开题报告-五加仑洗瓶机的传动系统设计.doc

附件四：武汉纺织大学毕业设计（论文）开题报告课题名称五加仑洗瓶机的传动系统设计院系名称外经贸学院专 业机械设计制造及其自动化班 级机设0721学生姓名一. 研究意义： 桶装水和饮水机已进入千家万户，给人们的生活带来了方便和时尚。五加仑桶装水在饮用水市场中占很大的份额，所以针对五加仑桶洗瓶机的研发尤为重要，关于传动系统的设计很关键。五加仑洗瓶机传动系统设计采用的是电机传动、齿轮传动、链传动等机械传动，链传动可用来传递相对位置较远的两轴之间的运动和动力。链传动的特点是：平均传动比准确，工作可靠，效率高；传递功率大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；所需张紧力小，作用于轴上的压力小；能在高温、潮湿、多尘、有污染等恶劣环境中工作。针对这些传动的特点，选择合适的配合也能给整个传动系统的设计带来方便。为了能制造出品质一流的洗瓶机，一个稳定高效的传动系统是必不可少的。二. 所属领域的发展状况：1.洗瓶机的现状前国内市场上的洗瓶机有扭道式、箱式、滚筒式和立式等多种, 无论是何种洗瓶机大多采用了超声波清洗技术, 利用超声波空化作用所产生的机械摩擦力, 以清除用一般洗瓶工艺难以清除的瓶内、外粘附较牢固的物质。但安瓶瓶、西林瓶、口服液瓶对超声波的功率大小要求各不相同, 瓶子的规格越大、壁越厚所需要的功率就越大, 通常洗瓶机超声波的功率在900W左右，且大小可调。其中, 扭道式洗瓶机产量低、速度较慢, 以洗西林瓶和口服液瓶为主, 使用客户相对较少。以B+S公司的早期产品为原型的箱式洗瓶机在国内药厂的应用也不多。目前国内市场以滚筒式洗瓶机和立式洗瓶机的应用最为广泛, 且立式洗瓶机后来居上, 发展势头迅猛, 己取代了滚筒式洗瓶机的传统地位, 目前国内生产立式洗瓶机的代表厂家有长沙楚天、上海远东、上海旭发、长沙正中等。在国际上, 2000年以前国外厂家生产的洗瓶机各不相同。德国博世公司的洗瓶机主要采用滚筒式洗瓶机,德国B+S公司、意大利的伊马公司主要采用箱式洗瓶机。博世公司虽然拥有30多年生产滚筒式洗瓶机的技术, 但为了适应cGMP的需要, 到20世纪末, 淘汰了滚筒式洗瓶机转而开始生产技术含量更高、更符合要求的立式洗瓶机。B+S、伊马等也淘汰了自己的箱式履带式洗瓶, 目前基本统一到以博世公司为代表的立式洗瓶机上来了。尽管各个洗瓶机生产厂家在结构上各有特色, 但原理都是一样的。从扬子江药业进口的博世、B+S、伊马3家的水针线中的洗瓶机看, 就是同属一个类型, 其它厂家如昆明、连云港、深圳等药厂则全是引进博世公司产品, 相对而言, 博世公司在水针线方面开发实力最强, 也最早开发了立式洗瓶机, 它的立式洗瓶机最有代表性, 是我国多数药厂看好的洗瓶设备。2.国内洗瓶机的发展趋势众所周知, 老式水针线自引进博世技术国产化以来, 己有15年历史, 其产品在国内占据了绝对市场份额, 而仿B+S和意大利的机型却无法与之相提并论。然而自2004年长沙楚天公司开始推出国际最新技术的立式洗瓶机以来, 市场形势发生了根本性的变化, 国内生产其它形式洗瓶机厂家也都开始转向。从2005年的成都药机会和同期召开的上海国际展上可以看出, 几乎所有水针线生产厂家, 洗瓶机己改为立式洗瓶, 足以说明这种发展趋势己被行业所公认。2.1 符合市场规律我国目前正处在市场经济高速发展阶段, 仍属发展中国家。客观的说, 从技术的角度来看, 国际上的今天就是我们的明天, 与国际接轨, 就是向国际先进技术学习。过去是这样, 现在还是这样。国外博世公司沿用30多年的洗瓶技术为什么要改？因为有了更好更高水平的技术, 才以新技术赢得市场, 优胜劣汰, 这就是市场规律。2.2 立式洗瓶机已进入技术成熟阶段用于清洗安瓶的立式洗瓶机在国内的使用已有三四的历史, 市场总量近200台。