稠厚物料灌装机构设计

III 摘 要 液料物料（简称液料）灌入包装容器的装置叫做灌装机或灌装设备。液料依自重即能灌入包装容器如油、酒、果汁、牛奶、酱油、墨水、糖浆、农药等；也有的需要借助外界压力才能灌入包装容器，如番茄酱、肉糜、牙膏、香脂等。对于低粘度液料，根据是否溶解有二氧化碳气体而分为含气和不含气两类。对于含气液料，习惯上将不含酒精成分的，如汽水，可口可乐、矿泉水等，称为软饮料，而将含有酒精成分的分为如啤酒，汽酒、香槟酒等称为硬饮料。液料包装容器主要有玻璃瓶、金属灌，以及用塑料或柔性复合材料制成的各种杯、管、瓶、 袋等。在我国目前仍广泛采用玻璃瓶装各类液料。这是因为，玻璃原料资源丰富、成本低、化学稳定性好、贮存期长，无毒、易清洗，可回收使用，尤其适合包装高档商品。而其主要缺点则是较重、破碎率高、搬运不便。因此，今后宜大力发展轻量瓶及液料软包装。采用铝质二片罐和铝质瓶虽能较好地克服玻璃瓶所在的缺点，但是它制造工艺复杂，成本高，在国内暂时难以迅速推广。至于塑料容器，如聚氯乙烯瓶，因含有毒性的氯乙烯单体，不宜用作食品包装容器，而聚乙烯或聚丙烯容器因其阻气性较差，也不宜灌装含气的和易氧化液料。现今，正致力于研制新型包装材料， 如聚酯瓶、共挤复合瓶、复合包装盒等。 采用机械化的灌装方法不仅可以提高劳动生产率，减少产品损失，保证包装质量而且还可减少生产环境和被灌装液料的相互污染。 关键字 ： 灌装 ； 番茄 ； 机械化 IV Abstract Liquid material (or liquid) device into containers called filling machine and filling equipment. The liquid material according to the weight can be poured into containers such as oil, wine, fruit juice, milk, soy sauce, ink, syrup, pesticide； others need the help of outside pressure can be poured into containers, such as tomato sauce, minced meat, toothpaste, balsam. For low viscosity liquid material, according to whether the dissolved carbon dioxide gas into gas and free gas two. With the gas liquid, habits, non-alcoholic ingredients, such as Coca Cola, soft drinks, mineral water, known as soft drinks, and alcohol component is divided into such as beer, champagne, sparkling wine, called hard drinks. Liquid packaging container glass bottles, metal irrigation, and a variety of cup, made of plastic or flexible composite tubes, bottles, bags etc. In China is still widely used in glass bottles of various liquid materials. This is because, glass raw materials rich in resources, low cost, good chemical stability, long storage period, non-toxic, easy to clean, recyclable use, especially suitable for luxury goods packaging. But its main