资源目录
压缩包内文档预览：(预览前15页/共76页)
编号：22166994
类型：共享资源
大小：6.26MB
格式：ZIP
上传时间：2019-09-24
上传人：小***
认证信息
个人认证
林**（实名认证）
福建
IP属地：福建
50
积分
- 关 键 词：
-
500ml啤酒定量灌装机构设计
啤酒定量灌装机
- 资源描述：
-
500ml啤酒定量灌装机构设计.zip,500ml啤酒定量灌装机构设计,啤酒定量灌装机
- 内容简介：
-
一、选题依据 1、研究领域机械结构设计、CAD 2、论文（设计）工作的理论意义和应用价值灌装饮料在国际市场上的迅速发展，对饮料生产技术的进一步开发与研究，起到 一定的推动作用，事实上，液体产品及饮料的生产技术中，灌装是重要的环节，而灌 装技术和设备的优劣则直接影响到产品的质量，进而影响整体的生产效益。为了提高 产品的质量，各种先进的灌装系统不断的得到开发研究。灌装设备设计的基础概念， 以卫生为首要从生产及经济效益来看，能准确快捷地把产品灌装到容器里是至关重要 的。目前人们对于食品卫生的要求不断提高，因此自动化的食品灌装变得越来越普遍 和重要，而如何提高灌装的精度，降低灌装过程中的损耗是食品灌装行业的研究方向。 如何进行液体定量灌装是一项有实际应用价值的技术，其发展直接影响到关键机构运 行的稳定性和精确性。同时，液体定量灌装也带来了巨大的经济效益：（1）改善产品 质量，加强市场竞争能力；（2）能改善劳动条件，避免污染危害环境；（3）能节约原 材料减少浪费，降低成本；（4）能提高生产效率，加速产品的不断更新。 3、目前研究的概况和发展趋势在现代科学技术的突飞猛进的进步下，带动了机械行业的飞速发展，同时随着自 动化和智能化技术在机械行业中的广泛应用，使得人类社会快速的步入到自动化时 代，灌装机行业也因此受益匪浅。灌装机械属于包装机械中的一种机械，它的发展是 在我国改革开放以后快速发展起来的一个新的机械行业，随着人们生活需求，包装机 械每年都以较快的速度增长，给包装机械的成长带来了无限前景。从灌装机技术角度来看，主要表现在科技含量高、可靠性强，全自动化控制和生 产效率高等特点。在加工过程中实时在线检测装置和计量装置配备齐全，实现自动检 测各项参数指标、计量精确无误。灌装机械是集成了机、电、气、光、磁为一体机械 设备，其中德国占有该领域较好的主导地位。就生产效率方面来看美、日、德、意作为世界四大包装机械制造强国，都比较重 视用户和市场需要，其以增加生产率作为设备制造的重要目标。德国目前饮料灌装速 度可高达 1200 瓶/h，香烟包装 12000 支/min。集制袋、称重、充填、抽真空、封口等与一体的世界上最高速的茶叶包装机械速度达到 350 袋/min。意大利生产的小剂量颗粒包装机采用机械转鼓式计量，连续式封合并裁切，一机多工位，包装速度可达 120 袋/min。以啤酒饮料灌装设备为例由德国克朗斯公司制造的易拉罐包装线能实现高达 7.2 万瓶/h。国外设计师所设计的灌装机械力求零部件不断减少、产品的可靠性不断提高、产5品的成本逐渐下降，随着灌装设备结构的不断简化，使得设备的操作及维修更加方便。 例如，德国的贴标机大大的减少了转换部件数量，设备的使用和维护更加方便。灌装的计量方式和灌装机的控制方式的技术的发展水平很好的展示了我国灌装 机械制造的进步，其计量方式的发展经历了从固定的气缸驱动计量到现代的脉冲控制 伺服电机的转动来计量，使得计量更加准确，计量大小的规格适合产品的灵活多变。 灌装机的控制方式从传统的按钮和继电器控制到触摸屏和可编程逻辑控制器（PLC） 程序控制，这些技术的发展都体现出了灌装机技术的提高和进步。经过近几十年的技 术不断提升，我国灌装机行业取得了一定的成绩，灌装机械的发展来看，走的是一条 典型的“引进技术、消化吸收、自主创新、逐步国产化”的道路。国内灌装机生产厂家 大多在仿制的基础上通过结合高新技术，发展出了自己的特色近年来，我国的灌装机械不断地向高自动化程度及高集成性方向发展，结构上， 在不影响产品功能的前提下，力求结构的简单；控制系统上，逐步的实现从继电器控 制向 PLC 控制转换；同时为了操作更加方便，触摸屏越来越多地被使用。国内灌装 机械在技术进步及创新不断提高加快的情形下，渐渐地与国外先进技术间的差距越来 越小3。然而，罗金刚指出5我国的灌装机械与国外的灌装机械仍然存在着差距：（1）在产品的结构方面，我国的灌装机械的性能相比于国外的灌装机产品的质量要 低，且灌装机的稳定性和可靠性较差，外观造型不够美观。（2）国外灌装机电气元件选用较为优良，国内灌装机选用的元器件中较多质量差， 寿命短，可靠性低，从而影响了产品整体的质量。（3）国产灌装机机械性能较为落后，大多速度慢、结构的稳定性差、灌装精度低； 另外很大一部分国内灌装机的控制水平低、自动性差、故障率较高。灌装机械未来的发展趋势主要体现以下几个方向：（1）灌装机械设备趋向大型化。（2）灌装机械结构设计简单合理。（3）灌装设备向多功能化发展。（4）灌装机械向光、机、电、气、磁一体化方向发展。（5）运行速度高速化、高产量。（6）设计绿色化。（7）智能化。总之，我们需要引进、消化、吸收国外先进技术，并结合国内灌装机的优势走创 新的道路，加强相关技术的研发，这样我国灌装机才能得到进一步发展，才能追赶上 甚至超越其他国家，以此在世界上占有举足轻重的地位。二、论文（设计）研究的内容 1.重点解决的问题 （1）灌装机构的方案设计 （2）灌装机构的结构设计 2.拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路） （1）确定课题的研究目的，研究内容，以及目前研究现状及其发展趋势； （2）灌装阀的选择：确定灌装的结构，确定相关灌装阀的主要参数； （3）导轨滑块机构的确定：确定导轨滑块机构的结构，确定相关的主要参数； （4）灌装机构的工作原理及主要组成，进行罐装机构的设计过程概述，确定灌装机 构的选择； （5）进行灌装机构主要部件的设计计算及校核：灌装阀设计、导轨滑块机构设计； （6）设计出灌装机构的整体装配图。 3.本论文（设计）预期取得的成果 （1）一套完整的灌装机构的装配图及零件图； （2）一份灌装机构设计说明书； （3）一篇外文文献翻译。 三、论文（设计）工作安排 1.拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数）； （1）查阅、整理参考文献，并结合一些具体事例，学习掌握灌装机构的工作原 理，进行灌装机构方案设计。 （2）罐装机构的设计、选型、校核计算。 设计参数： 灌装速度：60-100 瓶/分钟 灌装定量：500ml 2.论文（设计）进度计划 第 1-4 周 明确毕业设计任务，查阅并整理参考文献撰写开题报告。 第 5 周 上交开题报告终稿，拟定定量灌装机构设计方案。 第 6-7 周 动力系统和灌装机构设计及组成元件选择计算。 第 8 周 灌装机构组成元件结构设计。 第 9-10 周 绘制相关图纸及校核计算。 第 11-12 周 绘制设计对象的 3D 图纸并检查修改所有设计图纸。 第 13 周 书写毕业设计说明书，翻译与本设计相关的英文文献。 第 14 周 准备毕业设计答辩。 四、需要阅读的参考文献 1 袁守彬，王文武，王一冰，苏阳.液体装量自校正灌装系统设计J. 长春工业 大学 2015.06-0039-04 2 龚雨 豪,祝 熔杰 ,郑 秀丽. 精密 定量灌 装进 出料 口的设 计与 分析J. 科技信 息,2013(20):142. 3 庆波. 高效率灌装机的关键结构设计与研究D.南京理工大学 2015.03.22 4 孙智慧,徐克非.包装机械M.印刷工业出版社, 2010 5 罗金刚. 油辣椒制品自动灌装机关键机构研究D.贵州大学,2016. 6 黄颖为. 包装机械结构与设计M. 化学工业出版社, 2007 7 陈军阳. 称重式灌装系统的应用J. 机电工程技术, 2011, 7: 28-29+98 8 张德芹,徐世许,吴光强. 基于 PLC 的定量灌装控制系统J. 工业控制计算 机, 2014, 8: 127-128 9 张彩芹.浅谈流 体食品智能生 产线研发前景J.包装世界,2013(01):25-26. 10肖世耀,李湘伟.FluidSIM-P 在定量灌装试验台气动系统改进中的应用J.流 体传动与控制,2015(05):42-47. 11李明,李丽娟,杨松,程国清. 全自动液体定量灌装机控制系统设计J.包装工 程, 2013, 5: 78-81+85 12 张晶 . 食 用 油 灌 装 机 械 的 发 展 和 现 状 J. 无 锡 中 粮 工 程 科 技 有 限 公 司 2013.07-0063-04 13方弄玉,傅沈文,邹心遥,罗旭,吴楚珊.基于 Profibus-DP 的液体灌装-装箱一体 机设计J.计算机测量与控制,2015,23(09):3119-3122. 14李长坤,吴波,牛灿,苟利军,王杜.灌装参数对活塞式灌装系统灌装效果影响的 试验研究J.包装工程,2013,34(17):125-128. 