（机械工程专业论文）粘液灌装生产线设计.pdf

籀要 摘要 该生产线是我公司自主研制、开发的生产量为6 0 0 0 瓶时( 6 0 0 毫升) ，离效全自动 液体包装生产线。它由灌装机、拧盖机和理盖机三部分组成，能够实现包装瓶的自动分 瓶输送、灌装，瓶箍的自渤整理擗队、送盆、取盏、拧盏簿操作功能。它生要用予牵占度 较高的瓶装液体和膏体始包装，如：洗发露、沐漆露、润肤露、跟霜等塑料瓶、玻璃瓶 等容器的濑装和拧盖包装煞：产。如果对灌装阀进彳亍略微改造即可进行矿泉水、白酒、黄 溪、蘩莓潞秘药水等援旗壤不含气液传的嵩耪度镶装。它越在消化吸收发达国家多种网 类机型的藏础上开发研制的成果。该生产线也是国内首创产品，生产产量高，灌装精度 达0 3 篱，狞盖次潞率低予0 2 ，蠢徐络魄国癸溺类产燕低，毽嚣在我墓骞缀努豹市场 前景。 由于该生产线的灌装枫和拧盏枕为相互独立部分，两生产中又要求灌装工位和拧盖 工位的生产节拍同步，所以采用一个动力源的简单可靠的机械传动机构，代替了常规的 缺点较多的难于调节的双动力源传动机梅、以及技术难度较高的伺服传动税构。 在灌装极上采用了旋转压力活塞式灌装概念、摆动凸轮的精确灌装量调节技术、先 进的随动灌装工蕊以及简洁的灌装阀设计。在拧盏机中我们首创了技术含董较高的磁力 气动拧菱头，帮新鬏豹三速行星轮系瓤毒奄等。这臻都在该受产线上褥到了其髂豹应用。 关键词：避瓶螵杼；灌装润；拧羲头；行星轮系；传凌畿；拯矩；磁琢 。 ，釜童塞点奎耋矗蓬鎏耋塞羹鎏塞 i a 露s t r a 絮 t h ea u t o m a t i o np a c k i n g j i 邓姑p r o d u c t i n e 蛾濑6 0 0 0 斑( 6 0 0 r a l o u t p u ti sd e s i g n e d 姆 o r rc o m p a n y , t h ep r o d u c tl i n e c o n t a i n sf i l l e r m a c h i n e ，s c r e w i n gc a p sm a c h i n e8 瘸 u n s c r a m b l eb e r t | o sc a p sm a c h i n e t h e r e8 猕t h ef a n c t i o i lo fs e n d i n ga n df i l l i n gb o t t l e s , 地s c r a m b l i n gs e n d i n g , g e t t i n g s c r e w i n gc a p sw i m a u t o m a t i o n t h ep r o d u c tl i n em a i n l y p a c k 撼g hv i s c o u s i 删da n d c f e a n li np l a s t i ca n d 黎a s sb o t t l e s ，s u c h 鞋ss h a m p o o , b a t hl o o o n ，嫩遮 l o t i o na n de y e 瓣，i f 煎l l e tv a l v e sa r ec h a n g e d , i tw i l lp a c km o b i l e l i q u i dw i t hn og a ss u c ha s m i n e x a lw a t e r s ，a l c o h o l ，y e l l o w 憾，氇eg r a p ea n d l i q u i dm e d i e i r 撼t h i sl i n e 逸o u tf r o m s t a d y i n gm a n yf o r e i g ns i m i l a rm a c h i n e s 髓瓣p r o d u c t l i n ew i t hh i g ho u t p u t , q u a l l t ) ；鼬+ 3 p r e c i s i o n , o d aw a s t e r r a t i oa n dl o w 酾ei s 镦蠛ym a d ei nc h i n a , t h em a r k e to u t l o o ki sg r e a t i nf u t u r e b e c a u s ef i l l e rm a c h i n ea n ds c r e w i n gc a p sm a c h i n ea r ei n d e p e n d e n ta n dp r o d u 髓t i m ei s n e e d e dp h a s es 辩c h r o n i z a t l o ns o 撬d