灌装生产线灌装阀的设计

摘 要 本论文设计是对液体灌装生产线灌装阀的设计，以及液体的灌装方法在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有进液口，阀的下部有出液口，且出口与灌装头部位有着密封装置，通过挤压力与密封装置接触，阀体上部设有排气管，该排气管的一端从阀体内部穿过之后伸出液体出口与灌装头连接在一起而另外一端则伸出液体与外部联通从而排除气体，在液体灌装阀导通是阀体的上部进液口与下部出液口会形成一个液体通道使得液体可以从此通道进入瓶体，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 ： 排气管；弹簧；布置；弹性低压件 Abstract In this the sis, the layout and arrangement of the liquid filling production line filling valve design, and liquid filling rotary filling machine. The structure of the liquid filling valve is the upper part of the valve body to the lower part of the liquid inlet valve in the liquid outlet, and exports and filling the first part has a sealing device through the squeeze pressure with sealing device contact, the upper part of the valve body set exhaust pipes, one end of the exhaust pipe extending from the valve body inside through the liquid outlet and filling heads connected together and the other end extending liquid with an external Unicom thus excluding gas, liquid filling valve is turned on. the valve element of an upper liquid inlet and a lower liquid outlet will form a liquid passage such that the liquid from the channel into the outer diameter of the bottle body, the maximum size of the filling head with larger than the maximum size of the fluid channel, and the sliding body alignment can to avoid the process of filling the hydraulic force the formation of a large number of foam filling accuracy and efficiency, is installed in the exhaust channel compression nut at a thread, used to install the compression nut, the valve can be pressed by adjusting nut and nut to adjust the spring tension and body size, is used to adjust the process of filling some small light mounting error, the present invention is that after completion of the filling time to stop filling, high precision filling, energy conservation, widely used, high efficiency and liquid filling valve structure is simple. Keywords: sliding body； The exhaust； Decorate； low pressure of Elastic 目 录 摘 要 . I ABSTRACT . II 目 录 . V 1 绪论 . 1 1.1 本课题的研究内容和意义 . 1 1.2 国内外的发展概况 . 1 1.3 本课题应达到的要求 . 2 2 灌装生产线整体结构设计 . 3 2.1 方案的选取 . 3 2.1.1 直线型灌装机 . 3 2.1.2 旋转型灌装机 . 3 2.1.3 自动化灌装机 . 4 2.2 生产线各机构的设计 . 5 2.2.1 灌装的供瓶机构 . 5 2.2.2 灌装的供料机构 . 6 2.2.3 灌装阀的升降机构 . 