灌装机械设计

掌握灌装方法及原理，升瓶机构、灌装阀结构、灌装时间计算方法、灌装机生产能力计算方法。 灌装机械 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 ,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 。 第四章 灌装机械 第一节 概述 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 一台商业用灌装机是 920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 二十世纪以来 ,灌装机械工业发展迅速 ,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。 我国在解放前几乎没有灌装机械 ,灌装生产绝大部分处于手工操作 ,非常落后 。 70年代初 ,上海 、 北京 、 广州 、 青岛 、 烟台等地引进三十多条灌装线 ,其中有西德 意大利 美国 日本三菱公司 ,另外还有许多罗马尼亚灌装线 。随后 ,我国广东轻工机械厂 、 北京酿酒机械厂 、 上海化工机械厂等许多家仿制了不少灌装线 ,初步改善了灌装生产的落后面貌 ,但灌装机械的发展与国际先进水平的差距仍很大 。 为此 ,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 。 那么 ,何谓灌装机呢 ?所谓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 1100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中流动的液体叫半流体 ,其粘度范围为 1001000厘泊 ,如松糕油 、 番酱酱 、 肉糜等 。 粘滞流体 :产品粘度超过 10000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 )。 流体的流动特性还会受温度 、 粘度 、 固体粒子的含量 、 分解性 、 表面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。 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。 图 子在灌装过程中的俯视图 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。 图 子在灌装过程中展开示意图 二、灌装机的主要类型 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 , 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 。 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 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 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 123,11,13456 78910121415 这种灌装机相对旋转灌装机来讲 ,结构比较简单 ,制造方便 ,但占地面积比较大 ,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多种分类方法 ,具体的详细内容见表 序号 分类型式 型式、技术特性、灌装方法 1 按自动化程度分 手工灌装机 半自动灌装机 单元自动灌装机 液体包装联合 自动机 2 按机械结构分 单排式 多排式 旋转式 旋转式 3 按灌装方法分 在液位高度不变的压力灌装 变液位的压力下灌装 真空灌装 在压力下灌装 4 按关闭装置分 旋塞式 阀门式 滑阀式 气阀式 5 按定量装置分 定量杯定量 液位高度定量 定量泵定量 安瓶定量 表 装机分类表 一、灌装的基本方法 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 。 