drawback is heavy, high crushing rate, inconvenient transportation. Therefore, in the future to develop light weight and liquid soft package. The use of aluminium two cans and aluminum bottle can effectively overcome the shortcomings of glass bottles, but its complicated manufacturing process, high cost, the temporarily difficult to spread quickly. As for the plastic containers, such as bottles for PVC, vinyl chloride monomer containing toxic, should not be used for food packaging containers, and polyethylene or polypropylene containers for its gas resistance is poor, not filling gas and easy oxidation liquid. Today, is committed to the development of new packaging materials, such as polyester bottle, bottle, co-extrusion composite packaging box. The filling mechanical method not only can improve labor productivity, reduce product loss, ensure mutual pollution packing quality but also reduce the production environment and is filling the liquid material. Keywords: tomato； paste ； machine V 目 录 摘 要 . III Abstract . IV 目 录 . V 1 绪论 . 1 1.1 本课题研究的内容和意义 . 1 1.2 国内外的发展概况 . 2 1.3 本课题应达到的要求 . 3 2 总体方案设计 . 4 2.1 主要组成结构 . 4 2.2 主要技术参数 . 5 2.3 工作原理与工作过程概述 . 5 2.3.1 稠厚物料灌装机的工作原理 . 5 2.3.2 稠厚物料灌装机的主要工作过程 . 8 3 灌装和基本参数计算 . 11 3.1 灌装 . 11 3.2 灌装机的总体结构 . 11 3.1.1 灌装方法 . 11 3.1.2 定量方法 . 13 3.1.3 灌装机基本参数计算 . 13 3.1.4 阀端孔口流量计算 . 16 4 关键零部件 . 18 4.1 阀门的启闭形式 . 18 4.2 活塞行程调节装置 . 22 5、灌装机密封、清洗、润滑 . 24 5.1 灌装机的密封 . 24 5.2 关键零部件的密封 . 24 5.3 灌装机的清洗 . 25 5.4 灌装机的润滑 . 25 6 结论与展望 . 27 6.1 结论 . 27 6.2 不足之处及未来展望 . 27 致谢 . 29 参考文献 . 30 附录 . 31 稠厚物料灌装机构 1 1 绪论 1.1 本课题研究的内容和意义 近 50 几年 来，随着生 不断促进扩大再生产 化、 世界 化，包装 机械 正 在 以 非常 新的面 孔口 崛起，得 到 广大老百姓极大 的 片偏爱 。 现 在 包装 机械 的基本含义：对不 一样产 量的 物 品，选用某 一样 有 安全 性、装饰性的 机械包装 物料 或容器 的包装 ， 而且要运用合理 的 科技 手段 进行 包装 工作 ，以 满足应该达到 的 产量量和质量， 另外想 法改善外部 的工作 结构，降低 机械的包装 成本，从而 在流通 领域零售领域的 一段 过程 可以非常轻松 储存搬运， 以防物品 品破损变 坏 ，不 破坏 环境，不断促进扩大再生产促进 增加 再生产便于应用和回收废料，有 大市场 ，广开 市场 ，不断促进扩大再生产促进扩大再生产。 