（机械工程专业论文）xg8全自动回转式旋盖机的研制.pdf

摘要 摘要 现在，随着人们物质生活水平的提高，对产品的包装质量也相应提高，与国外先进 技术相比，我国灌装旋盖包装机械在速度方面、产品适应性方面尚有许多差距，国产设 备大多数是在引进设备，消化吸收的基础上开发的，受引进起点的限制和消化吸收深度 不够的影响，缺少高质量的专用灌装旋盖设备，且在控制技术、可靠性和在线检测等方 面不能满足国内生产的需要。未来几年，我国食品、药品包装机械设备的总需求应为6 5 0 亿元左右，即每年保持1 2 以上的增长率才能满足市场需求，所以根据国内企业技术要 求，开发适应性强、价格适中的包装机械将有很大的市场发展空间。 目前国内灌装生产线中广泛使用的旋开盖封口机大多为直线式旋盖机，由于直线式 旋盖机是单通道式旋盖，其生产能力受到限制，不能适应高速旋盖的需要；另外，更换 瓶子时调整比较困难，无法对不同高度瓶子实现快速调整后进行旋盖；旋盖头单一，适 应能力差，每一种瓶盖就要更换一次相应的旋盖头，既浪费时间，又增大成本。所以各 生产厂家的旋盖机在旋盖能力、效率、适宜瓶型、适宜瓶盖及自动化程度等方面各有优 缺点。 为了适应现代包装机高速、高效和高可靠性生产的需要，在广泛吸收国内外先进机 型的基础上，本论文根据企业现场需求研究、设计了x g 8 回转型旋盖机，该机采用多 工位回转式结构。在传动系统中，设计升降手轮，使主轴作升降移动，以适应不同高度 瓶子封口的需要。在旋盖头中，保证旋盖松紧程度的离合器采用磁耦合离合器，通过磁 耦合离合器中的两组磁铁来传递扭矩，通过改变两组磁铁间的空隙来调整力矩，保证既 能旋紧瓶盖又不致于划花或损坏瓶与瓶盖。 本旋盖机既可以作为单机独立使用，也可以和全自动理瓶机、全自动灌装机联动组 成自动化生产线，生产实践表明：本旋盖机具有速度可调、定位准确、旋盖可靠、运行 平稳、无噪音和不伤瓶盖等优点。该机自投放市场以来，深受用户好评，是理想的灌装 设备。 关键词：旋盖机；回转；p l c 自动控制 大连交通大学1 ：程硕十学位论文 a b s t r a c t c u r r e n t l y , w i t ht h es t a n d a r do fl i v i n gi m p r o v i n g ，p e o p l ec o r r e n s p o n d l yh i g h e nt h e i r d e m a n do nt h ep a c k i n gq u a l i t y , a c c o r d i n gt oc o m p a r i s i o n 、 ，i t l lo v e r s e aa d v a n c e dt e c h n o l o g y , t h ep a c k i n gm a c h i n e sm a d ei no u rc o u n t r y , i n c l u d i n gf i l l i n gm a c h i n ea n dr o t a r y - l i d i n g m a c h i n e ，r e m a r k e d l yd r o pb e h i n d ，a si ns p e e da n da d a p t a b l i l i t ya n ds oo n t h em o s to ft h e e q u i p m e n tm a d ei n o u rc o u n t r ya r ed e v e l o p e dt h r o u g ha s s i m i l a t i n ga n dd i g e s t i n gt h e t e c h n o l o g yo fi m p o r t e de q u i p m e n t c o n s i d i n gt h ea s s i m i l a t i o nd e e p n e s sa n dt h et e c h n o l o g y d i f f e r e n c e s a m o n gi m p o r t e de q u i p m e n t a sw e l la st h el a c ko f h i g h q u a l i t yf i l l i n g t o t a r y - l i d d i n ge q u i p m e n t ，p l u st h ed i v e r s i t yo fe x i s t i n gc o n t r o lt e c h n o l o g y , d e p e n d a b i l i t y , o n - l i n ei n s p e c t i n g ，s ot h ee q u i p m e n tm a d ei no u rc o u n t r y , s o m e t i m e s ，c a n s ta p p e a s et h e d e m a n do fd o m e s t i cp r o d u c t i o n 。