一般灌装机常采用下列几种灌装方法 : 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 。 大部分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 。 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 。 是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。 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 。 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 ,原理比较简单 ,现在很少使用 。 上述几种灌装方法的正确选择 ,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成本。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 ,避免保存期失光变质 ,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 ,即采用真空 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 压力 (差压 )法。 二 、 定量方法 准确的定量灌装不但与产品的成本有着直接的关系 ,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 ,所以机器的结构比较复杂 ,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较简单 ,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 : 这种方法是通过控制被灌容器中液位的高度以达到定量灌装的目的 。 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 ” 。该法结构比较简单 ,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 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 ,瓶口部分的剩余气体只得被压缩 ,一旦压力平衡 ,液料就不再进入瓶内而沿排气管上升 , 根据连通器原理 ,一直升至与贮液箱内液位水平为止 ,然后瓶子下降 ,压缩弹簧 4保证灌装头与滑套间的重新密封 ,排气管内的液料也滴入瓶内 ,从而完成了一次定量灌装 ,只要操作条件不变 ,瓶内每次灌装的液料高度也保持不变 。 图 制液位高度定量法原理图 1234567 891011 对于这种定量方法 ,若改变每次的灌装量 ,则只需改变排气管嘴进入瓶中的位置。 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 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 ,当定量杯内的液面达到细管的下缘时 ,空气无法排出 ,但由于贮液箱内液面较高 ,定量杯内液面则继续上升至高于细管下缘处 ,杯内空气则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 。 若改变灌装量 ,则只需调节管子在定量杯中的高度或者更换定量杯 。 