无论国内国外，包装 机械 工作已经涉及到 世界各种行 业，面广量大，对 老百姓 的生活、国 家 贸易 国家 建设都带来 特别大 的影响，甚至在现 在老百姓 生活中出现了过去 特别难以 想象的新情况 :没有 经包装 机械销售 的商品变的越来越少， 并 且 机械 包装上的 不好 往往会使好的产品得不到 好 的销售。 所以 这样说，在 未来 ， 要是 没有 特别世界 化的 机械 包装就没有商品的生产和 销售，可是 要是 没有先进 工科 的和科学 先进 技术的 快 发展，也不可能出现 特别 高 质量 现代化 机械 包装。 迄今，一些技术 特别 发达的国家，在食品，医药，轻工，化工，纺织，电子，仪表，和兵器工业部门，已经 在很大 程度不同的 构成 了由 物料加工 处理，中间 生产 加工和产品 机械 包装三大 重大基本 所 构成 的包装连续 不断 化和自动 生产 化生产 的 过程，有的还将包装材料加工，包装 的 容器成型 以 及包装 机械 成品储存都 连接 起来 构成特别 高 的 流水作业 生产 线 ，另外 ，为使包装 机械 成品更好地 融进市场 ，大多 数 配有自动化 的 仓库，并采用 了 集装箱 的 运输。 特别的 事实 显示 ， 能让 包装 机械 的 生产 化和 电动 化，尤其实现具有高度灵活性（或称柔性）的自动化包装线，不仅体现了现代生产的发展动向，同时也获得巨大的经济效益。 1、能增加花色品种，改善产品质量，加强市场竞争能力。 现代 机械 包装所能完成的 劳动动 已经 特别大 远远超出了简单地 仿照老百姓 的动作，甚至可以说在 许多 场 所 用巧 和 的机械 老大 方法包装出来的 产 品，不论在样式，质地精度等方面，大 部分是 是 人 工操作 没有办 法 取胜 和 相当 的。随着 产 品的 不一 样化，这 各方面 越来越 受到 了老百姓 的 看中 。另 一方面 ，用机械手代替人手，就足以最大限度地避免操作人员同 产品直接接触时可能产生的感染，从而保证食品、药物的清洁卫生和金属制品防锈防蚀。 2、能改善劳动条件，避免污染危害环境。 对有剧毒、刺激性的、低温、潮湿性的、爆炸、发射性的，以及必须放置在暗室中的物品，实现了包装的机械化和自动化，便可大大改善操作条件，避免污染危害环境。至于对需要进行长期、频繁、重复的以及其他笨重的包装工作，如能实现机械化自动化，则能大大减轻体力劳动强度，增进工人健康和提高生产效率。 3、能节约原材料、减少浪费、降低成本。 有些粉末、液体物料在手工包装过程中容易发生逸散 ，起泡，飞溅现象，若改为机械包无锡太湖学院学士学位论文 2 装则会大大减少损失。 4、能提高生产效率，加速产品的不断更新 机械包装的生产能力往往比手工包装提高几倍，几十倍，无疑将是更好的适应市场的实无锡太湖学院学士学位论文 2 际需要，合理安排劳动力，为社会创造更多财富。 由此可见，实现包装机械化和建立现代包装工业，乃是关系到国家长远规划的一件大事，也是搞好社会主义四个现代化的一项重要内容。 包装机械的主要特点及发展方向：包装机械给有关行业提供必备的技术装备，以完成所要求的产品包装工艺过程，为了对包装机械的产生和发展找出规律性认识并 制定适当的政策，有必要深入了解它的一些特点。大学时光，悄然逝去。在这几年年中，我不仅学到了自己需要的知识，同时也提高了自己的能力。但是，学到的很多东西毕竟仅仅都是书本上的理论知识，显然和实际有很大的差距。通过这次的毕业设计，我可以将自己所学到的理论知识更好的与实际相结合起来，从中能够锻炼我的思维能力，同时也是对这些年所学知识的一个综合的运用，同时也为将来要从事的职业打下良好的基础。 毕业设计同样也是大学四年最关键的一个教育环节，在这次毕业设计中，我要能够灵活、系统地运用所学知识，提高自己分析问题、解 决问题的能力，培养认真、严谨的学习作风和吃苦耐劳、一丝不苟、严谨的治学态度。