15De-sheng ZHANG,Wei-dong SHI,Bin CHEN,Xing-fan GUAN.Unsteady flow analysis and experimental investigation of axial-flow pumpJ. Journal of Hydrodynamics,2010,(2):35-43 16N.Ertrk,A.Vernet R.Castilla,P.J.Gamez-Montero,J.A.Ferre.Experimental analysis of the flow dynamics in the suction chamber of an externa lgear pumpJ.International Journal of Mechanical Sciences,2011(2):135-144 17Jaykumar Patel,Prof.Alpeshkumar Patel,Mr. aviprakash Singh.Development of PLC Based Process Loop Control for Bottle Washer MachineJ. Procedia Technology Volume 14,2014,(7)365-371 附：文献综述文献综述71、选题的目的和意义 灌装饮料在国际市场上的迅速发展，对饮料生产技术的进一步开发与研究，起到一定的推动作用，事实上，液体产品及饮料的生产技术中，灌装是重要的环节，而灌 装技术和设备的优劣则直接影响到产品的质量，进而影响整体的生产效益。为了提高 产品的质量，各种先进的灌装系统不断的得到开发研究。灌装设备设计的基础概念， 以卫生为首要从生产及经济效益来看，能准确快捷地把产品灌装到容器里是至关重要 的。目前人们对于食品卫生的要求不断提高，因此自动化的食品灌装变得越来越普遍 和重要，而如何提高灌装的精度，降低灌装过程中的损耗是食品灌装行业的研究方向1。龚雨豪等人指出2如何进行液体定量灌装是一项有实际应用价值的技术。其发展直接影响到关键机构运行的稳定性和精确性。同时，液体定量灌装也带来了巨大的经 济效益：（1）改善产品质量，加强市场竞争能力；（2）能改善劳动条件，避免污染危 害环境；（3）能节约原材料减少浪费，降低成本；（4）能提高生产效率，加速产品的 不断更新。2、灌装机的分类及组成 灌装机分类4 1）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， 它只适宜灌装低黏度不含气体的液体产品，如白酒、醋、酱油等。（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。负压灌装机分为两种：1 压差式负压灌装机。储液箱内处于常压，只对包装容器抽气使之形成负压，依 靠储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内的机器，称为压差式 负压灌装机。2 重力式负压灌装机。将储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，称为重力式负压灌装机。 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储液箱内的气体 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 含汽饮料和含汽酒类，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。（4）压力灌装机。压力灌装机是利用外部的机槭压力将液体产品充填到包装容 器内的机器。它适用于灌装黏稠性物料，例如牙膏、番前酱、豆瓣酱、香脂等。 2）根据灌装机中包装容器的传送形式分类（1）直线型灌装机。在灌装时，包装容器由一个工位直线式间歇地运动到另一 个工位，并在停歇时完成灌装的机器称直线型灌装机。（2）旋转型灌装机。这种类型的灌装机在包装容器进入灌装工位后，围绕工作 台回转一周，作等速回转运动，并完成灌装。灌装机组成6灌装机主要由供料装置、托瓶机构、托瓶升降机构、灌装瓶高度调节机构等组成。 定量灌装分类： 定量灌装技术在灌装行业中应用广泛，液体定量灌装多用容积式定量法。肖世耀,李湘伟指出10常用的容积式定量法有控制液位定量法、定量杯定量法、定量泵定量法， 其中定量杯定量法是将液料先注入定量杯中，然后再进行灌装的。要改变每次的灌装 量，只需改变调节管在定量杯中的高度或更换定量杯，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。3、国内外发展状况 随着现代社会科技的发展和人们物质水平的提高，促进了包装行业的高速发展，也给包装机械行业带来史无前例的前景与挑战。包装机械是包装工业的根本，其先进 程度决定了包装行业的发展水平。灌装机械属于包装机械中的一种机械，它的发展是 在我国改革开放以后快速发展起来的一个新的机械行业，随着人们生活需求，包装机 械每年都以较快的速度增长，给包装机械的成长带来了无限前景5。在灌装设备上：就生产效率方面来看美、日、德、意作为世界四大包装机械制造 强国，都比较重视用户和市场需要，其以增加生产率作为设备制造的重要目标。德国 目前饮料灌装速度可高达 1200 瓶/h，香烟包装 12000 支/min。集制袋、称重、充填、抽真空、封口等与一体的世界上最高速的茶叶包装机械速度达到 350 袋/min。意大 利生产的小剂量颗粒包装机采用机械转鼓式计量，连续式封合并裁切，一机多工位， 包装速度可达 120 袋/min。以啤酒饮料灌装设备为例由德国克朗斯公司制造的易拉罐包装线能实现高达 7.2 万瓶/h。 就设备结构上：国外设计师所设计的灌装机械力求零部件不断减少、产品的可靠性不断提高、产品的成本逐渐下降，随着灌装设备结构的不断简化，使得设备的操作 及维修更加方便。例如，德国的贴标机大大的减少了转换部件数量，设备的使用和维 护更加方便。设备功能上：灌装机对产品对象的适应性更广，其市场竞争力逐步增强。同一台10灌装设备，可满足不同液体以及不同容器规格的灌装，其工艺范畴更广。零部件更换 也能够适应封口形式的变化3。我国灌装设备的制造水平与发达国家相比还存在比较大的差距，国内灌装机生产 企业规模小，且很多生产企业主要还是靠引进国外的技术和生产线，或在此基础上对 同类产品进行仿造，有的企业的灌装生产线的电气设备控制系统还是传统的继电器一 接触器控制方式，生产效率低，响应慢，故障率高，可靠性差，且生产过程中容易产 生二次污染，造成合格率低，生产成本增加13。目前国内玻璃瓶灌装机和易拉罐灌装 机都已经达到 20 世纪 90 年代初的国际水平，生产能力可分别达到 1200040000 瓶/ 小时和 1800036000 罐/小时9。从灌装机技术角度来看，主要表现在科技含量高、可靠性强，全自动化控制和生 产效率高等特点。在加工过程中实时在线检测装置和计量装置配备齐全，实现自动检 测各项参数指标、计量精确无误。灌装机械是集成了机、电、气、光、磁为一体机械 设备，其中德国占有该领域较好的主导地位5。国外对液体灌装系统进行了大量研究，自动化程度高，灌装效果好。国内液体灌 装系统起步较晚，在液体灌装过程中大多存在滴漏和起泡现象。滴漏现象容易对灌装 容器和机器造成污染，影响产品的清洁度；起泡现象则会影响产品外观14。目前中国灌装机械对国外高端技术的依赖程度还比较高，对于关键和核心的零部 件不能自主生产，这些同样制约了中国灌装机械工业持续、健康、稳定的发展。根据 数据统计显示，我国每年要花费大量的资金作为机械装备的购买。由于购买外国设备 成本高，运行维护费用大，维修麻烦等问题。经过近几十年的技术不断提升，我国灌装机行业取得了一定的成绩，灌装机械的 发展来看，走的是一条典型的“引进技术、消化吸收、自主创新、逐步国产化”的道 路。国内灌装机生产厂家大多在仿制的基础上通过结合高新技术，发展出了自己的特 色我国在食品灌装机械业已经获得了可喜的业绩。例如，国内第一条 5 万瓶/小时高 速啤酒灌装生产线由南京轻机集团自主研发生产在而成已经在百威英博啤酒集团有 限公司已经在生产上使用，完成了我国在啤酒行业拥有了本国自主研发和制造的高速 灌装生产线，使得我国啤酒包装装备行业有一个新的高度。灌装的计量方式和灌装机的控制方式的技术的发展水平很好的展示了我国灌装 机械制造的进步，其计量方式的发展经历了从固定的气缸驱动计量到现代的脉冲控制 伺服电机的转动来计量，使得计量更加准确，计量大小的规格适合产品的灵活多变。 灌装机的控制方式从传统的按钮和继电器控制到触摸屏和可编程逻辑控制器（PLC） 程序控制，这些技术的发展都体现出了灌装机技术的提高和进步5。定量灌装技术在灌装行业中应用广泛，液体定量灌装多用容积式定量法。常用的 容积式定量法有控制液位定量法、定量杯定量法、定量泵定量法，其中定量杯定量法是将液料先注入定量杯中，然后再进行灌装的。要改变每次的灌装量，只需改变调节 管在定量杯中的高度或更换定量杯，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10。目前我国的灌装机械与西方发达国家之间仍然存在着不同程度的差距，其主要体 现在一下几个方面：在产品的加工制造方面，我国的主机速度集中在中等水平，主机 的制造与国外先进的设备相比，稳定性和可靠性较差；在设计方面，对机械设计和优 化的相关理论研究较少，应用计算机仿真技术和虚拟样机技术等计算机辅助设计来优 化设计灌装机械零部件较为缺乏。主要以经验为主来指导生产；在产品外观和零部件 的质量方面，我国的灌装机外观设计不够大方美观；在人体工学等方面设计还有欠缺。 材料达不到规定的要求，导致零部件比发达国家灌装机产品的质量差。发达国家的灌 装机电气元件选用较好，由于成本限制等因素使得国内灌装机选用的元器件使用时间 不长，可靠性较低，导致产品整体的性能不高。国产灌装机机械性能不稳定，重复灌 装精度低，普遍运行低速度、结构单一化、成套的灌装线少、灌装控制精度低5。 5、发展趋势 庆波和罗金刚归纳出3,5灌装机械未来的发展趋势主要体现以下几个方向：（1）灌装机械设备趋向大型化。（2）灌装机械结构设计简单合理。（3）灌装设备向多功能化发展。（4）灌装机械向光、机、电、气、磁一体化方向发展。（5）运行速度高速化、高产量。（6）设计绿色化。（7）智能化。