7 2.3 本章小结 . 8 3 罐装的基本原理和灌装阀的分析与设计 . 9 3.1 罐装的基本原理 . 9 3.1.1 灌装的基本方法 . 9 3.1.2 定量方法 . 12 3.2 灌装阀的分析与设计 . 14 3.2.1 灌装阀的工作原理 . 14 3.2.2 阀的各部分的设计与计算 . 14 3.2.3 灌装时间的计 算和过程 . 16 3.2.4 灌装阀密封材料的选择 . 19 3.2.5 灌装阀门启动结构设计与分类 . 20 3.2.6 灌装阀弹簧的分 析与设计 . 21 3.3 本章小结 . 30 4 灌装过程的调整及机器存在的问题 . 31 4.1 灌装过程的调节 . 31 4.1.1 料缸液位的调整 . 31 4.1.2 灌装量的调整 . 31 4.1.3 转速的调整 . 31 4.1.4 机器存在的主要问题 . 32 5 电气控制阀和调试维护 . 33 5.1 电气的控制 . 33 5.2 主要制动过程 . 33 5.3 简单的生产线运动控制 . 33 5.4 设备调试与维护 . 33 5.4.1 整机要求 . 33 5.4.2 灌装阀的调试与维护 . 33 5.4.3 安全操作规则 . 34 6 结论与展望 . 35 6.1 结论 . 35 6.2 展望 . 35 致 谢 . 36 参考文献 . 37 附录 . 38 等压法灌装供料机构图 . 38 压力法供料 机构 . 38 1 绪论 对于灌装机的主要主成部分灌装阀来说，缺少了灌装阀自动灌装生产线就无法运转工作，且一个灌装阀的好坏决定了这个灌装生产线上运作的效率，它需要根据灌装工艺的要求以最快的速度联通或者切断与储液箱的联系，保证灌装工作的顺利的进行，且由于不同的液体的物理化学性质并不是相同的，故而导致了灌装工艺的不同，因此所使用的阀体也并不相同，不同的灌装使用不同得阀体。诸如饮料，酒类，液体化妆品之类。 为了能够更好地实现灌装生产线的自动化，提高瓶 装生产线的效率，解决自动化灌装生产的各种问题，保证产品的质量，特进行本课题关于液体灌装生产线灌装阀的设计研究。 1.1 本课题的 研究内容 和 意义 随着科学技术的日益发展与进步，人们的生活水平也是逐步的提高，由以前小农社会的自给自足发展到由大型公司生产人们去购买的商品经济，而在此过程中由于人口基数的增大同时还伴随着人工成本的增加，自动化的生产需求已迫在眉睫。 为了满足国内的消费需求弥补国内生产力的不足，我国 从上世纪八十年代开始每年都要进口大量的饮料、 奶类制品以及酒类 等 包装机械，至今引进的势头仍然是 呈现上涨势头 。这些机械大 部分 是高速自动化 的 生产线，可靠性 比较 强，产量高， 相当的 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 饮料、 奶类制品以及酒类 企业 包装水平得以与发达 的 国家同步发展。与此同时，中国 的 包装机械的生产也取得了长足进步，部分灌装、封口一体设备已经达到 了 较高水平，包括塑料饮料瓶、酸奶杯、无菌包装 等 成型设备 以及 贴标机在内的包装生产线 的 水平也得到了 相当程度的 提升， 基本可以满足 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，因此对灌装阀重新研究设计若是可以取得成功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。 1.2 国内外的发展概况 生活水平的不断提高不光改变着人们的生活习惯，同时也在使得人们对于产品的质量提出更高的要求。 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 ,此种方法不仅人工成本高，效率低下同时卫生质量方面也存在严重的缺陷。 而在人们的日常生活中像需要灌装后使用的液态生活必须品占用非常之大的比例，例如牛奶、酒类 、生活日用调料、化妆品、农用化学药剂等等！而为了保证这些产品能够进行安全卫生的大规模生产，我们就必须大力发展自动化灌装生产！ 大约 在 1880年美国 以 Horix、 Kiefer 和 U.S.BottLers 为主的 几家 公司开始 着手于 研究 容器灌装的机械装置。 世界 第一台用于 商业 行业的 灌装机是由 Kiefer 公司制造 ；在 1920 年 Horix 公司 首次 制造出了 重力灌装机 。 这家公司至今仍 在 生产灌装机 ,这几家公司于 20世纪出喀什着手于研究回转式灌装机， 其中纯真空灌装机 是由 U.S 公司制造的 .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 ,北京 、 上海 、 江苏 、 深圳 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 ,我国许多家仿制了不少灌装线 ,初步解决了 灌装生产的落后面貌 ,但 我国的 灌装机械的发展与国际 上 先进 的 水平差距仍 然 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 应 达到的要求 鉴于饮料酒类一类的以及化妆品等生活用品已在人们的生活中占有越来越大的比例，从而大大的带动了灌装行业的迅速发展。 