h o w e v e r , i nt h ec o m i n gy e a r s ，t h et o t a lo ft l l ed e m a n do n p a c k i n gm a c h i n eg e tt o6 5b i l l i o n so rs oi nd o m e s t i cf o o da n dm e d i c a li n d u s t r y , t h a ti ti s ，i n o r d e rt oa p p e a r st h em a r k e td e m a n d ，t h ek i n do fp a c k i n ge q u i p m e n tm u s tb ek e p ta12 i n c r e a s i n gr a t e a tp r e s e n t ，t h eb e e l i n er o t a r y - l i d i n gm a c h i n e sa r ec o m m o n l yu t i l i z e di nt h ec a p p e ro n d o m e s t i cf i l l i n gp r o d u c t l i n e h o w e v e r , b e c a u s eb e e l i n er o t a r y - l i d i n gm a c h i n ea d o p t ss i n g l e r o u t e w a ym o d e w h i c hc a m ta c c l i m a t i z ei t s e l ft ot h er e q u i r e m e n to fh i g h s p e e dr o t a r y l i d i n g ， s ot h et h r o u g h p u ti s g r e a t l yl i m i t e d i na d d i t i o n ，c o n s i d e r i n gt h ef o l l o w i n g f a c t o r s ：t h e a d j u s t i n gd i f f i c u l t yd u r i n gr e p l a c i n gb o t t l e ，w h i c hm a k e st h e s p i n n i n g l i di m p o s s i b l ea f t e r h i g h s p e e da d ju s t i o n b e c a u s eo ft h ed i f f e r e n th i g h n e s so fb o t t l e s ；t h es i n g l e n e s so f r o t a r y 1 i d i n gh e a da f f e c t sg r e a t l yt h e i t sa d a p t a b i l i t y , t h a ti ti s ，w h e n e v e rak i n do fb o t t l el i di s c h a n g e di n t oa n o t h e ro n e ，w em u s ta l t e rt h er o t a r y l i d i n gh e a dc o r r e s p o n d i n g l y , w h i c hw a s t e s t i m ea n dh e r e b yi n c r e a s e sc o s t t h e r e f o r e ，t h er o t a r y - l i d i n gm a c h i n ef r o md i f f e r e n t m a n u f a c t u r e r sp o s s e s s e sb o t ha d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e si nr o t a r y - l i d i n gc a p a b i l i t y , e f f i c i e n c y , a d a p t a b i l i t yt ob o t t l ef o r m ，a d a p t a b i l i t yt ob o t t l el i d ，a n da u t o m a t i z a i o nl e v e l t oa d a p tt h ed e m a n do nh i g h - s p e e d ，h i g h - e f f i c i e n c y , h i g hr e l i a b i l i t yo fm o d e mp a c k i n g m a c h i n e ，b a s e do nc o m p r e h e n s i v e l ya s s i m i l a t i n ga d v a n c e dt e c h n o l o g yi np a c k i n gm a c h i n e f