新式灌装机的设计与工程分析
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摘 要
在科学技术日益发展的今天，灌装行业越来越受到人们的关注。灌装行业的发展直接影响到液体灌装的精度，精准的灌装量不仅体现了灌装机械的发展水平，也是对消费者权益的一种保护。
本次设计的灌装机主要适应用矿泉水、果汁以及纯净水等无气液体的灌装，它具有操作简单、成本低廉及可批量生产等特点，可适用于一些中小企业的灌装生产。它的主要机构有一下几个：供料装置、供瓶装置、托瓶机构、瓶高调节装置以及灌装阀，此外，它的正常运转还需要靠传动系统的带动。它基本的设计方案是：灌装整体布局是呈立式、旋转型，由洗瓶器出来的瓶子通过传送带传送给供瓶装置，由它分瓶、送瓶给托瓶机构；灌装机的液箱内安装有灌装阀，阀头的喇叭口对准了每一个待灌瓶，液箱内的液体由供料装置供给，液体经供料装置供到液箱中，再通过灌装阀流入每一个空瓶内；待瓶灌满后，再由供瓶装置的星形拨轮拨到传送带然后传送出，运送到下一个工序。
本文从灌装机的基本理论、基本工作原理、基本工作结构以及传动部分的设计上作了阐述，并利用UG软件绘制三维图，从而更直观的反应整体效果。
关键词：灌装机；灌装阀；星形拨轮；传动装置；
目 录
摘 要III
AbstractIV
目 录V
1 绪论1
1.1本课题的设计内容和意义1
1.2本课题的国内外发展概况1
1.3本课题应达到的要求2
2 液体灌装机主体机构的方案设计3
2.1 灌装机的概述3
2.1.1 液体灌装机的分类3
2.1.2 液体灌装机的选择原则5
2.1.3 灌装的基本方法5
2.2 灌装机的总体方案6
2.3 灌装机的供料装置7
2.4 灌装机的供瓶装置8
2.4.1 螺旋限位装置8
2.4.2 星形拨瓶轮装置8
2.5 灌装机的托瓶机构9
2.6 灌装机的灌装阀10
2.6.1灌装阀的定量方法10
2.6.2 灌装阀的灌装原理12
2.6.3 灌装阀的密封13
3 灌装机传动部分的设计计算14
3.1 电动机的选择14
3.2 减速器的选择15
3.3 带传动的设计15
3.4 中心轴的设计18
3.4.1 中心轴的材料18
3.4.2 中心轴的安装19
3.4.3 中心轴的结构尺寸20
3.4.4 中心轴的计算21
3.4.5 轴上键的选择23
3.5 中心轴齿轮的设计24
3.5.1 齿轮的材料24
3.5.2 齿轮的计算25
3.6 锥齿轮的设计计算30
3.7 本章小结35
4 灌装机的设备调试与维护36
4.1设备调试36
4.2设备维护36
5 结论与展望38
5.1结论38
5.2不足之处及未来展望38
致 谢39
参考文献40
1 绪论
1.1 本课题的设计内容和意义
食品包装是生产生活中必不可少的一个环节，其中液体饮料的灌装占据了很大一块市场。它在人们的生活中占据的地位的提高，也带动了灌装机械的发展。灌装机作为液体包装的主要设备，它的研究水平近年来也随着科技的发展，也有了很大的提高。
近半个多世纪以来，随着人们生产与流通日益社会化、现代化，灌装行业正以崭新的面貌为人们所重视。在国内外，灌装产业已涉及各行各业，对人们生活、国家经济以及国防建设都有深刻的影响，甚至在现实生活中出现了过去难以想象的新场景，灌装机的出现使液体的灌装过程更加方便、快捷，更加自动化。
我国饮料、乳品、啤酒市场得到长期发展的同时也带动了包装机械业的飞速发展。自从上世纪80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。目前，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]。
灌装是食品生产中重要的环节，而矿泉水及其他无气液体饮料在人们的生活中占据了重要的地位，从而也带动了灌装机械的发展。本设计是针对矿泉水、果汁等无气饮料的灌装设备的设计，它的主体部分包括6大部分：供料装置、灌装阀、托瓶机构、供瓶装置、瓶高调节装置以及进出瓶装置，其中进出瓶装置又包括进瓶螺旋限位装置、进瓶拨轮装置以及出瓶拨轮装置。除主体部分外，还有传动部分，本设计主要对进出瓶装置以及传动部分的计算及校核，使之能够符合工作要求，满足生产需要。