综上所述，本次的毕业设计主要是通过对已有的罐装机构进行研究，并分析常用 的灌装机构的特点，确定自己的灌装机构，运用 CAD 软件把罐装机构的转配图及其相 关部件的零件图绘制出。并对装置的实施性进行分析判断，最终完成本次的啤酒定量 灌装机构的设计。 摘 要随着我国经济的不断发展和人民生活水平的不断提高，啤酒等碳酸饮料在人们生活中占有重要地位，也带动了灌装机械的发展。啤酒灌装是啤酒生产的最后一道工序，灌装工艺和设备的优劣直接影响到啤酒的成品质量、成本和销售效果，进而影响到啤酒的整体生产效率。本次设计主要研究的内容是500ml啤酒定量灌装机构设计，主要包括三个部分：灌装部分的设计、托瓶升降机构的设计和辅助零件的设计。灌装部分主要是灌装阀，是灌装机执行机构的主要部分。其功能是根据灌装过程的要求，为确保灌装过程的顺利进行，要求以最快的速度连接或切断储液箱、气室和灌装容器之间的液体流动通道。本设计拟定选用盘式灌装阀。升瓶机构的作用是根据灌装过程的要求将啤酒瓶送到固定位置进行灌装，灌装完成后将啤酒瓶降到指定位置，这样送瓶机构就可以将啤酒瓶送到指定的输送链上进行输送。本次设计选择机械与气动组合式升降机构。辅助零件主要包括旋转主轴、灌装台等。本次灌装机构的设计可以实现各个部分同步运动，以此提高啤酒灌装的准确性和高效性。同时，可实现啤酒的大量生产以及带来巨大的经济效益。关键词：灌装机；灌装阀；机构设计IABSTRACTWith the continuous development of our countrys economy and the continuous improvement of peoples living levels,beer and other carbonated beverages have played an important role in peoples lives and have also driven the development of filling machinery.Beer filling is the last process of beer production.The advantages and disadvantages of the filling process and equipment directly affect the finished product quality,cost and sales effect of beer, and thus affect the overall production efficiency of beer.The main research content of this design is the design of 500ml beer quantitative filling mechanism, which mainly includes three parts: the design of the filling part, the design of the bottle lifting mechanism and the design of auxiliary parts. The filling part is mainly the filling valve and is the main part of the filling machines actuator. Its function is to ensure the smooth progress of the filling process according to the requirements of the filling process, and it is required to connect or cut off the liquid flow path between the liquid storage tank, the air chamber and the filling container at the fastest speed. The function of the bottle raising mechanism is to send the beer bottle to a fixed position for filling according to the requirements of the filling process. After the filling is completed, the beer bottle is lowered to a designated position, so that the bottle sending mechanism can send the beer bottle to the designated conveying chain on the conveyor. The design selected mechanical and pneumatic combined lift mechanism.Auxiliary parts mainly include rotating spindles, filling tables, and so on.The design of the filling mechanism can realize synchronous movement of various parts, so as to improve the accuracy and high efficiency of high beer filling. At the same time, mass production of beer and great economic benefits can be achieved.Key Words：Filling Machine; Filling Valve; Structural DesignII目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 选题研究的意义与价值11.2 选题研究现状及发展趋势11.3 选题研究的内容32 总体方案设计42.1 设计参数确定42.2 灌装方法确定42.3 定量方法确定52.4 灌装主要机构确定73 灌装机构相关设计计算123.1 电动机的选择123.2 灌装机构输送管路的计算133.3 灌装时间的确定143.4 灌装传动系统的设计154 主要部件的设计224.1 灌装部分的设计224.2 托瓶升降机构的设计244.3 辅助零件的设计305 灌装机构总体装配346 结 论36参 考 文 献37附录1：外文翻译40附录2：外文原文51致 谢57500ml啤酒定量灌装机构设计1 绪论1.1 选题研究的意义与价值灌装饮料在国际市场上的迅速发展，对饮料生产技术的进一步开发与研究，起到一定的推动作用，事实上，液体产品及饮料的生产技术中，灌装是重要的环节，而灌装技术和设备的优劣则直接影响到产品的质量，进而影响整体的生产效益。为了提高产品的质量，各种先进的灌装系统不断的得到开发研究。灌装设备设计的基础概念，以卫生为首要从生产及经济效益来看，能准确快捷地把产品灌装到容器里是至关重要的1。目前人们对于食品卫生的要求不断提高，因此自动化的食品灌装变得越来越普遍和重要，而如何提高灌装的精度，降低灌装过程中的损耗是食品灌装行业的研究方向2。如何进行液体定量灌装是一项有实际应用价值的技术，其发展直接影响到关键机构运行的稳定性和精确性3。同时，液体定量灌装具有以下优势：（1）改善产品质量，加强市场竞争能力；（2）能改善劳动条件，避免污染危害环境；（3）能节约原材料减少浪费，降低成本；（4）能提高生产效率，加速产品的不断更新。1.2 选题研究现状及发展趋势1.2.1 国内外发展状况随着现代社会科技的发展和人们物质水平的提高，促进了包装行业的高速发展，也给包装机械行业带来史无前例的前景与挑战。包装机械是包装工业的根本，其先进程度决定了包装行业的发展水平。灌装机械属于包装机械中的一种机械，它的发展是在我国改革开放以后快速发展起来的一个新的机械行业，随着人们生活需求，包装机械每年都以较快的速度增长，给包装机械的成长带来了无限前景5。就生产效率方面来看：美、日、德、意作为世界四大包装机械制造强国，都比较重视用户和市场需要，其以增加生产率作为设备制造的重要目标。德国目前饮料灌装速度可高达1200瓶/h，香烟包装12000支/min。集制袋、称重、充填、抽真空、封口等与一体的世界上最高速的茶叶包装机械速度达到 350 袋/min。意大利生产的小剂量颗粒包装机采用机械转鼓式计量，连续式封合并裁切，一机多工位，包装速度可达 120 袋/min。以啤酒饮料灌装设备为例由德国克朗斯公司制造的易拉罐包装线能实现高达 7.2 万瓶/h4。就设备结构上：国外设计师所设计的灌装机械力求零部件不断减少、产品的可靠性不断提高、产品的成本逐渐下降，随着灌装设备结构的不断简化，使得设备的操作及维修更加方便。例如，德国的贴标机大大的减少了转换部件数量，设备的使用和维护更加方便。设备功能上：灌装机对产品对象的适应性更广，其市场竞争力逐步增强。同一台灌装设备，可满足不同液体以及不同容器规格的灌装，其工艺范畴更广。零部件更换也能够适应封口形式的变化4。从灌装机技术角度来看，主要表现在科技含量高、可靠性强，全自动化控制和生产效率高等特点。在加工过程中实时在线检测装置和计量装置配备齐全，实现自动检测各项参数指标、计量精确无误。灌装机械是集成了机、电、气、光、磁为一体机械设备，其中德国占有该领域较好的主导地位5。国外对液体灌装系统进行了大量研究，自动化程度高，灌装效果好。