r o mo v e r s e a sa n dn a t i v e ，w eh a v es u c c e s s f u l l yd e s i g n e dx g - 8r o t a r y - l i d i n gm a c h i n eo n w h i c hw ea d o p tm u l t i w o r k i n g h e a dt u r n i n gs t r u c t u r e i nt r a n s m i s s i o ns y s t e m ，w ei n s t a l la r i s i n g f a l l i n gh a n d w h e e lt om a k et h ep r i n c i p a la x i st om o v eu p d o w ni no r d e rt oa d a p tt h e d i f f e r e n th i g h n e s so fb o t t l e s i ns p i n n i n g - l i dh e a d ，t h ec l u t c hw h i c ha s s u r e st h ed e g r e eo f t i g h t n e s so fs p i n n i n g - l i da d o p t sm a g n e t i cc o u p l i n g t h e r ea r et w os e t so fm a g n e tt ot r a n s f e r t o r s i o n a lm o m e n t ，a n dt h r o u g ha d j u s t i n gt h eg a pb e t w e e nt h et w os e t so fm a g n e t ，w ec a n c o r r e s p o n d i n g l ya d j u s tt h em o m e n tt oa v o i ds c r a t c h i n go rs h a t t e r i n gb o t t l eo ri t sl i dw h i l e s p i n n i n gl i dt i g h t l y t h er o t a r y 1 i d i n gm a c h i n ei sb o t hu s e ds o l e l ya n dc o m b i n e ds e p a r a t e l yw i t hf u l l a u t o 摘要 w a s h i n g 。b o t t l em a c h i n e ，f u l l a u t of i l l i n gm a c h i n e ，f u l l a u t or o t a r y 1 i d i n gm a c h i n ei n t oa l l a u t o m a t i cp r o d u c t l i n e t h ep r a c t i c eo fp r o d u c t i o ni n d i c a t e s ：t h e r o t a r y 1 i d i n gm a c h i n ei s c h a r a c t e r i z e db ys p e e da d j u s t a b i l i t y , a c c u r a t e l yp o s i t i o nf i x i n g ，s u i t a b l es p i n n i n g 1 i d r e l i a b l e r u n n i n gs t a b i l i z a t i o n ，n o i s e l e s s ，a n dw o u n d l e s s t h er o t a r y 1 i d d i n gm a c h i n eh a sb e e n a p p l a u s e db yi t su s e rs i n c eb e i n gl a u n c h e di n t om a r k e t ，w h i c hi sak i n do fp e r f e c tf i l l i n g e q u i p m e n t k e yw o r d s ：r o t a r y - l i d i n gm a c h i n e ；t u r n i n g ：p l c a u t o c o n t r o l 绪论 绪论 产品装入容器后，为了使产品得以密封保存，保持产品质量，避免产品流失，需要 对包装容器进行封口，这种操作是在封口机上完成的。旋盖机就是封口机的一种，广泛 用于玻璃瓶或p e t 瓶的螺纹盖封口。这种封盖事先加工出内螺纹，靠旋转封盖，将盖旋 紧于容器口部，由于螺纹盖具有封口快捷、开启方便及开启后瓶又可重新旋上瓶盖等优 点，所以一些不含气的液料，诸如饮料、酒类、调味料、化妆品及药品、婴儿食品等瓶 包装的封口中大量采用螺纹盖封口。