故而在对灌装阀设计的过程中我们应该 立足于当代现实情况，要能够满足自动化的生产且拥有一定的效率，同时在设计产品的过程中要全面的了解灌装的原理以及各过程的详细步骤，对于各部件的功能需要详细的了解，在保证产品的功能的基础之上尽量提高生产的效率，考虑灌装阀在灌装整体中的作用，对灌装机的全局整体机构和布置进行考虑，合理的对灌装阀进行布置以达到更高的生产效率 。 2 灌装生产线整体结构设计 2.1 方案的选取 灌装生产线上按照灌装的类型的不同可以分为三种灌装机。 2.1.1 直线型灌装机 图 2.1直线型灌装机工作原理图 定量灌装， 上盖， 将瓶盖拧紧， 贴商标， 待装盒装箱， 1 推瓶板， 2 限位拨， 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 储液箱， 15 灌装管 由原理示意图 2.1 可以清晰的看出来 灌装瓶沿着平直的直线运动 ,进行成排灌装。 每送来的空瓶由着推瓶板向着前方推送，直至灌液口得下方此时阀门打开对瓶子进行灌装，此操作为间歇操作。这种类型的灌装机结构相对比较简单制造方 便，但是相对的占地面积较大而且由于是间歇运动在一定程度上生产的效率也就被限制了，一次一般只用于无气液料雷得灌装，局限性较大。 2.1.2 旋转型灌装机 通过 送系统将待灌瓶（或者人工）送入灌装机 的 进瓶机构， 通过 灌装机 的 转盘带动主立轴旋转运动可进行连续的灌装，转动近三分之二周时瓶子可灌满，然后转盘将瓶子送入压盖机进行压盖，而此次所设计的阀体就是用于此类灌装机，图 2.2,2.3 为此灌装机的工作原理图。 图 2.4 为本设计实体图。 图 2.2旋转灌装机展开示意图 图 2.3旋转灌装机俯视图 图 2.4旋转灌装机 实体图 这种类型的灌装机在食品，饮料行业有着相当广泛的应用，诸如我们平常的日常生活用品像汽水，果汁，啤酒等饮品的灌装均由此类灌装机进行灌装。此机主要由流体输送、容器输送、灌装阀、大转盘、传送系统、机体、以及控制等各部分组成，而灌装阀是保证此灌装机能否正常且效率工作的关键。 2.1.3 自动化灌装机 自动化灌装机可分为：联合自动机和单机自动机也就是可以包括连续进行洗瓶、灌装、压盖、贴 标、装等一系列的工序。自动灌装采用机械传动控制为主的最普遍。另外开可以按灌装方法、关闭装置及定量装置等多种分类方法，具体的可见表 2.1。 表 2-1 自动灌装机分类表 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 2.2.1 灌装的供瓶机构 在灌装生产线上自动供瓶机构已经取代了由人工进行的手动供瓶，而供瓶机构大致可以分为分件供送螺杆机构和拨盘式等限机构。 分件供送螺杆机构 如下图 2.5为分件供送螺旋机构的运转示意图 ： 图 2.5分件供送螺杆机构 此分件供送 螺杆机构 是整个灌装机的重要部件 ，其结构的好坏以及是否合理直接影响到整个灌装机能否正常进行灌装和生产的效率。所以设计中应在满足被供送瓶罐的外形尺寸，星型拨轮节距及生 产能力等的条件下合理的确定螺杆的直径以及长度 螺旋线旋向及组合形式、螺旋槽轴向剖面几何形状和星型拨轮尺廓曲线，进而校核瓶罐受螺杠、导向板、输送带等综合作用能否达到给定的速度和间距，减轻冲击、震动、卡滞现象，实现平稳可靠运动。 分件供送螺杆机构的工作原理为：由曲齿传动带动螺旋棒的旋转，当瓶子输送进入输送链带后，由于螺旋棒的作用，使得瓶子形成以一定的间隔依次地排送，然后再经过拨瓶轮进入托瓶台，从而进行灌装。 花盘式限位机构 如 图 2.6 为花盘式限位机构由传送机构 。 图 2.6 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 将待灌装的瓶罐送至花盘轮，经花盘轮分隔装置直接到传送装置端头。当最前端的瓶罐到达指定位置时可碰触到电开关 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 。 2.2.2 灌装的供料机构 使用泵体及输液管将灌装液由 贮 液槽输入贮液箱再 由贮液箱经灌装阀输入待灌容器中，此过程即为整个灌装体系的传送系统。对于不同的灌装方法有着不同的传送供料系统。作为灌装系统的重要组成部分，供料机构的设计对灌装速度和精度起着至关重要的影响。根据机构的不同科大致的将供料机构分为四大类： 常压法灌装的液料供送机构 作为在常压下进行灌装的系统，此系统较为简单。泵体将液体抽出通过输液管送进灌装机的贮液箱，用浮子来对贮液箱内的液面高度进行控制是液面保持基本的恒定，液体再经由灌装阀注入待装的空瓶罐中。 真空法灌装的液料供送装置 真空法灌装系统形式较多结构复杂，根据 灌装方式的不同可将其分为两种类型：一种是将瓶子内部气体抽空利用压强差进行灌装。另外一种是将贮液箱和瓶子均抽空气体液体依靠其自身难保重力完成灌装。因为真空灌装供料系统结构较为复杂且与本设计并没有太大联系在此就不做太详细的介绍。 等压法灌装的液料供料机构 此原理图于附录图 1.进液总管 3 与灌装机顶部的输入头 9 互相连通，在输入头的下端有着六根供液管 14 与待装瓶罐 12 互相连通。打开运行阀 5，通过透明管体 4 观察进液的压力，当压力不足使得液体流动缓慢或压力过高使得液体冲出均需调节使得压力平衡，待压力正常方可打开乳液总 阀 16 进行灌装！