（机械电子工程专业论文）桶装水自动化生产线的结构改进及plc控制.pdf

摘要 摘要 在广泛吸收国内外先进机型的基础上，结合企q p 实际需求，本文对惠州华森水 处理设备有限公司自主开发设计的h s g 9 0 0 桶五加仑桶装水自动化生产线设备进行结 构改进和电气控制系统设计，分析了生产线卜各设备的工作过程及其主要部件的功 能，介绍了牛产线中各j i ：作环节的j - l ：作原理、结构特征以及控制要求。 本文讨论了桶装水a 动化生产线的国内外发展现状，对生产线的工作流程以及 生产线上各设备的作用做了介绍。该桶装水自动化生产线由拔盖机、外刷洗机、内 冲洗机、一卜盖机、灌装机和雎盖机组成。对生产线结构设计改进和p l c 控制的技术路 线进行分析。 文中介绍了生产线上的拔盖机、外刷洗机等设备的工作原理并对其结构特征进 行分析，综合考虑力学和产品成本等因素，对结构设计进行改进，使其更加合理。 控制系统采用p l c 控制。确定整条生产线的：l 艺要求，配置了系统硬件，进行 可编程控制器p l c 选型、i o 点定义及丰要元器件的选型与布置。 进行系统软件的编程。分析了系统控制过程，设计人机界面h m i ，最后编制相 应的程序，实现整条生产线自动化的控制。 最后对整条牛产线的机构和控制部分进行技术总结，展望该产品的未来发展， 同时对设备运行过程中可能会出现的故障进行预测分析并提出解决方法。 关键词：结构改进；灌装；拔盖机；压盖机；桶装水 广东工业大学硕士学位论文 a b s t r a c t b a s e do nt h ed o m e s t i ca n df o r e i g na d v a n c e dm o d e l sa n da c e o r d i n gt ot h ea c t u a i b u s i n e s sn e e d s ，t h i s p a p e ri m p r o v e st h es t r u c t u r eo fa u t o m a t i cp r o d u c t i o nl i n eo f h s g 9 0 0b u c k e tf i v eg a l l o n so fb o t t l e dw a t e rd e s i g n e d i n d e p e n d e n t l yb yh u i z h o u h u a s e nm a c h i n e r y c o ，l t d ，a n a l y z i n gt h ew o r k i n gp r o c e s so ft h ed e v i c e sa n d t h ef u n c t i o no fi t sm a j o rp a r t so f p r o d u c t i o nl i n ea n di n t r o d u c i n gi t sw o r k i n gp r i n c i p l e ， s t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c sa n dc o n t r o lr e q u i r e m e n t s t h i sp a p e rd i s c u s s e st h ep r e s e n td e v e l o p m e n ts i t u a t i o no ft h ea u t o m a t i cp r o d u c t i o n l i n eo fb o t t l e dw a t e ra th o m ea n da b r o a d a n di ta l s oi n t r o d u c e st h ew o r k f l o wa n dt h e f u n c t i o no fe a c hd e v i c et h a tw o r k so nt h ep r o d u c t i o nl i n e t h ea u t o m a t i cp r o d u c t i o nl i n e o fb o t t l e dw a t e ri s c o m p o s e db yp u l lc a pm a c h i n e ，o u t e rb r u s h i n gm a c h i n e ，i n n e r w a s h i n gm a c h i n e ，f i l l i n gm a c h i n ea n dc a p p i n gm a c h i n e a tt h es a m et i m e ，t h i sp a p e r a n a l y z e st h es t r u c t u r a ld e s i g ni m p