直线型液体自动灌装机设计【9张CAD图纸+毕业论文】【答辩通过】

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摘  要

本文主要介绍了一种为液体饮料生产企业设计的自动灌装生产线。分析了定量常压式灌装设备的国内外现状，探讨了产品的市场开发背景，对设备的基本原理、结构设计以及各个子系统，如供送系统、灌装系统、控制控制系统以及执行系统的主要功能都作了详细介绍，论述了设备开发过程中采用的一些关键技术；采用单片机控制，系统控制方便准确、稳定可靠；执行机构可靠性高、稳定性好；传感器的应用更是提高了设备的可靠性；抗干扰设计和一体化的设计简化了系统结构，降低了重量，节省了成本。
本文研究成果及主要工作包括:首先，通过对比和分析完成了对各个子系统环节的选择与设计的基本思想和开发思路，单片机应用系统的开发，进行了硬件设计和软件编程；其次，对设备进行了准确度等级的检测实验和商品实例分析;最后，对系统的各个组成机构进行了整体一致性地分析和控制。设备具有精度高、速度快、稳定可靠、操作简单等优点，配以自动式封盖机能适用于自动化生产，可广泛应用于食品，医药，轻工，化工，纺织，电子，仪表等行业，提高了企业的劳动生产率和计量保证能力，具有较高的应用价值和良好的市场前景。

关键词：灌装；直线型；控制；单片机

目  录
第1章  绪论
1.1包装机械化的重要意义.........................................1
1.2包装机械的主要特点及发展动向.................................2
1.3包装机械工业的概况及展望.....................................3
1.4包装机械的组成...............................................4
第2章  灌装机械
2.1概述.........................................................6
2.1.1国内外饮料灌装机械的发展概况............................6
2.1.2我国饮料灌装机械制造业概况..............................7
2.1.3液体灌装机械的分类......................................7
2.1.4国内外液体灌装机械的发展趋势............................9
2.2总体方案设计的基本内容.......................................9
2.2.1确定功能与应用范围......................................9
2.2.2工艺分析...............................................10
2.2.3总体布局...............................................10
2.2.4拟订主要的工作参数.....................................11
2.3方案的提出..................................................11
第3章  总体方案的设计分析和方案的比较与选择
3.1设计分析....................................................12
3.1.1功能与应用范围.........................................12
3.1.2工艺分析...............................................12
3.1.3对执行构件的运动要求...................................13
3.1.4机构选型...............................................13
3.2灌装机的总体结构............................................15
第4章  液料供送系统的设计计算和选用
4.1输送管路的设计..............................................16
4.2输送液泵的确定..............................................17
4.3阀端孔口流量的计算..........................................20
4.4灌装时间的计算: .............................................22
4.5供液系统原理图..............................................23
4.6供液系统所选元件的参数与一些重要参数........................24
第5章  供瓶系统的设计计算和选用
5.1输送线方案的选用............................................25
5.2电机到减速器的传动设计与计算................................25
5.2.1轴转速功率扭矩的计算....................................25
5.2.2直齿圆柱齿轮传动设计....................................27
5.2.3轴的结构设计............................................33
5.3链传动设计计算..............................................35
5.4输送线部分的计算............................................40
5.5轴系部件的设计计算..........................................41
5.5.1轴的设计计算............................................42
5.5.2轴承的选用和计算........................................48
5.5.3键的校核计算............................................49
第6章  灌装系统设计和选用
6.1灌装机储液箱的尺寸确定......................................51
6.1.1储液箱容量的计算........................................51
6.1.2结构设计................................................51
6.2储液箱上的一些辅件的说明....................................51
6.3罐装方法与定量方法的选用....................................52
6.3.1灌装方法...............................................52
6.3.2定量方法...............................................53
第7章  执行系统的设计计算和选用
7.1动作分析与执行件的选用......................................55
7.1.1动作分析................................................55
7.1.2执行件的选用............................................55
7.2设计分析与方案设计..........................................55
7.3机械液压系统设计与计算......................................56
7.4液压系统回路方案设计........................................60
7.5选择液压元件................................................61
7.6液压系统性能验算............................................62
第8章  控制系统的设计和选用
8.1水箱液位控制................................................64
8.2执行系统的控制..............................................67
参考文献.......................................................69
翻译
中文译文.......................................................77
致谢............................................................81

