　　　本论文设计公开了一种液体灌装阀，液体灌装方法及在生产线旋转灌装机上的布置与安排,该液体灌装阀的结构是,阀体的上部设有液体进口,滑动体与阀体滑动配合并在其间设有弹性抵压件控制灌装阀在灌装过程中的密封,滑动体的下部设有液体出口；出口与灌装头上装有密封装置，通过挤压力接触密封，阀体上固设有排气管,该排气管的一端从滑动体穿过后伸出液体出口与灌装头连接,另一端与外界相通而形成排气通道；在滑动体与排气管上设有相配合的密封面,在液体灌装阀导通时,液体进口与液体出口之间形成灌液通道，灌装头的最大尺寸与大于液道的最大尺寸，和滑动体的外径对齐，可以避免灌装过程中液体冲击力形成大量泡沫等对灌装精度和效率的影响，在排气通道在安装压紧螺母处设有螺纹,用来安装压紧螺母，阀可以通过调节螺母和压紧螺母调节弹簧的张力和阀体尺寸，用来调节灌装过程中一些小的光装误差，本发明在于灌装完成后能及时停止灌装,灌装精度高,节约能源,应用广泛，效率高，且液体灌装阀结构简单。

　　　关键词滑动体；排气管；布置；弹性低压件

摘要III

AbstractIV

目录V

1 诸论1

1.1 本课题的研究内容和意义1

1.2国内外的发展概1

1.3 本课题要达到的要求2

2 灌装生产线的整体结构设计3

2.1 方案的选取3

2.2 生产线各机构的设计4

2.3 本章小结8

3 灌装的基本原理和灌装阀的分析与设计9

3.1 灌装的基本原理9

3.1.1 灌装的基本方法9

3.1.2 定量方法10

3.2 灌装阀的分析与设计10

3.2.1灌装阀的工作原理10

3.2.2阀总体结构的分类和设计12

3.2.3阀端结构的设计和受力分析14

3.2.4阀门的启闭控制结构设计与分类16

3.2.5阀门的密封结构设计16

3.2.6 灌装时间的计算和过程17

3.2.7灌装阀阀体材料的选定23

3.2.8灌装阀弹簧的安装分析和设计23

3.2.9灌装阀弹簧的设计24

4灌装过程的调整与机器存在的主要问题28

5 电器控制和调试与维护30

5.1电气的控制30

5.2设备调试与维护31

6总结33

7 致谢34

8 参考文献35

9 附录36

1.1 本课题的研究内容和意义

　　　灌装阀是自动灌装机执行的主体部件,是灌装生产线上必不可少的东西，灌装阀的好坏决定了生产线的生产效率，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。

　　　从上世纪八十年代开始，中国每年都要进口大量的饮料、乳品和啤酒包装机械，至今引进的势头仍然是有增无减。这些机械大多是高速自动化生产线，可靠性强，产量高，部分设备是当今世界最为先进的机型。这些生产线的引进，使中国部分饮料、乳品和啤酒企业的包装水平得以与发达国家同步发展。与此同时，中国包装机械的生产也取得了长足的进步，部分灌装、封口一体设备已经达到较高水平，包括塑料饮料瓶、酸奶杯、无菌包装成型设备和贴标机在内的包装生产线水平也得到了提升，已经可以满足中型企业的需要，部分已经可以替代进口设备，并且出口量逐年提高，灌装阀作为灌装机中不可缺少的部分，应用十分广泛，每年使用量相当巨大，国内在灌装速度和精度上和国际水平还存在着一定的差距，对灌装阀重新研究设计将大大推动中国包装机械行业的发展，提高包装行业在国际中的低位。品包装机械的产值在300亿元人民币左右，而每年进口的食品包装机械约10亿美元。其中饮料、乳品和啤酒包装机械占有相当大的比重。

1.2国内外的发展概

　　　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Horix、Kiefer和U.S.BottLers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Seitz厂产品、意大利Simonazi公司、美国Merer公司、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。灌装阀作为灌装机的重要组成部分，决定着一台灌装机的性能和整条灌装生产线的效率，在我国灌装阀无论从质量还是外观上都与发达国家有很大的差距，造成产品差的原因在于采用的设计理论，设计手段与设计方法，制造技术，检测手段的落后，另外，国内配套设备的基础件不稳定，对产品质量也有较大的影响，而我国包装行业在飞速发展，急需对现有的阀进行改进和创新。

1.3 本课题要达到的要求

　　　包装是食品和化工等产品生产中必不可少的一个环节，例如啤酒，其他碳酸饮料等产品在人们的生活中已占据了重要的地位，从而也带动了灌装机械的发展。鉴于做本设计的学生属机电专业，再者我国目前包装机械行业的发展空间比较的大，研究包装机械方面的课题对他们个人和社会都有积极意义，是对学生综合能力的培养和锻炼。一方面巩固、增长我们的专业知识，培养我们综合运用知识的能力，为以后的工作积累经验，另一方面也希望我们能在自己的课题上有所发现、改进、创新，提出一些建设性的意见。灌装阀的设计，题目综合性强，需要学生有扎实的基础知识和广博的知识面及计算机基础。所以，在整个设计过程中需要可以充分发挥其主动性，积极性，培养了我们的综合分析问题和解决问题的能力，促进我们由知识型向智能型转化。

