 c.经常检查机器，及时排除故障。 d.安全保护失灵后，应及时修复，不允许在无保护状态下开机生产。 e.各调整机构的调节和紧固应使用合适的工具，不能用非常方法踢打。 f.经常检查各润滑部位并及时加油，保证润滑通顺，油路畅通。 g.进行冲洗及清洗工作时，不能用水冲洗电器部分
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