国内液体灌装系统起步较晚，在液体灌装过程中大多存在滴漏和起泡现象6。滴漏现象容易对灌装容器和机器造成污染，影响产品的清洁度；起泡现象则会影响产品外观。经过近几十年的技术不断提升，我国灌装机行业取得了一定的成绩，灌装机械的发展来看，走的是一条典型的“引进技术、消化吸收、自主创新、逐步国产化”的道路。国内灌装机生产厂家大多在仿制的基础上通过结合高新技术，发展出了自己的特色我国在食品灌装机械业已经获得了可喜的业绩。例如，国内第一条5万瓶/小时高速啤酒灌装生产线由南京轻机集团自主研发生产在而成已经在百威英博啤酒集团有限公司已经在生产上使用，完成了我国在啤酒行业拥有了本国自主研发和制造的高速灌装生产线，使得我国啤酒包装装备行业有一个新的高度5。目前中国灌装机械对国外高端技术的依赖程度还比较高，对于关键和核心的零部件不能自主生产，这些同样制约了中国灌装机械工业持续、健康、稳定的发展。根据数据统计显示，我国每年要花费大量的资金作为机械装备的购买。由于购买外国设备成本高，运行维护费用大，维修麻烦等问题5。目前我国的灌装机械与西方发达国家之间仍然存在着不同程度的差距，其主要体现在一下几个方面：在产品的加工制造方面，我国的主机速度集中在中等水平，主机的制造与国外先进的设备相比，稳定性和可靠性较差；在设计方面，对机械设计和优化的相关理论研究较少，应用计算机仿真技术和虚拟样机技术等计算机辅助设计来优化设计灌装机械零部件较为缺乏。主要以经验为主来指导生产；在产品外观和零部件的质量方面，我国的灌装机外观设计不够大方美观；在人体工学等方面设计还有欠缺。材料达不到规定的要求，导致零部件比发达国家灌装机产品的质量差。发达国家的灌装机电气元件选用较好，由于成本限制等因素使得国内灌装机选用的元器件使用时间不长，可靠性较低，导致产品整体的性能不高。国产灌装机机械性能不稳定，重复灌装精度低，普遍运行低速度、结构单一化、成套的灌装线少、灌装控制精度低5。1.2.2 发展趋势庆波和罗金刚归纳出灌装机械未来的发展趋势主要体现以下几个方向：（1）灌装机械设备趋向大型化。（2）灌装机械结构设计简单合理。（3）灌装设备向多功能化发展。（4）灌装机械向光、机、电、气、磁一体化方向发展。（5）运行速度高速化、高产量。（6）设计绿色化。（7）智能化4,5。1.3 选题研究的内容1.3.1 设计内容本文主要研究啤酒定量灌装机构，主要包括三个部分：灌装部分设计、托瓶升降机构设计和辅助零件设计。本次灌装方法选用等压法。1.3.2 设计要求（1）灌装阀要求能够很快的速度连通或切断储液箱、气室和灌装容器之间液体流动的通道，确保灌装工艺过程顺利进行，并且能够实现啤酒的定量控制。（2）托瓶升降机构要求运行平稳、迅速、准确，安全可靠，结构简单，托瓶升降实现自动化。（3）辅助零件主要包括旋转主轴和灌装台等，因此要求主轴、灌装台等满足刚度、强度等要求。2 总体方案设计2.1 设计参数确定灌装部件：盘式灌装阀灌装阀头数：24灌装速度：72-96瓶/分钟灌装瓶直径：75mm灌装瓶高度：230mm用途：灌装瓶装啤酒生产能力：4320-5760瓶/小时 2.2 灌装方法确定2.2.1 灌装方法分类根据液料产品的物理化学特性，一般分为以下几种：（1） 常压法灌装在常压下，灌装系统在大气压下自动进入包装容器，整个灌装系统处于开启状态。其工作过程为：进液排气；达到要求，停止灌装；去掉残留的液体，并将剩余的液体排出到排气管中，以便为下一次灌装和排气做好准备。常压法主要用于灌装酱油、牛奶、白酒、醋、果汁等粘度小、无二氧化碳、无异味的液体产品7。（2）等压法灌装等压法灌装是在储液箱上部气室中使用压缩空气，先将空容器充气，使内压接近相同，然后液体通过自重在密闭系统中流入容器。其工作过程：充气等压；进液回气；停止进液；释放压力这种方法一般用来灌装如啤酒等含气饮料，并且此法可以降低液体中气体的泄露。它可以保证灌装产品的质量和计量精度9。（3）真空法灌装真空灌装装置是将灌装液体与吸入容器的气体出口之间的压力差进行填充。此法适宜如油类、糖浆类、蔬菜汁、果汁等黏性较大的液体。（4）压力法灌装液体进入灌装容器是通过外部机压力压入的。工作过程为：吸料定量；挤料回气。此法可用来灌装用于灌装番茄酱、肉糜、牙膏、香脂等黏度较大的稠性物料，但有时也可灌装含气饮料等。本次设计的灌装机构用于啤酒灌装，啤酒是含气液体，即考虑到啤酒的工艺特点，以及通过对比以上几种方法的优缺点以及适用条件，本次设计选用等压法灌装。2.3 定量方法确定2.3.1 定量方法分类（1）液位控制定量法该方法通过控制灌装容器内液面高度达到定量灌装的目的。由于每个填充液料体积等于具有一定高度的内腔体积，所以通常用“以瓶定量”来表示。此法使用简单结构设备，使用起来相对方便，因此较为便捷。又瓶子容积精度对灌装精度影响较大，因此不适合用来灌装定量精度要求高的液体。如图2.1所示。1-排气；2-支架；3-紧固螺母；4-弹簧；5-橡皮垫；6-滑套；7-灌装头；8-储液箱；9-调节螺母图2.1 控制液位定量法工作原理图（2）定量杯定量法这种方法是将液体注入定量杯中进行定量，然后将计量好的液体注入待灌装的瓶子中，这样每次灌装的体积等于定量杯的体积8。如图2.2所示。1定量杯；2定量调节管；3阀体；4紧固螺母；5密封圈；6进液管；7弹簧；8灌装头；9透气孔；10下孔；11隔板；12上孔；13中间槽；14储液箱图2.2 定量杯定量法工作原理图（3）定量泵定量法这是一种定量的压力填充方法。一般情况下，活塞的往复运动由动力控制，物料从储料缸吸入活塞缸，然后压入灌装容器中，每个灌装物料的体积由活塞的往复行程控制8。如图2.3所示2.3.2 确定定量方法定量方法的正确选择，主要考虑产品所需要的定量精度，同时，还应考虑液体本身的工艺性。选择灌装的定量方法也要根据所选灌装方法来确定。从机械结构角度，应尽量选择结构简单，易于操作、运行和维护；从经济角度，应尽量减少物料的损失，节约材料，降低成本，提高经济效益。 比较上述三种定量方法，第一种方法直接受瓶体精度和瓶口密封程度的影响，因此其定量精度不如后两种方法高；但是第一种方法结构是最简单的，应用广泛。且本次设计的是啤酒的定量灌装，结合其他机构，所以本次设计定量方法选用液位控制定量法。 1贮料缸；2阀室；3弹簧；4滑阀；5灌装头；6活塞缸体；7活塞图2.3 定量泵定量法工作原理图2.4 灌装主要机构确定2.4.1 灌装阀的确定将储液箱中的液体填充到包装容器中的机构称为灌装阀。灌装阀是灌装机执行机构的主要部分。其功能是根据灌装过程的要求，为确保灌装过程的顺利进行，要求以最快的速度连接或切断储液箱、气室和灌装容器之间的液体流动通道。包装容器与储液箱及气室间液料的通道由灌装阀控制，主要由阀体、阀端、阀门、密封元件、开闭件等组成。根据阀中可动部分的运动形式主要可分为3种类型8。（1）单移阀阀体中有一件可动部分，它相对于不动部分开闭阀时做往返一次的直线运动，根据可动部分移动前后开闭流体通道的方法又可分为两种。 端面式这种阀体是利用移动块的端面来开闭流体的通道。如图2.4所示。1阀蝶；2橡胶垫圈；3垫片；4阀芯；5弹簧；6弹簧；7阀套图2.4 端面式单移阀结构原理图 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。如图2.5所示。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上孔口图2.5 柱面式单移阀结构原理图（2）旋转阀阀体通过可动部分相对于固定部分在开闭时做往复一次或多次的旋转摆动，使气两个部分的孔眼在两个摆动极限点对正，以此以此来开闭液体通道。根据相对转动面是沿圆柱面（或圆锥面）还是平面进行，又可分为以下两种形式8。 圆柱（或圆锥）式为减少泄露损失，防止污染环境，不论是圆柱式或圆锥式旋转阀，多用于黏度较高液料的灌装7 ，如图2.6所示。1-凸轮转柄；2螺母；3弹簧；4进气管；5排气管；6液道；7阀体；8-进气管；9-旋塞；10-液道；11-排气管；12-接套；13-定位罩；14-密封圈；15-液管；16-灌装头 图2.6 锥面式旋转阀结构原理图 圆盘式如图2.7所示。 1阀盖；2阀座；3阀球；4对中罩；5下液管；6螺母图2.7 盘式旋转灌装阀结构原理图（3）多移阀该阀属于双阀式或多阀式。其特征在于：当阀门开启和关闭时，阀体内有若干可移动的部件，这些部件可与不可移动的部件作直线往复运动。根据开启和关闭控制液阀的方法不同，可分为气动和机械两种类型8。综合以上各种灌装阀的结构和特点，以及啤酒的性质，因此，本次设计灌装阀选择圆盘式旋转灌装阀。2.4.2 托瓶升降机构的确定托瓶升降机构作用是将包装容器托起，并上升到一定高度以便进行灌装；待灌装完成后，再将灌装好的容器降低到固定的位置，以便进行下一步动作。 托瓶机构主要由机械式、气动式、机械与气动组合式等三种结构形式。机械式依靠弹簧力抬起瓶子台，无需密封，但弹簧在连续工作中容易失效，并且压力也受到限制。主要用于无气液物料灌装机。气动式采用压缩空气作为动力源。它具有良好的减震和缓冲能力，当瓶失效时不易翻滚，但活塞的运动速度受气压变化的影响很大。如果压力下降，瓶子的上升速度会减慢，并且很难保持瓶口和灌装头之间的紧密接触。如果压力增加，瓶子的速度上升得更快，因此不容易进入液体管道并校正瓶子。机械气动组合式转动可靠，循环管内采用压缩空气。它只需补充泄漏，应用广泛，但凸轮导向也增加额外的润滑，磨损和运行阻力。对于等压灌装机，因已有空压系统，宜采用气动式或机械与气动组合式托瓶机构7因为啤酒灌装为等压法灌装，又结合各个托瓶机构的优缺点以及相关机构的选择，因此本次设计托瓶机构选用机械与气动组合式托瓶机构。2.4.3 辅助零件确定辅助零件主要是旋转主轴以及灌装台。旋转主轴主要起到传递扭矩、支撑等作用，主轴选择要求在满足上面两项结构功能条件下，还需满足足够的强度和刚度。