r o v e m e n to ft h ep r o d u c t i o nli n ea n dt h et e c h n o l o g y r o u t eo fp l c t h ep a p e ri n t r o d u c e st h ew o r k i n gp r i n c i p l eo fe a c hd e v i c el i k ep u l l i n gm a c h i n ea n d o u t e rb r u s h i n gm a c h i n ea n da n a l y z e si t ss t r u c t u r e c h a r a c t e r i s t i c s ，c o n s i d e r i n gf a c t o r s s u c ha sm e c h a n i c a la n dp r o d u c t c o s t s f i n a l l yw ei m p r o v et h es t r u c t u r a ld e s i g nt om a k e i tm o r er e a s o n a b l e i nt h i sp a p e r , t h ec o n t r o ls y s t e ma d o p t sp l c t h ep a p e rd e t e r m i n e st h et e c h n i c a l r e q u i r e m e n t so ft h ew h o l ep r o d u c t i o nl i n ea n dc o l l o c a t e st h es y s t e mh a r d w a r e t h e ni t s e l e c t st h et y p eo fp l c ，d e f i n e s ! op o i n t sa n da r r a n g e st h em a i nc o m p o n e n t s t h ep a p e rp r o g r a m st h es y s t e ms o f t w a r ea n da n a l y z e s t h ec o n t r o l p r o c e s s e s ， d e s i g n i n gh u m a n - m a c h i n ei n t e r f a c e ( h i m ) a tl a s t ，i tw e a v e st h er e l e v a n tp r o c e d u r e ss o t h a ti ta c h i e v e st h ea u t o m a t i cc o n t r o lo ft h ew h o l e p r o d u c t i o nl i n e f i n a l l y , t h ep a p e rs u m m a r i z e sm e c h a n i s ma n dt h ec o n t r o ls e c t i o no ft h ew h o l e p r o d u c t i o nl i n e ，a n dl o o k sf a ra h e a di n t ot h ef u t u r ed e v e l o p m e n to ft h i sp r o d u c t a tt h e s a m et i m e ，t h ep a p e ra n a l y z e st h ep o s s i b l ep r o b l e m st h a tm a yc o m ei n t ob e i n gd u r i n gt h e p r o c e s so ft h ea c t u a lo p e r a t i o na n dp u t sf o r w a r dt h es o l u t i o n a 8 s t i r a c t k e y w o r d s ：s t r u c t u r a li m p r o v e m e n t ；f i l l i n g ；p u l lc a pm a c h i n e ；g l a n dm a c h i n e ；b o t t l e d w a t e r c o n t e n t s c o n t e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) i a b s t r a c t ( e n g l i s h ) i i c o n t e n t s ( c h i n e s e ) v i i i c o n t e