在大型的自动化灌装线上，旋盖机一般与灌装机联 动，并且作一体机型设计，从而减小灌装至封盖的行程，使生产线结构更为紧凑。然而， 无论作为灌装机的联动设备，或是独立驱动的自动封盖机，其结构及工作原理是基本一 致的。 在旋盖机的开发设计时要注意以下几点： l 、为提高产品旋盖质量，要求设备精度高、自动化程度也高。但是设备的售价也 相应提高，增大了产品的单位成本。因此在设计旋盖机时，应结合生产工艺要求，对相 关的因素进行综合考虑。 2 、工艺范围宽的原则。旋盖机的工艺范围是指其适应不同生产要求的能力。工艺 范围越宽，越能提高设备的利用率，实现一机多用，即利用同一设备可以旋多种类型的 瓶盖。 3 、旋盖机主要用于食品和药品的包装，所以，对卫生有特殊要求。因此机器要便 于清洗；在材料上，对直接接触物料的零部件要尽可能采用不锈钢或无毒材料。 4 、使用安全，维修方便的原则。旋盖机的操作、调整应方便省力，使用安全可靠。 而且其结构应便于拆装组合，零部件应通用化、标准化。 大连交通人学r - 任v l 硕f j 学位论文 第一章概述 封口是包装的重要组成部分，物品经过包装充填以后，需要进行封口。将容器的开 口部分封闭起来的机器称为封口机【1 1 ，是包装机械的一种。 1 1 我国包装机械行业发展现状 1 1 1i 了业概况 包装机械为包装工业提供装备机械，影响着各类包装制品工业的技术水平和产品档 次，制约着包装工业的发展和速度。长期以来，我国包装机械行业非常薄弱，形不成规 模和水平，致使我国包装工业发展极慢。我国包装机械行业在经历了七十年代起步，八 十年代发展，九十年代由于包装制品工业发展的需要而实现了高速度发展，但由于起步 迟，起点低，规模小，我国包装机械总体水平要比发达国家落后2 0 年【2 】，国内目前需求 量的6 0 - - 7 0 ，尤其是技术含量高的成套装备依赖进口。对于包装制品工业，包装机 械是我国包装工业的弱势。 1 1 2 我国包装机械产品与国外先进水平的差距 1 、产品质量方面的差距 我国包装和食品机械产品质量无论从内在质量还是外观质量都与发达国家产品质 量有较大差距。内在质量差主要表现在产品生产率低，能耗大，寿命短，稳定性和可靠 性差。外观质量差主要表现在造型不美观，表面粗糙。造成产品质量差的主要原因是采 用的设计理论、设计手段与设计方法、制造技术和检测手段等落后。另外，我国许多包 装机械尚未制定产品可靠性标准，有些有标准也定得过低，机、电、液、气基础元器件 性能不稳定，对产品整体质量影响也较大。 2 、产品技术水平方面的差距 产品技术水平方面的差距主要表现在技术含量低，高新技术应用少，生产线自动化 程度低，生产能力和生产效率低，能耗高。从整体看，产品的技术水平比发达国家落后 大约二十年。 3 、产品品种方面的差距 发达国家的包装和食品机械顺应市场需求，新产品不断出现，花样不断翻新，产品 有6 0 0 0 多种。而我国包装机械产品品种约为发达国家的1 2 ，特别在食品深加工、综合 利用、环境保护、高新技术产品等领域有很多缺项。 4 、行业科研水平方面的差距 我国包装和食品机械行业科研和自主开发能力十分薄弱，大部分企业基本上没有自 第一章概述 己的科研力量，科研院所的科研、开发课题与市场脱节，相当一部分科研课题不能转化 为生产力，或者半途而废。没有形成带动科研与生产紧密结合的技术进步力量与运行机 制。我国包装和食品机械的科研、开发投入少，按规定技术投入可占销售收入的3 。 发达国家科研开发费用占销售收入的8 1 0 。而我国包装和食品机械行业对科研投入 平均不到销售额的1 。经费缺乏使得科研设备、检测仪器等手段十分落后，大部分产 品停留在仿制，测绘，或稍加国产化改进，我国包装和食品机械企业普遍存在重视生产 加工、轻科研开发，不能紧跟市场需求及时提供产品，这就导致许多包装和食品加工企 业宁可花大价钱购买国外设备的现象发生1 3 1 。 1 2 世界包装机械的发展趋势 1 2 1 自动化程度不断提高 提高自动化程度是包装机械发展最重要的趋势。品种和产量均居世界之首的美国十 分重视包装机械与计算机紧密结合，实现机电一体化控制，将自动化操作程序、数据收 集系统、自动检验系统更多应用于包装机械之中。日本则长于微电子技术，用以控制包 装机械，有效的促进了无人操作和自动化程度的提高。在计量、制造和技术性能等方面 居于世界领先地位的德国也高度重视提高自动化程度。几年前，德国包装机械系统设计 时，自动化技术在整个系统操作及运行中还只占3 0 ，现在已占到5 0 以上，其自动化 设计有以下两个主要特点： l 、每个机械手均由单独电脑控制。一台包装机械为完成复杂的包装动作，需由多 个机械手完成。完成包装动作时，在由电脑控制的摄像机录取信息和监控下，机械手按 其发出的指令完成规定的动作，确保包装质量。 2 、具有对材质及厚度的高分辨能力。在包装过程中，包装材料的厚度及材质变化 不易为人眼所辨别，所以在包装机械上采用由电脑控制的摄像机和探测器来分辨包装材 料厚度及对材质的变化，并在显示屏上显示，同时机器根据分辨后材料的变化改变有关 参数及转数，控制在最优状态下工作。 1 2 2 高生产率，高可靠性 世界4 大包装机械强国美、日、德、意均十分重视市场及用户需求，把提高机器转 数、提高生产率作为设计追求的重要指标。