灌装台主要起着旋转、支撑和导向等作用，且灌装台是与旋转主轴以及托瓶升降机构配合在一起使用的。因此，在确定灌装台的结构尺寸时还应该满足其他机构的结构功能，且必须满足一定的强度。3 灌装机构相关设计计算3.1 电动机的选择本次设计的灌装容量为500ml，参考相关资料可拟定啤酒瓶容积530ml，根据从相关的旋转灌装机获得的数据，可得以下参考数据：灌装阀头数： 24头灌装阀节距： 150mm灌装区间角： =193灌装区间占有率： 0.54储液箱半径： r=241502=600mm查阅相关资料，参考同类别灌装机相关技术参数，现拟定灌装时间T为9s，于是，根据参考文献7公式得主轴计算公式： n=60T=60360T=3.57r/min （3.1）n主轴转速，r/min； 灌装区间角。拟定储液箱在装有液料的时候最大重量为500kg，半径r=600mm，则有：=n30 （3.2）=n300.1n=0.357ras/s 储液箱上作用力对主轴的力矩Mz为：Mz=FZ （3.3）=mgr =3000N.m 再由功率：P=Mz （3.4）得： P=Mz =30000.357=1.1kW 旋转灌装机是一个整体部件，它包括送瓶机构、拨瓶机构、压盖机构和灌装机构等几个部分，又灌装机是由一台电动机带动，所以，参考相关文献和同类机组，现拟定：进瓶机构功率P1：1.2kW 出瓶机构功率P2：0.6kW升降机构功率P3：0.5kW压盖机功率P4：1.5kW由此可估算灌装机组总功率P：P=P1+P2+P3+Pi （3.5） =1.1+1.2+0.6+0.5+1.5 =4.9kW 所以，根据机械设计手册选择电动机：型号：Y132S-4，额定功率：5.5kW，额定转速：1440r/min，最大转矩/额定转矩：2.2，重量：68kg13 。3.2 灌装机构输送管路的计算输送管路是连接储液箱和啤酒瓶口之间的管道，当啤酒瓶充气使之与储液箱中压力相等后，由于自重原因啤酒流入瓶里。灌装机的输送管路一般用圆管。设计时，首先要选择合适的直径与壁厚。3.2.1 圆管内径由参考文献2得圆管截面积：A=d24 （3.6）u=VA （3.7）故得：d=4Vu （3.8）式中，A圆管截面积，m2;d输液管内径，m；u液料在管内的流速，m/s；V体积流量，m2/s。可见，欲求d必先求V机u。为此写出：V=W=GbQmax3600 （3.9）式中，W管内质量流量，kg/s；液料密度，kg/m3，取1103kg/m3；Gb每瓶灌装液料的质量，kg/pc，取0.5kg/pc；Qmax灌装机最大生产能力，pcs/h，取5670pcs/h；因此，联立公式3.8和3.9得：d=25mm。3.2.2 圆管壁厚圆管的壁厚应根据圆管的工艺性能、工作环境等有关条件，按有关规定选用。选取圆管壁厚2.5mm，故圆管外径为30mm。3.3 灌装时间的确定由前面的设计可知本次啤酒灌装方法为等压法，此法设备简单，易于维修，可以减少液料中所含二氧化碳的损失。本次设计拟采用液位控制定量法，经过查阅相关资料以及类比同类型的灌装机参数现选定灌装区所占时间T=9s。3.3.1 灌装机的工艺计算旋转型灌装机的生产能力：Q=60nj （3.10）式中，n主轴转速，r/min。可见，想提高灌装机的生产能力就得增加头数j和转速n。但是，如果增加灌装头数，则作为子安管支撑等的灌装台等的直径就要加大，从而使得设备重量增加；而且因为主轴转速不变，根据相关资料可知，直径越大，瓶受到的离心力越大，托瓶台和啤酒瓶之间的持续摩擦可能导致瓶飞出瓶托瓶台。据此，可求灌装头中心对主轴的半径R必须满足的条件，即R900gd2n2 （3.11）式中，d瓶底与托瓶台之间的滑动摩擦系数7。如果加大转速，除了要考虑离心力的影响，还应考虑是否有足够时间来进行灌装，以便满足特定的灌装要求。主轴旋转一周灌装机完成一个工作循环所需时间为T=60n （3.12）如图3.2所示，它是由下列几个动作时间组成T=T1+T2+T2+T3+T 3+T4 （3.13）式中，T1为无瓶区所占用时间。该区间角的大小供瓶机构、拨瓶机构以及相关部件的结构尺寸决定。T2、T2分别为上升、降瓶区所占的时间。除了瓶子在升降过程中瓶子具有更稳定的运动过程外，还需要确保气缸凸轮的轮廓曲线具有适当的压力角。图3.2 旋转型灌装机的工作示意图T3、T 3分别为开关阀区所占的时间（通常取0.5-1s）。T4为灌装区间所占的时间，以确保灌装过程能够平稳顺利进行下去。然而灌装方法同，所以灌装区时间也会不同。因此确定的准则是灌装区时间应大于工艺实际所需的灌装时间7。由上面得出的转速n可得主轴旋转一周灌装机完成一个工作循环所需时间为T=60n =603.57 =17s 设计时，首先确定灌装区角度4即4=193，确定后再根据具体结构形式决定其他区间的角度，现拟定：1=45， 2+2=80，3=3=21。即各个动作所需时间如下：T4=9s，T1=2.2s， T2+T2=3.8s，T3=T3=1s。 3.4 灌装传动系统的设计如图3.3，为旋转灌装机传动系统图。传动过程为：速度电机1通过无级变速器2和蜗轮蜗杆使行星轮转动，通过齿轮5和6驱动主轴8，从而带动储液箱9旋转，齿轮6和14驱动进瓶星形轮10旋转。链轮13和锥齿轮12带动分件供送螺杆装置转动，完成整机工作7。1电机；2皮带；3蜗轮蜗杆；4轴；5，6,14齿轮；7出瓶星轮；8主轴；9储液箱；10进瓶星轮；11分拣螺杆供送装置；12锥齿轮；13链轮图3.3 旋转灌装机传动系统图3.4.1 带传动的设计计算根据上面可得电动机功率P=5.5kw，n=1440r/min，决定使用V带传送。总传动比i=14403.57=403.4现拟定：带传动的传动比i12=2蜗杆传动的传动比i3=34，5、6齿轮的传动比i56=2，齿轮6与主轴齿轮传动比i68=3（1） 选定V带型号和带轮直径由参考文献11查得工作情况系数KA为1.2计算功率 Pca=KaP （3.13） =1.25.5=6.6kW 选带型 A型小带轮直径 d1=100mm大带轮直径 d2=i12d1=2100=200mm大带轮转速 n2=14402=720r/min验算小带轮带速根据公式 v1=dd1n1601000 （3.14）得： v1=1001440601000=7.5m/s 因为5m/sv1120 （4计算带的根数由d1=100mm和n1=1440r/min.由参考文献11查得P0=1.32kW， P0=0.17kW， K=0.98， KL=0.98，于是有Pr=(P0+P0)KKL （3.21）得 Pr=1.32+0.170.980.98=1.43kW 于是z=PcaPr=6.61.43=4.62取5根。3.4.2 蜗杆传动设计从参考文献11可知，圆柱形蜗杆头的数量越少，传动比越大，并且导程角越小，传动效率越低，产生的热量越多，并且不易消散，因此通常不使用单个蜗杆。蜗杆头数量越多，传动效率越高。然而，蜗杆头数量太大，导程角大，制造难度大。因此，根据参考文献11选择蜗杆，拟定模数 m=8mm，分度圆直径d1=80mm，头数z1=2，直径系数q=10,。根据拟定的传动比和公式i=n1n2=z2z1=u （3.22）选取z2=68.又已知蜗杆转速n1=720r/min，因此得n2=n1i3=72034=21.2r/min （1） 蜗轮蜗杆基本尺寸的计算中心距a=d1+d22=80+8682=312mm （3.23）蜗杆基本尺寸轴向齿距pa=25.13mm；直径系数q=10；齿顶圆直径da1=96mm；齿根圆直径df1=60.8mm；分度圆导程角=111836；蜗杆轴向齿厚sa=12.57mm蜗轮基本尺寸蜗轮分度圆直径 d2=mz2=868=544mm蜗轮喉圆直径 da2=d2+2h2=544+28mm=560mm蜗轮齿根圆直径 df2=d2-2hf2=544-21.258mm=524mm蜗轮喉圆半径 rg2=a-12da2=312-12560mm=32mm（2） 校核齿根弯曲疲劳强度 F=1.53KT2d1d2YFa2YF （3.24）当量齿数 zv2=z2cos3=68(cos11.31)3=72.12 （3.25）由zv2=72.12，由参考文献11查得齿形系数Yfa2=2.27。螺旋角系数 Y=1-140=1-11.31140=0.9192 （3.26）许用弯曲应力 F=FKFN （3.27）由文献11查得蜗轮的基本许用弯曲应力F=56Mpa。寿命系数 KFN=91065.22107=0644 （3.28）F=560.644Mpa=36.086MPa F=1.531.2948400805448=5.001MPa 弯曲强度满足要求。3.4.3 齿轮传动设计首先进行对关键齿轮z6和主轴齿轮z8的设计计算，前面已知i=3。（1）计算齿面接触疲劳强度由参考文献11得小齿轮分度圆直径计算公式d1t32KHtT1du+1u(ZHZEZH)2 （3.29）确定公式中个参数的值试选KHt=1.3计算小齿轮传递的转矩T1=9.55106Pn1=9.551060.610.71Nmm=5.35105Nmm由文献11查得d=0.4， ZH=2.5， ZE=189.8MPa12， Z=0.87计算接触疲劳许用应力H由参考文献11查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为lim6=750MPa、lim8=600MPa初步计算许用接触应力H6=0.96lim6=675MPa，H8=0.96lim8=540MPa取两个中较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即H= H8=540MPa计算小齿轮分度圆直径d6t32KHtT1du+1u(ZHZEZH)2=321.35.351050.43+13(2.5189.80.87540)2mm =311.25mm 计算齿宽b=dd6=0.4311.25=124.5mm （3.29）圆周速度vv=d6n6601000=37110.71601000m/s=0.2m/s （3.30）计算实际载荷系数KH由参考文献11相关图表查得KA=1，KV=1.12，KH=1.2，KH=1.42。