n t s ( e n g l i s h ) v i i i c h a p t e r1i n t r o du c t i o n 1 1 1s i g n i f i c a n c ea n db a c k g r o u n do f t h et h e s i s 1 1 2d e v e l o p m e n ts t a t u so fp r o d u c t i o nl i n eo fb o t t l e dw a t e ra th o m ea n da b r o a d 一2 1 3d e v e l o p m e n tt r e n d so fp r o d u c t i o nl i n eo fb o t t l e dw a t e ra th o m ea n da b r o a d 3 1 4t h er e s e a r c hc o n t e n to fp r o d u c t i o nl i n eo fb o t t l e dw a t e r 4 i 5t h es u m m a r yo f c h a p t e r1 5 c h a p t e r2t h es t r u c t u r a lc h a r a c t e ra n ds t r u c t u r a li mp r o v e m e n to fp r o d u c t i o nl i n e o fb o t t l e dw a t e r 6 2 1o v e r v i e wo fd e s i g ns o f t w a r e 6 2 2m a i nt e c h n i c a lp a r a m e t e r sa n ds t r u c t u r eo fp r o d u c t i o nl i n eo fb o t t l e dw a t e r 7 2 3t h es t r u c t u r a lc h a r a c t e ra n ds t r u c t u r a li m p r o v e m e n to fe a c h e q u i p m e n tt h a t w o r k so nt h ep r o d u c t i o nl i n e 7 2 3 it h es t r u c t u r a lc h a r a c t e ra n di m p r o v e m e n to fp u l lc a pm a c h i n e 8 2 3 2t h es t r u c t u r a lc h a r a c t e ra n di m p r o v e m e n to fo u t e rb r u s h i n gm a c h i n e 1l 2 3 3t h es t r u c t u r a lc h a r a c t e ra n di m p r o v e m e n to fi n n e rw a s h i n gm a c h i n e 19 2 3 4t h es t r u c t u r a lc h a r a c t e ra n di m p r o v e m e n to ff i l l i n gm a c h i n e ，s e n dc o v e r m a c h i n ea n dg l a n dm a c h i n e 2 9 2 4t h es u m m a r yo fc h a p t e r2 3 5 c h a p t e r 3t h eh a r d w a r ed e s i g no fb o t t l e dw a t e r p r o d u c t i o nl i n ec o n t r o ls y s t e m 3 6 3 1p r o g r a m m a b l ec o n t r o lt e c h n o l o g y 3 6 3 2t h ec h a r a c t e r i s t i c so f t h ep r o g r a m m a b l ec o n t r o l l e r 3 6 3 3p l c a p p l i c a t i o nf i e l d s 3 8 3 4s y s t e md e s i g np r o c e s s 3 9 v i i l 广东工业大学硕士学位论文 3 5h a r d w a r es e l e c t i o na n dc o n f i g u r a t i o n 4 0 3 5 1h a r d w a r e s e l e c i t o n 4 0 3 5 2h a r d w a r ec o