德国目前饮料灌装速度可高达1 2 0 0 0 瓶m ， 集制袋、称重、充填、抽真空、封口等工序于一体的世界上最高速的茶叶包装机速度达 到3 5 0 袋m i n 。提高生产率的个重要途径是提高转速，但提高机器转速是一个复杂问 题，速度越高，单件生产成本越低，可厂房使用面积也随之提高，故障率也随之提高， 反会使效率降低，因此应寻求两者最优结合点；机器转速提高对其它元件的材质、可靠 性、性能及寿命也要产生相关影响，一般而言，提高转速1 5 - - 2 0 就会带来一系列复 3 人连交通大学t 程硕+ 学位论文 杂问题：何况电动机转速也是有限度的，不能想多快就多快。除了提高转速外，提高生 产率还可从另外的渠道设法解决： 1 、采用连续式工作，或多工位多头工作方式。包装机械工作方式有间歇式和连续 式两类，在设计时应想法使其能连续工作，以提高生产率：一台设备内也可设计多工位 或多条生产线生产，生产同一产品或不同规格的系列产品，但必须提高可靠性。 2 、降低废品率，提供故障分析系统。废品给生产造成的损失是最大的，不仅是产 品损失，也有材料损失，因此要尽最大力量减少废品损失；包装机械上还应设置为维修 服务的故障分析系统，满足客户需求。今后包装机械还将进一步智能化，即设备自己寻 找故障，自己去解决故障。降低了废品率及故障率，就有效保障了生产率提高。 3 、使产品机械与包装机械一体化。许多产品要求生产之尾接着就进行包装，这样 也有利提高产品的生产率，如德国生产的巧克力生产设备及包装设备就由一个系统控制 完成。两者一体化的关键是要解决好在生产率上相互匹配，往往是包装机械成为生产的 瓶颈，因此要提供生产率能匹配的两类设备。 包装机械强国还十分注重提高包装机械的可靠性和稳定性，首先是制定产品可靠性 标准和加工规范，在生产中严格执行：并切实抓好机、电、气、液等配套基础件的加工 质量。包装机械的可靠性是产品质量和产品寿命的一项重要指标，基础元件的可靠性和 质量是整机可靠性和质量的重要保障。 1 2 3 好的柔性和灵活性 随着市场竞争日益加剧，产品更新换代的周期已越来越短，如化装品生产，三年一 变，甚至一个季度一变，生产量又都很大，因此要求包装机械具有好的柔性和灵活性， 使包装机械的寿命远大于产品的寿命周期，这样才能符合经济性要求。许多专家预测， 多用途、高效率、简洁化、组合化、可移动、更小型、更加柔性和灵活性将是未来包装 机械发展的重要趋势。为使包装机械具有好的柔性和灵活性，更要求提高自动化程度， 大量采用微电脑技术，模块化技术和单元组合形式。为适应包装产品品种和包装类型的 变化，包装机械设备的柔性和灵活性常表现在以下3 个方面： l 、量的灵活性。即能包装单个产品，也能适应不同批量产品的包装。 2 、构造的灵活性。整台设备采用单元组成，换用一个或几个单元，即可适应产品 变化。 3 、轻型小型化。现在，电子、电脑、激光、机械手、机器人等高新科技广泛使用， 可以将目前重型、刚性和专用的包装生产线转化为效用强大、快速、柔性强、小型化的 包装生产设备，并能高度灵活的对多种类型和尺寸的包装进行充填、裹包和封v i 等工作。 第一章概述 1 2 4 注重成套性和配套性 包装机械设备的成套性和配套性关系到包装机械的功能能否全部发挥，只重视主机 生产，而不考虑配套设备完整，将使包装机械应有的功能不能发挥出来。因此开发配套 设备，使主机的功能得到最大的扩张，是提高设备的市场竞争力和经济性至关重要的因 素。德国的包装机械设计，重视根据用户需求，为生产企业提供全面考虑结构性及经济 性的完整系统方案，并用计算机仿真技术演示操作给用户看，征求意见后进行修改。在 为用户提供生产自动线或生产流水线设备时注重成套完整性，无论是高技术附加值还是 较简单的设备门类，都按配套性要求提供。 1 2 5 广泛采用先进的设计方法和技术 世界包装机械强国为适应市场不断变化的要求，努力提高设计质量，缩短设计周期， 广泛采用了先进的设计方法和设计技术。先进的设计方法有优化设计，可靠性设计，工 业造型设计和并行设计( 并行工程) 等。先进的设计技术，已普遍采用的有计算机辅助 设计( c a d ) ，正在推广应用的是计算机仿真设计技术。为使新产品开发速度不断加快， 德国包装机械设计已普遍采用了计算机仿真技术，即将各种机器元素以数据库存入计算 机，把图纸数字化后输入计算机，计算机即可自动合成为三维模型。再把实际生产时的 数据和指标输进去，把各种可能发生的故障输进去，计算机三维模型即可依照真实工作 情况进行操作，演示出能达到的生产率是多少? 废品有多少? 生产线各环节是否能匹配 生产，瓶颈在何处? 使客户根据显示屏上显示的图象和曲线一目了然，并可根据客户的 意见修改模型。计算机合成速度很快，因此修改工作迅速方便，直到使客户或设计者满 意。采用计算机仿真设计技术，大大缩短了包装机械的开发设计周期f 4 】。 1 3 我国包装机械的发展对策 1 3 1 夯实包装机械基础技术 1 、机电一体化技术。目标是提高包装机械的自动化程度及运行可靠性和稳定性。 2 、微电脑应用技术。将微机控制、检测、补偿、调整、显示等技术应用于包装机 械完成动作的控制和监视，提高包装机械运行的可靠性和智能化程度。 3 、热管技术。用以提高包装机械封口的质量，可靠性及对材料的适应性，节约能 源。 4 、基础配套技术。