图 4塞定量杯式定量机构 123 45图 4量杯式定量机构 123 456 78图 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 ,则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 ,瓶内空气则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 ,定量灌装则完成 。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 。 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 ,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 图 量杯法定量原理图 123456活塞 5由凸轮 (图中末示出 )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 ,则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 。 假若在某一个瓶托上没有待灌容器时 ,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 ,若要改变每次的灌装量 ,则只需设法调节活塞的行程 。 比较上述三种定量方法 ,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 ,若从机械结构看 ,第一种显然最为简单 ,因此 ,它自然得到广泛应用 。 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 10毫升 ,国外为 3毫升。对瓶装酒类等按高度定量的产品 ,容积误差最好控制在 ,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若采用定量杯定量法 ,则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。 一、灌装的工艺过程 灌装阀是自动灌装机执行机构的主体部件 ,它的功能在于根据灌装工艺要求 ,以最快的速度沟通或切断贮液箱 、气室和灌装容器之间流体流动的通道 ,保证灌装工艺过程的顺利进行 。 不同类型的液料其物理化学性质各不相同 ,因此对灌装工艺要求存在差异形成了对阀的不同要求 ,不同的灌装方法有不同的灌装工艺过程 。 采用常压法灌装的工艺过程是 : 采用真空法灌装的工艺过程一般是 : 采用压力法灌装一般过程是 : 有的等压法灌装工艺过程中 ,还要考虑在排除余液前对瓶颈余压先进行压力释放 ,避免迅速降至常压时会发生大量冒泡 。 排除余液是指排除回气管中残留的液料。在虹吸法和真空灌装方法中 ,排除余液是与最后停止灌装同时进行的。采用等压法灌装含气性物料时 ,排除余液最好是在停止进液后 ,让其略为稳定一定的时间再进行 ,这样可使液料逸出的二氧化碳气体赶走瓶颈处的空气 ,这有利于产品的保存 ,同时不会影响产品的质量。 二、阀体结构 完成上述灌装工艺要求的灌装头有多种形式 ,根据阀中可动部分的运动形式主要可分为三种类型 : 阀体中有一件可动部分 ,它相对于不动部分开闭阀时作往返一次的直线移动 ,根据可动部分移动前后开闭流体通路的方法又可分成两种 : 端面式 利用移动块的端面来开闭流体通路的。 如图 是一个端面式灌装阀的结构图 。它可用于马口铁罐 、广口玻璃瓶的灌装 。阀座 10借助螺母 8固定在贮液箱 9上 ,阀蝶 3用螺纹连接于阀座 10上 ,并用螺母 11吊紧 ,弹簧 6保证橡皮活门 4与固定阀蝶 3间的密封 ,橡皮外套 7同样起密封防漏作用 。 升瓶后在活门 4与阀蝶 3间形成液门进行灌装 。 图 面式单移阀结构原理图 1234 56789 1011,螺母 ,12 柱面式 利用移动块柱面上的孔道与不动部分 (阀座 )的孔道接通与否来开闭的 。 