n f i g u r a t i o n 4 2 3 6t h ed e s i g no f e l e c t r i c a ld i a g r a m 4 5 3 7t h es u m m a r y o f c h a p t e r3 5 0 c h a p t e r4t h es o f t w a r ed e s i g no fb o t t l e dw a t e rp r o du c t i o nl i n ec o n t r o ls y s t e m 5 0 4 1p l c e o n t r o lp r o g r a md e s i g n 5 0 4 1 1p r o g r a m m i n gs o f t w a r e 5 0 4 i 2t h eb a s i cs t e p so f p r o g r a md e s i g n 5 0 4 1 3d i s t r i b u t i o no f ! oi n t e r f a c e 51 4 1 4p r o c e d u r e sf o rf a u l td e t e c t i o np r o t e c t i o n 5 4 4 1 5t h ec o n t r o lp r o g r a mo fd o u b l ep u l lc a p m a c h i n e 5 4 4 1 6t h ec o n t r o lp r o g r a mo fo u t e rb r u s h i n gm a c h i n e 5 6 4 i 7t h ec o n t r o lp r o g r a mo fi n n e r w a s h i n gm a c h i n e 5 6 4 1 8t h ec o n t r o lp r o g r a mo ff i l l i n gm a c h i n e 5 7 4 2t h eh u m a nm a c h i n ei n t e r f a c ed e s i g n 5 9 4 2 1t o u c hs c r e e na n dp l cc o m m u n i c a t i o ns e t t i n g s 6 0 4 2 2i n t e r f a c ed e s i g n 5 9 4 3t h es u m m a r yo f c h a p t e r4 6 3 c o n c l u s i o na n do u t l o o k 6 4 c o n c l u s i o n 6 4 o u t l o o k 6 5 r e f e r e n c e 6 6 p u b l i s h e dp a p e r sd u r i n gs t u d i n gd e g r e e 7 2 o r i g i n a ld e c l a r a t i o n 7 0 a c k n o w l e d g e m e n t s i x 7 1 第一章绪论 1 1 选题背景与研究意义 第一章绪论 改革开放以来，我国经济取得了飞速发展，全国工、i k 蓬勃发展，各地遍布工厂， 呈现出一副繁荣的景象。然而在工业不断进步的i 司时我们的环境却遭到严重破坏， 人们赖以生存的水资源被严蕈污染，使得我国饮用水资源匮乏。经济发展了，生活 水平不断提高，人民对于身体健康状况日益重视，对日常饮食卫生要求不断提高， 这就促使饮品行业的兴起，各地纷纷兴建。批水处理厂。桶装水作为饮用水行j i k 的 产品之一，它不仅卫生健康，而且相对过去的用壶烧水方便快捷，所以备受青昧， 市场需求量巨大。桶装水水源取自地下深部循环的地下水，它的生成受地质构造，地。， 壳活动等影响，在特殊的地球化学环境中形成。因此。它含有一定量的矿物盐、微量 元素或二氧化碳气体。 随着时代的发展，科技的进步，越米越多行业正在向着机械化自动化的方向发0 展。由于目前饮品的市场需求量大，迫切要求提高灌装速率，人工对桶的刷沈和灌 装已经不能够满足市场需要，所以行业内大量采用机械化设备，在不断的发展过程 中，设备结构得到不断改进【lj 。 桶装水生产要经过桶的拔盖、外刷洗、内部喷洒淋洗、旋转灌装和压盏密封等 几个环节，为了获得更高的产能，提高生产效率，就必须使各个环节连为一体，采 用臼动化技术，实现自动化生产。 自动化技术作为现代制造领域中最重要的技术之一，主要解决生产效率与一致 性问题。无论高速大批量制造企业还是追求灵活、柔性和定制化企业，都必须依靠 自动化技术【2 1 。 在饮料行业，自动化生产线的生产方式是推广的最为普及的一种生产方式，它 促使拔盖、清洗、灌装等一整套流水线的速度大幅提升。据调查统计表明，饮料行 业自采用自动化生产线设备以来，生产力得到了大幅的提升，其产能大致提升为未 引进自动化生产线前的3 - 5 倍。