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内容简介：: 无锡太湖学院信机系机械工程及自动化专业毕业设计论文任务书一、题目及专题：1、题目灌装生产线上灌装阀的设计 2、专题二、课题来源及选题依据现在国际上液体灌装生产线的设计、制造已经比较成熟，也已系列化和标准化。应用也十分广泛，每年使用量十分巨大，国内无论在灌装速度还是精度与国际先进水平差距明显，迫切需要对已现有的灌装阀进行重新设计，由于设备制造已成功，三维造型已基本完成，故学生在设计中还须对现有灌装阀阀体结构、布置进行分析，改善整机结构。利用相关的CAD/CAM软件对灌装阀灌装过程中流场进行详细的分析，找出改善灌装速度和精度的初步意见，借助有限元分析法进行详细的受力和变形分析，依据机构运动分析法进行实际的动作仿真，并将根据分析和仿真结果指导灌装阀的进行修正和结构优化设计，最后尽可能考虑装置和有关零部件的标准化和参数化。三、本设计应达到的要求：熟悉灌装阀的发展历程，特别是近十几年来生产线上自动化技术的不断发展、精度的要求，生产效率的要求，需设计出更高效的灌装机构；熟练掌握灌装阀原理以及灌装机的整体运动过程；熟练掌握Z型扫描以及直流系数和交流系数的编码；掌握不同液体灌装的方法以及供料方法能够熟练使用UG仿真。针对灌装阀，进行运动分析，用客观标准和主观标准综合评价重建图像的质量。熟练使用UG有限元分析对灌装阀进行受力分析四、接受任务学生：机械86 班姓名王冬五、开始及完成日期：自2011年11月7日至2012年5月25日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名签名签名教研室主任学科组组长研究所所长签名系主任签名2011年11月7日V摘要本论文设计公开了一种液体灌装阀，液体灌装方法及在生产线旋转灌装机上的布置与安排,该液体灌装阀的结构是,阀体的上部设有液体进口,滑动体与阀体滑动配合并在其间设有弹性抵压件控制灌装阀在灌装过程中的密封,滑动体的下部设有液体出口；出口与灌装头上装有密封装置，通过挤压力接触密封，阀体上固设有排气管,该排气管的一端从滑动体穿过后伸出液体出口与灌装头连接,另一端与外界相通而形成排气通道；在滑动体与排气管上设有相配合的密封面,在液体灌装阀导通时,液体进口与液体出口之间形成灌液通道，灌装头的最大尺寸与大于液道的最大尺寸，和滑动体的外径对齐，可以避免灌装过程中液体冲击力形成大量泡沫等对灌装精度和效率的影响，在排气通道在安装压紧螺母处设有螺纹,用来安装压紧螺母，阀可以通过调节螺母和压紧螺母调节弹簧的张力和阀体尺寸，用来调节灌装过程中一些小的光装误差，本发明在于灌装完成后能及时停止灌装,灌装精度高,节约能源,应用广泛，效率高，且液体灌装阀结构简单。关键词：滑动体；排气管；布置；弹性低压件AbstractThis paper design discloses a liquid filling valve, the liquid filling method and filling machine production line rotation arrangement and arrangement, the liquid filling valve structure is, the upper part of the body with liquid imports, sliding body and body sliding cooperate and in it is worth with elastic pressure a control in the process of filling valve in filling sealing, sliding the lower part of the body with liquid export; xports and filling sealing device equipped with head, through the extrusion pressure sealing contact, fixed on the valve body with exhaust pipe, the one end of the exhaust from sliding body through the liquid filling out after export and head connection, the other end of the interconnected and the formation of exhaust channel; In the sliding body and exhaust pipe on the combined with ptfe, in liquid filling valve turn-on, liquid import and export filling liquid formed between liquid channel, filling the largest size and head more than liquid maximum size of the word, and sliding body outer diameter of the line, Can avoid the filling process of liquid foam on the impact form lots of filling accuracy and efficiency, the effects of the exhaust passages in the installation pressure nut place with thread, used to install the pressure nut, valves may be through the conditioning nut and pressure nut adjusting spring the tension and the body size, Used to regulate the filling process with a small light error, the present invention is complete in time after filling can stop filling, filling high precision, save energy and wide application, high efficiency, and the liquid filling valve structure is simple.Keywords: sliding body; The exhaust; Decorate; Elastic low pressure 目录1 绪论1 1.1本课题的研究内容和意义1 1.2灌装机的工作原理2 1.3本课题应达到的要求22 灌装的基本原理和灌装机结构总体设计3 2.1 灌装机的工作原理3 2.2 液体灌装机的分类与选择3 2.2.1 液体灌装机的分类3 2.2.2 灌装机的工作原理3 2.3 液体灌装的基本方法5 2.4 定量方法63 灌装阀的设计及计算6 3.1 灌装阀的工作原理6 3.2 阀总体结构的分类和设计8 3.3 阀端结构的设计9 3.4 阀门的启闭控制结构设计与分类10 3.5 阀门的密封结构设计11 3.6 灌装时间的计算11 3.7 灌装阀阀体材料的选定16 3.8 灌装阀弹簧的安装分析和设计16 3.8.1 灌装阀弹簧的安装分析16 3.8.2 灌装阀弹簧的设计184 其它相关机构20 4.1 瓶的升降机构22 4.2 灌装的供料机构22 4.3 灌装的供瓶机构22 4.4 灌装过程的调整与机器存在的主要问题245 设备调试与维护25 5.1 整机要求25 5.2 灌装阀的调试与维护25 5.3 安全技术操作规程256 总结26致谢28参考文献29附录30编号无锡太湖学院毕业设计（论文）题目：灌装生产线上灌装阀的设计信机系机械工程及自动化专业学号： 0823337学生姓名：王冬指导教师：何雪明（职称：副教授）（职称：）2012年5月25日2无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）轴承检测装置的外观设计是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。