无菌压缩气管 1 分叉为了两路，其中气管 12将液体输入待灌装瓶罐，它经过输入头直接与环形的待灌装器皿相互连通，其作用是在灌装之前对器皿内充压，此作用可预防液体在进入器皿内时由于突然的降压从而冒泡。该管上截止阀 8 在进液总阀 10 打开后需要关闭，另一路平衡气管 11 以输入头接到高液浮泡 17上的充气阀 15，从而达到控制待灌装器皿内部液位高度的目的。 当液压高于气压会导致液面太高，此时高位浮泡立即上升打开充气阀 15，将无菌的空气压缩进入器皿，以补足气压从而保证了液体能够稳定的进入器皿，而当液压低于气压时导 致液面下降，此时低位液浮 泡 7 下降，打开放气阀 13 是的器皿内部的部分气体得以释放。气压的降低是的进液增多，保证了液面基本处于稳定的状态大致位于视 镜 9 的中部。 压力法灌装的液料供送机构 附录图 2 是此方法的灌装供料简图。它由四个组要部分组成分别是稳压装置，旋塞阀，推料活塞以及填充器。 由于物料是通过泵体或者人工装入贮液箱内部，因此在灌装的时可能会产生压力的不稳定从而产生定量误差，为了提高灌装的精度可以采用稳压装置来稳定供料压力。 供料泵体将物料送至管 14，稳压活塞 15 位于三通管的上端经过减压调整后的压缩空气进 入气缸 19，形成对稳压活塞的一定的压力，稳压活塞杆 19 上的感应板通过感应三通管内出料压力的增加与减少来上升或者下降，于此同时上、下无触点开关则发出信号控制 料泵运转或者停转。因此保证了供料的压力始终保持稳定 。 保证了灌装的质量。同时 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 。 2.2.3 灌装阀 的升降机构 在 一般的旋转型灌装机中，为了满足灌装的需要必须把瓶子通过升降机构进行升降与灌装阀 配合在瓶子升降的过程中完成灌装。 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。 为了克服这个问题在本次设计中采取了使灌装阀进行升降的机构。其结构工作原理图由图 2.7 及图 2.8 所示。 图 2.7灌装阀的升降机构 图 2.8灌装阀的升降机构 轨道示意图 图中可以看出灌装阀通过贮液箱盖上的轨道由轨道对灌装阀进行挤使得阀体下降，在下降 的时候阀体的出液口进入瓶口，瓶口顶住出液口的滑套使得滑套上升与排气管分离形成间隙，液体通过此间隙进入瓶子。如图 2.9 所示意。 图 2.9瓶子与灌装阀配合液体流入瓶子 此种结构可以更快的进行灌装提高灌装效率，但是此结构在灌装阀和贮液箱的结合处需求很高的密封性能 ，若是密封性能不足会造成液体在一定程度上的泄露。 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。 对于灌装阀升降机构的要 求是：迅速、运行平稳、安全可靠、住起额。在设计时应根据灌装机的具体要求进行具体的分析，选择合理可靠，经济实惠的结构。 2.3 本章小结 在本章我们主要介绍了如何堆灌装机进行选取，以及旋转式灌装机生产线上的各重要的相关机构的基本功能以及它所实现的运动，通过此章的介绍我们可以对灌装生产线有一定的基本的认识与了解，能够做出进一步的设计改进。 3 罐装的基本原理和灌装阀的分析与设计 3.1 罐装的基本原理 3.1.1 灌装的基本方法 由于各种液体的化学物理性质的不同，为了在灌装不同的液体是保证罐装 的安全以及效率必然要设计不同的灌装工艺，从而导致了灌装方法必然不同的结果。在此我们选取一般灌装机常采用的几种灌装方法进行介绍： (1) 等压法 等压法灌装是利用贮液箱上部气室 里 的压缩空气，给包装容器 进行 充气，使二者的压力接近 于 相等，然后灌装液料靠自重 自行 流入该容器内的灌装方法。等压灌装的工艺过程为： (一 )充气等压。 (二 )进液回气。 (三 )停止进液。 (四 )释放压力，即将瓶内的残留空气释放至大气 ，以 此来避免 瓶内 因为 突然降压 而 引起大量冒泡， 从而 影响 到 包装质量和定量精度。 等压法灌装适用于含气饮料，如啤酒、汽水等的灌装 ，可减少其中所含二氧化碳的损 失。 图 3.1等压灌装工作状态 (2) 常压法 常压法 也称纯重力法 ,即 灌装是在大气压力下直接依靠被灌装液料的自重流入包装容器内的灌装方法。 常压灌装的工艺过程为： (一 )进液排气，即液料进入容器，同时容器内的空气被排出。(二 )停止进液，即容器内的液料达到定量要求时，进液自动停止。 (三 )排除余液，即排除气管中的残液。 图 3.2常压阀灌装工作状态 (3) 真空法 所谓真空灌装是指灌装过程是在处于地狱大气压力下进行的，可分为两种真空灌装方式： 重力真空式 此方法是让贮液箱 内处于真空的环境，然后对包装容器抽气让其内的气压与贮液箱处于几乎相等的真空环境，此时液料通过自身的重力流进包装容器之中。此方法拥有适合灌装年度较大、延长罐装产品保质期、在灌装有毒物能够不让毒气挥发保护工人的身体健康等优点。但是由于结构比较复杂制造技术较高，国内的应用推广较少。 图 3.3 重力真空灌装示意图 压差真空式 此法是让让贮液箱内部处于常压状态，只对包装容器内部抽气，使其形成一定的真空度，液料依靠两容器内的压力差，流入包装容器并完成灌装。由于其设备结构简单，方法可靠所以国内大部分采取此法进行灌装 。 (4) 虹吸法 虹吸法是 利用虹吸原理使液料从贮液箱经由虹吸管被吸入容器内，直至两个的液位相 等。此方法在早起就已出现，由于其原