同时，也使自己更加熟练的掌握如何查阅国内为有关的技术资料和文献，从中学会调查、收集、整理比较有价值的资料，在保留同类产品优点的同时，运用新技术、新工艺、新资料、新材料、大胆创新，以弥补同类产品的不足之处，使产品趋于更合理、更先进、更优化、更具有使用价值和良好的经济效益。 1.2 国内外的发展概况 包装机械工业的展望：在世界范围内包装机械工业发展的历史相对比较短些，科学技术相对发达的欧美各国大体上是本世纪初叶起步的，及至 50 年代发 展的更快。由于社会上积极推动和有力配合，终于逐步地建立起包装材料、包装印刷、包装机械等生产部门与之相适应的科研，设计、情报、教育、学术，管理等组织架构，从而形成了独立完整的包装工业体系，且在整个国家经济中占重要地位。 根据近几年统计资料得知，这些国家包装工业的总产值大约占国民经济总产值的 2%左右；其中包装机械占比不大，但是它的发展迅猛。 美国的包装工业发展比较早，门类齐全，基础扎实，水平很高，仅就包装机械制造业而论，实力相当雄厚，其品种与总产值均据世界首位。由于国内以实现了工业现代化，自选 市场蓬勃兴起，客观上要求包装机械沿着自动化发展，并将电子及其他技术广泛应用。 日本的包装工业大体上是从第二次世界大战结束后才开始发展起来的。因善于引进、模仿、创新、经营，仅用十余年时间就奠定了初步基础。如今，日本以建立起独立的包装工业体系 德国的包装机械工业也非常的发达，现拥有几家堪称世界在最大规模的包装机械制造厂，其包装机械工业仅次于美国，但每年出口总额却比其他国家摇摇领先。还值得强调的是，它同意大利、法国、瑞典、瑞士等国一样，能够密切结合本国的具体条件实现按机种的专业化生产，以利于充分发 挥各自的优势研制高效能的新型包装机来加强实力竞争。例如德国药品、酒类、日用化品包装机都受到国际青睐。 中国也有着悠久的包装历史。我国劳动人民对包装的发展曾做出许多杰出的贡献特别是防腐包装，防震包装和礼品包装更带有民族传统特色，一直延续至今。可是中国包装起步较稠厚物料灌装机构 3 晚，解放前只有少数啤酒厂、汽水厂、罐头厂、卷烟厂才配备一些包装机械，到了五十年代开始引进仿照，形成小规模的生产能力。进入 70 年代，主要由于对外贸易的促进带动了整个行业向自成体系方向的发展。 1980 年中国技术协会成立，不就包装总公司也诞 生。此后，在国内举办了包装展览会，学术研讨会，还出版了我国有史以来第一步包装年鉴，及其他包装书刊，这一切标志着中国开创一个崭新的包装历史时期。 近 很 多年来 中国政府 采用一系列 特别好的 政策， 以前 有 很好 计划的 再 造 以 前 遗留 下来的特别 旧 的机械 设备， 并且 采 用 引 来研发 相 陪 合的 方 法， 慢慢 提高 中 国 机械 包装的生产 质量 ，使广大老百姓 人 幸福 的是通过 整个机械 行业大 整 合，以 获得非常好的 成绩，至今全国已出现一大批 机械包装 制造 研发 企业和科 教 、设计 院 、 生产 单位。新 研发出来 的有一些 机器 有的开始面向 国外 出口。 并且 的 国家 教育部 已 经 明确 说了 ，将 机械包装 工程专业列入全国高等 教育 教科书，为正规培养本科包装 专业 专门人才创造 特别好的 条件。 今后运用的系统工程观点，进一步统筹规划，分工发展食品、农副产品、还须抓好包装材料加工与成型机械、包装检测装置以及包装机基础件的生产，并且充分利用现有条件全面开展产品的系列化，零部件的通用化和标准化工作，以加速包装机械跟新换代的步伐。 然而从全局看，我的包装工业同国际的先进水平相比依然存在着明显的差距，而且是国民经济中较为薄落的环节。为尽快改变这种面貌。 1.3 本课题应达到的要求 坚持从细节出发，在不断纠错中前进，本课题中主要解决的问题是对灌装阀材料的选择，对数据的整合，对所需零件的选择，对图纸的设计，三维图的整理，一步一步做，不怕出错，在老师指导下一定可以顺利完成，不仅使加工的零件尺寸精度达到图纸要求，这个课题不仅仅是一次毕业设计，更是人生的一段宝贵财富，通过这次设计，在对自己四年专业知识检验的同时也对自己未来的人生发展有重要的意义，做到独立思考，勤奋努力，通过这次毕业设计，更要做好总结，对未来的发展起到了很重要的借鉴作用，最后希望自己通过这次设计能顺利毕业，拿到学位，对自己学生时 代画上一个圆满的句号 确定设计方案，确定灌装阀的技术参数，电机参数的确定，灌装速度，灌装精度，活塞行程调节装置如何调整长度，在选择灌装阀口径方面，为了防止滴料，提高灌装精度，合理地设计了灌装阀口径， 输液管尺寸的确定从储液槽到到灌装机贮液箱的的输液管路一般均用圆管敷设。