如图 它是利用往复式圆柱形阀芯和阀体 ,其上适当位置开径向孔来达到灌装阀的启闭要求。用螺纹调节高度的定量杯连接在阀芯 2的上面 , 图 面式单移阀结构原理图 12345 678 压盖 4下无罐体时 ,定量杯浸没在贮液箱中 ,阀芯 2处于起始位置时 ,抽气孔 7和液体流入小孔 8与罐体均不相通 ,当压盖 4下面有罐体时 ,定量杯随同阀芯上升 ,同时小孔6对准抽气口 ,罐内气体被排除 ;当阀芯继续上升 ,定量杯1则高出液面 ,小孔 6离开抽气孔 ,与真空系统切断 ;同时孔 6和孔 8接通 ,液体定定量杯 1流入罐体内 ,最后 ,灌装头在弹簧 3的作用下 ,阀芯恢复到原位 ,完成一个工作循环 。这种灌装头适用于非粘性食用液体的灌装 。 阀体中的可动部分相对于不动部分在开闭阀时作往复一次或多次的旋转摆动 ,在摆动的两极限位置 ,由可动部分上的孔眼是否对准不动部分上的孔眼来完成流体通路的开闭 ,根据相对转动面是沿圆柱面 (或圆锥面 )还是沿平面进行 ,又可以分成下述两种形式 : 柱式 (或锥式 ) 此种阀其可动部分 旋塞的圆柱面 (或圆锥 )上开有一定 夹角的孔眼 ,它们分别与不动部分 阀座的孔眼相对应 。 图 只要控制旋柄 3摆动到一定的角度 ,就能通过旋塞 7开闭阀座 8上的流体通路 。 显然 ,旋塞在阀座中的来回转动容易摩损而产生漏液 ,因此 ,一般做成锥塞形式 ,并用弹簧 6压紧 ,以便补偿 ,但弹簧力也不能过紧 ,否则控制旋柄转动的阻力太大 ,更易磨损 ,但对于粘性物料的灌装 ,这种结构的磨损并不引起漏液 ,而应着重考虑如何便于拆卸 。 盘式 此种阀在其可动部件 阀盖的端平面上开有一定夹角的孔眼 ,它们分别与不动部件阀座的孔眼相对应。 图 4.水的一种灌装机构。阀座 用螺钉固定在贮液箱的大转盘上 ,内部有两个气体孔道 1、 4,还有两个液体孔道 2、 3,孔道 1与贮液箱中的气室相通 ,孔道 4与灌装瓶相通 ,但它们彼此之间并不相通。孔道 2与贮液箱中液室相通 ,孔道 3与灌装瓶相通 ,它们彼此也不相通。阀盖 套在固定于阀座中的短轴上 ,阀盖上有气体孔道 5、 6、 7彼此相通 ,还有液体通道 8、 9彼此也相通 ,阀盖上旋爪由固定挡块拔动 ,使阀盖旋转 ,并与阀座处于不同的相对位置 ,从而完成灌装工艺的各个过程。 图 式旋转阀结构原理图 12345 678图 式灌装阀结构图 第一工作位置 (充气等压 ):此时阀盖由原始位置逆时针方向旋转 40 ,所处的位置是阀盖上孔道 5、 6与阀座上的孔道 1、 4相对应 ,此时贮液箱内气室的气体由阀座上孔道 1经过阀盖上孔道 5、 6,再转入阀盖上孔道 4,并进入待灌瓶中 ,从而完成充气等压过程 。 第二工作位置 (进液回气 ):此时阀盖逆时针方向旋转 40 。 所处的位置是阀盖上的孔道 8、 9与阀座上的孔道 2、 3相对应 ,则贮液箱中的液体依靠液位差由阀座上的孔道 2,经过阀盖上的孔道 8、 9再转入阀座上的孔道 3,并进入待灌瓶中 ,而瓶内气体由阀座上的孔道 4,经过阀盖上的孔道 7、 6,再转入阀座上的孔道 1,并排入贮液箱的气室内 ,从而完成进液回气过程 。 第三工作位置 (气 、 液全闭 ):此时阀盖顺时针方向旋转 80 ,这样阀盖上只有孔道 5、 8分别与阀座上孔道4、 2相对应 ,实际上不能沟通贮液箱与待灌瓶间的气体通道和液体通道 ,从而使气 、 液道均处于关闭状态 。 第四工作位置 (排除余液 ):此时阀盖再沿逆时针方向旋转 40 ,这样又回到第一工作位置 ,气道中的余液由于自重流入待灌瓶中 ,从而完成排除余液过程 ,以免影响下一灌装循环的正常进行 。 第五工作位置 (气 、 液全闭 ):此时阀盖再顺时针方向转 40 ,这样又回到第三工作位置 ,也就是原始位置 ,从而完成一个灌装工艺循环 。 另外在阀座中还装有制止球 ,当无瓶或灌装时瓶子破裂 ,由于液体流速突然增大 ,制止球则堵塞阀座上的进液孔道 ,从而减少了液体损失 。 