r i v em o t o ri sa d o p t e d 黼as i m p l em a d t i n es m 辩t u r e k n s t e a do f d o u b l e - m o t o r sm a c h i n es 娥| c t u r ew i t hd i f f i c u l ta d j u s t i n ga n ds e l w os y s t e m s t l t i c t l t r e 帮 堍艇馥t e c h n o l o g y t h e r ea r ed e s i g no fr o t a t i n gp r e s s u r ep l u n g e r , p r e v i s i o nf i l l i n g 譬搬畦姆瑙u s t n go f w i g g l ec a m , a d v a n c e d f o l l o wf i l l i n gt e c h n i c sa n ds i m p l ef i l l i n gv a l v ew h i c h a r ea l tu s e di nt h e f i l l e rm a c i “d n e 。t h e m8 糟s c r e w i n gc a ph e a do fm a g n e t i c 掘斌g a sp o w e r o f h i g ht e v l m o l o g y a n d h r e es p e e dp l a n e 缎* yw h e e ls e r i e ss t r u c t m 蟹a l lt h a t a r eu s e di nt h e p r o d u c t l i n e t k e yw o r d s ：i n f e e d s 0 1 w ；f i l l e rv a l v e ；s c r e w i n gc a ph e a d ；p l a n e t a r y w h e e l s e r i e s ； t r a n s m i s s i o nr a t i o ；i r 船m e r r t ；r c 撼g n e t i s mr i n g 嚣 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名：彳笱岛呜 日期：口多年_ ) 月尹日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于f 不保密a 。l ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名：穿匆玉碜日期：。，年7 月争日 导师签名：等厚尹州己 日期：细；年7 月亨日 燮丝篓 。 第一章绪论 ； 毽装褫械行缝发震现状 行数静缀务领域主簧蹙毽装工数、食熬工蛰、袭戮产熬深热工互邋、俄妆繇王垃、 溪菸王、韭等e 跃翅璐寒，我溪惫装裁城行数较薄弱，影不戏溪摸秘密乎，致使我霹趣包 装缀辘z 照秘攘荚王照发熙缓漫。 菠蘩开羧驭浓，糖饕各稽备娃黪逐逮发麓，襞溪豹毽装王簸、蜜鑫王鼗、度裁产鑫 深麓王鼗、纯液菇王照、疆蕊工黢等聚餐了鬟天瞩鑫豹发展，产赫瑟释蓐l 数爨不赣瑾旋， 产蒸蔟羹帮簸本浓警苓鼗箍凑，使镪装鞔壤静照袋魏塞接舞键懿天涎生活藤整激务，淹 毽装工照、食黠王簸、农瓤产藏深鸯g 工互效、纯妆晶工渡、强懿王漩等激努，瑰已溅为 我国枫城王妲卡太产照之一。弱对，我灏毽装王堑、食灏工避、农粼产燕漾热工王魏、 亿妆蕊z 渡、医药王选镰持续快速滟发溪，肄爨爨爨软举联罐长，人民爨滚水平瓣不瑟 援糍，又必毽装椒域露数懿发震提供了广阏麴磷酾，缝该嚣数成为溺爱缀游发袋瓣个 热蕊领域。 鼗鞠霞装撬攘纷建，在经蘑了七十帮拽建梦，卡颦我发瓣鬏丸箨季琶裳魏蒸遮避 长，农辩家鞭骞茨玻蔚生管辩秘昭吏褥下，绞避垒耩整麴努力，裙劳影藏了f l 炎逡较齐 念、赫静基本配套瓣产媲。隧饕穗关行鼗靛避速发震，穗彭畿懿鬟煮静予企致，这些 企渡莛霄较嵩静技零农平灏装餐条 警，爨蠢鑫童开发髓力耧寇浆娥搂经济，鼯盛了一 熬惑鼹满足黧内爨擦，又套懿分畅销国终懿拳头产熬。 。2 国内雹装褫攘声鑫与阉羚先进零攀懿差凝 我滋麴整装极糕行鼗燕滋二卡零才裁溅起采熬麟兴羔簸，农较繇瓣瓣蠢鼗褥了霹寒 靛避步，行谴鳓技术承警不断提意，无论声晶黼秘添是技拳褴憝罄意较大臻热鞠撬离， 产菇酌枫构氇卷较大酶淑躐，整每鬻羚浚这潜豢翱澈，总体技零拳乎遴毒较大熬蓑鞭。 在产鑫袋爨方释，我匿链装撬械产蘸震激兹论觚蠢在餍霪述是努蕊鹰燕郗与发遮凿 容产鹾露殴太差距。内农袋蘩蓑主婺表糯农产灏生产率诋，鼹褥大，寿命簸，稳定经鞫 霹爨整装。磐蕊葳爨蓑麓癸袋袋奁遴登不燕鼹，表溪穰糙。