设计时，首先要合理选择它的内径和壁厚，圆管壁厚一般根据它的耐压和耐腐蚀等条件，按标准规格选定，其次还有灌装阀的设计，自由度的计算，平面四杆机构的设计与选择 ，以及运用， 另外设计的重要任务是使得灌装阀口径能够优化，不要影响灌装的精度。定量的方法有 3 种 定量的方法，其他相关的说明，用二维完成装配图，用 UG 三维完成部分零件图，相关参数的优化。 无锡太湖学院学士学位论文 4 2 总体方案设计 2.1 主要组成结构 图 2.1（稠厚物料灌装机构） 稠厚物料灌装机构用于软质稠厚物料（如肉糜等）的压力定力灌装。物料由供料泵通过管道送来，经稳压装置恒压控制后通过管道送来，经稳压装置恒压控制后通过灌装旋塞的定量和通道变换，由充填阀灌入包装容器。灌装量可通过活塞行程装置调整。 灌装精度： +-0.30% 灌装速度： 100 灌 /分 灌装量： 0-500 克 液体物料灌入包装容器内的装置称为 灌装机或灌装设备。 液料以自身的粘度的不同，有的借助自重既能灌入包装容器，如油、酒、果汁、牛奶、酱油、墨水、糖浆、农药等，也有的需要借助外界压力才能灌入包装容器，如番茄酱，肉糜，牙膏，香脂等等。对于低粘度液料，根据是否溶解有二氧化碳气体分为含气和不含气两类。对于含气液料习惯上将不含酒精成分的，如汽水，矿产水、可口可乐等，称为饮料而将含有酒精成分的，如啤酒、汽酒、香槟酒等，称为硬饮料。 液体包装容器主要有玻璃瓶、金属灌，以及用塑料或柔性复合材料制成的各种环、管、瓶、袋等。我国目前仍广泛应用玻璃灌装各类 液料。这是因为，玻璃原料资源丰富，成本低，化学稳定性好，储藏期长，无毒、易清洗，可回收使用，尤其适合储藏高档商品。而主要缺稠厚物料灌装机构 5 点就是则较重破碎率高，搬运不便。因此，今后宜大力发展轻量瓶及液料软包装。采用铝制二片灌和铝制瓶虽能较好的克服玻璃所存在的缺点，但是它制造工艺复杂，成本高，在国内暂时还难以迅速推广。 采用机械化灌装的方法不仅可以提高生产效率，减少产品损失，保证包装质量，而且还可减少生产环境与被灌装液料的相互污染。 它整体上有活塞行程调节装置，定量灌装阀、充填阀。 2.2 主要技术参数 表 2-1 主要参 数表 2.3 工作原理与工作过程概述 2.3.1 稠厚物料灌装机的工作原理 稠厚物料灌装机用于软质稠厚物料（如肉糜等）的压力定量灌装。物料由供料泵通过管道送来，经稳压装置恒压控制后通过管道送来，经稳压装置恒压控制后通过灌装旋塞的定量和通道来变换，由充填阀灌入包装容器。灌装量可通过活塞行程调节装置调整。第一幅图是摇杆机构，图中由液压缸带动杆的移动导致摇杆摆动致使滑块进行滑动，滑块就在图中相当于 齿条，再由齿条带动齿轮进行转动，在看第二幅图中由于通过活塞 5 往复移动和旋塞 8 的下部通道送出。其进出过程是交替进行的。灌装量受活塞往复进行控制，旋塞 8 的下部通道送出。其进出过程是交替进行的。灌装量受活塞往复控制的，旋塞 8 的转动则受齿条 2 控制。由于旋塞是竖着的，所以侧隙均匀，操作稳定。物料由上部阀进来， 项目 参数 生产率（ kg/h） 4 20 灌装的容积（ L ） 1.75 灌装的产量（ kg） 24 物料的粘度（ Pa s ） 330 10 机器的大小 (mm) 1 0 9 6 7 7 3 5 0 0 圆管内径 (mm) 30 阀端口流量（ m/s） 10 电机（ W） 1.75 物料的密度 (KG/ 3m ) 31.30 10 无锡太湖学院学士学位论文 6 图 2.2(定量灌装图 1) 上部的阀口与这个活塞缸对接，此时那个下部阀是被旋塞套给封住，物料不能从下面的阀出来，这个整个过程就如同下图所示，这个过程就收相当于物料从上部阀进来，正好旋转到上部阀与活塞缸对口，物 料进去，而正好旋塞套转到下部阀口，套住了，物料不能下去，然后挤压把活塞缸的物料挤出来，此时再转动活塞缸与下部阀口对接，而旋塞套把上部阀口关闭，如此依次循环下去。 