班级：机械86 学号： 0823327 作者姓名：王冬 2012 年 5 月 25 日编号无锡太湖学院毕业设计（论文）题目：灌装生产线上灌装阀的设计信机系机械工程及自动化专业学号： 0823327学生姓名：王冬指导教师：何雪明（职称：副教授）（职称：）2012年5月25日2无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）灌装生产线上灌装阀的设计是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。班级：机械86 学号： 0823327 作者姓名：王冬 2012 年 5 月 25 日编号无锡太湖学院毕业设计（论文）相关资料题目：灌装生产线上的灌装阀设计信机系机械制造及自动化专业学号： 0823327学生姓名：王冬指导教师：何雪明教授 2012年5月25日目录一、毕业设计（论文）开题报告二、毕业设计（论文）外文资料翻译及原文三、学生“毕业论文（论文）计划、进度、检查及落实表”四、实习鉴定表无锡太湖学院毕业设计（论文）开题报告题目：本灌装生产线上的灌装阀设计信机系机械制造及自动化专业学号： 0823327 学生姓名：王冬指导教师：何雪明（职称：副教授）（职称：） 2011年11月14日课题来源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和包装机械个零部件的设计和改进优化。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。科学依据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Horix、Kiefer和U.S.BottLers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Seitz厂产品、意大利Simonazi公司、美国Merer公司、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。研究内容1熟练的运用液压，自动控制，机械设计的相关基础知识对灌装阀原理分析，对比各种成品，根据安全，可靠，工作稳定经济的原则选择合理的方案进行设计；2能够运用UG软件，完成零件图，装配图，及阀体的有限元分析和运动仿真；3. 查阅相关资料详细的拟定出灌装阀灌装的工艺过程主要包括 (1)进液回气;(2)停止进液;(3)排除余液；4.查找制图手册，根据相关要求生成阀的零件图和装配图。拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析首先。通过对比和分析多种灌装阀的选择与设计的基本思想和开发思路，各种控制系统的选择与开发;其次，对设备的经济性和具体事例分析；最后对系统的各个组成机构进行了整体一致性地分析和控制。在者借用UG等软件对其进行有限元分析，运动仿真，进一步的优化设计研究计划及预期成果第12周：查阅文献，收集资料，确定机械结构，控制系统设计法案，撰写开题报告并翻译外文资料。第36周：完成机械结构部分设计，绘制装配图。第79周：完成控制系统硬件设计，绘图第1011周：完成控制系统软件设计，绘制流程图第1213周：撰写毕业设计说明书第14周：修改说明书及设计第1516周：整理材料准备答辩特色或创新之处包装是食品和化工等产品生产中必不可少的一个环节，例如啤酒，其他碳酸饮料等产品在人们的生活中已占据了重要的地位，从而也带动了灌装机械的发展。鉴于做本设计的学生属机电工程学院，再者我国目前包装机械行业的发展空间比较的大，研究包装机械方面的课题对他们个人和社会都有积极意义，是对学生综合能力的培养和锻炼。一方面巩固、增长我们的专业知识，培养我们综合运用知识的能力，为以后的工作积累经验，另一方面也希望我们能在自己的课题上有所发现、改进、创新，提出一些建设性的意见。灌装阀的设计，题目综合性强，需要学生有扎实的基础知识和广博的知识面及计算机基础。所以，在整个设计过程中需要可以充分发挥其主动性，积极性，培养了我们的综合分析问题和解决问题的能力，促进我们由知识型向智能型转化。已具备的条件和尚需解决的问题现在国际上液体灌装生产线的设计、制造已经比较成熟，也已系列化和标准化。应用也十分广泛，每年使用量十分巨大，国内无论在灌装速度还是精度与国际先进水平差距明显，迫切需要对已现有的灌装阀进行重新设计，由于设备制造已成功，三维造型已基本完成，故我们在设计中还须对现有灌装阀阀体结构、布置进行分析，改善整机结构。利用相关的CAD/CAM软件对灌装阀灌装过程中流场进行详细的分析，找出改善灌装速度和精度的初步意见，借助有限元分析法进行详细的受力和变形分析，依据机构运动分析法进行实际的动作仿真，并将根据分析和仿真结果指导灌装阀的进行修正和结构优化设计，最后尽可能考虑装置和有关零部件的标准化和参数化。指导教师意见指导教师签名：年月日教研室（学科组、研究所）意见教研室主任签名：年月日系意见主管领导签名：年月日英文原文要求与毕业设计课题相关，字符数约为8000-10000。字体要求：除标题用小4号Times New Roman字体外，其他字母和数字用5号Times New Roman字体。行距：1.2倍中文译文中文字数约为5000。字体要求：除标题用小4号宋体字体外，其他中文用5号宋体字体，数字用：5号Times New Roman字体。行距：1.2倍摘要本论文设计公开了一种液体灌装阀，液体灌装方法及在生产线旋转灌装机上的布置与安排,该液体灌装阀的结构是,阀体的上部设有液体进口,滑动体与阀体滑动配合并在其间设有弹性抵压件控制灌装阀在灌装过程中的密封,滑动体的下部设有液体出口；出口与灌装头上装有密封装置，通过挤压力接触密封，阀体上固设有排气管,该排气管的一端从滑动体穿过后伸出液体出口与灌装头连接,另一端与外界相通而形成排气通道；在滑动体与排气管上设有相配合的密封面,在液体灌装阀导通时,液体进口与液体出口之间形成灌液通道，灌装头的最大尺寸与大于液道的最大尺寸，和滑动体的外径对齐，可以避免灌装过程中液体冲击力形成大量泡沫等对灌装精度和效率的影响，在排气通道在安装压紧螺母处设有螺纹,用来安装压紧螺母，阀可以通过调节螺母和压紧螺母调节弹簧的张力和阀体尺寸，用来调节灌装过程中一些小的光装误差，本发明在于灌装完成后能及时停止灌装,灌装精度高,节约能源,应用广泛，效率高，且液体灌装阀结构简单。关键词滑动体；排气管；布置；弹性低压件AbstractThis paper design discloses a liquid filling valve, the liquid filling method and filling machine production line rotation arrangement and arrangement, the liquid filling valve structure is, the upper part of the body with liquid imports, sliding body and body sliding cooperate and in it is worth with elastic pressure a control in the process of filling valve in filling sealing, sliding the lower part of the body with liquid export; xports and filling sealing device equipped with head, through the extrusion pressure sealing contact, fixed on the valve body with exhaust pipe, the one end of the exhaust from sliding body through the liquid filling out after