因此得实际载荷系数KH=KAKVKHKH=2=1.91（3.31）实际载荷系数下得分度圆直径d6=d1t3KHKHt=311.2531.911.3=353.84mm （3.32）取d6=400mm及相应的模数m=d6z6=40080=5 （3.33）取模数m=4（2）校核计算由参考文献8得齿面接触疲劳强度条件为H=2KHT1dd13.u1uZHZEZH确定公式中的各参数值由上面可知KH=1.91，T1=5.35105Nmm，d=0.4，u=3，ZH=2.5，ZE=189.8MPa12，Z=0.87。将各个数值带入上式得H=21.915.3510540.4400332.5198.80.87MPa =492MPa1.8mm。因此，拟定啤酒瓶直径为75mm，啤酒瓶高度为230mm，设啤酒瓶厚度为2mm，因此啤酒瓶内径为16mm。由于啤酒瓶内径为16mm，则灌装阀的注液管必须小于16mm，为了防止啤酒瓶放置位置的不准确而影响啤酒灌装精度，因此灌装阀注液管外径设为14mm，即单边余量为1mm。经过相关设计计算，并为了达到充分灌装，输液管直径设定为25mm。圆盘阀盖阀座上的气体和液体孔道直径设为7mm。阀体总长设计为320,mm，阀体用螺钉固定在于储液箱同轴的支架上。阀座与阀盖装配的直径为58mm。因为此灌装机为啤酒灌装机，阀体材料要求有较高的防锈能力，常用的材料有黄铜和不锈钢，为节约成本，因此选用不锈钢，牌号为1Cr18Ni9Ti。灌装阀对中罩选用需要和下液管进行装配，因此对中罩内径尺寸为14mm，外径为36mm，材料同样使用不锈钢，牌号为1Cr18Ni9Ti。由于此灌装机用于啤酒灌装，因此需要考虑灌装的密封性，如果密封性不好，则会影响灌装的精度以及会使啤酒中二氧化碳含量不足，影响啤酒的口感，进而影响经济效益。因此本次选用的密封装置为O型啤酒专用密封圈，材料为聚氨酯，此材料的特点：高强度、高耐热，具有极好的强度和耐磨性、耐热、耐老化、耐水解性能极佳，是新一代的耐热型聚氨酯弹性体。此种密封圈比较适合灌装过程动作的重复性和高强度性。密封圈外径为28mm，内径为14mm，厚度为7mm。阀体中阀球同样选用不锈钢材料，牌号为1Cr18Ni9Ti。4.2 托瓶升降机构的设计旋转型灌装机是由气缸中气体体积伸缩变化所产生的气体压力来控制托瓶升降机构的托瓶升起过程，若气缸动作大，气压就就大，从而使托瓶的升降更快速、迅捷；然而同时也会使安装在缸筒上的轴承圆柱凸轮的压力增大。气缸中气体压力通常为P=0.81Mpa。由上面设计可知，本次选用的托瓶升降机构为机械与气动组合式托瓶机构。图4.2为机械与气动式托瓶机构结构图。柱塞5是固定的，套筒2是可以滑动的。压缩空气从环管8进入，经柱塞5内腔、密封垫4和空心螺钉3内的中心孔进入套筒2的上部空间，使套筒2和托瓶台1以柱塞5为导柱上升；灌装结束后，为减少能量消耗，立即停止供送压缩空气并打开减压排气阀，由凸轮导轨6的下降廓线形与滚动轴承7控制托瓶台与套筒的下降8。柱塞内空气被排到环管中，然后通过环管进入其他待上升的托瓶气缸内 7 。1托瓶台；2套筒；3螺钉；4密封垫；5柱塞；6凸轮导轨；7滚动轴承；8方垫块；9环管；10卡块图4.2 机械与气动组合式托瓶机构结构图4.2.1 托瓶台的设计托瓶台是啤酒瓶的承载部件，其顶部与啤酒瓶底部直接接触，因此托瓶台尺寸根据啤酒瓶底部尺寸进行设计。已知啤酒瓶底部直径为75mm，则托瓶台顶部直径可设计为90mm，厚度取10mm。由图可知托瓶台与气缸连接在一起配合动作，从而托瓶台下部外径为65mm，内径为55mm，长度为12mm。采用过盈连接将托瓶台与套筒的连接在一起，这样既可以保证托瓶机构的密封性，也可以防止托瓶台在工作过程中发生晃动，从而使灌装过程能够稳定进行，并且也保证了灌装的精度。托瓶台工作需要足够的强度，能够承载动态的工作压力，并应具有抵抗长时间工作变形的能力，参考先关资料以及对比各种材料性能，选定托瓶台材料为45号钢。4.2.2套筒设计（1）套筒设计的要求从上述设计可知，套筒的工作时间较长，要求套筒能够承受一定的动态冲击压力，具有一定的抗变形能力，因此套筒必须具有一定的强度。同时还必须具有一定的弯曲强度，以保证能能够抵抗力反作用。套筒与托瓶台的连接部位应可靠，能保证气体等的密封要求。（2）套筒尺寸的确定套筒的外形尺寸的确定要考虑其空间结构，从结构紧凑方面考虑，应在满足机械性能的前提下，尽可能的减小尺寸，参考相关文献对比同类型机构，取套筒内径为45mm。套筒壁厚取5mm，因此套筒外径为55mm。套筒长度取240mm。（3）套筒材料的确定根据套筒工作要求以及查阅相关材料的性能，因此本次设计套筒材料选用45号钢。因为套筒是和柱塞配合使用的，他们之间的相对运动会有摩擦，因此套筒性能要满足耐磨的性能要求，故必须要进行必要的淬火处理，以此提高套筒材料的强度，增强耐磨性。4.2.3 柱塞的设计（1）柱塞设计的要求柱塞是与套筒配合使用的零件，因此柱塞设计也应该和套筒要求类似。（2）柱塞尺寸的确定因为柱塞是与套筒配合使用的，因此柱塞外径为45mm。同样取柱塞壁厚为5mm，因此柱塞内径为35mm。柱塞长度取200mm。（3）柱塞材料的确定柱塞的材料选择为45号钢，柱塞承受压力，且柱塞是与套筒配合使用的，它们之间的相对运动有摩擦，因此因此柱塞要满足耐磨的性能要求，通过对表面进行一定的工艺处理如：淬火处理、调质处理等以提高材料的强度。套筒与柱塞它们之间有相对运动，因此套筒与柱塞的配合选用间隙配合。4.2.4 密封垫的选择本次设计的托瓶升降机构中的气缸，要求其工作稳定，持续提供升降的动力，因此需要保证气缸能够防止气体的泄露，所以需要一定的密封装置，并且要求气缸的密封具有较高的可靠性。本次设计选择密封垫密封。（1） 密封垫类型的选择密封垫是一种用于机械、设备、管道等内部，起密封作用的材料，一般分为石棉垫、橡胶垫、聚四氟乙烯包衬橡胶垫。本次设计选用密封垫为橡胶垫。（2）密封垫材料的选择橡胶密封垫的材质有很多种，对于不同用途的橡胶密封垫使用的材质是不一样的。比如：如果是用于机械密封一般是需要耐高温、耐油、耐腐蚀的材质，而如果用于食品行业则需要更环保无公害的材质。通过查阅相关资料，对比不同密封件材料的理化性能，决定选用聚氨酯密封垫。聚氨酯垫片具有良好的力学性能，其耐磨性和耐高压性远远优于其它橡胶，适用于液压缸、气缸等。4.2.5 轴承的选择根据工作情况，轴承主要受到径向力的作用，因此轴承选择深沟球轴承，又根据参考文献13选择轴承代号为6205。轴承相关参数如下：轴承内径d=25mm，轴承外径D=52mm，基本额定动载荷C=14KN，基本额定静载荷C0=7.88KN，质量W=0.142kg，极限转速为16000r/min。轴承的校核：根据参考文献11可查得轴承预期使用寿命为2000030000h，径向载荷系数X和轴向载荷系数Y分别为1,0。轴承径向载荷： Fr=PA=3(252)2=1472.6N （4.2）根据参考文献8查得载荷系数fd=1.2又根据公式 P=(XFr+YFd) （4.3）计算得： P=1767.12NC0=14KN，合格。轴承静强度校核：轴承基本额定静载荷： NC=1472.6N轴承当量静载荷： P0=X0Fr+Y0Fa=1472.6N （4.4）又根据公式： C0S0P0 （4.5）得： C0=7.88KN1.51472.6N=6.6KN （上式S0取1.5）由上面的计算可知，轴承的强度满足要求，因此所选用的轴承合格。4.2.6 圆柱凸轮的设计（1）工作原理托瓶升降机构中，圆柱凸轮控制着机构的升降，起着决定性作用，因此圆柱凸轮的精度影响着托瓶升降机构的精度，进而影响灌装的精度和效率。它一般有4个区段组成，即最低区段、上升区段、最高区段和下降区段，并且对应着啤酒灌装各个工作区间，如图4.3。图4.3 啤酒灌装的各个工作区间如图4.4为圆柱凸轮展开图。当滚子和凸轮导轨的最低行程部分为1时，托瓶台位于灌装台的最低位置，此时供瓶机构将啤酒瓶送到托瓶台上。当滚子受到上升段2的影响时，将瓶座抬起，并将瓶子送入灌装头，使瓶口与灌装头接触并进行锁紧。在最大行程区域内进行灌装，同时3, 4和5阶段灌装阀的阀门打开，直到灌装达到要求的高度，则灌装阀阀门关闭，完成灌装过程。灌装动作结束后，滚子在下降下行程部分6下降到最低点。同时，带动托瓶台和啤酒瓶一起降低到最低点。最后，在由送瓶机构将啤酒瓶送到指定的位置，进行下一步的动作。1-6分别对应无瓶区、升瓶区、开阀区灌装区、闭阀区和降瓶区图4.4 圆柱凸轮展开图（2）设计及计算过程圆柱凸轮材料选择45号钢。 圆柱凸轮推杆推程H=200mm（啤酒瓶上升到灌装头的高度）。所以，凸轮行程为h=200mm，即最高位置与最低位置廓线的高度差h=200mm。由上面的设计和计算可知各个工作区间所占的角度：无瓶区：1=45开阀区：3=21灌装区：4=193闭阀区：5=21下面计算升瓶区和降瓶区所占角度2和6，然后计算凸轮升程角和降程角和。由上面的设计计算可知升降瓶区所占角度为2+6=80。由包装机械设计一书可知，托瓶凸轮的廓线工作行程许用压力角30和空程压力角70，因此取=30，=60。 T2T6=S2S6=32 （4.6）S2=hcot （4.7）S2=hcot （4.8）S2=2R/180 （4.9）S6=6R/180 （4.10）联立以上公式得：2=48，6=32，S2=670mm，S6=447mm，=12，=17。