配套的电气液压元件、专用泵、阀产品、传感器、光电转换元 件、电机、电器及液压控制元件的质量保证技术；以及各种在线或离线的检测设备，如 异物检测、重量复核、金属检测、真空度检测等设备、技术的开发。 5 、现代设计技术。包括计算机辅助设计、计算机仿真设计、优化设计、可靠性设 大连交通大学f ：稃硕士学何论文 计、工业造型设计以及并行设计等技术，不断提高包装机械的设计水平。 6 、模块化技术。采用模块化设计，提高包装生产线的柔性及生产系统的操作水平。 7 、现代制造技术。大力推广应用c a d c a m 技术，提高工艺水平、材料表面处理、 质量检测以及材料适应性等技术。 1 3 2 制定与国际标准接轨的包装机械标准 高质量的包装机械必须制定高质量的各项标准，标准要与国际标准接轨，包括产品 技术性能标准、产品可靠性标准、产品环境性能标准、产品加工及检测规范；包装机械 企业则要根据国际标准的要求，努力通过质量保证体系i s 0 9 0 0 0 和环境管理体系 i s l 4 0 0 0 的认证。如此才能获得国际通行证，才能提高市场竞争力。 1 3 3 深入市场调研，了解国内外市场需求和包装机械的发展动态 国内外市场对包装机械有不同类型、不同档次、不同先进程度、不同经济承受力的 需求，必须深入掌握各地市场需求量后，制定重点产品发展计划，方能做到适销对路。 世界包装机械总的趋势是提高自动化、提高生产率、提高柔性灵活性、技术含量和 先进程度不断提高，我国包装机械的生产必须重点考虑到这种趋势。 国际包装界十分重视提高包装机械加工和整个包装系统的通用能力。所以包装机械 零部件生产专业化是发展的必然趋势。很多零部件不再由包装机械厂生产，而是由一些 通用的标准件厂生产，某些特殊的零部件由高度专业化的生产厂家生产。真正有名的包 装机械厂将可能是组装厂，这是因为包装机械很多控制部件或结构部件与通用设备相 同，可以借用1 5 j 。 1 4 本课题的提出及意义 旋开盖是一种密封安全可靠，开启方便的包装盖，广泛应用于各种果汁、饮料、果 蔬酱、调味酱、婴儿食品、药品等瓶装食品、药品包装中。 目前国内灌装生产线中广泛使用的旋开盖封口机大多为直线式旋盖机，采用瓶颈挂 盖，经定位、预封后使盖平稳坐落在瓶口上，最后由皮带对盖顶部搓压摩擦而将盖旋紧。 这样的机器结构紧凑，旋盖机构简单1 6 j 。但在使用实践中，对小直径盖由于搓压皮带对 盖的摩擦力矩减小，要高速将盖旋紧就较困难。由于直线式旋盖机是单通道式旋盖，其 生产能力受到限制，一般最高生产能力为7 0 - 9 0 瓶m i n 左右。 近几年来随着食品饮料工业向大规模高效率方向发展，国际上先进的灌装线生产能 力一般都在2 0 0 - - 4 0 0 瓶r a i n 以上。并将理瓶、灌装和旋盖组合成整机i 。这样，既使 设备更加紧凑，减少生产线占地面积，又减少了理瓶、灌装和旋盖工序之间的输送距离， 对防止产品的二次污染有很大意义。由于原有的直线式旋盖机和回转式灌装机很难组合 成整机，所以设计了一种新型的多头回转式旋盖机。这种旋盖机可以和灌装机一样通过 6 第一章概述 增加头数来增加产量。采用抓盖一旋盖方式的旋盖头不仅适用于各种旋开盖的封口，稍 加改动后还能用于其他各种金属、塑料螺纹盖的封口。可在各种生产能力的食品饮料和 制药工业的生产线中广泛应用。 本论文主要介绍旋盖的各种包装容器，了解常用的各种封口容器盖，了解常见封口 机及其原理，了解旋盖机的基本工作原理及设计特点；进行x g 8 型旋盖机的主体及各 主要部件的设计，进行x g 8 旋盖机控制系统的设计，并提出x g 8 旋盖机的改进方案。 本章小结 本章主要介绍了我国包装机械行业发展现状、世界包装机械的发展趋势、我国包装 机械的发展对策以及本课题的研究意义，并介绍了论文的主体思路和方向。 大连交通人学1 ：秤硕士学位论文 第二章基本原理 2 1 瓶罐类包装容器 采用瓶罐类刚性容器包装物品是食品、药品工业中比较常用的方法，例如各类瓶装 或罐装饮料，各种果蔬及肉类罐头，各种瓶装药品等。瓶罐类包装容器的材料主要有金 属、玻璃、塑料等。 2 1 1 金属罐 金属罐是食品罐头和饮料生产中主要的包装容器之一，它通常采用马口铁或薄铝板 制造，板材经过轧制加工，金属组织致密，具有强度高、韧性大、加工性能优良、罐体 容重比大等特点。按制造方法分类，金属罐主要有三片罐和两片罐两种。 所谓三片罐，其结构由罐身、罐底和罐盖三片金属薄板制成，一般采用马1 ：3 铁材料。 普通三片罐的罐底和罐盖的形状、尺寸及制造方法是基本相同的。至于罐身，由薄板卷 合，搭接处的纵缝以焊接的形式密封，目前主要采用电阻焊的方法。 两片罐由罐身和罐盖组成，其罐身是用金属薄板通过冲压拉伸成型，使罐身罐底形 成一体。两片罐的材料有铝板和铁板，而铝罐采用较多，特别是应用于含气类饮料的罐 装。 两片罐相对于三片罐，由于罐身直接冲拔成型，密封性好，而且节省原材料，美观 大方。但两片罐对材料性能、制罐设备和制罐技术要求较高。三片罐生产工艺成熟、简 单，具有刚性好的特点，适应各种形状、尺寸的罐型生产，因此其包装产品种类更多1 8 】。 2 1 2 玻璃包装容器 玻璃包装容器是由熔融的玻璃材料经吹制、模具成型而制成的，其形状种类极多， 用途广泛。