export and head connection, the other end of the interconnected and the formation of exhaust channel; In the sliding body and exhaust pipe on the combined with ptfe, in liquid filling valve turn-on, liquid import and export filling liquid formed between liquid channel, filling the largest size and head more than liquid maximum size of the word, and sliding body outer diameter of the line, Can avoid the filling process of liquid foam on the impact form lots of filling accuracy and efficiency, the effects of the exhaust passages in the installation pressure nut place with thread, used to install the pressure nut, valves may be through the conditioning nut and pressure nut adjusting spring the tension and the body size, Used to regulate the filling process with a small light error, the present invention is complete in time after filling can stop filling, filling high precision, save energy and wide application, high efficiency, and the liquid filling valve structure is simple.Keywords: sliding body; The exhaust; Decorate; low pressure of ElasticI目录摘要IIIAbstractIV目录V1 诸论11.1 本课题的研究内容和意义11.2国内外的发展概11.3 本课题要达到的要求22 灌装生产线的整体结构设计32.1 方案的选取32.2 生产线各机构的设计42.3 本章小结83 灌装的基本原理和灌装阀的分析与设计93.1 灌装的基本原理93.1.1 灌装的基本方法93.1.2 定量方法103.2 灌装阀的分析与设计103.2.1灌装阀的工作原理103.2.2阀总体结构的分类和设计123.2.3阀端结构的设计和受力分析143.2.4阀门的启闭控制结构设计与分类163.2.5阀门的密封结构设计163.2.6 灌装时间的计算和过程173.2.7灌装阀阀体材料的选定233.2.8灌装阀弹簧的安装分析和设计233.2.9灌装阀弹簧的设计244灌装过程的调整与机器存在的主要问题285 电器控制和调试与维护305.1电气的控制305.2设备调试与维护316总结337 致谢348 参考文献359 附录361 诸论灌装阀是自动灌装机执行的主体部件,是灌装生产线上必不可少的东西，灌装阀的好坏决定了生产线的生产效率，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。诸如饮料、酒类、调味料、化妆品及药品等，为了提高自动化生产线上瓶装液体产品控量灌装的问题，提高生产效率，保证产品质量，特进行本课题灌装阀机构的设计研究1.1 本课题的研究内容和意义灌装阀是自动灌装机执行的主体部件,是灌装生产线上必不可少的东西，灌装阀的好坏决定了生产线的生产效率，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。从上世纪八十年代开始，中国每年都要进口大量的饮料、乳品和啤酒包装机械，至今引进的势头仍然是有增无减。这些机械大多是高速自动化生产线，可靠性强，产量高，部分设备是当今世界最为先进的机型。这些生产线的引进，使中国部分饮料、乳品和啤酒企业的包装水平得以与发达国家同步发展。与此同时，中国包装机械的生产也取得了长足的进步，部分灌装、封口一体设备已经达到较高水平，包括塑料饮料瓶、酸奶杯、无菌包装成型设备和贴标机在内的包装生产线水平也得到了提升，已经可以满足中型企业的需要，部分已经可以替代进口设备，并且出口量逐年提高，灌装阀作为灌装机中不可缺少的部分，应用十分广泛，每年使用量相当巨大，国内在灌装速度和精度上和国际水平还存在着一定的差距，对灌装阀重新研究设计将大大推动中国包装机械行业的发展，提高包装行业在国际中的低位。品包装机械的产值在300亿元人民币左右，而每年进口的食品包装机械约10亿美元。其中饮料、乳品和啤酒包装机械占有相当大的比重。1.2国内外的发展概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Horix、Kiefer和U.S.BottLers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Seitz厂产品、意大利Simonazi公司、美国Merer公司、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。灌装阀作为灌装机的重要组成部分，决定着一台灌装机的性能和整条灌装生产线的效率，在我国灌装阀无论从质量还是外观上都与发达国家有很大的差距，造成产品差的原因在于采用的设计理论，设计手段与设计方法，制造技术，检测手段的落后，另外，国内配套设备的基础件不稳定，对产品质量也有较大的影响，而我国包装行业在飞速发展，急需对现有的阀进行改进和创新。1.3 本课题要达到的要求包装是食品和化工等产品生产中必不可少的一个环节，例如啤酒，其他碳酸饮料等产品在人们的生活中已占据了重要的地位，从而也带动了灌装机械的发展。鉴于做本设计的学生属机电专业，再者我国目前包装机械行业的发展空间比较的大，研究包装机械方面的课题对他们个人和社会都有积极意义，是对学生综合能力的培养和锻炼。一方面巩固、增长我们的专业知识，培养我们综合运用知识的能力，为以后的工作积累经验，另一方面也希望我们能在自己的课题上有所发现、改进、创新，提出一些建设性的意见。灌装阀的设计，题目综合性强，需要学生有扎实的基础知识和广博的知识面及计算机基础。所以，在整个设计过程中需要可以充分发挥其主动性，积极性，培养了我们的综合分析问题和解决问题的能力，促进我们由知识型向智能型转化。在产品设计过程中全面了解自动灌装的工作原理，灌装阀的的运动过程，各部件的功能，保证产品质量基本要求上，尽量提高阀的工作效率，考虑灌装阀在整个机械当中的作用，全局考虑灌装机的整体结构，和理的布置阀在机器中的位置，以达到现有制造技术条件下的最高的生产率2 灌装生产线的整体结构设计2.1 方案的选取灌装生产线按灌装瓶的不同主要分为三类灌装机：（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,然后由转盘图2.2 瓶子在灌装过程中展开示意图图2.1 瓶子在灌装过程中的俯视图送入压盖机进行压盖,该阀的就是在旋转型灌装机上进行设计的，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）直线型灌装机图2.3 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-灌装管灌装瓶沿着平直的直线运动,进行成排灌装。见图2.3,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。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。（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。