各工作区间工作时间如下升瓶区时间：T2=2360T=2.3s降瓶区时间：T2=2360T=1.5s升瓶时，平均速度（竖直方向）：v2=S2T2=0.672.3=0.29m/s平均加速度（数值方向）：a2=v2T2=0.292.3=0.13m/s2降瓶时，平均速度（竖直方向）：v6=S6T6=0.4471.5=0.30m/s平均加速度（数值方向）：a6=v6T6=0.301.5=0.2m/s2均远小于重力加速度g=9.8 m/s2所以不会产生失重现象，安全。圆柱凸轮材料选择45号钢，因为是与轴承配合使用，会产生摩擦，要求具有较好的耐磨性，因此为提高材料表面强度，需要进行一定的工艺如淬火处理等。4.3 辅助零件的设计4.3.1 旋转主轴的设计旋转主轴是灌装机的一个重要部件，在灌装过程中主要起着传动和支撑的作用。电机通过减速装置带动主轴旋转，主轴通过旋转卡盘推动灌装台绕主轴旋转，从而使托瓶机构也能绕主轴旋转。同时，主轴带动与主轴连接的储液箱和灌装阀转动。灌装台、灌装阀和储液箱等同时随主轴同步转动，它们具有相同转速，从而使各个部件能够同步转动，完成各自的特定功能，因此保证了灌装过程的稳定、顺利的进行，同时，也保证了灌装的高效性和可靠性。灌装机的旋转主轴主要传递扭矩，扭矩相对较小，对轴的刚度和强度要求不高。因为本次设计啤酒贮存在另行设置的压力容器内，需要利用压力容器与储液箱的压力差从机构底部管道引入储液箱中。且相比实心轴，空心轴更节省材料，因此更加经济便宜。所以本次设计的设计旋转主轴选择空心轴。（1）旋转主轴材料的选择轴通常选用是碳钢和合金钢材料。因为相比之下，碳钢的价格相对比较便宜，且对于应力集中有抵抗性比较高；同时，对于其耐磨性以及材料强度也可以通过相关热处理工艺方法进行提高。因而，大多数轴都采用碳钢来制造，且45号钢最为普遍。结合以上各种结构的功能特点，以及旋转主轴工作情况，无污染等，且主轴工作时间较长的连续旋转运动，对轴的强度要求较高，所以选择45号钢作为旋转主轴材料，进行调质处理。（2）旋转主轴的直径计算按轴的强度条件计算：根据机械设计一书中可得空心轴直径的计算公式如下：d39550000P02Tn1-4=A03Pn(1-4) （4.11）式中，d计算截面处轴的直径（空心轴外径），mm；P轴传递的功率，kW；T扭转许用切应力，Mpa ，一般在2545Mpa；n轴的转速，r/min；空心轴的内径d1与外径d之比，即=d1d，通常取=0.50.6；A0A0=395500000.2T,可查表得出其数值，一般为103126。根据公式可得：d121mm取d=140mm。校核：根据公式 T=TWT9550000Pn0.2d3T （4.12）得 T=95500001.13.570.21403=5MPaT=25MPa所以轴直径合格按扭转强度计算根据机械设计一书查得轴的扭转刚度校核公式：=5.73104TGIP （4.13）式中，T轴所受的扭矩，Nmm；G轴的材料的剪切弹性模量，Mpa，对于钢材，G=8.1104Mpa；IP轴截面的极惯性矩，mm4，对于空心轴，IP=d432(1-4)。由校核公式可得轴的设计公式：d45.7310432TG(1-4) （4.14）所以得 d45.731043230008.11041-0.64=132mm 取d=140mm校核：根据扭转校核公式得=5.731043000328.1104140(1-0.64) =0.024=0.4 所以，轴直径合格。4.3.2 灌装台的设计由上面的相关设计以及罐装机构总体装配图可知，灌装台的起着导向、支撑和连接等的作用。储液箱通过立柱与灌装台连接，通过调整立柱的螺栓就可以调节储液箱的高度。同时，托瓶升降机构固定在灌装台上，灌装台随主轴旋转时，就可以带动托瓶升降机构一同旋转。且固定连接在储液箱上的灌装阀也会随着主轴旋转，从而使灌装阀和托瓶升降机构具有同样的转速，因此保证了灌装过程能够顺利、稳定的进行，同时也提高了灌装的高效性和可靠性。（1）灌装台材料的选择因为灌装台主要起着支撑、连接的作用，主要受到压力的作用，对其表面质量要求不是很高，且抗压性要好，又其结构比较复杂。通过查阅相关资料，对比各种材料的工作性能，选定灌装台的材料为灰铸铁。灰铸铁的有如下特点：铸件容易获得比铸钢更丰富、更复杂的铸件，铸件内部残余内应力相对较小；表面光洁，与铸钢相比加工余量较小，表面加工质量对强度影响较小；( 3 )减震缓冲能力强，吸振性能好，常用作支撑和受振构件；不同部位性能比较均匀。适用于制造要求高、截面不同的厚(大)铸件。（2）灌装台的尺寸设计由上面的设计计算可知，灌装台节圆半径即为灌装头中心对主轴半径R。灌装头中心对主轴半径R必须满足的条件R900100.323.572=2150mm 灌装台节圆周长的最小值为两瓶之间无缝隙即：Cmin=2475=18000mm （4.15）R=Cmin2=18002=286.62mm （4.16）所以 286.62mmR2150mm如果半径R太大，整个工作台的面积就大，这样会占用很大空间，且浪费材料，增加动力。而半径过小，则满足不了灌装时间，以致与灌装机构配合工作的拨瓶机构产生影响。所以，两瓶间距应该在刚好能够同时取下两瓶比较合适。通过上面的设计可知灌装阀节距为150mm，则可设两瓶间距为150mm。则灌装台周长C=15024=3600mm；所以R=3600/（2）=573.2mm；因此取R=600mm所以灌装台直径为1200mm。5 灌装机构总体装配综合以上设计和计算，最终可得灌装机构的总体布局如图5.1所示。1 浮标；2控制架；3储液箱；4灌装阀；5托瓶升降机构；6灌装台；7内齿轮2 图5.1 灌装机构总体装配图灌装机构是在有压力情况下进行液体罐装的，可防止啤酒中二氧化碳的逸出。沿灌装台6的圆周上均布着24只灌装阀4，每分钟能灌装72-96瓶，其速度可以无级调速。啤酒储存在另行设置的压力容器内，它利用压力容器与储液箱3的液面压力差，从机构底部管道引入储液箱3。储液箱3内啤酒液面是保持恒定的，当液面高度超过要求，浮标1上升，控制架2上部气阀通道被开启，储液箱内因压缩空气进入而压力升高，这样储液箱与压力容器的压力差减少，自底部管道引入的啤酒量也就减少，从而使液面回复到原来要求；当液面高度低于要求时，浮标下降，气阀关闭，储液箱内随着啤酒减少而压力降低，这样，储液箱与压力容器的压力差加大，自底部管道引入的啤酒就增加，从而使液面上升到原来要求。储液箱3上部留有一定空间，用以压缩空气，可防止啤酒起沫。灌装阀4上有三个控制位置，即全闭、接通压缩空气和灌料通道进行灌装。灌装台6由内齿轮7带动旋转，瓶子的上下是用压缩空气控制的。当没有瓶子进入时，相应的托瓶气缸就连续上升，迫使启动换向阀换向，以致控制气缸的活塞杆不使灌装阀4动作，从而不进行灌装。6 结 论随着灌装饮料需要量越来越大，因此灌装设备也变得越来越重要。啤酒灌装作为包装机械的一种形式，其灌装的高效性、准确性以及可靠性变得相当重要，这也是人们不断追求、提升的目标。本文主要研究灌装机构的执行机构以及传动系统。通过从环保、高效性和可靠的角度进行设计。本次设计主要包括：选题的目的与意义，总体布局设计，灌装机构相关参数的计算即电机的选择、输送管道以及传动系统等的计算，以及灌装部分、托瓶升降机构、辅助零件等执行机构的设计。首先根据设计题目拟定设计的总体方案，拟定灌装的相关设计参数，确定传动系统，确定灌装的工作方式：等压法灌装，此种方法适合灌装含气液体，并且它可以保证灌装产品的质量和计量精度；确定托瓶升降机构：机械与气动组合式托瓶机构，此种机构旋转平稳可靠，压缩空气可以循环使用；确定灌装阀：圆盘式灌装阀，因为在阀体中安装有阀球，当无瓶或瓶破裂时，可以防止液体的大量损失；然后对各个部分进行详细的设计和计算，并进行校核验算。整个过程要去必须严谨认真，计算过程要求数据准确，有必要的公式以及尺寸选择的依据。最后，根据设计计算所得数据绘制装配图以及零件图。在绘制图纸过程中，要求按照国家标准进行绘制，要做到尺寸精确，内容清晰、完整以及布局合理、美观。最终完成后进行仔细检查修改，避免发生错误，力求完美。在灌装机构设计，通过旋转主轴将灌装台、储液箱、灌装阀以及托瓶升降机构联系在一起，使他们能够达到同步运动，使灌装过程能够稳定、顺利的进行，从而有利的提高了灌装机构的高效性和可靠性。通过对结构的优化，提高了机构的强度以及合理性，同时也减少了材料的浪费，从了提高了经济效益。同时，也有一些不足之处。因为本次设计的只是灌装机的灌装机构部分，因此有些地方在跟其他机构配合使用时，需要适当的调整其结构或分布。灌装速度方面也可以进一步提高，一是可以增加灌装阀头数，二是减少灌装时间。在机构密封性方面也有待提高，特别是啤酒的灌装，如果密封性不好，就会是二氧化碳损失，影响灌装的精度以及啤酒的口感。参 考 文 献1 灌装技术的探究J.中国食品工业,1997(07):32-33.2 袁守彬，王文武，王一冰等.液体装量自校正灌装系统设计J.长春工业大学2015.06：39-40.3 龚雨豪,祝熔杰,郑秀丽.精密定量灌装进出料口的设计与分析J.科技信息,2013(20):142. 4 庆波.高效率灌装机的关键结构设计与研究D.南京：南京理工大学2015.5 罗金刚.油辣椒制品自动灌装机关键机构研究D.贵州：贵州大学,2016.6 李长坤,吴波,牛灿等.灌装参数对活塞式灌装系统灌装效果影响的试验研究J.包装工程,2013，（17）：125-128.7 高德.包装机械设计M.北京：化学工业出版社2005.8 张国全，徐伟明，刘小静等.包装机械设计M.北京：印刷工业出版社，2013.9 孙智慧,徐克非，谷吉海等.包装机械概论M.北京：印刷工业出版社, 2007.10 黄颖为，王良文，赵美宁等.包装机械结构与设计M.北京：化学工业出版社，2013.11 濮良贵，陈国定，吴立言.