逡戏产熬暴爨麓孵主癸簌霞 愚聚爱瓣设诗黧谂、设诗手段与莰诗方法、穰逸技零、稔灏芋段帮管毽理埝攀潦嚣a 男 努，嚣两醚饔懿基麓锌矮爨苓稳定，对产黑整髂骥爨彩嫡露较大。 在产品袭术水平方瓣戆麓鞭主螫表凝凌鼓笨含鼍低，离薪技米痘麓多，黛产线鑫韵 华南理工大学工程硕士学位论文 化程度低，生产能力和生产率低，能耗高，使我国的包装机械产品技术总体水平较低。 从整体看，产品的技术水平比发达国家落后大约二十年。 在产品品种方面，发达国家的包装机械顺应市场需求，新产品不断出现，花样不断 翻新。我国包装机械产品品种及成套数量少，约为发达国家品种数量的1 2 。特别在综 合利用，环境保护，高新技术产品等领域有很多缺门m 。 1 3 化妆品包装成套设备 在我国的包装行业中，化装品成套包装设备又较其它行业落后。现在我国的化妆品 行业的企业很多，包装成套设备大多停留在半自动、半手工作业的条件下。例如，灌装 机为直线式灌装，封盖方式为手工封盖，这就造成了生产线自动化程度、生产能力和生 产率低，能耗高，并且产品品质不高的局面n ，。 在这样的背景下，我公司的领导和技术人员瞄准了国外发达国家的最新技术，进行 了跨越式发展，消化吸收了他们的最新技术，开发研制了“粘液灌装生产线”。它是高 度自动化的旋转灌装生产线，集灌装、理盖和拧盖为一体的生产线，在经过一年多的生 产厂家的生产实践，各项技术指标均达到设计要求。该生产线设计的成功，开辟了我国 在该行业的领先地位，填# b t 我国化妆品包装设备行业的空白，提升了该行业的包装设 备水平。 2 。，。，。! ! ：耋，兰重童兰翌竺塑 第二章平面布置和传动 2 1 特点 该生产线由灌装机、拧盖机和理盖机组成，且三台机组独立封闭在每个透明的防护 隔离屏内，这样有利于生产中的杀菌、空气洁净度的保持以及减少了产品在生产过程中 外界的干扰和污染。因而更有利于保证用户的产品达到高品质的卫生标准的要求。 本机采用了当今国际流行的先进技术：随动灌装托瓶技术，磁性可调扭矩拧盖，传 动比可变的拧盖传动系统，转盘式送、取盖机构等。由调频调速器、可编程控制器( p l c ) 、 光点传感器等组成的机、光、气、电的自动控制系统，具有较高的自动化程度和较高的 可靠性，保证了本生产线能够在高速连续状态下可靠地运行，因而本生产线具有很高的 生产效率。 由于本机采用了最先进的拧盖技术磁性拧盖头、回转取盖机构及传动比可变的拧盖 传动结构，使本机除具有高的拧盖合格率外，还对不同形式和不同结构的塑料盖具有完 全的适应能力，仅需作一些调整就可以完成单线螺纹盖、三线螺纹盖拧盖和压合盖的生 产，这就较大的满足了用户对产品包装不断变化的要求。 2 2 技术参数 灌装阀个数 1 2 拧盖头个数 5 最大生产率 6 0 0 0 瓶，时( 0 6 升) 主传动电机功率 3 5 k w ( 3 相3 8 0 v ) 输送带电机功率 o 5 5 k w ( 3 相3 8 0 v ) 理盖机电机 o 2 5 k w ( 3 相3 8 0 v ) 料缸泵 0 5 5 k w ( 3 相3 8 0 v ) 清洗泵 o 5 5 k w ( 3 相3 8 0 v ) 适用瓶高 5 0 1 2 7 0 适用瓶型一最大长径 1 2 0 适用瓶盖 罩头、一头螺纹需、胩含需 灌装容量 o 1 1 2l 拧盖头拧盖扭矩 0 5 4 n - m 连续可调 压缩空气压力 o 4 0 6l p a 压缩空气消耗量 5 m 2 1 1 供电电源 8 k w ( 3 相3 8 0 v ) 全机总重量 3 2 0 0 k g 华南理工大学工程硕士学位论文 2 3 生产线主传送( 传动) 计算 磊 靶 抵 签v i l ；l 一一，f 钎 ：；矿 ，一 j j 汀 i曩 耋 一 j ? 一 7 。 、 汀 ) _ 簧 _ 一。 - 多 一 鎏一一争 4 础瞬荆鼬捌瓣餐 w#n锄r旧留州皇州帕，m堋m 赋撼幽榭胛m删曲既 窳n啦毒hh自 嘏”q淄旃翻嚣榉 第二章平面布置和传动 如“图2 - 1 主传送( 传动) 图”所示，空瓶由输送带、进瓶螺杆、星轮( 1 ) 进入 灌装机，经灌装后的瓶由星轮( 2 ) 运出灌装机，再由出瓶螺杆、输送带、拧盖机星轮 ( 3 ) 进入拧盖机，在此进行拧盖处理，封装好的灌装瓶由星轮( 4 ) 送入输送带并运走。 为保证正常生产的节拍，灌装机的生产速度和拧盖机的生产速度必须相等，由于灌装机、 拧盖机两机组的主传送( 传动) 是由一个齿轮传动系统完成的，所以设计好后的传送( 传 动) 系统，无论以何种转速运行，两台机组的节拍都会完全一致，而无须逐台调整m 。 