比较上述两种旋转阀 ,柱式旋转阀磨损漏液问题较难解决 ,故多用于粘度较高的物料 ,而盘式旋转阀液料在阀体内尚需迂回穿过孔眼 ,势必增加制造与清洗的困难 ,故多用于粘度较低的物料 。 阀体中有几件可动部分作直线移动以完成液路或气路的开闭 ,根据控制液门打开的方法 ,又可分成下面两种 : 气动式 气阀在机械作用下首先打开 ,待瓶内充气达到与贮液箱内气相空间等压时 ,瓶内气压产生的向上作用力正好足以克服液阀的密封力 ,于是液阀会自动打开。 图 水等含汽饮料的灌装阀 ,阀体 9用螺栓固定于贮液箱底部 ,密封圈 8可防止漏液 ,在气阀 1和通气胶垫 3之间形成一个气门 ,在液阀 5和阀座9底部之间形成液门 ,关阀胶垫 22保证液门关闭时不漏液 ,在排气按钮 11的锥形端部与胶垫之间又形成一个气门 ,由于两个气门和一个液门的开闭 ,从而完成整个灌装工艺过程。 图 动式多移阀结构原理图 12345678,299011121314,2615161718192021 222325272830其工作过程如下 : 第一过程 (充气等压 ):当待灌空瓶由托瓶台顶起上升时 ,瓶口对准对中罩 16,接着与瓶口胶垫 17接触并得以密封 ,然后顶起对中罩沿着升降导柱 18继续上升 ,对中罩顶面侧边的凸台顶起顶杆 23,通过跳珠 24将推杆 27顶起 ,再通过提气阀叉 30将气阀 1提起 ,贮液箱上气室内的压缩气体则从气阀的圆周上三个凹槽通入 ,经过液阀 5中心的孔道与回气管 19进入待灌瓶内 ,从而完成充气等压过程。第二过程 (进液回气 ):由于气阀 1的提起 ,解除了对气阀 2向下的压力 ,同时 ,由于待灌空瓶内已充气 ,增加了对液阀下端向上的压力 ,因此 ,弹簧 4则能伸张 ,并将与气阀 2相连的液阀 5提起 ,使下面的关阀胶垫22升高并与阀座 9内下部的环形孔口离开 ,液门则打开 , 阀体内的液料则从液阀下面锥端的外环缝隙经过弯曲孔道流入中部的环孔 ,顺着回气管 19的外面流下 ,又因回气管装有一个橡胶分散罩 20,它恰好停在瓶径位置 ,因此流入的液料受这个分散罩阻挡 ,沿瓶壁四周流入 ,保证稳定灌装 ,不至冒泡 ,随着瓶内液料的逐渐上升 ,瓶内气体则从回气管的中心孔经过液阀上端的通气胶垫 3与气阀 1间的孔道返回贮液缸的气室内。为了防止弹簧 4伸张时将气门阻塞 ,影响进液时回气 ,在液阀杆中部有一凸台 ,当碰及入液套 7的上孔口时 ,液阀则不能继续上升。 无瓶或灌瓶时爆瓶 ,则对中罩因无瓶子上升的压力而自动下降 ,解除了对顶杆和推杆的压力 ,此时弹簧 26压下推杆、气阀、液阀关闭 ,不致漏失液料。另外 ,对于瓶上有孔洞的破瓶 ,虽然推杆并不下降 ,但由于瓶内始终充气不足 ,液门无法自动打开 ,液料也不致漏失。 第三过程 (液满关阀 ):进入瓶内的液料 ,直至略超过回气管下端后而自动停止 ,随后 ,固定在贮液缸旋转轨道旁的控制曲线块碰触关闭按钮 10,装在关闭按钮尾端曲头上的跳珠 24则向右跳开 ,使推杆 27受弹簧 26的压力而下降 (但推杆下端并不与顶杆顶端接触 ),推杆的下降带动气阀 1,压住通气胶垫 3,使气门关闭 ,同时压下液阀 5,因受瓶口与瓶口胶垫 17和阀底胶垫 21的互相紧压而封闭 ,故仍残留有压力气体 。 第四过程 (压力释放 ):装有液料的瓶子在随着托瓶台下降前 ,尚需将瓶颈内残留的气压缓慢排出 ,以免突然降压引起大量泡沫溢出 ,致使容量不足 ,为此利用另一个固定的曲线块 ,碰触排气按钮 1使瓶颈内的压缩气通过阀座下端侧面的小孔道 ,进入排气调节阀 1再进入排气按钮室 ,然后从斜下的排气嘴 13放出 。 对不同的蕴藏压 ,可用滚花纹的圆头来调节排气针阀的开口大小 ,使在离开控制线板时 ,不再有气压蕴藏 。 第五过程 (排除余液 ):由于瓶颈部分蕴藏的气压消除 ,当瓶子下降时 ,回气管中心小孔内残存的余液则滴入瓶内。 随着顶杆 23的下降 ,跳珠 24在关阀按钮内部弹簧 (可同时受压压缩和扭转 )的作用下向左跳回 ,整个灌装阀回复到初始状态 ,至此 ,灌装过程全部完成 。 