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2.1:表2.1 灌装机分类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2.2 生产线各机构的设计（1）灌装的供料机构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。供料机构的设计对灌装速度和精度的影响起着至关重要的作用，一般供料机构机构大体可分为四类：常压法灌装的液料供送机构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。等压法灌装的液料供料机构附录图1为此法供料原理图。入酒总管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。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。压力法灌装的液料供送机构附录图2为此法灌装供料简图,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, 因此常采用如附录图所示的稳压装置来稳定供料压力,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。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。真空法灌装的液料供送装置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，具体方法过程这里不做详细介绍。（2）灌装的供瓶机构在自动灌装机中,按照灌装的工艺要求,准确地将待灌瓶送入主转盘升降机构托瓶台上,是保证灌装机正常而有秩序地工作的关键。一般供瓶机构的关键问题是瓶的连续输送和瓶的定时供给。常用的连续输送装置有链带传送,一般采用不锈钢或尼龙坦克链带,为了减少链带与瓶底间的摩擦,有时设法在链带上加些肥皂水,以便润滑。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。分件供送螺杆机构在自动灌装机中,按照灌装的工艺要求,准确地将待灌瓶送入主转盘升降机构托瓶台上,是保证灌装机正常而有秩序地工作的关键。一般供瓶机构的关键问题是瓶的连续输送和瓶的定时供给。常用的连续输送装置有链带传送,一般采用不锈钢或尼龙坦克链带,为了减少链带与瓶底间的摩擦,有时设法在链带上加些肥皂水,以便润滑。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2.4 典型送瓶机构的示意图图2.4给出了典型送瓶机构的示意图,它的基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(末画出)和组合式拔瓶轮等, 分件供送螺杆在结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,有助于将玻璃瓶顺畅地导入螺杆的工作区段, 而另一端应具有与玻璃瓶同半径的圆弧过渡角,以便和星形拔轮同步衔接,为了使刚进入螺杆工作区段的玻璃瓶运动平稳,第一段最好采用等螺距,使它暂不产生加速度,鉴于星形拔轮的节距通常都大于两只玻璃瓶原来在链带上紧相接触时运动的中心距,显然,最后一段螺旋线一定要变螺距, 为改善瓶的惯性运动,它应该制约玻璃瓶以等加速度规律逐渐增大其间距。实践证明,对于中、小型自动灌装机(一般为250瓶/分以内),只需将螺杆设计呈等螺距段与变螺距段即可,虽然其加速度曲线不连续,有阶跃突变,但在加速度值不很大时,仍不致发生明显的柔性冲击。设计供送螺杆的关键在于,必须在满足被供送瓶的主体直径及有效高度、星形拔轮节距和生产能力等条件下,预选螺杆的内外径及长度,合理确定螺旋线的组合形式、旋向及螺旋槽的基本参数。花盘式限位机构如图2.5所示,待瓶或罐由输送机运送,经花盘轮分隔装置而直到输送机端头。在最前端的瓶或罐到达要求位置时,就碰上电开关9,使推板8立即将要求数量的一排瓶或罐横向推进一个距离。推板8行进中驱动摆盘6,使之逆时针转动,但凸轮5及棘爪摆杆4不动,推板8行进到与摆盘6脱离接触时,摆盘6受弹簧作用而恢复到原位。图2.5 定数量供给的花盘限位装置1-输送带,2-花盘轮,3-棘轮,4-棘爪摆杆,5-凸轮,6-摆盘,7-销子,8-推板,9-开关推板8做返回运动时, 又驱动摆盘6使之顺时针转动,同时通过销子7使凸轮5一起转动,从而迫使棘爪杆4摆动,脱离开棘轮3,此时,花盘轮由传动装置驱动转动,对输送来的瓶或罐做连接分隔传送。当推板8 往回运动到又与摆盘6脱离接触时,凸轮5受弹簧作用又转回到原位,棘爪摆杆也往回摆动到原位, 棘爪嵌入棘轮轮齿中,制动住花盘轮2的转动,在棘爪脱离开棘轮的时间间隔内,经由花盘轮分隔传送出要求数量的瓶或罐。拨瓶轮此机构是将瓶的限位器送来的瓶子, 准确地送入灌装机中瓶的升降机构或将灌满的瓶子从升降机构取下送入传送带的机构。如图2.6所示:拔瓶轮中的尺寸h及Rc均由瓶子的高度和直径来决定, 拔瓶轮一般采用酚醛层压板等材料,以免与玻璃瓶产生硬性碰撞,拔瓶轮一般由上、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。图2.6 拔瓶轮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, 否则易出现倒瓶、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、拔轮的传动部分安装有离合器,一旦出现故障使其自动停转,有的还安装微动开关, 当离合器脱开的同时,压迫微动开关,使全机停转。（3）瓶的升降机构在一般旋转型灌装机中,由拔瓶轮送来的瓶子必须根据灌装工作过程的需要,先把瓶子升到规定的位置,以便进行灌装。然后再把己灌满的瓶子下降到规定的位置,以便拔瓶轮将其送到传送链带上送走,这一动作是由瓶的升降机构完成的。瓶的升降机构控制着灌装阀阀口的启闭，他在灌装过程中起着相当的作用，在一般旋转型灌装机中,由拔瓶轮送来的瓶子必须根据灌装工作过程的需要,先把瓶子升到规定的位置,以便进行灌装。然后再把己灌满的瓶子下降到规定的位置,以便拔瓶轮将其送到传送链带上送走,这一动作是由瓶的升降机构完成的。图2.7 瓶的升降机构如图2.7所示每只瓶托固定装在下转盘边缘的孔上,并随转盘一起绕立轴旋转,显然这种机械式升瓶机构实际上是由圆柱轮直动从动杆机构完成的,与一般不同的是,这里圆柱凸轮不动,而直动从动杆绕圆柱的轴线旋转,因此, 它们之间的相对运动与圆柱凸轮旋转的直动从动机构是一致的。瓶托上升时,凸轮倾角最大,许用推荐值为30 这种升瓶机构的结构比较简单,但是工作可靠性差,如果灌装机运转过程中出现故障,瓶子沿着滑道上升,很容易将瓶子挤坏,对瓶子质量要求很高,特别是瓶颈不能弯曲,瓶子被推上瓶托时,要求位置准确,在工作中,缓冲弹簧也容易失效,需要经常更换。因此,这种结构适用于小型的半自动化的不含气体的液料灌装机中。对于瓶的升降机构的要求是:运行平稳、迅速、准确、安全可靠、结构简单,常用的有下列三种形式:1.机械式瓶的升降机构，2.气动式瓶的升降机构，3.气动机械混合式升瓶机构。这三种升降瓶机构各有其优缺点。在设计时,应根据灌装机的具体要求,进行具体的分析,选择和设计出先进合理,经济可靠的结构。2.3 本章小结本章主要介绍了灌装生产线上灌装机的选取，旋转式灌装机生产线上各重要的相关机构基本功能和所能实现的运动，从中可以对灌装生产线做出相当的理解和认识，能做出进一步创新和改进。3 灌装的基本原理和灌装阀的分析与设计3.1 灌装的基本原理3.1.1 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:（1）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。（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。（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。