第1章  绪论

1．1包装机械化的重要意义
近半个多世纪以来，随着生产与流通日益社会化，现代化，产品包装正以崭新的面貌崛起，受到人们的普遍重视。
现在包装的基本定义是：对不同批量的产品，选择某种有保护性，装饰性的材料或包装容器，并借助适当的包装方法实现包装作业，以达到规定的数量和质量，同时设法改善外部结构，降低生产成本，从而在流通到消费的过程中使之容易储存搬运，防止产品破损变质，便于识别回收和利用，有吸影力，广开销路，不断促进扩大再生产。
无论在国外或国内，包装工程已经涉及到各行各业，面广量大，对人民生活，国际贸易和国防建设到带来了深刻的影响，甚至在现实生活中出现了过去难以想象的新情况：未经包装出售的商品越来越少，而且包装上的失败往往会使好的产品得不到好的销售。因而不妨这样说，在将来，没有现代化的包装就没有商品的生产和销售。可是如果没有先进的工业与科学技术的综合发展，也不可能出现现代化的包装工程。
迄今，一些科技发达的国家，在食品，医药，轻工，化工，纺织，电子，仪表和兵器等工业部门，已经程度不同地形成了由原料处理，中间加工和产品包装三大基本环节构成的包装连续化和自动化的生产加工过程，有的还将包装材料加工，包装容器成型和包装成品储存系统都联系起来组成高效率的流水作业线。再者，为使包装产品更好地进入流通领域，大都配有专门的自动化仓库，并采用托盘集装箱运输。
大量事实表明，实现包装的机械化和自动化，尤其是实现具有高灵敏度和高灵活性的自动化包装线，不仅体现了现代化生产的方向，同时也可以获得较大的经济效益。
一  能增加各种品种，改善产品质量，增加市场竞争力。
现代包装机械所能完成的工作已经远超过了简单地模仿人的动作，甚至可以说在很多场合用巧妙的机械方法包装出来的产品，不论在式样，质地或精度等方面，大多是手工无法胜任的。
二  能改善劳动条件，避免污染危害环境。
对一些特殊的包装物品，实现包装的机械自动化，便可以大大改善操作条件，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，如果能实现机械化和自动化，则可以大大减轻体力劳动，增加工人健康和提高生产效率。
三  能节约原材料，减少浪费，降低成本。
有一些粉末，液体在手工包装过程中容易发生起泡，飞溅，外泄等现象，如果改为机械包装则会大大减少损失。
四  能提高生产效率，加速产品的不断更新。
机械包装反对生产能力往往比手工包装提高几十倍，甚至是几百倍，这样将会更好地适应市场的实际需要，合理地安排劳动力，为社会创造更多的财富。
由此可见，实现包装机械化和建立现代化包装工业，是关系到国家长远规划的一件大事，也是搞好社会主义现代化的一项重要内容。

1.2包装机械的主要特点及发展动向
包装机械的作用是给有关行业提供必要的技术装备，以完成所需要的产品包装工艺过程。为了对包装机的发生和发展找出规律性认识并制定出适当的对策，有必要深入地了解它的一些特点：
一  包装机械是特殊的专业机械。
包装机械是特殊的专业机械，种类很多。包装物品不仅花色品种多，而且多数是可以变化的。而且人们对包装还提出更高的要求，从而使得包装机械不断地提高和改进。
包装不单作为一个独立的工业部门已经取得的惊人的发展，同时也逐渐地成为一门崭新的综合科学。
二  在发展专用机械的同时，积极开发通用包装机械。
包装机械在发展专用机械的同时，为满足现代包装的实际需要正在不断扩大其通用能力，积极开发新型的通用包装机。
研制通用包装机的目的，一是适应被包装物品，材料和包装形式的多样化，二是要照顾制造使用单位的技术力量，设备配置和生产成本。所以人们越来越重视包装机的通用性。
三  包装机械日趋联动化，高速化，自动化
包装机械日趋联动化，高速化，自动化，并相应提高自动化水平，使设备功能逐步完善。
实践表明，搞好包装机械自动化不单脱离不开机电液气等常规技术手段的相互配合，同时还必须了解和掌握有关尖端技术，尽量吸收和改进包装机械确有的价值，使之保持一定的生命力。