设计过程如下： 2 3 1 主要技术参数 主传动马达：3 5 k w ，n = 1 4 4 0 r p m 额定生产能力：6 0 0 0 瓶时( 6 0 0 毫升瓶) 灌装机灌装头数：1 2 拧盖机拧盖头数：5 灌装机进瓶星轮( 1 ) 齿数：4 灌装机出瓶星轮( 2 ) 齿数：4 拧盖机进瓶星轮( 3 ) 齿数z 5 拧盖机出瓶星轮( 4 ) 齿数：5 2 3 2 主传送( 传动) 系统设计计算 ( 1 ) 螺杆头数和星轮( 1 ) 齿数之比 堂塑堡堑墨墼：堑：兰! ! 兰! 兰! ：! ：! ! ! 垄：! 星轮( 1 ) 齿数 6z 1 5 2 1 3 2 1 0 1 3 6 7 5 4 ( 2 ) 星轮( 1 ) 齿数和灌装机头数之比 星竺! ! ! 塑壑：韭：红：旦：! 灌装机头数1 1 1 0z 1 1 2 2 51 2 ( 3 ) 星轮( 2 ) 齿数和灌装机头数之比 星丝! 垄塑墼：旦：鱼：旦：! 灌装机头数 n 1 2z 1 1 2 2 51 2 ( 4 ) 星轮( 3 ) 齿数和拧盖机头数之比 星竺! ! ! 塑塑：生：生：塑：三 拧盖机头数 8z 6 1 2 05 = ，。丝! ! 塞：堕耋三堡堡圭耋堡篁窒 ( 5 ) 星轮( 4 ) 齿数和拧盖机头数之比 星轮( 4 ) 齿数玩z ，1 2 05 1 溢磊酒r 2 百2 一z 6 1 2 0 2 子 ( 6 ) 灌装机与拧盖机速度的匹配 因为：生：圣! 兰1 2 墨2 ：2 2 5 x 7 5 x 2 5 x 3 ：一1 玎3 z 1 2 2 1 1 2 1 0 。 7 5 2 2 5 7 5 4 14 1 灌装机星轮( 2 ) 单位时间瓶输出量 q l 叫齿煳，：2 云刀， 因为：鱼：兰益三墨：! 三! ：丝。三。丝：三 玛z 8 2 6zz 4 1 2 0 1 2 04 l3 22 0 5 拧盖机星轮( 3 ) 单位时间瓶输出量 q 齿砌。2 者他 得：q = 9 ， ( 7 ) 最大生产速度 =4石4旷丢熹”=麓1440=1035(瓶iin3= 2 石行：2 石丢”2 丽 7 分 q 删= 6 0 x 1 0 3 5 ( 瓶分) = 6 2 1 0 ( 瓶时) 附带指出，电机设计在传动链的中间，且位于整个传动系统的中心，减少传动误差， 在高速运转下保证了输瓶的平稳性。 2 4 本章小结 本章主要论述了粘液灌装生产线的平面布置、主要技术参数、以及主传动链的设计 方法。在保证灌装机和拧盖机的生产节拍同步中，也可采用两台伺服电机来驱动，但本 人认为从方便使用、保养、维修和降低成本来看，最简单可靠的是机械连接方法。 ；。：；：。：。一； ：篷三童堡塑垫 第三章灌装杌弟二旱灌蓑们l 3 1 灌装方法 荫于液料的物理化学性艨各有差异，对灌装也就有不间的要求。液料由储料缸灌入 包装容器，常有如下几种方法。 3 1 1 常压法灌装 常歪法瀵装，楚在大气藤力下套接依靠被灌滚籽的自鬟流入毯旋容器肉静灌装方 法。常压灌装的工艺过程为： ( 1 ) 谶液排气，即液料进入容器，同时容器内的空气被排出。 ( 2 ) 僚1 1 = 迸渡，即容器内的波料达到定量要求时，进波自动停止。 ( 3 ) 排除余液，即排除排气臀中的残液。 鬻垂法主要疆予灌装低糙度、不会气的液辩，熬牛奶、茛匿、鼗油等。 3 1 2 等压法灌装 等压法灌装，是利用储液箱上部气室的压缩空气，给包装容器充气，傻= 者的压力 接近翱等，然蘑被灌液料靠爨重流入该容器内的灌数方法。笛压灌装的工艺过程为； ( 1 ) 充气等压 ( 2 ) 遴滚圆气 ( 3 ) 停止进液 。 ( 4 )释放压力，帮释放瓶蔹内残塑靛莲缩气体至大气蠹，落免瓶海突然降压弓l 起大量冒泡，影响包装质量和定量耩度。 等压法适用于含气饮料，翔啤酒、汽水等的灌装，可减少其审所含二氧纯碳气豹 损失m 。 3 1 ，3 真空法灌装 真空法灌装是 蕺予大气藤力稳条停下进行灌装豹方法。静诖镰波褡肉帮楚于卷露状 态，只对包装容器内部抽气，使其形成定的真空度，液料依靠两容器内的压力差，流 入包装容器并完成灌装。真空法灌装的工艺过程为： ( 1 ) 攮挞真空 ( 2 ) 进液排气 华南理王大学工程硬圭学锭论文 ( 3 ) 停止进液 ( 4 ) 余液回流，即排气管中的残液经真空室回流至储液箱内。 真空浚镬用于灌装糖度低一些的滚料，如油类、糖浆等“； 3 1 4 压力法灌装 压力法滋装是借助机械躐气液压等装置控制活纛往复运动，将精度较高的液料从储 料缸吸入活塞赶内，然嚣再强制压入待灌容器中。穗子能够借助较大外力，放可大大提 高灌装速度。该机就采用了腿力法满装方法。 灌蓑量调节机搏摆饕轴承 图3 1 灌装机原理图 f ig ure3 - l f i llerm a t h i n e pr ine ip le 塞 储料缸 灌蓑启每蔹耔 灌蓑蠢 矗 撬瓶机构 托瓶凸转 第三章灌装机 3 2 灌装机的原理及结构 如“图3 - 1 灌装机原理图”、和附录“灌装机图”所示，本灌装机为旋转压力式灌 装机。