3.1.2 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：（1）控制液位高度定量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（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。（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,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。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,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。3.2 灌装阀的分析与设计3.2.1灌装阀的工作原理灌装阀是灌装生产线上的核心部件，它是完成完成灌装工艺要求必要部件，其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。如图3.1所示为灌装阀的工作原理：(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cc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,然后瓶子下图3.1 控制液位高度定量法原理图1-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-瓶子降着液料的继续灌入,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, 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。如图3.1所示：8压紧螺母用来调剂弹簧弹力，保证灌装头与滑套间的重新密封。调结螺母9用来调节排气管与灌装头进入瓶子的深度。当然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: 1.进液回气;2.停止进液;3.排除余液采用真空法灌装的工艺过程一般是: 1.抽气真空;2.进液回气;3.停止进液;4.排除余液采用压力法灌装一般过程是: 1.吸料定量;2.挤料回气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，这里不再做详述。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3.2.2阀总体结构的分类和设计完成灌装工艺要求的灌装阀有多种形式,根据阀中可动部分的运动形式主要可分为三种类型:（1）单移阀图3.2 端面式阀的结构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3.2所示，阀总体结构是由灌装头1，橡皮垫2，滑套3，弹簧4，下调节螺母5，固定螺母6，阀体7，上调节螺母8，压紧螺母9，排气管10，构成的，在1和7的锥面上装有密封材料，起着密封防漏的作用，8将阀与贮料箱固定压紧，5.8.9起着调节阀的弹簧压力和排气管与灌装瓶相对位置的作用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3.3所示为柱面式灌装阀的结构原理图,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, 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。（2）旋转阀图3.3 柱面式单移阀结构原理图1-定量杯,2-阀芯,3-弹簧,4-压盖,5-容器,6-下孔口,7-抽气孔,8-上孔口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)图3.4 锥式旋转阀结构原理图1-螺母,2-垫片,3-旋柄,4-压盖,5-密封垫圈,6-弹簧,7-旋塞,8-阀座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3.4为一种简单的旋塞阀,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3.5 盘式灌装阀结构图-阀盖，-阀座，-制止球图3.5为盘式等压灌装啤酒、汽水的一种灌装机构。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。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。（3）多移阀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，详细见目录3.2.3阀端结构的设计和受力分析（1）阀端结构的设计分析图3.6柱面式单移阀结构原理图1-定量杯,2-阀芯,3-弹簧,4-压盖,5-容器,6-下孔口,7-抽气孔,8-上孔口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。不管是哪一种阀，在设计时，应考虑到阀端的大小和进液排气道路的安排对整个阀工作的效率的影响，本设计产品阀端如图3.6所示，它采用中心管回气，属于后者短管灌装阀。这两类的特点是：短管阀的结构特点它们的特点是: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。长管阀的结构特点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。（2）阀端的受力分析当瓶口顶起阀门的那一刻，液体通过阀口流向待灌装瓶，如图3.7所示的阀端结构，在阀门开启后，液体对灌装头存在在冲击压力，压力在阀门挤压弹簧的时候是增减的过程，其冲击压力可按阀口开的最大，流量最大的那一拨时候计算，液体成自由落体状态，液体的流速V0在开启的那一刻由0慢慢增大到一定的值，根据能量守恒定律: (3.1)利用牛顿第二定律和微积分原理得： (3.2)根据以上两个式子可求得在某时间段灌装头所承受的压力，灌装系统在冲击下将产生振动，噪音，密封装置的损坏和灌装精度，降低设备的使用寿命，影响正常工作。应采取适当的措施来减少液压冲击，通常有以下几种方法：减小开启阀门口的大小；减小管道直径来控制流量的减小；在系统中设置蓄能器和安全阀；在阀中安装缓冲装置；采用橡胶装置吸收液压冲击时的能量；图3.7 阀的灌装位置3.2.4阀门的启闭控制结构设计与分类（1）如图3.8所示：本设计是由升瓶机构进行控制在一般旋转型灌装机中,由拔瓶轮送来的瓶子必须根据灌装工作过程的需要,先把瓶子升到规定的位置,以便进行灌装。然后再把己灌满的瓶子下降到规定的位置,以便拔瓶轮将其送到传送链带上送走,这一动作是由瓶的升降机构完成的。它可控制阀体中可动部分产生轴向直线移动,在凸轮作用下，顶杆通过导向盘带动待灌瓶子直线运动，通过待灌瓶口与阀的灌装头接触，挤压弹簧，来控制阀门的开启，一段时间后，随着瓶子的下降，滑套在弹簧的作用下也灌装都压紧，阀门关闭。这种形式无需另外增加控制机构,且能保证无瓶不灌装,且效率高，定量准确。(2) 由固定挡块进行控制图3.8瓶升降机构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。(3) 由固定挡块及回转拔叉进行控制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。(4) 利用瓶内充气压力进行控制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。3.2.5阀门的密封结构设计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, 如图所示3.9为灌装头的密封问题，在灌装头和滑套接触的部位，采用锥面，在滑套和灌装头上安装密封成通过弹簧提供压紧力进行密封。