1.3包装机械工业的概况及展望
在世界范围内，包装工业的发展比较短。科学技术发达的欧美各国大体上是从本世纪开始初叶起步的，及至50年代才有大的发展。由于社会上的各方面的积极推动和有利配合，终于逐步建立起包装材料，包装印刷，包装机械等生产部门和与之相适应的科研，设计，教育，学术，管理等机构，进而形成了独立完整的包装工业体系，而在国民经济中占有重要的地位。
据有关专家预计，2005年我国包装机械产量将增加到67万台(套)，到2010年将增至93万台。
   快速发展的食品加工业，需要大量高品质的包装机械和食品加工机械，也给包装机械制造行业带来了商机。目前我国食品加工能力还远不能满足需要，因此在提高农副产品深加工能力的同时，食品机械和包装设备的需求就必然加大。
   据有关方面预计，到2005年国内市场食品机械和包装设备的总需求应为650亿元左右，即每年保持12％以上的增长率才能满足市场需求。同时，这两个行业将淘汰部分低产量高能耗的生产设备，争取使新型高效设备所占比例达到60％。由于中国国产机械的技术和质量还无法满足要求，对国外此类设备的进口需求将增加。
   随着我国经济形势持续高速发展，人民生活水平不断提高，人们对医疗健康的需求越来越高，因此带动了医药行业的快速发展，并由此推动了对制药机械需求的增长，促进了制药装备工业的繁荣。据统计，2003年前3个季度，我国制药机械制造业产品销售收入达到了l4．15亿元，实现利润达到25．73％。
今后要运用系统工程的观点，进一步统筹规划，分工发展食品，农副产品，医药，轻工，兵器等部门急需的包装机械以及相关的包装配套设备，还须抓好包装材料加工和成型机械，包装检测装置以及包装基础件的生产，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等工作，以加快包装机械更新换代的步伐。

1.4包装机械的组成
包装机械由动力机，传动部分和执行部分等构成。为便于掌握和研究包装机械的工作原理与结构性能，通常又将包装机械分成以下9个组成要素。
一  被包装物品的计量与供送系统
被包装物品的计量与供送系统是指将被包装物品进行计量，整理，排列，运输到预定的工位的装置系统。有的还完成被包装物品的成型和分割。
二  被包装材料的整理与供送系统
包装材料的整理与供送系统是指将包装材料进行定长切断或整理排列，并逐个输送到预定的工位的装置系统。有的在供送过程中还完成制袋或包装容器的竖立，定型，定位。
三  主传动系统
住传动系统是指将包装物品和包装材料由一个包装共位传送到下一个工位的装置系统。单工位包装机则没有主传动系统。
四  包装执行机构
包装执行机构是指直接进行裹包，填充，封口，贴标，捆扎和容器成型等包装操作的机构。
五  成品输出机构
成品输出机构是指将包装品从包装机上卸下，定向排列并输出的机构。有的机械的成品输出由主传动系统完成或靠重力卸下。
六  动力机与传动系统
动力机与传动系统是指将动力与运动传递给执行机构和控制元件，使之实现的预定动作的装置系统。
七  控制系统
控制系统由各种自动和手动控制装置等组成，是现在包装机的重要组成部分，包括包装过程及其参数的控制，包装质量，故障与安全的控制等。
八  机身
机身用于支撑和固定有关零部件，保持其工作时要求的相对位置，并起一定的保护，美化外观等作用。