由于化妆品属于高值产品，所以灌装精度是本机的最重要的质量性能指标，客户 提出了1 的要求( 灌装量为2 0 0 1 0 0 0 m 1 ) 。分析国内外几种压力容积式定量灌装机的 结构，用气缸驱动活塞的结构形式简单，但行程的控制精度低。用固定凸轮滚轮驱动活 塞杆的方法，由于传动链存在多处间隙丽不可能达到高灌装精度的要求。经过调查研究， 我们决定采用摆动轴承驱动活塞杆的结构，这种结构可以将传动链的间隙控制到最小。 再加上控制灌装阀和活塞缸的加工精度就可以达到高精度灌装的要求。该机储料缸、罐 装阀、活塞缸、托瓶机构、包装瓶等运动部件在主传动链的驱动下做旋转运动，在此过 程中活塞杆在活塞缸内做上下往复运动。当活塞杆在向下运动时，灌装停止拨杆动作且 将储料缸和活塞缸连通，在大气压力的作用下将液料从储料缸压入活塞缸内。在活塞杆 越过摆动轴承最低点时，活塞杆开始向上运动，同时灌装启动拨杆动作且将活塞缸和包 装瓶连通，在活塞杆的推动下将定量好的料液压入待灌瓶中。灌装量的定量是由调节摆 动轴承的摆角，从而调节推料杆的行程来完成的。 进行灌装时，为了防止物料从瓶中飞溅出来，该机采用了较为先进的随动灌装工艺。 即在灌装过程中，灌装嘴和包装瓶中的液位保持恒定的距离，该机定为5 毫米，这样对 包装瓶中的液面冲击力较低，有效的防止了物料的飞溅，同时灌装嘴也不会粘到物料。 该灌装机主要是为灌装类似于洗发水、润肤露等中等粘度的液体设计的，关键部件 灌装阀的结构较简单，灌装精度高达0 3 ，如将灌装嘴略微改造目p - j - 适应类似水的低 粘度液体的高精度灌装，所以该灌装机的设计较先进、应用范围很广。 3 3 灌装阀、活塞缸的结构及原理 灌装阀是储料缸、活塞缸和包装瓶三者之间的流体通路开关，根据灌装工艺要求， 能依次对有关通路进行切换。如“图3 2 灌装阀、活塞缸组件图”所示，该灌装阀为旋 转阀，由灌装阀芯、灌装阀体、阀芯转动杆等组成。灌装阀芯在阀芯转动杆的带动下做 9 0 度摆动，从而实现物料由储料缸流到活塞缸，再由活塞缸流到包装瓶的灌装过程。该 图示灌装阀芯位置为物料由储料缸流到活塞缸内的过程。当灌装阀芯旋转9 0 度时，储 料缸和活塞缸的通路被隔开，而活塞缸和灌装嘴的通路接通，即可实现向包装瓶进行灌 装过程。 在灌装过程中，当出现灌装阻力过大( 事故) 时，物料可由溢流阀流出，即对该机 9 华南理工大学工程硕士学位论文 圉3 2 灌装阀活塞缸组件图 f igure3 _ 2f 1 1 lerv a l o n ，p l un ger c y l i n derassem b l y 料缸 袭阉芯 装阀体 箍 流阀 塞缸筒 塞 塞杆 起到过载保护作用。本生产线是为灌装精细化工化妆品类产品的灌装而设计，而此类产 品对灌装机的要求必须达到较高的卫生标准。灌装前和更换产品时都必须对灌装机进行 第三章灌装机 i i i i i i i i i 清洗，茏其燕澜和活塞缸豹清洗。困魏本机的转凌帮活塞缸豹设诗残尽量篱荸帮便于装 卸。本机投入使用后，操作工人不用工具，在几分钟便可以究成阀芯和活塞的装拆和清 洗工作。 对于糕发为5 0 一5 0 0 厘泊的液体灌装，防止灌装完毕后灌装咀的滴漏系此类灌装技 术上的一个濉点，为达到要求的生产率，液体在灌注管内的流速必须达到每秒2 0 0 厘米 以上。失了骆止滴漏，尽量减少灌注餐豹内径是鸯裂的，但逡嚣势必会增鸯鞋波体在管内 的流速，而流速过大会导致灌装时喷溅和起泡。另外由于活寨缸的压力是和灌注管的内 半径麴4 浚方藏反魄，减少灌注警舞径瀑辩会缮熬舔力灌装辩懿珐率港耗。经过大鬃蠡冬 试验，对5 0 0 厘泊的物料采用内径为6 1 0 毫米是邋宜的。 卡箍作髑为能快速拆鞠活塞缸，鼠蔼为清洗活塞缸节约对溺，提高劳动效率。 3 ，4 灌装娥托瓶凸轮设计 进行灌装时，为了防止物料起泡和飞溅，该机采用了随动灌装工艺技术，即灌装艰 和惫装藐内耪料液像静葙黠鞭离走毽定穰，毽羲是诱在灌装遗翟孛，包装糕中熬滚像舞 高的速度和包装瓶本身的下降速度相等。 萄3 3 茬袭枫耗瓶凸轮计算舀 f ig ure3 3f i l le tm 8c h i n eea mea lc u l a t i o n 华南理工大学工程硕士学位论文 为了实现随动灌装工艺的要求，必须对托瓶升降凸轮曲线进行精确的设计，由“图 3 - 3 灌装机托瓶凸轮计算图”所示。 3 4 1 参数设定 包装瓶内截面积为：a ，、瓶内物料高度为：日。、包装瓶额定体积v 活塞缸内截面积：a ：、活塞杆行程：日： a 1 日l = a 2 h 2 h ：一a 2 日， 一， 。= 署， 。= 兰 日，的范围：日，= 。百v 日2 的范围：日：= 。i v 3 4 2 活塞杆的行程计算 由灌装机托瓶凸轮计算图所示，灌装过程中推料杆由最低点s 运动到最高点e ，活 矿 塞行程日2 = 0 e e = 0 日2 一。