其中，灌装精度更是手t 灌装所无法比拟的【3 1 。 本项目旨在研究桶装水整套自动化生产线的结构和控制系统，结构卜包括对拔 盖机、外刷洗机、内冲洗机和灌装压盖机等设备的结构改进，控制上主要是对桶装 广东工业大学硕士学位论文 水自动化生产线的自动化系统进行开发。桶装水生产线结构改进和控制系统设计课 题有有着非常重要的意义。 1 2 国内外桶装水自动化生产线的发展现状 液体灌装生产线是伴随饮料上业的产生而发展起来，并随饮料上业的发展而不 断进步，1 8 9 5 年第一台玻璃瓶灌装机在美国诞生：1 9 0 2 年出现了用于灌装蕃茄酱的 压力灌装机：皇冠盖封口机在1 9 1 2 年诞生；不久集封口和灌装一体的灌装压盖机问 世：2 0 世纪末，德国人制造出压盖机和啤酒自动灌装机【4 】。 目前，美国、德国、意人利等国的桶装水生产线设备设计制造水平相对较高， 其产品有以下几个方面的特点：l 、设备大型化；2 、机械结构设计简单合理；3 、设 备多功能化；4 、设备实现光、机、电、气、磁一体化。 在我国灌装设备有很多种类，应用范围非常广泛，有食品饮料、医药、日用品 等。目前灌装设备的技术趋向自动化，灌装设备在自动化操作下正在改变着灌装过 程的动作方式和灌装容器及材料的加工方法，实现自动化控制的灌装能够极人地提 高产品质量和生产效率，消除灌装工序造成的误差，从而有效减轻职工的劳动强度 并降低资源和能源的消刺5 卅。 桶装水生产线设备又称为桶装水灌装设备，目前我国拥有大大小小的桶装水灌 装设备生产商几十家，但每家设备的工作原理和运行方式都人同小异，生产工序基 本上都是桶的拔盖，外部刷洗，内部喷洒淋洗，然后旋转灌装和链条压盖。 国内的外刷洗机结构卜基本f = 采用毛刷刷洗，机子底部装有水箱和水泵，在水 泵作用下喷水杆不断向毛刷上喷水，同时两侧刷杆转动对桶进行刷洗。 内洗机有内部毛刷刷洗和内部液体喷洒淋洗，目前大部分厂商都采用内部喷洒 淋洗，一排排的桶在转架上倒立前进，底部同样有一排排的喷杆对桶内部进行若干 道喷沈，包括碱性液体除污喷洗、药水消毒喷沈和纯水清洁喷沈，达到洗涤消毒清 洁的目的。 桶装水灌装机按外观分有直线灌装机和旋转灌装机，采用较多的是旋转灌装的 方式。即水桶随灌装头一起做等速回转运动，同时进行灌装。旋转灌装机的结构由 供料装置、灌装头，托瓶转盘、轨道四大部分组成。按照灌装方式不同灌装机又分 为常压灌装机、压力灌装机和真空灌装机。常压灌装指在大气压力下依靠液体自身 2 第一章绪论 重量进行灌装，它主要用于灌装粘度较低且不含气体的液体如葡萄洒、牛奶等。压 力灌装指在高于大气压力下进行的灌装，一般用于灌装含气体的液体，如香槟酒、 汽水、啤酒等。本项目设计的灌装机采用旋转常监的灌装方式。 压盖机按工作方式分为旋转拧盖机和链条压盖机，前者主要用于塑料瓶、玻璃 瓶灌装后的瓶盖旋紧，如我们常喝的小瓶饮料果粒橙：后者主要用于将没有螺纹 口的盖子直接压入桶口，如桶装水水桶盖。 自动化技术已经成为发达国家的立国之本，发展中国家进行现代化建设的必由 之路。而发展自动化技术的重要性在我国表现的是尤为明显。在当今我国工n k 自动 化水平还比较低，大量企业的机械设备还需要工人进行手工操作，造成生产效率低 下、原料浪费较大、产品质最不稳定，高精尖产品的制造更是无从谈起。所以采用 各种方法加速我国传统企、i k 的自动化改造，大力发展我国自动化技术已经成为当务 之急【7 i 。 目前国内外灌装设备的自动化控制都是基于p l c 技术，采用人机界面和光电定 位检测技术，使用触摸屏控制并监测机器运转，动作部分多采用电动和气动使设 备成为机、光、电、气一体化，自动化程度较高。 p l c 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电了装置。它采 用可以编制程序的存储器，刚来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计 数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类 型的机械或生产过程。p l c 及其有关的外围设备与工业控制系统形成。个整体，易 于扩展其功能的。 目前，在国内外，8 0 以上的行业中的8 0 0 5 以上的设备均可使用p l c 。p l c 已广 泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环 保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类：l 、开关量逻辑控制： 2 、运动控制；3 、过程控制：4 、数据处理；5 、通信连网1 8 l 。 1 3 国内外桶装水自动化生产线的发展趋势 随着食品t 业的发展，在饮料灌装、包装设备方曲也彳i 断的向先进的方l 句发展。 