为了调整瓶内液料的定量高度 ,回气管中部 ,在分散罩 20的下面有一个凸节 ,用作将回气管旋入液阀内 ,并将关阀胶垫22压紧 ,对于不同灌装高度的瓶子 ,则应更换不同长度的回气管 。 显然 ,这种阀能较好地满足含气饮料等压灌装的工艺要求 ,特别是采用沿壁灌装和压力释放的措施 ,使灌装更为稳定 。但由于增加了不少零件 (共约 60多个 ),阀的结构显得较为复杂 ,增加了制造装配和调整的困难 ,特别是弹簧的设计和制造质量必须保证 ,否则很难达预定的灌装工艺要求 。 机械式 气阀在机械作用下首先打开 ,过一定时间后 ,液阀仍在机械作用下打开 。 图 待灌瓶内由托瓶台升起并顶紧阀端密封圈3继续上升 ,下液管 2及液阀芯 5克服阀弹簧 8的弹力一起上升 ,与此同时 , 气管 14在气阀弹簧 17的作用下也跟 1234 5678 9101112 131415 16718 图 械式多移阀结构原理图 随上升 ,致使下液管 2的末端仍然保持与套在气管下端的胶垫 1密封 ,所以尽管液阀 5与液阀座 6间的上液门已打开 ,但是液料并不能流出 ,而气管上的气孔却露在气阀座 13的外面与气室相通 ,以便对瓶子完成充气和抽气 。 一但气管顶端碰及蝶形螺栓 18,则气管不再能上升 ,随着瓶子由托瓶台继续顶起 ,则下液管末端与胶垫 1间的下液门才被打开 ,贮液箱内液料由气阀座 13与液阀座 6间的的环孔 ,经液阀芯 5与液阀座 6间的锥形环隙 ,再经液阀芯上的孔 9通过下液门流入瓶内 ,瓶内被排挤的气体由气管返回气室 ,从而完成进液回气过程 。 三 、 阀端结构 根据气体和液料进出瓶子的不同状况 ,灌装阀阀端的气液道布置方法可以分为两类 :一类是中心管灌液 ,环隙回气 ;另一类是环隙灌液 ,中心管回气 ,前者即所谓长管灌装阀 ,而后者则称为短管灌装阀 。 它们的基本特点在于灌装过程中 ,灌装嘴口伸入到接近瓶底的部位 ,灌装过程分为两个阶段 :第一阶段为液料尚末到达灌装嘴口之前 ,属于管嘴自由出流 :第二阶段在液料开始淹没灌装嘴口之后 ,属于管嘴淹没出流 。而第二过程占灌装过程的绝大部分 ,此阶段中液料仅表面一层和背压气体接触 ,减少了氧气在液料中的溶解 ,但由于灌装管径受瓶口尺寸与自身结构限制 ,灌装流通截面较小 ,灌装时流量偏低 。 它们的特点是 :灌装过程中 ,灌装嘴口伸入到瓶颈部位 ,灌装的水力过程完全是稳定的管嘴自由出流 。 在回气管上均装有分散罩 ,使灌装过程形成沿壁流 。 由于灌装管呈环隙状 ,浸润周边和液道截面相对圆形管大 ,对液流阻力相应减小 ,灌装易控制 ,呈稳定的层流 。 另外 ,对于控制瓶内液位高度的定量方法 ,在设计阀端结构时还应注意使液门尽量靠近瓶口 ,以便瓶内液料升至回气管之后 ,瓶径处气体能在较小空间内尽快被压缩 ,尽早达到气压平衡 ,同时要求出液口截面不能过大 ,以便液料能很快被截流 ,保证定量精度 。 四、阀门的启闭结构 目前灌装机的阀门开闭结构一般采用下列几种形式 : 它可控制阀体中可动部分产生轴向直线移动 ,因此 ,对于单移阀及多移阀中的气阀 ,均可采用升瓶机构 ,通过待灌瓶的升降来开闭 ,对于机械式多移阀中的液阀亦可采用升瓶机构分两次升瓶法来控制打开 ,这种形式无需另外增加控制机构 ,且能保证无瓶不灌装 ,但在多移阀中 ,要由下面的升瓶机构首先打开位于上端的气阀 ,结构上尚需精心设计 。 它可控制阀体中可动部分产生回转摆动或径向 、 轴向的直线移动 ,因此 ,对旋转阀一般均采用灌装机转盘旋转轨道旁的固定挡块来控制阀门的开闭 ;对于压力法的单移阀也可采用固定挡块来控制 ;对于多移阀中压力释放等径向移动的阀门 ,亦要采用固定挡板来控制 。 为了防止无瓶时液阀仍然打开出现漏液 ,有时就需另外采用气动 、电动或机械的自控方法 ;一但升瓶台无瓶时 ,则要使固定挡块对相应的灌装阀失去控制 ,避免产生漏液现象 。 它是利用固定挡块拔动回转拔叉摆动 ,再由拔叉带动阀体中可动部分作直线移动 。 