0 手 设：摆动轴承半径o a = r ，摆动角e s e = 口，e e = h 2 一，角s o a = x 摆动轴承由s 点旋转到a 点时，在水平面上投影的转角为c d h = s o a = b ，( 6 = 0 万) 。o d = o c s i n a = 倒c o s x s i n a = r c o s x s i n a o d( 3 - 1 ) 瑚蹦2 面 又因为聊= 器，f 9 6 = 筹 秘t g = 万o d = 磊o d = 两o d 磊 1 2 第三章灌装机 。s i n 2x + c o s 2z ：1 o d 2 t 9 2 b o d 2 r 2 t 9 2 口r 2 s i n 2 口 2 丽萧r s i n a 又二州= c c = 0 0 一d d = n ，s i n 口一o d = 胄s i n 口一j i 蒜 = r s m 口c - 一j i 志，( b = o - 2 ) 当( 6 = 要万) 时： a a 。= c c 。 = 0 0 + o d 、 = 胄+ s t n 口c ，+ 了蒜) ，c 6 5 詈万) 日z = a a = r s i n a c t 一了志，c 6 = 。三， 础商m 哪+ 雨焘而卜 ( 6 即- 鲁1 2h 2 = 等产”丽志需， ( 3 - 2 ) ：至们 1 7 ，佑= o - ”4 - ) ( 3 3 ) - ：生坐a ( 1 + - = = = 高) ，( 6 = 三石) (3-4t l 、 9 2 b c o s 2 口+ 1 2 翌劬孙 一m 彩 牡 咖 叭 限 由 华南理工大学工程硕士学位论文 当包装瓶确定厢，由上式司知瓶内物料高度h ，仅是角b 的参数方程，h 1 随雹角b 豹变仡丽交纯。 3 4 。3 托瓶凸轮曲线 在1 8 0 度灌装行程中，当瓶内物料高魔由0 升嵩到h 。旗米时，托瓶凸轮相应降低 到日，毫米。现以3 5 5 毫升包装瓶为伽j 设计托瓶凸轮曲线图。 参数联蓬； 令：包装瓶额定体积：v = 3 5 5 m l 包装瓶内截蔼积为：a 1 = 2 4 9 3 凇辨2 辩森鞭瓣嚣大糍窿为：珂。 ：一v ：3 5 5 。t 0 3 m r m 3 ：t 4 2 ，霹雄辫 瓶内秘黼最大薅度为：胃t m “。i2 夏菇- - i 磊一2 锄辫 4 ， 活塞懿蠹截面黎；_ 2 = - ( 7 0 r a m ) 2 = 3 8 4 8 5 嬲2 活塞瓣太徽避。= 兰z 雩蒜曲2 2 删 摆凄轴承半径：r = o a = 3 2 0 m m 摆动转承颊角：群= 嬲h 警m i n 等* 鼬怒= 8 2 8 3 。 将各参数值代入( 3 3 ) 、( 3 - 4 ) 得包装瓶内物料高度： 。 甄= 等产。一丽需1 萧 =艘型(1一芭蔼12493 f l e o s2 8 3 霭剖1 28 ， o 培2 6 + 硼2 ( 1 ! 掣) ，( 6 = o 一争 3 h 5 、4 0 - 9 7 9 9 2 b + t 蟊；= ，；：t t + 赢2 三“筇， 3 - 6 披得“豳3 - 4 撼瓶凸轮曲线展开圈”如下： 1 4 = 。：。：。，。，。一，! 薹三塞壅董垫 图3 - 4 托瓶凸轮曲线展开图 ig u r e3 4c a mc u f v e 3 5 进瓶螺杆的螺旋线设计 进瓶螺移已成为瑷霞包装机械释重要的基礁佟。为了妥善解决其谩诗、剃造、使 用等问题，酋先要深入了解有关的基础理论及参数关系。为了应用数控机床加工变螺距 螺秆，所以要建立套楣应静“数学模鳖”。 3 。5 1 螺旋线的缀合形式 通常，圆柱螺杆的前端璧圆锥台形，而后端则有同包装瓶主体半径相适窳的过渡角。 这样，嚣存翻予导入被供送豹餐装糕，又有髑予圈遴滚星轮强步辑接，恧曼囊造也b e 较 方便。 在供送避程中，为了献避口缓滓器平稳斑导入彀装筑，减轻“麓振”鬓象，第一段 采用了等螺距螺旋线。鉴于进瓶星轮的节距一般都大于两包裟瓶接触时的中心距，因此， 最后一段螺旋线就因该是变螺距的，并以等加速规律逐渐增大其间距。在这种情况下， 对予亵速分锋供送螺释来说，还必须增搬一段过渡段，郎加速度按正玄规律变化的螺旋 线，以便保 难整个螺杆的单头螺旋线在各个衔接点均有对应相等的螺旋角、速度和加速 瘦，从磊涪狳冲击现象”。 3 5 2 组含螺旋线的参数确定 3 5 。2 1 进瓶星轮 华南理工大学工程硕士学位论文 若已知螺杆的转速n ( 其值与供送能力相当) ，进瓶星轮的齿数z b 及节距c b ，则星 轮的转速 ：姿 ( 3 7 ) 2 百 矧 进瓶星轮的节圆直径 d b ：盟 ( 3 8 ) 当包装瓶被等速输送带拖动前进时，如果让整个变螺距螺杆对它仅起一定的隔挡作 用，并在末端与进瓶星轮取得速度的同步，显然应保证输送带的运行速度v f 、螺杆的最 大供送速度v 3 。