大量事实表明，实现灌装行业的机械化和自动化，尤其是实现高度灵活的自动包装线，不仅体现了现代生产的发展方向，同时也可以获得巨大的经济利益。
(a)能增加品种花色，提高产品质量，增强市场的竞争能力；
(b)能改善劳动条件，降低环境污染，改善生活质量；
(c)能节约材料，降低成本，增加材料的利用率；
(d)能提高生产效率，加速产品的不断更新换代。
1.2 本课题的国内外发展概况
灌装方法的产生源自于人类开始采用容器盛装液体以后。19世纪末到20世纪初之前，人们通常使用水罐或水杓的方法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，美国的Horix、Kiefer和U.S.BottLers等三家公司开始制造容器灌装的机械装置。第一台商业型灌装机是由美国一家名为Kiefer公司制造的，Horix公司也在1920年首次制造了一款重力灌装机，被用于灌装番茄酱，时至今日这家公司仍生产灌装机。20年代初这几家公司着手生产回转式灌装机，其中U.S公司制造纯真空灌装机。20世纪以来，灌装机械工业迅速发展，那时灌装的速度取决于人工将瓶子对准灌装阀，等待瓶子灌完所需的时间。今天，回转式自动灌装机的生产能力己达每分钟2000瓶。
我国在解放前夕几乎没有灌装机械，灌装生产绝大部分处于手工操作阶段，非常落后。之后的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、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[1]。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。
当今灌装机械制造水平的发展水平体现在灌装阀核心技术的发展水平上：从旧时重力灌装到如今先进的抽真空等压灌装、从以前平面阀密封结构到现在锥形阀密封结构。这些变化都体现了世界技术的进步与发展。我国灌装机械制造产业，经历了仿制、引进别国技术、消化吸收、自主创新、开发的过程，技术进步及创新开发的速度变快了，而且在不断缩小与国外先进技术之间的差距。
现代灌装技术的目标是追求自动化、高效、精确。精确的灌装量，灌装过程的高速、可靠，尽量小的液损，以及整条生产线的最优化控制，都由于电子技术的实际应用而成为可能。电子灌装阀灌装技术迅速发展是大势所趋。目前国外灌装机使用的电子阀有三种形式：探针式（液位传感器）电子阀、配置电磁流量计的电子阀、配置定量筒的电子阀。我国一些灌装设备制造厂也在开始研制适合中国国情的电子阀灌装机，但电子阀灌装机在我国的推广使用受到国产包装容器几何形状精度不高和电子器件水平的制约。
1.3 本课题应达到的要求
随着灌装机械竞争加剧，未来灌装行业将根据产业自动化趋势，朝着自主研发技术、高速包装机等方向进行，在技术发展上正朝着以下方向发展：
（1）机械功能多元化。工商业产品已趋向精致化及多元化，在大环境变化下，多元化、弹性化且具有多种切换功能的包装机各种方能适应市场需求。
（2）结构设计标准化、模组化。充分利用原有机型模组化设计，可在短时间内转换新机型。
（3）控制智能化。目前包装机械厂家普遍使用PLC动力负载控制器，虽然PLC弹性很大，但仍未具有电脑（含软件）所拥有的强大功能。未来包装机械必须具备多功能化、调整操作简单等条件，基于电脑的智能型仪器将成为食品包装控制器的新趋势。
（4）结构运动高精度化。结构设计及结构运动控制等事关包装机械性能的优劣，可通过马达、编码器及数字控制（NC）、动力负载控制（PLC）等高精密控制器来完成，并适度地做产品延伸，朝高科技产业的包装设备来研发[2]。
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