目前这方而的先进技术还足掌握在美国、德国、意大利、英国和同本等国家手中 我困也j 卜在向先进水平发展。发展方向主要表现为以下儿个方面l 钆1 0 j ：生产的高速 广东工业大学硕士学位论文 化、设备结构合理化、设备的多功能化、控制的智能化。以及设备的绿色化等。 生产的高速化 为了迎合市场发展的需求，获取大的经济利益，提高生产速度似乎已经成为生 产控制中的一个重要因素。在一定程度上讲，提高生产速度在不增加劳动力的情况 下，唯一的方法就是改进设备，用同样的时间和同样的劳动力去操纵高效率的机器， 生产出相对多的产品。因此提高设备的生产能力就成为重中之重。目前，在桶装水 生产线中，生产速度最高可达2 0 0 0 桶4 , 时【l i 】。 结构的合理化 国内外桶装水生产设备制造商都在致力于产品结构的改进，不断的在对老产品 进行优化的同时开发出新的产品以适合市场的变化。一方面是零部结构的改进，设 备可靠性的提高，另一方面则围绕设备成本降低，以及操作方便和可维护性进行研 究。 设备多功能化 设备在不断的向多功能化方向发展，早期的桶装水生产设备，功能单一，只适 应种容器或一种液体的灌装，而且灌装量调节范围比较小，不能够适应用户改变 包装容器、改变灌装液体及灌装量的变化。而新型的生产设备是由几台可以独立工 作的设备经过智能组合，按用户的要求组成的不同形式的生产线，j l j 户只需在更换 小的部件的情况下就能完全满足对不同容器、不同液体的灌装，而且灌装速度调节 自如，这样就可以满足用户的不同灌装要求。 控制的智能化 早期的桶装水生产设备都是通过机构的功能来进行机械操作，使得设备庞大， 运转不灵活，而且可控制性差，误差大等。随着电子技术的发展，各种功能的传感 器和可编程控制器普遍应用于生产线的控制系统中，人机界而，故障自我诊断等， 实现了设备运行的智能化。现代桶装水生产技术的目标是精确、高效、自动化。精 确的灌装量、灌装过程的高速、减少液损、整条生产线的最优化控制，都由于自动 化技术的实际应用而成为可能。 1 4 桶装水生产线的研究内容 本课题主要研究惠州华森水处理设备有限公司的h s g 9 0 0 型桶装水自动化生产 4 第一章绪论 线设备，进行结构设计改进，如图1 所示，生产线上的结构分为拔盖机、外刷洗机、 内冲洗机、澎装机、i - 盖机_ 4 = l j 压盖机等，分别对它们的结构设汁进行改进。然后在 基丁可编程控制器p l c 技术，进行控制系统的丌发，并通过人机界而技术将触摸屏 与p l c 连接起来，实现集中控制。 解 陶卜1 椭装水生产线布局罔 f i g i - lt h el a y o u td i a g r a mo ft h eb o t t l e dw a t e rp r o d u c t i o nl i n e 木课题主要研究内容如图包括：( 1 ) a 、拔盖机的结构改进，b 、外刷洗机的 结构改进，c 、内冲洗机的结构改进，d 、灌装机的结构改进，f 、压盖机的结构改进： ( 2 ) 控制系统的设计。包括摔制系统的硬件设计和软件设计两大部分，硬件设计又 包括控制需求分析、硬件选型和配置以及控制原理图的设计：软件设计包括p l c 控 制程序设计和人机界而h m i 的设计。如图1 - 2 所示： 广东工业大学硕士学位论文 1 5 本章小结 图1 - 2 书要研究内容 f i g 1 - 2t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t s 本章主要阐述了进行该项研究的背景和研究意义，介绍了桶装水生产线以及生 产线上各设备的作用、特点和j i ：作方式，分析了桶装水牛产线的国内外发展现状和 发展趋势，阐述了本文对桶装水生产线结构和控制方面的研究内容。桶装水自动化 生产线是由数台机械设备经控制系统进行集巾控制，并按各自的功能完成一定任务， 进行顺序、连续生产灌装的一系列的动作组合，其中包括拔盖机、刷洗机、灌装机 和压盖机等。 6 第二章桶装水生产线的结构特征及改进 第二章桶装水生产线的结构特征及改进 2 1 设计软件的介绍 本文设计的桶装水自动化生产线设备采用s o l i d w o r k s 2 01 0 软件完成三维造型和二 维工程图的设计。s o l i d w o r k s 公司成立于1 9 9 3 年，它的总部位于马萨诸塞州的康克尔 郡( c o n c o r d ，m a s s a c h u s e t t s ) ，19 9 7 年，s o l i d w o r k s 被法国达索( d a s s a u l ts y s t e m e s ) 公司收购，作为达索中端主流市场的主要产品。s o l i d w o r k s 软件是世界一卜第一个基于 w i n d o w s 系统开发的三维c a d 软件，由于该技术创新符合c a d 技术的发展潮流， s o l i d w o r k s 公司成为这几年c a d c a m 产业中获利最高的公司【1 2 】。 