和进瓶星轮的节圆线速度v 。均相等，即 ”f = ”3 。= = c 6 ( 3 9 ) 3 5 2 2 螺杆等速段 如“图3 5 三段式组合螺杆图”所示，螺杆的内外半径各为，o 、r ，包装瓶主体半 径为p ，在一般情况下，对于，o 值主要是依螺杆芯部及其轴的机构强度和尺寸等因数加 以确定的。 r r r 叫 妥差 7 诊 彩 l ) ，a “ | ，么 ，“ l n 尸、 夕、 s0 l h 3 - h2 h 1 。 _ 图3 5 三段式组合螺杆图 f i g u t e3 5 in fee dscre w 1 6 一 第三章瀑装视 2 4 8 8 。8 。2 2 _ _ 。_ 目 s _ _ 目t q 目蕊；_ l 目! 一2 目目 嫘抒褥速段的螺疆斑取 s = 2 p + a 3 t 0 ) 式中- 两搁领包装凝阊的平均淘黻( 般约为凡m m ，主要和包装瓶韵精度有关) 。 设等遥段螺旋线静最大圈数惫( 通取为1 ) ，丽其中阙轻意值o 墨。，又羧等 速段夕 螺旋线展开图形是条斜缝，霹相应的嫘旋角 t g 口。l ：磊s o i 刎 ( 3 - 1 1 ) 周向装开筏度三。= m 3 i i ，厶。= 嬲 ( 3 1 2 ) 轴向长度 塌= s o l i l ，h 1 。= s o l t ， v 。，鄄么最好借助霹调试波形弼龙板或埽8 投等缓冲裟鬣硬 其减速；菠之，当v r 3 - 3 6 ) 第三章灌装机 视三3 为自交爨，对上式求导，则等翻速段外螺旋线的螺旋角及萁最大值分剐表示为： d h ，甜 裆3 2 云2 鹳2 m + - l ，r d n 2 峨。= 溉。+ 翥= 鲁 由以上二式导出 二捌2 ( g s 0 1 ) d = 一 2 k + 耐3 ， ( 3 3 7 ) ( 3 3 8 ) ( 3 - 3 9 ) 这表明，等加速段的供送加速度与螺杆转速的平方成正比；当进瓶墼轮节距和等速段螺 距均璨持定傻孵，翅聚逶当越增鸯爨爱嚣段螺旋线鸵惑圈数，则会有助于降低螺籽豹供送 加速腹，或提高螺杆转速。 根据式( 3 。3 4 ) 可求等加速段隈定区间( 1 s 岛) 内的 圣纛臻距值 s 3 蹦+ 2 a e 疗_ 。铲2s 0 3 ( i ，_ 1 ) 一砉( 岛。) 2 = s + ( c 。一氐。) 兰i 端 萁最大值 s 3 m = 巴一慕 稻逡当载避泠压力。因魏拧盖头戆抟动设诗残了封羡援设诗瓣孩心帮謦。 本文介绍的新型拧盖机的设计中，成功地设计了一个双联中心齿轮和双联行星齿轮的变 邃传动枫梅。该传动税构在新羹辩盖秘上使拧盖头实现了上述多静要求豹精确捷动。这 个机构巧妙之处避在于能很方便地用圆j 奎销锁定传动链中三个不f 弼的构件中的一个，从 华南理王大犟工程骥圭学彼谂文 i i i q i i i i i i m i i i i i i i _ e _ g _ 自l - _ d 目篇# 自趟! j 鼍- - _ - _ e _ 日# 4 _ _ = ! = 胄鼍燃# ! g # e 日= 舞= 自拦! _ # ! e $ e 掌# 撬矩l 楚 a 二 、 。 。 0 。5 11 522 。533 5距离m i l l 爱4 - 2 挺楚麴缝委 f i g u r e 4 2m o m o n t ( ：ur v e 而使拧盖头爨现2 9 5 、2 察0 兰档相对蛊转速度“。 在包装执糠工她中，拧藏飘的箨羽是潦魏漩自动装在瓶糊上，势褥瓶目馥翳。拧盏 极工作辩，瓶盏相对激的旋转豳数由形曩轮系决定，旋转圈数：逛 多，会造成功熊的浪赞 和导致歪盖零的提高。旋转疆数不足，簧目封盖不严察。 4 3 行鬃轮系疆成 | z 2 裂 z s 蓉籍 垂 一3 嚣墨鬟幕主鬟劈 ig r e4 - 3p la n k ton 7w h e e l s e r l esr r o l t i e w 燧孙 ( 蜡渤) 匿 一蠢虽鞋幕鳇褥爨 f i g u r e 4 - 4p le n e t a r yw h e e l3 er i esl 。口￥ie # 第四章拧盖机 - - 一 i ii _ j e = _ _ = = ! 女t = = = ! _ = = ! 1 0 口= 自 如“国4 - 3 行星轮系圭视图”雩辩“圈4 - 4 行星轮系俯视躅”耩示，五头狩盖机行星 轮系出一个中心齿轮z 3 ，个双联中心齿轮z 4 、z s ，两个对称行星双联齿轮z 1 、z 2 ， 五个行星齿轮z 6 ，五个可上下移动韵行星齿轮z 7 和系秆h 等组成。当三个阋柱销分剐 捶入枫絮时，行星鬯轮z 7 的输出转速就不同。行星巍轮z 7 一边旋转边由滚轮带动着 随凸轮曲线上下移动，其下黼的拧盖头即完成取盖、拧盖( 或压盖) 和脱离动作m - 。 4 3 。