经过国内药机厂家的大力攻关, 针对国产化中遇到的问题, 作了相应的完善和提高, 使之更加符合国情, 其己进入了技术成熟期。立式洗瓶机己经系列化、通用化, 按机械手数划分可分为20头（主要适用于清洗50250ml的大输液瓶）、40头、60头、80头、100头及120头等多种, 产量从每分钟100瓶至600瓶等多个产品, 且在一定范围内速度可调, 目前立式洗瓶机不但可以清洗安瓶瓶, 更换少量规格件后也可以清洗西林瓶和口服液瓶, 真正做到了一机多用。3 滚筒式洗瓶机和立式洗瓶机技术对比分析3.1 卧式超声波洗瓶机(1)滚筒式洗瓶机的设计生产能力最大22000瓶/h,但在清洗20ml的大规格安瓶瓶时, 滚筒式洗瓶机只有8000瓶/h, 产量有待提高。(2)清洗瓶内壁的喷针为循环水、注射用水、压缩空气共用喷针, 因而有介质交叉污染, 且在运转过程中喷针必须从未经过滤的水中通过, 造成直接污染, 如图所示, 不符合GMP要求。(3)滚筒式洗瓶机破损率约为1%, 破瓶时易产生连锁反应。(4)滚筒式喷针与喷嘴之间有间隙(原理上决定),水气管路不连续, 因而不仅水气有损失(约20%), 而且压力也有损失(约40%), 水、气耗量大, 不仅浪费能源,而且同样条件下, 达不到最佳清洗效果。滚筒式喷针多根, 由于细而长易堵、易断。滚筒式进瓶为斜斗式, 安瓶只能通过传递窗再人工上机, 劳动强度大。安瓶在冲洗时, 瓶口不是完全处在垂直朝下的位置进行清洗, 洗瓶效果差。(5) 滚筒式喷针多(288根), 由于细而长易堵、易断。(6) 滚筒式进瓶为斜斗式, 安瓶只能通过传递窗再人工上机, 劳动强度大。(7)安瓶在冲洗时, 瓶口不是完全处在垂直朝下的位置进行清洗, 洗瓶效果差。(8)工作观察不完全, 操作不方便, 操作者无法看到水箱中安瓶进瓶等工作状态, 不便发现故障及故障处理。(9)滚筒式洗瓶机规格更换得多, 更换规格件繁琐,调整复杂。3.2 立式超声波洗瓶机(1)设计生产能力为2400瓶/h。尤其对大规格瓶子, 比滚筒式洗瓶机提高50%。(2)通用型立式清洗机的循环水、注射用水和压缩空气均采用独立喷针和管路系统, 避免了介质交叉污染。(3)所有喷针与水箱无接触, 无污染。(4)喷针与喷嘴为一体, 无间隙, 不存在卧式洗瓶机所存在的缺点。立洗机由于喷射压力大、内壁清洗效果好, 澄明度较滚筒式高。(5)规格件少, 更换规格方便, 喷针数量少(36根),水、气管路短, 便于清洗和更换备件, 喷针与瓶内壁无磨擦, 减少玻屑和金属微粒的产生, 同时能有效降低瓶口的破损。(6)安瓶在冲洗时, 瓶口一直处于垂直朝下的位置, 洗瓶效果好。(7)可视性好, 安瓶清洗过程全部显露在操作者视线内, 便于观察, 无清洗效果隐患。(8)采用平送网带上瓶, 可直接在传递窗外开箱上瓶, 不需码瓶上周转盘, 劳动强度低。(9)破瓶率低, 破瓶率5，出现碎瓶时不会发生连锁反应。(10)国外机型采用了升降环、四导柱升降机构, 传动机构复杂, 成本高。国内机型的传动采用了空间连杆及凸轮机构, 结构简单, 便于安装维修, 成本低, 见图。国内立式洗瓶机的喷针升降、跟踪原理图(空间连杆及凸轮机构), 见图3, 而博世公司的立式洗瓶机传动则采用了升降环、四导柱升降机构。 4 立式洗瓶机的要求立式洗瓶机为为立式转鼓结构, 其采用网带进瓶, 绞龙分瓶, 机械手夹瓶, 翻转并连续旋转, 洗瓶喷管作往复摆动、跟踪运动。瓶子在水槽内进行浸泡及超声波振动清洗, 使得附着在瓶上异物脱落。在清洗工位时通过机械手翻转180到瓶口朝下, 冲洗过程中, 水气独立分开次交替喷射。清洗完毕后由机械手将瓶子翻正, 然后安瓶瓶送至下道工序。洗瓶机在规定范围内速度无级调, 并有仪表显示。