机械设计M.北京：高等教育出版社，2013.12 孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理M.北京：高等教育出版社，2013.13 王德夫，姬奎生，韩学铨等.机械设计手册M.北京：化学工业出版社，2010.14 陈军阳.称重式灌装系统的应用J.机电工程技术, 2011, 7: 28-29+98.15 张德芹,徐世许,吴光强.基于PLC的定量灌装控制系统J.工业控制计算机，2014,8:127-128.16 张彩芹.浅谈流体食品智能生产线研发前景J.包装世界,2013(01):25-26. 17 肖世耀,李湘伟.FluidSIM-P在定量灌装试验台气动系统改进中的应用J.流体传动与控制，2015（05）：42-47.18 李明,李丽娟,杨松.全自动液体定量灌装机控制系统设计J.包装工程，2013,5:78-81+85.19张晶.食用油灌装机械的发展和现状J.无锡中粮工程科技有限公司 2013.07：63-67.20方弄玉,傅沈文,邹心遥等.基于Profibus-DP的液体灌装-装箱一体机设计J.计算机测量与控制,2015,23(09):3119-3122.21 De-sheng ZHANG,Wei-dong SHI,Bin CHEN,Xing-fan GUAN.Unsteady flow analysis and experimental investigation of axial-flow pumpJ Journal of Hydrodynamics, 2010, (2):35-43.22 ZHANG Tianxia, DONG Feng, YUAN Hao. Application of PLC for Arranging Bottle in Beer Filling Production LineJ.Tianjin Key Laboratory of Process Measurement and Control, School of Electrical Engineering and Automation Tianjin University, Tianjin 300072, China. 2012（6）1215-1220.23 Jaykumar Patel,Prof.Alpeshkumar Patel,Mr. aviprakash Singh.Development of PLC Based Process Loop Control for Bottle Washer MachineJ. Procedia，2014 (7)：365-371.- 50 -附录1：外文翻译PLC在啤酒灌装生产线上的应用张天霞 董锋 袁浩天津大学电气与自动化工程学院天津市过程检测与控制重点实验室，天津300072电子邮件：摘要为了使啤酒灌装生产线的操作自动化，高效化，需要优化各个分段的控制。安装瓶子是啤酒灌装生产线的第一个子部分。其控制功能的实现对整个生产线的顺利运行起着重要的作用。针对装配过程中自动控制问题，采用PLC（可编程控制器）技术实现控制系统结构和控制程序的设计。在控制系统的项目中，根据运行状态设计了作为关键部件的电机和电磁阀的功能。根据不同的操作，及时调整提高系统效率。同时，在监控运行状态和程序设计的基础上，对系统故障进行诊断，并进行适当的控制处理，实现了配置过程的自动化，高效稳定运行。关键词：啤酒灌装，安排工艺，控制系统，PLC1 引言PLC是一个工业控制设备，其核心是微处理器。它结合了传统的继电器控制系统和计算机技术，具有控制功能强，可靠性和稳定性高，抗干扰能力强，易编程，维护量少等优点。近年来，PLC在工业自动化控制，机电一体化和传统产业转型中得到了广泛的应用1-3。PLC在啤酒生产线上的应用可以显着提高自动化水平，提高生产效率4。根据啤酒生产的特点和要求，啤酒生产过程可分为两部分，一部分是啤酒酿造生产线的过程控制，包括糖化，发酵，过滤，稀释和储存。另一个是啤酒灌装生产线的运动控制。啤酒灌装生产线系统一般包括安装瓶子，清洁瓶子，灌装，压盖，贴标签，检测异物和包装。每个部分的技术要求可以根据相应的控制功能独立实现。作为整个瓶子灌装生产线的第一个子部分，布置瓶子部分对于保证整条生产线顺利运行起着重要作用。通过跟随由伺服电机控制的倾斜传送带1将啤酒瓶在料斗中的随机装载逐个分开，当瓶子到达传送带1的顶端时，它垂直落在主传送带2上，然后跟随传送带2到达传送带的端部。最后，机械臂抓住瓶子并将其翻转过来，然后将其装入下一小节（清洁瓶子部分）。在这个过程中，会遇到很多问题，例如堆放的瓶子的随机性可能影响传递速度；为了保证啤酒瓶位于传送带1的中部，防止瓶子掉落，需要检测并控制位于传送带1侧面的瓶子;落瓶速度和时间的控制问题；在下降过程中保证瓶子保持向上；机械臂的运动如何与下一小节配合；主输送机和落瓶之间的速度匹配等等。为解决安装瓶的工艺问题，采用PLC技术实现自动控制。它消除了繁重的体力劳动，提高了生产效率，降低了生产成本，大大提高了自动化水平，确保了安全稳定，并具有较强的操作性。2 控制系统的需求和结构为了构建整个生产线集中控制和监控的统一平台，需要设计整条生产线的结构。在这个结构中，每个子部分不仅独立地完成本部门的控制要求，而且还与整个生产线的其他部分进行沟通和协调。整个啤酒生产过程包括啤酒酿造生产线的过程控制和啤酒灌装生产线的运动控制。这两部分中的任何一部分都由一些不同的小节组成。每部分通过CC-Link现场总线连接，实现控制层和设备层之间的通信。主站通过以太网技术与计算机通信5。控制系统的结构如图1所示。啤酒酿造系统具有与啤酒灌装系统并行的控制系统结构。计算机可以通过以太网访问，监控和控制两条生产线的操作。以实现啤酒灌装生产线自动控制系统为例，分析介绍了灌装瓶的控制过程，因为其他子部分的控制功能的实现是相似的。图2中显示了排列瓶子部分的设备。图1控制系统的结构首先，瓶子由传送带1传送。在传送过程中，步进电机旋转并驱动凸轮以移动瓶子，以确保瓶子停留在传送带1的中间并防止他们从侧面滑倒。为了处理传送带1中瓶子太多或长时间没有瓶子的情况，伺服电机4控制和调节传送带1的速度。1-8：光电传感器; 9,10：电感式传感器; 11,12：步进电机;13：电磁阀1; 14：电磁阀2图2排列瓶子装置当瓶子到达传送带1的顶端时，它会落到传送带2上。在落下之前，根据瓶子的方向，换句话说，瓶子的底部方向和瓶子的顶部方向，电磁阀1打开或关闭，以控制气泵，使瓶子向上，向下捅瓶，保证瓶子向上倾倒。并且根据位于倾斜传送带1旁边的同一水平面上的两个光学传感器1和2的时间差已经检测并记录了瓶子方向。在下落期间，电磁阀2控制喷射装置，它安装在下落轨道的中间，向上吹，以减慢瓶子的速度并防止瓶子破裂。当传送带2开始时瓶子已经落下，并且另一瓶由传送带2的端部处的机械臂等待进入下一个子部分时，驱动传送带2的AC感应电机的速度，调整到较低，以便在第二瓶进入之前有足够的时间让第一瓶进入下一个过程。如果不是以前的状况，并且瓶子正在下降，则将交流感应电机的速度调整到中等。这是因为如果速度很高，当瓶子落到皮带2上时，瓶子会倒下。如果交流感应电机以中速运行1.5s，而没有检测到落瓶，则表示瓶子有落瓶信息被认为是错误的。发生这种情况可能是由于诸如人为因素等干扰使光电传感器5发出信号，这些信号错误地认为瓶子正在掉落。如果发生这种情况，或者瓶子已经掉落在皮带2上，或者没有出现在以前的情况，则将交流感应电机的速度调整到较高以加速工艺过程。当瓶子到达皮带2的末端时，它会卡在那里。 然后机械臂抓住瓶子并翻转，这是由三个伺服电机驱动的三个自由度。如果下一小节准备抓住即将到来的瓶子，机械臂将把瓶子放在下一小节的喷嘴上，然后返回起始位置准备处理下一个瓶子。 下一小节为捕捉即将到来的瓶子准备的信息来自作为主站的排列瓶子部分和通过CC-Link现场总线6的本地站清洁瓶子部分之间的通信。3 控制系统设计根据控制系统的操作要求，主要控制对象为伺服电机，交流感应电机，步进电机和电磁阀。用于配置瓶子的传感器包括光电传感器和电感式传感器。为解决这些设备的控制问题，主要依据各设备的控制功能来实现，应用PLC技术进行设计和实现。 配置瓶的控制器是PLC，包括CPU，定位模块，输入/输出模块，CC-Link通讯和控制模块，CC-Link输入/输出模块。 此外，控制系统包括伺服驱动器，步进电机驱动器，变频器等。在系统硬件连接期间，一些输入输出设备连接到PLC输入/输出模块，PLC直接与它们通信。一些输入和输出设备连接到CC-Link输入/输出模块，然后按照某种通信协议，CC-Link输入或输出信号7，以实现与PLC的通信。3.1 变量分配据技术要求，系统的设计需要分配PLC的输入/输出地址，内部继电器，数据寄存器和定时器，也就是软件组件的分配。 表1和表2列出了软件组件的分布情况。表1 输入/输出地址软组件功能X140光电传感器1确定瓶子方向并启动步进电机1X141光电传感器2确定瓶子方向并启动步进电机1X144光电传感器3启动步进电机1X146光电传感器4控制电磁阀2和戳瓶X147光电传感器5控制电磁阀2和吹瓶X20光电传感器6确定传送带2的开始X21光电传感器7确定下方传送带2的末端X26光电传感器8确定在上面传送带2的末端X143电感式传感器1步进电机1原点X145电感式传感器2步进电机2原点Y40逆变器启用Y46逆变器 前锋。Y47逆变器相反Y48逆变器高速Y49逆变器中等速度Y4A逆变器低速 Y4B逆变器停止Y161电磁阀1打开瓶子Y160电磁阀2吹瓶Y163步进电机驱动器1正转/反转Y164步进电机驱动器
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号