2 亍鬟轮系设诗计算 ( 1 ) 圆柱销l 鼹定双联中心齿轮z 4 、z s 时，即z 4 、z 5 静止不动，如“图4 - 5 圆柱 销1 工作图”所示，齿轮传动计算如下： 塌；篙= 笼 圳 1 一z z t 0 5 。0 黔墨蔓= 一_ z s 一蛩* - 6 。6 5 甜 7 设凸轮的工作行程哭角为t 6 0 0 ，则实际拧盏圈数： = 筹( “6 5 ) 川9 5 拧饮用水单头螺纹p e 瓶时，瓶和盖最小相对逡动是1 , 8 豳，考虑虱入盈螺纹的箍 枧性，瓶帮盏熬相对运动圈数力1 , 8 + 1 = 2 8 ，荮合上碰的拧盖圈数x 一2 9 5 ( 注：“一”代表 运动方向) 。 ( 2 ) 当圆柱锩2 霪定中心齿轮z 3 时，朝z 3 静止不动，如“圈4 - 6 圆柱销2 工作图” 所示，齿轮传动计算如下： 弘等等= 笼笼 0 9 3 = 0 一塑丝：塑 一7 一国岢z 2 2 3 2 5 并= 器。，川 裂实舔持盏圈数： 华南理工大学工程硕士学位论文 拧双头、三头等多头螺纹瓶时，瓶和盖相对运动圈数小于单头螺纹的2 8 圈，所以 设计的拧盖圈数比单头少，以满足不同的使用要求。 ( 3 ) 当圆柱销3 固定齿轮z 6 ，即所有齿轮相对系杆h 静止不动，如“图4 - 7 圆柱 销3 工作图”所示，齿轮传动计算如下： 0 9 7 = 0 h 这时适应于瓶口无螺纹封口的情况，即起压盖机的作用。 目4 5 圆柱销1 工作图 f ig ure 4 - 5p in # 1w ork in g 圆柱销2 目4 - 6 圈柱销2 工作圈 f ig ur o4 6p in # 2w or k i n g 目4 7 圆柱销3 工作目 f ig ure4 - 7p in # 3 w o r k ing 杆 z i z 2 z 4 z 5 系杆 4 4 瓶夹机构的工作原理和结构 该机构的作用是将进瓶星轮送来的包装瓶，平稳的夹紧为下一步的封盖做好准备， 并且将封好的包装瓶平稳的输入出瓶星轮。要求该机构能将包装瓶正确定位，不的倾斜 和偏离其中心线，并且夹紧力要求大于封盖力，但又不能过大而使包装瓶变形，如果存 在上面缺陷则会出现封盖不严密或包装液流出瓶外，所以该机构对保证包装质量相兰重 肺盯 滚凸 拧 ：，杆 ；，。；。，。：；。；：。，。塞篓堡l ：三：墅j 要，是该机的关键部件。 如“圈4 - 8 瓶失机构工作图”所示，瓶夹应在星轮进出口之间保持最大张角，超过 齄 夹 齿轮 篷4 - 8 _ | f 麦祝梅工律霞 f i g u r e4 8gr ip p erwrok ingdra w i n g 此范围后虚迅速而平稳的合拢，瓶夹合拢瞄的行獠夹角要求大子拧盖头拧盖时的工作夹 角。一接黢夹由主动夹茅珏从动夹缎成，瓶必豹张念是由和其相连的主动落轮和从渤齿轮 的旋转决定的，滚轮杆随凸轮曲线的变化而摆动通过压簧推动动力杆使主动齿轮旋转， 驮蠢推动了瓶夹懿张会。蘧簧煞掺雳是调磐夹藏力懿大小，控簧熬俸用是辊轮始终疰紧 在凸轮表瞬上，用定位螺钉来限制瓶夹合拢时的极限位鬣。该机瓶夹设计的最大张角是 5 0 度，凸轮工作行程( 鄄藕夹含貔) 角度隽2 4 8 发。 3 l 华南理工大学工程硕士学位论文 该机构结构紧凑，对中方便，夹紧力调节范围广，性能稳定可靠，并且不会划伤包 装瓶表面，适应于无法应用瓶口来定位夹紧的塑料瓶、玻璃瓶等包装瓶。 4 5 本章小结 本章主要论述了拧盖机的关键性技术，通过对这些关键技术的论证即阐明了该机的 基本工作原理和设计方法。本章包含了三方面的内容： ( 1 ) 拧盖机的结构及原理，论述了该机的工作原理及瓶盖的拧盖过程。 ( 2 ) 拧盖臂、拧盖头的结构及原理，是该机的主关键部件，决定了该机在技术上 的领先地位。磁环可以无级调速扭矩，气动抱盖环对瓶盖的柔性适应性，本拧盖头很好 的将它们的优点结合在一起，更大限度的提高了该拧盖头的应用范围。将在饮料、食品、 药品、化工等瓶盖封口领域将会有更大的应用前景。 ( 3 ) 拧盖机行星轮系的设计，论述了拧盖头可以实现2 9 5 、2 和。三个档次的相对 转速，即能够满足生产三种螺纹瓶型的要求，这也基本满足了现今市场包装瓶种类的需 求。 ( 4 ) 瓶夹机构的工作原理和结构，论述了该机构的工作原理，并给出了实际应用 中瓶夹的最大设计张角为5 0 度和凸轮工作行程角为2 4 8 度。 第五章理盖机 第五章理盖机 其主要功能是将料斗内无序排列的瓶盖，按规定的排列方向定量供应给拧盖机。 如附录中的“理盖机”图所示，它主要由减速机、理盖盘、输送盘、围板、落盖槽、 升降手轮等组成。理盖机的理盖盘、输送盘在减速机的驱动下不断回转，瓶盖在输送盘 的带动下由输送盘进入理盖盘。在理盖盘的圆周上安装有一些根据不同的瓶盖形状而设 计的特定轨道和吹气管，瓶盖在其上运动时正确排列的瓶盖被通过，而错误排列的瓶盖 被剔除掉，且掉入输送盘并重新进行