图3.9灌装头与滑套接触图3.10灌装阀与贮液箱密封图的接触面如图3.10所示，为贮液箱与阀的结合面，同图5.1类似，在阀与贮液箱的接触部位用锥面连接，在它们之间加上密封圈，通过压紧螺母提供压力，进行压紧阀门的密封和结构大致可分为两类：（1）接触平面的密封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。（2）相对运动圆柱面的密封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。接触平面的密封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。相对运动圆柱面的密封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。3.2.6 灌装时间的计算和过程（1）灌装的水利过程根据水利学知识,液料由贮液箱或定量杯经过灌装阀流入待灌瓶内,这一过程应该看成是液体的管嘴出流,按照定量方法和灌转阀的嘴口伸入瓶内位置的不同,又可分成以下几种情况：液位高度定量方法在本书中所设计使用的为图3.11所示的高度定量短管灌装，灌装嘴口伸入到瓶颈部分,由于贮溢箱内液位保持恒定,而贮液箱内液面上气压和待灌瓶内的气压基本上又是一个定值,因此,液体流动速度是基本不变的,灌装过程则属于稳定的管嘴自由出流情况。图3.12 高度定量长管灌装图3.11 高度定量短管灌装同样对于采用控制液位高度定量法,若灌装嘴口伸入在接近瓶底部,那么灌装过程分为两步,第一步在液面尚末灌至灌装嘴口之前一段,属于稳定的管嘴自由出流情况:第二步,在液料嘴口之后一段,由于作用在嘴口上的静压力随着瓶内液料的逐渐上升而变化,故属于不稳定的管嘴淹没出流情况,如图3.12所示。对于定量杯定量法,若灌装嘴口伸入在瓶颈部分,由于定量杯内液位在灌装过程中逐渐变化,因此,液体流动速度也随时间变化,灌装过程则属于不稳定的管嘴自由出流情况。如图3.12所示。同样对于定量杯定量法,若灌装嘴口伸入在接近瓶底,那么,灌装过程也分两部:第一步,在液料尚末灌至灌装嘴口之前一段,属于不稳定的管嘴自由出流情况；第二步,在液料已淹没嘴口之后一段,属于不稳定的管嘴淹没出流情况，如图3.13所示。图3.13 定量杯定量短管灌装图3.14 定量杯定量长管灌装如图3.14所示淹没出流可以减小自由出流时液料落下时产生的冲出力,使灌装较为稳定,但是由于灌装嘴口上的水头不能保持稳定,又均是不稳定的淹没出流。由此,目前尽量采用环隙进液并沿瓶壁降落的阀端结构, 这不仅使灌装始终保持稳定的管嘴出流状态,同时又避免了液料落下产生的冲击力,使灌装更为稳定,这种结构的阀对于含气饮料的灌装更显得有利。（2）液料流量的计算经过灌装阀孔口出流的液料体积流量为：经过灌装阀孔口出流的液料体积流量为： (3.3)式中: u0 孔中截面上液料的流速; A0 孔口中液道口的截面积。液料流速可以由孔口截面及贮液箱(或定量杯)中自由液面间列柏努利方程式求得。 (3.4)式中: u0为灌装时贮液箱自由液面的液料流速根据液体流动的连续性方程式,可 u1将折算成u0,而阻力损失h也可写成用u0表达的一般形式,则上式可改写成为：（3.5) (3.6)式中:A1贮液箱(或定量杯)自由液面的面积; 贮液箱(或定量杯)自由溢面的速度折算系数,对于贮液箱情况,因自由面积较大故可取 ; 从由自液面至灌装嘴口截面之间，因通流截面积不同各段流道的速度折数系数; 各段直管阻力系数之和; 各种局部阻力系数之和。由此,可求得孔口截面上液料的流速为 (3.7)因此,经孔口出流的液料流量为: (3.8)=75.07ml式中: C灌装阀中液道的流量系数,取值为01之间; Y孔口截面上的有效压头(包括静压头与位压头)。由上式可见,液料体积流量主要是三个参数的函数,这三个参数为：(1)液道量系数C,(2)孔口截面积,(3)孔口截面上有效压头,现分别讨论如下:a.流量系数C:它实际上就是液料流经灌装阀中液道所受的阻力损失系数,显然,阀中流道阻力越小,C值越大,但C值永远小于1,流量系数C可通过计算来确定。当阀的结构及操作条件确定后,其各段阻力系数均可查表获得,对于环隙进液的阀端结构,可以参考缝隙流的有关公式,先求出液料在缝隙始、终两端的压力降P,然后求出该段缝隙的能量损失P/,最后再反算出该段缝隙的阻力系数为根。据各段阻力系数及每段的速度折算系数k,则可采用阻力损失叠加原则求出各项之和。但由于灌装阀中各个局部阻力之间距离很近,在两个阻力之间很难形成一段变流,由于相互干扰的结果使流量系数降低,所以应予以修正,其修正系数一般建议取0.770.87,由此: (3.9) 为了计算时参考,表3-1列出了在20时几种食用液体的主要水力特性参数:流量系数C的另一种确定方法是实验法。一般参照现有同类型灌装机的运转条件测定上述液料流量计算公式中的其余各项,即测定、Y、V的数值(V可由测定的灌装时间间接计算求得),然后按照分工就很容易求得该阀液道的流量系数C。例如:某一台白酒真空灌装机,实测真空度为600mm酒柱,灌装时间为秒7.35秒,酒缸液面至阀口为150mm,阀口截面积为35.34mm,计算可得C=0.7006。液料名称重度粘度青岛啤酒北京啤酒上海啤酒汽水白酒果酒牛奶 1.01271.01381.0130 1.02500.99301.01201.0290 1.5331.4491.4481.1402.8062.1601.790 表3-1 几种食用液体的主要水力特性参数又如:一台640毫升的啤酒等压灌装机,实测得灌装时间为10秒,酒缸液面至阀口高度差为23mm,阀口面积50mm,计算可得C=0.6026.b.阀口截面积在瓶口尺寸允许的情况下应尽量取大值.当截面积A相同时,还应尽量增大水力半径,有利于减小局部损失,增大流量,减少灌装时间。所谓水力半径是指通流口的通流面积与润湿周边之比,即: (3.10)式中: A过流面积; L润湿周边长度。对于圆形孔口: (3.11)正方形孔口: (3.12) 矩形孔口: (3.13) 环形孔口: (3.14)由此可见,以圆形和正方形的水力半径最大,矩形次之,环形最小。但从灌装的稳定性看,就尽量增大截面上的润浸周边长度,从而减小水力半径,使雷诺系数e减小,液料流动则更加稳定。所以圆形管适合于输液道,而环形孔口适合于灌装阀孔口。c.孔口截面上有效压头Y:它包括两项,一项是孔口截面上的静压头,它除受自由出流还是淹没出流的影响外(自由出流时为常数,淹没出流时随淹没高度的变化而变化)。主要取决于贮液箱和瓶内气相的压力差,在常压法和等压法以及依靠自重的真空阀中,气相压力差基本上为零(不考虑排气道的阻力),在依靠压差灌装的真空阀中,气相压力差应大于零,若提高灌装速度应取大值,但必须保证灌装时贮液箱内的液料及瓶内顶隙处的余液不被真空泵抽走;另一项是孔口截面上的位压头Z,它除了受控制液位高度定量还是定量杯定量的影响外(控制液位高度定量时为常数,定量杯定量时随定量杯内液位的变化而变化), 主要取决于贮液箱内自由液面至灌装阀孔口截面间的高度 Z1(取孔口截面为计算基准面,即Z0=0),假如贮液箱内液料高度为H1,灌装H2,并令,显然,当H1一定,越大,Z1越大,生产能力则越高,实验证明,在=5和1的情况下,可得到最大生产能力,在10的情况下,采用定量杯的灌装可以近似认为属于液位恒定,由此可见,采用小截面的定量杯对提高生产能力更为有利。（3）灌装时间的计算灌装的水力过程包括稳定的管嘴自由出流,不稳定的管嘴自由出流和不稳定的管嘴淹没出流等,下面针对稳定自由出流情况讨论灌装时间的计算方法。由图可知由于流经管嘴孔口的液料流量基本恒定不变即Vs为常量,所以灌装时间为: (3.15)如本产品中灌装一瓶550ml容量的饮料需要的时间为： t=550/75.07=7.33s式中: V每瓶所需灌装液料的容积; VS 孔口出流的液料体积流量。3.2.7灌装阀阀体材料的选定根据其受力情况和传动精度等要求进行。阀体的失效形式一般有断裂、磨损、超过允许的变形及磨损等。因此阀体的设计应满足下列条件：a.足够的强度；b.足够的刚度；c.不产生危险的振动；d.结构和选材合理。可以用热处理或化学热处理的办法提高阀体的耐磨性和抗疲劳强度，常用的选用45号钢，灌装头和阀体与贮料想结合部分应选用弹性密封材料，能有效的防止渗漏。