4.1 应具备的主要功能(1) 既能单机使用, 又能与杀菌干燥机、分装封口机组成全自动生产线, 并具有完善的自动保护功能, 能确保产品的质量;(2) 电机发生故障时, 应能自动停机报警。具有有效的机械、电器安全防护装置, 保证设备正常运行及操作人员的安全;(3) 控制系统先进、合理, 采用触摸屏式操作面板,可监控用水、用气及设备运行状态。具备自动报警和停机功能, 可显示和储存生产参数及历史数据, 并可显示故障点;(4) 水槽内水温由辅助加热器自动控制, 清洗槽内设有温控仪控制, 并有温度数字显示, 保证超声波清洗在的最佳温度范围内进行, 并控制加热和超声波启停;(5) 新鲜水管路上和压缩空气管路上装有电磁阀,以节约用水用气;(6) 超声波清洗的功率可根据瓶子的规格和实际状况进行调节;(7) 泵缺水与超声波的运行连锁保护。当超声波不工作时, 水箱水位不够时, 无法开启机器联动。当超声波发生故障时, 主机能自动停车;(8) 清洗机应设置显示水、气压力的仪表。当各种清洗介质的压力低于额定压力时，设备无法启动，保证洗瓶洁净度。4.2 材质要求(1) 凡与水、气直接接触的零部件应采用无毒、耐腐蚀、不脱落、化学性能稳定的材质制造, 机械手、夹臂、循环水管和压缩空气管及接触清洗液的零部件宜采用奥氏体不锈钢制造, 注射水管、喷针应等采用SUS316L不锈钢制造；(2) 进瓶螺杆、出瓶星轮、提升块等塑料件采用无毒不脱落异物的优质非金属材料制造；(3) 所有洗瓶水及空气阀门全部采用卫生级隔膜阀, 压力表采用卫生级；(4) 过滤器及密封垫不得使用易脱落纤维及含有石棉的材料。三.课题主要内容和要求1.课题的主要内容 本课题以五加仑洗瓶机传动系统设计为主要内容，训练学生关于机械设计方面的基本知识与技能以及综合应用的能力，包括：机械设计、计算机辅助设计与仿真、技术交流(报告写作、口头表达)等方面的知识及其应用能力；训练学生对于具体工程问题独立思考、分析问题解决问题的能力，使学生对于工程设计及科学研究的基本过程与方法有一定的了解与认识；使学生在科技写作、撰写研究报告与学术论文方面得到初步训练。学生通过课题训炼，熟悉机械产品设计类项目研究和设计的一般过程与方法，培养学生的创新思维，增强学生的实践动手能力。2.课题要求 1.完成2500字以上开题报告；2.完成调研分析、洗瓶机传动系统工作原理设计、机械结构与主要零部件设计，建立洗瓶机传动系统机械零部件实体模型和装配模型，进行运动仿真等。3.按规范撰写毕业论文1份，其中正文不少于10000字；4.翻译外文文献，不少于3000中文字符；5.传动系统原理图、装配图、零件图等技术文件，符合相关标准，采用相应计算机软件绘制。四.研究方法、步骤和措施(1)查阅洗瓶机的相关资料，明确一般洗瓶机的传动系统的工作原理；(2)对洗瓶机的传动系统进行分析设计，确定初步设计方案；(3)进行传动系统装配和主要零部件设计，并绘制相关二维图；(4)对设计数据进行分析以及传动系统的相关计算；(5)进行整个传动系统设计的审查，编写设计说明书；五参考文献1 哈尔滨工业大学理论力学教研室编.理论力学.高等教育出版社，1982.2 马伯龙等主编. 轻工业技术装备手册M.北京：机械工业出版社，1994.3 秦保振.洗瓶机的现状及发展趋势J.机电信息，2007，6（29）：31344 无锡轻工业学院, 天津轻工业学院. 食品工厂机械与设备M . 北京: 中国轻工业出版社, 1995, 9.5 黄锡恺, 郑文纬. 机械原理M . 北京: 高等教育出版社, 1985,246 温诗铸，黄平著.摩擦学原理M.清华大学出版社7 袁小平. DCX2型多用洗瓶机的研究 J . 食品与机械, 1995 ( 4) :278 梁英. 全自动对夹式洗瓶机 J . 食品与机械, 2000( 2) : 40.9 温诗铸，黄平著.摩擦学原理M.清华大学出版社10 周文玲，刘安静.洗瓶机出瓶机构的设计分析J. 食品与机械，20