按瓶口大小分类，有小1 ：3 瓶( 瓶口内径小于2 0 m m ) 、大1 ：3 瓶( 瓶口内径 2 0 3 0 r a m ) 、广口瓶( 瓶口内径大于3 0 m m ) 。其中小口瓶多用于汽水、啤酒等液料包装； 大v i 瓶的形体较粗矮，常用作牛奶瓶等；广1 ：3 瓶的颈部和肩部较短，瓶肩较平，呈罐状 或杯状，多用于罐头食品及粘稠调味料的包装。 2 1 3 塑料包装容器 塑料包装容器是采用塑料原料经吹塑、挤出、注射、拉伸等成型方法而制成。塑料 容器具有质量轻、易成型、耐腐蚀、耐冲击等性能，因此被广泛应用，例如纯净水、矿 泉水以及含气饮料等均可采用塑料瓶包装。 2 2 容器盖 为保证瓶、罐容器的密封，保护内容物不受污染，在保质期内不变质，须配有良好 r 第二：章基本原理 气密性和密封性的容器盖。 2 2 1 饮料玻璃瓶的封口容器盖 1 、皇冠盖 一般用镀锡薄钢板制成，盖紧后形状如锯齿，犹如皇冠。盖内垫一个用p v c 、e v a 等树脂加工成的薄垫片，以提高密封能力。皇冠盖多用于汽水等细口瓶。皇冠盖不具备 再密封性，易开性较差。近来在较大的皇冠盖上装了易拉环，克服了以往皇冠盖必须用 工具开启的缺点。目前，皇冠盖的材料除马口铁外，还有铝和发泡塑料。 2 、螺旋盖 瓶盖上有与瓶口螺旋相配合的螺纹，盖内通常有衬垫材料。螺旋盖可用于小口瓶， 也可用于大口瓶。 3 、旋开式盖( 凸耳式盖) 盖内设有螺纹，但有和6 个爪( 凸耳) ，瓶口需有非连续式螺纹，使瓶盖上的凸耳 对准瓶口螺纹缺口旋紧密封。一般用镀锡钢板制造，盖内垫一橡胶圈以提高密封性。这 种旋开式盖主要用于果汁饮料、固体饮料等广1 ：3 瓶，消费者只需稍加转动( 不到四分之 一圈) 即可打开。 4 、抓式盖 盖上没有螺纹，加盖后上面加压使罐盖的圆边部分在数处向内侧钩合密封。盖内有 高分子材料密封层，主要用于广口瓶。 5 、滚轧盖 这种盖主要采用铝薄板为原料。由于铝的延展性大，制成盖子形状后，套在玻璃瓶 口上，然后用机器将盖子沿瓶口螺纹轧紧，而形成螺纹封口。这种盖气密性很好，主要 用于细口瓶，也可制成防盗盖。 6 、塑料盖 塑料盖多为螺旋盖，有热固性塑料盖和热塑性塑料盖两种。热固性塑料盖硬度较好， 但承受扭力和冲击能力较差；热塑性塑料盖主要用聚丙烯制造，因而它有较好的回弹性， 也可用聚乙烯或聚苯乙烯制造，这种盖弹性较好，一般不用另加弹性衬垫。 7 、玻璃瓶的二次封口 有些要求气密性较高的场合，在瓶盖外面封一层蜡膜、纤维索热收缩膜等1 9 1 。 2 2 2 金属罐的封口容器盖 金属罐无论是三片罐还是二片罐，罐身与罐盖都是依靠二重卷边接合的，而且罐底 盖边缘内侧涂布氨水胶、溶剂胶等材料的封口胶，因此卷边后就能获得完好的密封性。 现在市场上饮料金属罐绝大部分都采用了易肝盖，易开盖特点是在开启部分有冲线( 刻 9 大连交通大学l j 稗硕十学位论文 线) ，拉开冲线部分即可方便开启，易开盖一般使用铝合金，但铝合金盖与铁皮罐头结 合在一起时容易产生双金属腐蚀，对酸度大的内容物更为严重，为此可用马口铁代替铝 合金制盖，也可以在铝合金与罐身接触部分涂布涂料。 2 2 3 塑料瓶的封口容器盖 塑料瓶封口多采用螺旋盖，材质有铝和塑料等。螺旋盖分为普通螺旋盖和扭断螺旋 j 工 皿o 1 、普通螺旋盖有深螺纹、浅螺纹和一般螺纹等三种连续螺旋盖。盖子的密封性决 定于内衬的弹性、容器封合面平整度等因素，同时决定于拧紧程度或所加力矩。 2 、扭断螺旋盖的下部有间断刻线，将盖分为两个部分。扭断刻线就可开启，下部 留在瓶口，留下开启的痕迹，不能复原，具有防盗性。被扭断的残盖又成普通螺旋盖， 仍可进行密封，具备再密封性。扭断螺旋盖一般适用于瓶口直径在1 8 - - 一3 8 m m 的瓶子。 2 2 4 瓶盖质量 无论哪一种的封口容器盖，瓶盖都要有一定的厚度，这样才能保证封口时瓶盖不易 变形，封口后不易松脱；另外，对于要高温杀菌的产品或酸性液体产品，其盖内注塑胶 也要有特殊要求，否则不能满足生产要求，甚至有特殊刺激异味影响产品质量。 2 3 封口机的种类 原料经加工成成品后，为了能够长期保存，必须装入相应的容器并封口杀菌，使装 入容器内的产品与外界隔绝，不再受到外界空气及微生物的污染，以保持产品质量，避 免产品流失。如不能严密封1 3 密封，就不能达到长期保存的目的。所以封口是食品药品 等产品加工过程中的主要工序之一。将容器的开1 3 部分封闭起来的机器称为封口机。 制作包装容器的材料很多，如纸类、塑料、玻璃、陶瓷、金属、复合材料等，而包 装容器的形态及物理性能也各不相同，因此，所采用的封口形式及封口装置也不一样， 按一般包装材料的力学性能，它可分以下两类：一是柔性容器封口装置，二是刚性容器 封口机。 2 3 1 柔性容器封口装置 柔性容器是用柔性材料，如纸张、塑料薄膜、复合薄膜等制作的袋类容器，这类容 器的封口多与制袋、充填构成联合机，很少独立使用，由于材料不同，其封口装置也不 一样。 l 、纸袋封口装置 对于纸类材料，一般采用在封口处涂刷粘合剂，再施以机械压力封口。 2 、塑料薄膜袋及复合薄膜袋封l 装置 1 0 第二章基本原理 很多塑料具有良好的热封性，用这类塑料制作的塑料袋或复合袋，一般采用在封口 处直接加热并施以机械压力，使其熔合封口【1 0 1 。 