3.2.8灌装阀弹簧的安装分析和设计灌装阀是贮液箱、气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,并保证不向外漏气和漏液。由此可见,灌装阀是关系到灌装机能否正常而高效率工作的关键部件。目前,等压灌装的酒阀常用移动阀(弹簧阀),它的优点是灌装质量好、灌装压力高,当出现破瓶等故障时,能自动停止供气和灌装,避免造成酒液的流失。对移动阀而言,气门和液门的关闭密封一般均依靠弹簧力的作用,弹簧设计得不好或失灵,将导致漏气和漏液,不能完成预定的灌、装工艺过程。因此,有必要对其液阀弹簧与气阀弹簧进行力分析,为灌装阀的设计提供一定依据，本产品弹簧如图3.15所示（1）灌装阀弹簧的安装分析图3.15弹簧弹簧应具有经久不变的弹性，且不允许产生永久变形。因此在设计弹簧时。务必使其工作应力在弹性极限变化范围内。在这个范围内工作的压缩弹簧，当承受轴向载荷F时，弹簧将产生相应的弹性形变，如图3.15所示。为了表示灌装阀弹簧与载荷关系，取纵坐标表示弹簧承受的载荷，横坐标表示弹簧的变形，通常载荷和变形成直线关系（如图3.16所示）。这种表示载荷与变形的关系的曲线称为弹簧的特性曲线。图3.16中的H0是压缩弹簧在没有承受外力的自由长度。弹簧在安装时，通常预加一个压力Fmin，使它可靠地稳定在安装位置上。Fmin称为弹簧的最小载荷（安装载荷）。在它的作用下，弹簧的长度被压缩到H1，其压缩变形量为 min。Fmax为弹簧承受的最大工作载荷。在Fmax为弹簧的极限载荷。在该力的作用下，弹簧丝内的应力达到了材料的弹性极限。与Flim对应的弹簧长度为H3，压缩变形量为lim，产生的极限应力为lim。等节距的圆柱螺旋压缩弹簧的特性曲线为一直线，亦即常数压缩弹簧的最小工作载荷通常取为Fmin（0.1-0.5）Fmin；但对有预应力的拉伸弹簧，FminF0，F0为使具有预应力的拉伸弹簧开始变形时所需的初拉力。有预应力的拉应力的拉伸弹簧相当于有预变形x。因而在同样的F作用力下，有预紧力的拉伸弹簧产生的变形要比没有预应力时小。弹簧的最大工作载荷Fmax，由弹簧在机构中的工作条件决定，但不应到达到它的极限载荷，通常应保持Fmax=0.8Flim。弹簧的特性曲线分析受载荷与变形的关系也较方便。3.2.9灌装阀弹簧的设计设计一圆柱螺旋拉伸弹簧。已知该弹簧在一般载荷条件下工作，并要求中经D约为32，外径D2小于36，当弹簧压缩变形量1约为7.5mm时，压力F1=180N；压缩变形量为17mm时，压力F2=340N.（1）根据强度条件选取材料并确定其许用应力由工作条件弹簧在一般载荷条件下工作，可以按第III类弹簧来考虑。但在灌装阀比较重要，现在选用65Mn弹簧钢丝，并由已知条件知中经D=32mm，并根据大经D2-D=2mm，估取弹簧丝钢直径为3.0mm。由机械设计书表3.-2暂选B=1570mpa,则根据表16-2可知= 0.5*B=785mpa。图3.16 圆柱螺旋压缩弹簧的特性曲线表3-2 弹簧材料的脉动循环剪切疲劳极限（2）根据强度条件计算弹簧钢丝直径，现选取旋绕比C=6，则由式：（3.16）由式： (3.17)该取d=3 mm,查得B不变，故不变，取D=32mm，计算得K=1.188，于是：上值与原估计取值相近，取弹簧钢丝标准直径d=3。此时D=32，为标准值，则D2=D+d=32+3=35mm36mm,所得尺寸与题中的限制条件相符，合适。（3）根据刚度条件，计算弹簧圈数你n由式： (3.18)由机械设计书表16-22取G=82000MPa,则弹簧圈数n为 (3.19)取n=11圈。此时弹簧的刚度为（3.20）（4）验算弹簧除拉力 F0=F1-kf1=180N-16,74 (3.21) =54.45N 初应力应安式得 (3.22)按照图3.17，当C=5.62时，初应力的推荐值为65-150MPa,故此初应力值合适。图3.17 弹簧初应力的选择范围极限工作应力取=0.56B，则 =0.561570MPa=879.2MPa 极限工作载荷 (3.23)5.进行结构设计如工程图所示。4灌装过程的调整与机器存在的主要问题(1) 灌装过程的调整根据使用情况和产品情况有时需要对机器进行调整,下面介绍几种常用的方法。料缸液位的调整因为料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。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。转速的调整灌装机上常用的调速装置一般是机械无级调速的这里只讲一下三角皮带机械式无级调速原理: 图4.1 皮带无级调速原理图如图4.1所示为皮带无级调速原理图。通过专用的三角宽胶带无级调速带,将二对锥盘联接起来,轴为主动轴,轴为从动轴,若从轴输入一个固定不变的转速V时,当转动手柄1通过齿轮,螺纹收紧锥盘迫使主动轮的作用半径增大,无级调速带的周长不变,则轴上二锥盘压缩弹簧,使二轴的作用半径变小,轴的输出转速即可提高。反之,当退开轴二锥盘,轴二锥盘在弹簧作用下收紧,则输出转速降低。这种无级调速器运转平稳,结构简单,但是调速范围小,随着负载变化,它的打滑率也随之变化,输出转速近似对称于输入转速变化。只能用在作为传动链内部的速度匹配调节用,不能用在有准确传动比要求的传动系统中。它只适用于扭矩不大的传动上,当较大扭矩采用时,它的尺寸很大,它的变速范围通常是在24内。以上我们介绍了三种调整方法,这仅仅是比较简单的调整方法,就是上述这三种之间也是息息相关,因此,在调整机器地要注意各个部分的相互关系。(2) 机器存在的主要问题此类旋转类灌装机具有结构紧凑,连续生产效率较高等优点,但还存在着如下问题: 结构比较复杂,如它的灌装系统是比较复杂的,轻工机械发展的方向是力求结构简单、体积小、重量轻。传动机构庞大。如主轴采用了较大的轴承。成本太高。如酒缸采用不锈钢可铸铜等材料,增加了成本。加工要求高,特别是密封问题另外,由于传动系统在主机的下方,带来了维修麻烦,同时由于主机的旋转运动,它的转速受到离心力大小的限制,也限制了生产能力的提高。5 电器控制和调试与维护5.1电气的控制（1）该机的电气部分由执行元件，控制元件和辅助元件等组成，各部分具体内容如下执行元件：主电机，输送带电机，清洗泵，供给泵等组成控制元件：可编程控制器（西门子 S7-200 CPU226）和变频器辅助元件：直流电源，数显表，变流接触器，空气开关，电位器，光电传感器，液位开关，电磁阀，按钮，指示灯，风扇等。（2）主要的制动控制过程本机所有的执行过程本机的所有执行元件如电机，泵的启停和气缸的动作，均由PLC根据程序设定的要求几种控制。生产量的变化是有主电机和输送带电机的输出转速来确定的，而电机的转速速度是由各自变频器控制的。储液缸的液位，包装和瓶盖的有无，灌装阀的开启，同步信号的触发均由光电传感器来接收，并且传给PLC，再由其根据程序控制各控制元件工作。用数显表显示当期的生产量，指示灯显示故障的位置。（3）简单的生产线运动控制 I/Q分配表和梯形图：5.2设备调试与维护（1）整机要求水泥地面平整，无需埋设地角栓，机器周围须有沟槽排水（2）灌装阀的调试与维护检查阀的弹簧和滑动部分是否能正常工作，看灌装头和阀与料箱接触的地方是否有渗漏a.操作及维修人员，必须熟悉本机和性能，严格按操作规程进行工作；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，不得带病工作；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筋骨，应使用合适的工具，不准用非常方法剔打；f.经常检查各密封部位及时发现问题；g.进行冲洗和清洁工作时，不能用水充电器部分；h.超过本机使用范围的瓶型不得使用；i.根据机器运转工时，定时进行大、中、小修复；j.新更换的备品配件必须符合设计图纸要求（3）安全技术操作规程工作准备操作a.检查链道、拨轮、瓶托、料伐、压盖模等，亦消除杂物，打开蒸气阀向料缸加蒸汽，消毒5分钟；b.按规定向润滑部位加油；c.理盖器和溜槽须擦干净，瓶盖需干燥才能使用；d.点动主机检查运转是否正常，运转部位是否发热，是否缺油；e.开动磁性提升机和理盖器，检查是否供盖正常；f.打开调压阀向酒缸冲空气倍压，打开高位浮球管路闸阀，打开

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