因此 ,在需要清洗阀时 ,不可采用这种结构代替瓶子开闭阀门 ,另外 ,对于多移阀中气阀的开闭 ,还可采用这种结构来代替升瓶机构的控制 ,这样可把拔叉放在适当的位置 ,避免了由下面升瓶机构首先打开上端气阀的困难 。 这是当今国际上流行的含气饮料灌装机 ,当待灌瓶中的气压达到与贮液箱内的背压相等时 ,液阀弹簧自动打开液门 ,完成灌装 ,此种阀的优点是不仅能保证碎瓶时不漏液 ,还能保证瓶上有孔洞的破瓶及充气不足时不漏液 ,使灌装能够稳定进行 。 但其缺点是对阀门封闭弹簧的设计 ,制造精度有较高的要求 。 五 、 阀门的密封结构 由于灌装阀是安装在流体通路上的开关 ,保证不向外漏气和漏液是十分重要的 。 因此在阀门开闭处的接触面 ,可动部分相对于不动部分的运动面 ,以及安装于贮液箱上的接合面和压紧于瓶口上的接触面等都有一个选择何种密封防漏的结构问题 ,但大致可归纳为平面及圆柱面间的两大类问题 。 在灌装阀中一般采用密封材料进行压紧密封 ,这种密封形式容易保证防漏 ,只需改变压紧力就能改变密封力以及磨损后的重新密封 ,故使用寿命较长 ,安全可靠。 在灌装阀中一般采用密封材料进行自封型密封 ,所谓自封型密封是将密封材料于压紧时形成适当的预压紧量 ,借助于材料的反弹力压紧密封面而起密封作用的 。 这种密封形式运动磨损后容易产生泄漏 。 假若预紧力过大 ,又要增加运动过程中的摩擦阻力 ,相应的也就增加了磨损的速度 ,泄漏后只得更换密封材料 。 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。 此法是在常压下灌装的 ,因此 ,灌装系统较为简单 。液体产品由高位槽或泵经输液管送进灌装机的贮液箱 ,贮液箱内液面一般由浮子式控制器保持基本恒定 ,但也有用电磁阀控制的 ,贮液箱内的流体产品再经过灌装阀的开关进入待灌容器中 。 第四节 灌装机的常用机构 一、灌装的供料机构 图 酒总管 3与灌装机顶部的输入头 9相连 ,输入头下端有六根供酒管 14与环形酒缸 12相通。 12345678910111213 14- 输入头 ,151617181920旋转立轴 图 压法供料系统简图 在打开入酒总阀 16之前 ,需打开先运行阀 5,以透明管 4观察进酒压力 ,若流动缓慢是来酒压力不足 ,若酒液冲出来是来酒压力过高 ,均需调节 ,待正常后方可准备打开总阀。 无菌压缩气管 1分叉为两路 ,一路为入酒缸气管 12,它经输入头直接与环形酒缸相通 ,其作用是在开机前对酒缸充气产生一定的压力 ,以免酒液初入缸时因突然降压而冒泡。 该管上截止阀 8在入酒总阀 10打开后则需关闭 ;另一路为平衡气管 11, 它以输入头接至高液浮泡 17上的充气阀 15,其作用为控制酒缸内液位的高度。 当液面太高时 ,即液压高于气压 ,高位浮泡即上升打开充气阀 15, 无菌压缩空气进入酒缸 ,以补充气压的不足 ,保证啤酒能稳定地进入酒缸 。 当液面下降时 ,即液压低于气压 ,低液位浮泡 7下降 ,则打开放气阀 13, 酒缸内较高气压被释放 ,气压降低使进液增多 。 因此酒缸内液面基本稳定在视镜 9的中部 。 酒箱系一个矩形切面的环形酒缸 ,在环形酒缸的下面装有很多个灌装阀 ,分别与环形酒缸底面的孔口相连 ,以便把啤酒从贮液箱内装进待灌瓶中。 图 它由稳压装置 ,旋塞阀 ,推料活塞和充填器四个主要部分组成。 物料由人工或泵送入贮液箱内 ,在灌装时因来料压力不稳 ,会产生定量误差 , 因此常采用如图 提高灌装精度。 物料由供料泵送至三通14,在三通管的上端有一个稳压活塞 15,压缩空气经过减压调整后进入气缸 19,形成对稳压活塞一定的压力 ,当三通管内出料压力增加或减少时 ,与稳压活塞杆 19相连的感应板则要上升或下降 ,上 、下无触点开关则要发出信号控制供料泵运转或停转 。 因此供料的压力始终保持稳定 ,保证了灌装质量 。 图 力法供料系统简图 123456789011121314151617 181920齿条 对于炼乳 、 番茄酱等的灌装 ,在供料系统中可省略稳压装置 ,旋塞阀由往复运动的齿条 20经齿轮 12带动作来回摆动 ,一个位置沟通三通 14及推料活塞缸 5,这时活塞 4正好在连杆机构带动下向左运动 ,物料由三通被吸入活塞 ,旋塞阀的另一个位置沟通活塞及充填器 , 这时活塞 4正好又在连杆机构带动下向右运动 ,物料被推送至灌装容器内 。 