s o l i d w o r k s 软件具有如下特点： 产品功能强大、技术创新和易学易用是s o l i d w o r k s 的三个特点，使s o l i d w o r k s 成 为主流的、领先的三维c a d 软件。s o l i d w o r k s 能够减少设计过程中的低级错误以提 高产品设计质量并且可以提供不同的设计方案。 对于熟练w i n d o w s 系统的用户，经过适当的培i | 就町以用s o l i d w o r k s 来设计。 s o l i d w o r k s 独有的拖拽功能使用广在较短的时间内完成大型装配设计安装。s o l i d w o r k s 资源管理器和w i n d o w s 资源管理器是一样的c a d 文件管理器，可以方便地管理c a d 文件。在目前市场上所能见到的三维c a d 设计软件巾，s o l i d w o r k s 是设计过程比较简 便且方便的软件之一。正如著名咨询公司d a r a t e c h 所评论的一样：“在基于w i n d o w s 平台的三维c a d 软件中，s o l i d w o r k s 是最著名的品牌。是市场快速增长的领导者”。 在强大的设计功能和易学易用的操作( 包括w i n d o w s 方式的拖放、点击、剪切 粘贴) 协同下，使用s o l i d w o r k s 设计，整个产品设计是町编辑的，零件设计、装配设 计和_ t 程图之间的是相且相关的。s o l i d w o r k s 具有人性化的广界面，配置管理，协同 工作，装配体设计和生成完整的、车间工人认可的详细的工程罔等特点。 s o l i d w o r k s 的主要功能模块包括，零件建模，曲面建模，钣金金设计，帮助文件， 数据转换，p h o t o w o r k s 高级渲染，图形输出和f e a t u r e w o r k s 特征识别等功能模块1 1 3 】。 7 广东工业大学硕士学位论文 2 2 桶装水生产线的主要技术参数和结构 本文以惠州华森水处理设备有限公司自主开发设计的h s g 9 0 0 桶五加仑桶装水 自动化生产线设备为研究基础，结合生产线的工艺流程，分析了生产线上各设备的 二l ：作过程及其主要部件的功能，对其部分结构设计进行改进。 生产线上的工艺流程按顺序依次要对桶进行拔盖、外刷洗、内冲沈、卜盖、灌 装和压盖，所以整个生产线结构也分为拔盖机、外刷洗机、内冲洗机、上盖机、旋 转灌装机和乐盖机几部分组成。下表是该生产线的总体参数： 表2 - 1i i s g - 9 0 0 灌装生产线总体参数 t a b 2 - lt h eg e n e r a lp a r a m e t e r so fh s g - 9 0 0f i l l i n gp r o d u c t i o nl i n e 项目 参数项目参数 电压a c 3 8 0 v5 0 h z 气压 0 6 0 0 5m p a 功率5 3 k w气耗1 0 m 3 牛产能力9 0 0 瓶小时水耗2 2 t h 瓶盖规格 5 8 4 0 灌装方式旋转灌装 内冲洗方式喷头伸入冲洗压盖方式直线链条压盖 基本配置 拔盖机、外刷机、内洗机、旋转灌装机、上盖机、压盖机 内冲洗机：8 0 0 0 x 2 0 0 0 x 2 0 0 0 外型尺寸外刷洗机：3 0 0 0 x 1 3 0 0 x 2 0 0 0 ( 单位m i l l )拔盖机：2 4 4 0 x 9 0 0 x 2 1 0 0 灌装机：2 6 0 0 x 2 4 0 0 x 2 6 0 0 2 3 桶装水生产线上各设备的结构特征及改进 本文对桶装水生产线上的拔盖机、外刷洗机、内冲洗机、上盖机、灌装机和压 8 第二章桶装水生产线的结构特征及改进 盖机的结构特征和工作原理进行介绍，并对这些设备上的部分结构设计进行改进， 使其更加合理，生产更加流畅高效【1 4 15 1 。 2 3 1 拔盖机的结构特征及改进 拔盖机的作用是将循环利用的桶上的盖了拔除，以便后续对桶进行清洗、灌水、 装盖等操作，故拔盖机广泛应h j 于桶装水生产中。在大型灌装生产线上，拔盖机一 般与外刷洗机、内冲洗机、灌装机和压盖机等连接一起，构成自动化生产线。本文 结构改进上主要是依照单头拔盖机的结构特征，重新设计出双头拔盖机，提高，上产 能力，其参数如下： 表2 2 双头拔盖机参数 t a b 2 2t h ep a r a m e t e r so ft h ed o u b l ep u l lc a pm a c h i n e 项目参数生产能力1 2 0 0 桶时 电源 a c 3 8 0 v 5 0 h z 气压 0 6 4 - 0 0 5m p a 功率o 7 5 k w气耗0 i m 3 2 3 1 1 单头拔盖机的结构特征及双头拔盖机的设计 目前国内水处理厂丰要依靠人：i ：拔盖或者应用单头拔盖机( 如图2 - i 所示) ，牛 产率低。