2 3 2 刚性容器封口机 刚性容器是指容器成型后其形状不易改变的容器，其封口多用不同形式的盖子，常 用的封口机有以下几种。 1 、旋盖封口机 这种封盖瓶口和瓶盖事先加工出外、内螺纹，通过旋紧力，使瓶盖内的弹性密封垫 发生弹性挤压变形，获得密封性联接。螺纹有单头或多头之分，如药瓶多用单头螺纹， 罐头瓶多用多头螺纹。 目前的纯水、矿泉水塑料瓶装比较多采用旋盖形式，而且这种旋盖还带有“防盗环”， 旋紧后再旋开盖子，“防盗环”会自动裂断，如图2 1 所示。 _ _ - 一 p ；i l l ： 歹l；巳 1- 么 ；i i i 、，3 图2 1 旋盖封口( 防盗盖) f i g2 1 r o t a r y l i d i n gs e a l ( g u a r d - a g a i n s t - t h e f tl i d ) 另外，玻璃瓶罐的旋盖有采用“三旋盖”和“四旋盖”等的形式，如图2 2 所示。 瓶罐封口部位制作三或四道联接用螺纹段，每道螺纹段约为整圈螺纹长度的l 3 ，具有 较大导程；而瓶盖上加工有与瓶罐封口螺纹道数相对应的凸爪。旋合时，通过凸爪与螺 纹勾合，从而挤压盖与瓶口间密封垫而形成密封。带内螺纹的盖一般以塑料盖居多，至 于三、四旋盖则通常是金属盖。 图2 2 旋盖封口( 三、四、人旋盖) f i g2 2r o t a r y l i d i n gs e a l ( t h r e e d r e wl i d ，f o u r - d r e wl i d ，s i x - d r e wl i d ) 大连交通大学- ：稃硕+ 学何论文 2 、滚纹封口机 这种封盖多用铝制，事先没有螺纹，是用滚轮滚压铝盖，使之出现与瓶口螺纹形状 完全相同的螺纹，一面将容器密封【l l l 。这种盖子在启封时将沿裙部周边的压痕断开，而 无法复原，故又称“防盗盖”，该机多用于高档酒类、饮料的封口包装，如图2 3 所示。 氍三 ri ) l l 巳 i_ 么 1 【 心 图2 3 滚纹封口 f i g r u e 2 3r o l l i n gs c r e wt h r e a d 3 、滚边封口机 它是先将筒形金属盖套在瓶口，用滚轮滚压其底边，使其内翻变形，紧扣住瓶口凸 缘而将其封口。该机多用于广口罐头瓶等的封口包装。 4 、压盖封口机 它是专门用于啤酒、汽水等饮料的皇冠盖封口机。将皇冠盖置于瓶口，该机的压盖 模下压，皇冠盖的波纹周边被挤压内缩，卡在瓶口颈部的凸缘上，造成瓶盖与瓶口间的 机械勾连，从而将瓶子封口，如图2 4 所示。 耻 零，一、 h 、一 图2 4 压盖封口 n 9 2 4 c a ps e a l 5 、压塞封口机 这种封口材料是用橡胶、塑料、软木等具有一定弹性的材料做成的瓶塞，利用其本 身的弹性变形来密封瓶口。该机封口时，将瓶塞置于瓶口上方，通过对瓶塞的垂直方向 的压力将其压入瓶口来实现封口包装。压摩封口既可用作单独封口，也可与瓶盖一起用 作组合封口。 第二章基本原理 6 、卷边封口机 该机主要用于马口铁罐、铝罐等金属容器，其封口形式如图2 5 所示。将翻边的罐 身与涂有密封填料的罐盖内侧周边互相卷曲、勾合、压紧，形成紧密的5 层接缝( 罐体2 层，罐盖3 层) 来实现密封包装【1 2 】。 图2 5 卷边封口 r i g a 5w r a p p i n g - f r i n g es e a l 2 4 几种常见封口机的工作原理 2 4 1 卷边封口机 大连交通大学t 程硕十学位论文 卷边封口机主要用于马口铁罐，它又称为封罐机。它使罐身与罐盖两者间的边缘弯 曲并紧密钩合，形成两层罐身、三层罐盖共五层铁皮紧压在一起的卷边缝，故称二重卷 边缝。这是目前马口铁罐最常用的封口方法。 该机采用卷边滚轮分两次作业的方法形成二重卷边缝，其工艺过程如图2 6 所示。 l 、头道滚轮卷边 头道卷边是预成形。卷边开始时，先由上压头4 将罐盖压紧，随之头道卷边滚轮1 移近并接触罐体( 见图2 6 a ) ，然后压迫罐盖2 和罐身3 的边缘，使其发生循序渐进的 弯曲并相互钩合，进而完成头道滚轮边( 见图2 6 b ) 。接着头道滚轮立即退回。 2 、二道滚轮卷边 二道滚轮卷边是终成形。当头道滚轮退开后，二道滚轮即接近并接触罐盖( 见图 2 6 c ) ，使已初步成形的凸缘周边进一步受到挤压，发生弯曲和钩合，并最终形成紧密的 卷边封口( 见图2 6 d ) 。接着，二道滚轮退回，二重卷边封口遂告完成。 由于两次卷边作业的任务不同，因此两道卷边的沟槽的形状亦有不同，头道卷边滚 轮的沟槽窄而深，二道卷边滚轮的沟槽宽而浅。 2 4 2 滚边封口机 滚边封口机主要用于大口径玻璃瓶的封口，它将马口铁盖内衬上密封圈，用滚轮滚 压瓶盖边缘，使其与瓶口外的凸缘构成牢固连接，其密封圈由于挤压面发生弹性变形， 从而将瓶口密封。 i 1 广- 1 【j )l _ ，、一一、产 d 图2 7 滚边的工艺过程 ( a ) 送盖( b ) 压盖( c ) 滚边( d ) 复位 1 ) 瓶子2 ) 瓶盖3 ) 压头4 ) 滚轮 f i g2 7 t e c h n i c sp r o c e s so fr o l l i n g f r i n g e ( a ) t od e l i v e rl i d ( b )