活塞 4 的运动行程可调节 ,这是通过转动伞齿轮 6使可调螺母 7移动而实现的 。 为了防止物料的滴漏 ,在充填器底部特意安装一只有孔道的滚柱 1,当旋转阀来回摆动时 ,带动凸轮 3也一起来回摆动 , 从而使顶杆 2上下串动 ,压迫滚柱 1实现快速启闭 ,提高了灌装精度 。 真空法灌装系统结构较复杂 ,形式较多 ,但根据其采用灌装方式不同 ,大体可分两种类型 :一种方式是在待灌瓶和贮液箱中都建立真空 ,而液体是靠自重产生流动而灌装的 ;另一种方式是在瓶中建立真空 ,靠压差完成灌装。因此真空法灌装机的供料系统可有单室、双室、多室、三室等多种形式 ,单室属于前一种真空法灌装 ,其余属于后一种方法。 单室 这是一种真空室与贮液箱合为一室的供料系统 。 图 灌液体经输液管 1由进液孔 3送入贮液箱 5内 ,箱内液面依靠浮子液位控制器 4控制基本恒定 ,箱内液面上部空间的气体由真空泵经真空管 2抽走 ,从而形成真空 ,瓶子由托瓶台 7带动上升并首先打开气阀 9对瓶内抽气 ,接着瓶子继续上升打开液阀 8进行灌液 ,瓶内被置换的气体吸至贮液箱内再被抽走。 图 室真空法供料系统简图 123456789这种结构使贮液箱内整个液面成为挥发面 ,故不宜灌装含有芳香性的液体 ,但它的总体结构比较简单 ,并容易清洗。 上述单室真空灌装阀的开启需两次升瓶才能完成 ,故易出现磨损漏溢的问题 。 有的单室有真空阀 、 气阀 、 液阀是一起开闭的 ,这时 ,只需贮液箱的真空度大于阀口上液料的位压头 ,仍能保证瓶内不先被抽成一定的真空 ,液料就被封着不会泄漏 ,还有的单室真空阀 ,只设液阀 ,其气管是与大气相通的 ,这种结构更为简单 ,但势必增加了真空泵的负荷 ,贮液箱内真空度的稳定也受到一定的影响 。 双室 这是只有一个贮液箱与一个真空室的供料系统 。 图 液体产品经输液管 10输送到贮液箱 4内 ,箱内液位由浮子液位控制器 11控制 ,真空泵经真空管 9将真空室 8内气体抽走 ,使之形成真空 , 灌装机构有一进液管通往贮液箱 ,另有一抽气管通往真空室 ,一但瓶子顶紧灌装机构端部的密封垫 ,瓶内气体则被抽走 ,随后 ,液料在贮液箱与瓶内压差作用下流入瓶中 ,当瓶内液位升高至抽气管下缘时 ,继续流入瓶内的多余液体被抽进真空室 ,再经回流器 7回到贮液箱 ,当没有瓶子或瓶子破损时 ,不能由瓶中抽出空气 ,也就不能进行灌装。 图 室真空法供料装置示意图 123 45 678 与单室比较 ,这种双室供料系统减少了挥发面 ,但因余液经真空室直接流回贮液室 , 因此箱内液面难以控制稳定。 多室 这种结构不仅使贮液箱与真空室分开 ,而且另设一个液位控制箱 ,真空箱也不只一个 。 如图 液箱 10的上方设一真空室 13, 图 室真空法灌装系统示意图 1234567 891011121314 151617真空塔上室 ,1819高位槽 1经送液管 2 将液料输送给液位控制箱5(其内的液位靠浮子液位控制器 18控制 ),再经进液管 6与贮液箱接通 ,在液位控制箱上方装有真空塔 17及上室 16,上室至下室以及下室至液位控制箱之间均有管道接通 ,管道上均装有控制阀门 ,真空塔上室通过真空管 14与真空室 13相通 , 真空塔的上室、下室又分别通过真空管 4、 7与破气阀 9相通 ,灌装时的余液先被抽回到真空室13, 又被吸回到真空塔的上室 ,这时由于上室处于真空 ,所以通往下室管口处的橡皮垫被吸住 , 而使阀门封闭 ,当破气阀 9中的开口对准真空管 4时 , 通过真空管 7使真空塔的下室也处于真空 , 于是上室通往下室的阀门自动打开 ,下室通往液位控制箱 5的同样结构的阀门则被封闭 ,上室中的液体流入下室 ,当真空管 7通过破气阀 8与大气接通时 ,下室处于常压状态 ,上室通往下室的阀门则