为了满足现代高速、高效和高可靠性的生产需要，在广泛吸收国内外先进 机型的基石i i ：上，将原来生产线上的单头拔盖机结构进行改进，设计出5 加仑双头拔 盖机( 如图2 - 2 所示) 。该机具有效率高、定位准确、运行平稳等优点。改变了以往 人工或单头拔盖速度慢、劳动量大的缺点，真正实现了全自动生产，大大降低了工 人劳动强度。该机采用新型拨盖头设计，可根据瓶颈调节灾紧量，瓶盖自动收集，拔盖 性能稳定不伤瓶口。采用p l c 控制，使| h j 光电开关智能检测，能实现有瓶有盖才会进 行拔盖。无盖1 i 拔，运行过程稳定。 如图2 - 1 和2 2 所示，将原来生产能力低下的单头拔盖机结构进行改进，设计 出双头拔盖机，实现自动化生产，在每次拔盖工序巾，相同的时间内，南原来的每 次拔一个盖提升到两个，生产效率大大提高i i “19 1 。 9 广东工业大学硕士学位论文 1 、传送带2 、五加仑水桶3 、光电开关4 、电控柜5 、5 1 降气缸6 、夹头左t 缸7 、拔盖夹头 8 、挡板9 、出盖侧封板1 0 、机架1 1 、导盖壳1 2 、护壳1 3 、阻桶气缸 图2 1 单头拔盖机结构示意图 f i g 2 - 1t h es t r u c t u r ed i a g r a mo ft h ep u l lc a pm a c h i n e f _ _ 阿凸 二 兰 。、 _ - 丽翮 j 一 一一 ： 一一 ，、， 1 l 秘埔_ _ l 静嗨瑚舞翟嘲曩_ 旷占? 、叠一；一。誊参；_ 一 j 一 、 一 1 、机架2 、电控柜3 、传送带4 、出盖侧封板5 、挡板6 、夹头气缸7 、升降气缸8 、气控柜 9 、光电丌火1 0 、无加仑水桶1 1 、拔盖夹头1 2 、导学i i i l 壳1 3 、护壳1 3 、阻桶气缸 图2 2 双头拔盖机结构示意图 f i g 2 2t h es t r u c t u r ed i a g r a mo f t h ed o u b l ep u l lc a pm a c h i n e l o 第二章桶装水生产线的结构特征及改进 2 3 1 2 双头拔盖机工作原理 如图2 2 所示，双义拔盖机由传送机构、检测机构、阻椭机构、拔盖机构、吹 风导盖机构、电气柜和气控箱等组成。开机后，传送带将桶送入拔盖机，光电开关 用水检测是否有桶经过，当有桶经过时，四个阻桶气缸从传送带两侧升起，阻i l ：桶 继续向i j i 运动，将其固定在待拔瓶盖的位置。当检测到已经通过两个桶时，升降气 缸动作，将拔盖夹头降下，紧接着拔盖夹头夹紧桶盖，然后升降气缸提升，而桶身 会被挡板约水住，在升降气缸向上的作用力卜，桶盖被拔掉。然后拔盖央头松开， 桶落在传送带上，而吹风管开始吹j x l ，将拔盖夹头上的桶盖吹入导盖壳滑出拔盖机 外，进行统一收集，同时机器进入下一次工作循环。电气柜和气控箱是双义拔盖机 的控制部分，用来控制整台机的运转。该双头拔盖机的i ：作原理如图2 - 3 所示： 醴目 i 门臼厂 j门圈圈几 雷 l 莺 口口 4 1 、固定桶于待拔位置2 、拔盖头下降，夹紧桶盖3 、拔盏头上升，拔j ；f i4 、拔盏完成，桶输送 走 l 冬| 2 - 3 双头拔盖机工作原理 f i g 2 3t h ew o r k i n gp r i n c i p l eo f t h ed o u b l ep u l lc a pm a c h i n e 广东工业大学硕士学位论文 2 3 2 外刷洗机结构特征及改进 外刷洗机属于工业清洗机械，其中工业清洗按照清洗精度不同分为一般工业清 洗、精密工业清洗和超精密工业清洗三大类：按清洗方法不同分为物理清洗和化学 清洗；按清洗媒介不i 司分为湿式清洗和干式清洗。包装容器常用的清洗方法有浸泡、 喷射、刷洗和超声波清洗。本文所研究的外刷洗机属于湿式化学清洗的刷洗机【2 0 1 。 由于回收来的五加仑水桶外部可能很脏，不排除有一些较难去除的赃物，所以 一般在内冲洗机前布置一台外刷洗机。它的作用就足去除桶的外部污垢，在节约人 力的同时提高了空桶的卫牛等级。其参数如下： 表2 3 外刷洗机参数 t a b 2 3t h ep a r a m e t e r so fo u t e rb r u s h i n gm a t h i n e 项同 参数项耳参数 电压a c 3 8 0 v5 0 h z 气压 0 6 4 - _ 0 0 5m p a 功率 2 8 k w 气耗 0 i m 3 生产能力9 0 0 瓶小时 水耗 0 6 t h 工作工位4 工位冲洗时间 2 0 s 3 0 0 0 1 3 0 0 00 2 7 0 4 9 0 外型尺寸水桶规格 2 0 0 0 ( 咖)5 6 ( 姗) 2