稠厚物料灌装机构 7 图 2.3(阀相似 )图 无锡太湖学院学士学位论文 8 图 2.4（定量灌装图 2） 这个是个摇杆机构，由气缸带动摇杆摆动从而带动连杆，使那个滑块即齿条进行移动，从而带动齿轮转动。 2.3.2 稠厚物料灌装机的主要工作过程 活塞行程调节装置是一种具有可移支点的曲柄摇杆机构。当带有心轴的螺帽 3 被锥齿轮1 通过螺杆 2 带动向下移动时，活塞轴 6 的轴向位移量逐渐加大，即活塞 行程增加；反之，则位移量逐渐加大，即活塞行程增加；反之，则位移量逐渐减小，即活塞行程减少。在曲柄带动摇杆 7 摆动时，由于活塞轴 6 的轴心线只能轴向来回移动，所以摇杆 7 除了绕螺帽 3 上心轴回转外，摇杆 7 的两侧还沿滑块 4 的两侧作上下滑动。 稠厚物料灌装机构 9 图 2.5（活塞行程调节装置 1） 无锡太湖学院学士学位论文 10 图 2.6(活塞行程调节装置 2) 1、锥齿轮 2、螺杆 3、螺帽 4、滑块 5、轴套 6、活塞轴 7、摇杆 8、连杆 由曲柄带动连杆，这个锥齿轮转动带动螺杆向下移动，调整活塞杆的行程大小来改变灌装的多，完成整个过程。 稠厚物料灌装机构 11 3 灌装和基本参 数计算 3.1 灌装 将液料灌入包装容器内的装置称为灌装机或灌装设备。 液料依自身粘度 的 不同，有的借助自 身的 重 力 既能灌入 机械包装 容器内，如油，酒、果汁、酱油、墨水、糖浆、农药等；也有的需借助外界压力才能灌入包装容器，如番茄酱，肉糜，牙膏，香脂等。对于低粘度液料，根据是否溶解有二氧化碳气体而分为含气和不含气两类。对于含气液料，习惯上将不含酒精成分的，如汽水、矿泉水、可口可乐等，称为软饮料，而将含有酒精成分的，如啤酒、汽酒、香槟酒等，称为硬饮料。 液料包装容器主要有玻璃瓶、金属灌，以及用塑料或柔性复合材料制成的 各种杯、管、瓶、袋等。在我国目前还是广泛采用玻璃瓶灌装各类饮料。这是因为，玻璃原料资源丰富、成本低、化学稳定性好、贮藏期长，无毒，易清洗，可回收使用，尤其适合包装高档商品。而其主要缺点则是是较重，破碎率高，搬运不便。因此，今后宜大力发展轻量瓶及液料软包装。采用铝质瓶虽能较好的克服玻璃瓶所存在的缺点，但是它的制造工艺复杂，成本高，在国内暂时难以迅速推广。至于塑料容器，如聚氯乙烯，因含有聚氯乙烯单体，不宜用作食品包装容器，而聚乙烯或聚丙烯容器因其阻气性差，也不宜灌装含气的和易氧化的液料。现今，正致力于研制新型 的包装材料，如聚酯瓶、共挤复合瓶、复合包装盒等。 采用机械化的灌装方法不仅可以提高劳动生产率，减少产品损失，保证包装质量，而且还可减少生产环境与被灌装液料的相互污染。 同时灌装机属于包装机械范畴，它的种类繁多，结构复杂。但通过对其工作原理和结构性能的分析，基本都由八个部分组成的，又称为包装机械的八大组要素。它们是机身、控制系统、动力机和传动、成品输送机、主传送系统、被包装物品的计量、包装材料的整理与供、包装执行机构。 3.2 灌装机的总体结构 根据包装容器的传送形式，灌装机可分为 “直线型 ”，和 “旋转型 ”两种 。前者，包装容器沿直线做周期性的间歇移动，在停歇时完成灌装，而后者，包装容器绕圆周做等速回转运动，同时进行灌装。 3.1.1 灌装方法 由于液料的物理化学性质各有差异，在灌装时，有着不同的灌装要求。液料由贮液装置（通常称为贮液箱）灌入包装容器常采用如下几种方法。 1、常压法灌装 常压法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。常压灌装工艺过程为： 1）进液排气，即液料进入容器，同时容器内的空气被排出； 2）停止进液，即容器内液料达到定量要求时，进液自动停止； 3）排出余液，即排 出器管中的残液，该过程对排气至贮液箱上部气室的那些结构是必需的。 常压法主要用于灌装低不含气的液料，如奶、白 颜色的 酒、酱油、药水等。 无锡太湖学院学士学位论文 12 2、等压 的方法 法灌装 等压 的方 法灌装利用贮液 的 箱 体 上部气室的压缩 了 空气，给容器 内 充气，使 它们两个内部 的压力 几乎 相等，然后 正在 被灌装 的 液料靠自 己 重 力 流入 这个包装 容器内 部 。等压 法 灌装的工艺为： 1)充气 的 等压；