手动瓶盖压盖机的改进

本科毕业设计（论文）20 届本科毕业论文（设计）手动瓶盖压盖机的改进学生姓名： 所在院系： 所学专业： 导师姓名： 完成时间： 1摘 要瓶盖压盖机是包装机械中的组成部分，也是包装机械中必不可少的一个环节。传统 式手动（人工）压盖机是以人工操作 对瓶盖压紧，将其改进成自动机械式的压盖机。设计的压盖机主要有瓶盖的供送装置、进 出瓶传输装置、 压盖机机头及压盖机主体四部分组成。瓶盖由 电磁振动自动送置：首先在瓶盖运动的过程中由定向模完成对瓶盖的定向，之后瓶盖沿滑道至末端再由气嘴将瓶盖吹到压盖机头的槽口；瓶子由螺杆排序，经进瓶拨轮送至压盖机转盘上，最后由固定的圆柱凸轮带动压盖机机头进行自动地压盖。设计的机械自动压盖机，受力均匀，密封性好且工作效率高，也带 来了经济效益。关键词： 瓶盖压盖机，压盖机机头，送盖装置，送瓶装置2AbstractBottle Caps Capping Machine is an integral part of packing machinery，and is one of indispensable link. Conventional manual (manual) Capping Machine is a compact manual on the cap, to improve the mechanical automatic Capping machine. Capping machine designed mainly for sending unit cap, and out of bottles of transmission devices, Capping Machine Capping Machine Head and the four main parts. Cap automatically sent by the electromagnetic vibration to build, first of all, the process of movement in the cap from the bottle to complete the directional mode of orientation, after the end cap along the slide to re-cap from the gas will flow into the mouth of the groove nose cap I; bottle by the screw to sort bottles, one by one into the bottle by driving wheel drive to the gland, the last by a fixed cylindrical cam driven machine head gland to gland automatically, and the sealing force uniform good. tional manual machines to improve, it could enhance the work efficiency, also brought economic benefits. Key words：Bottle Caps Capping Machine，Capping machine head，Send cover device，Send a bottle device 3目 录1 引言 .41.1 压盖机的种类及分析 .51.2 国外的发展状况 .61.3 我国与国外的压盖机发展水平差距 .71.4 本文研究的主要内容 .72 总体方案设计 .72.1 瓶盖压盖机总功能的分析 .82.1.1 瓶盖的自动送盖装置 .82.1.2 自动压盖装置 .82.1.3 进、出瓶的传输装置 .82.2 功能的分解 .82.2.1 瓶盖的供送 .82.2.2 压盖装置 .82.2.3 瓶子的传输装置 .92.3 各功能元的原理方案及选定 .92.3.1 储盖箱与传送带 .92.3.2 定向及供给送盖 .92.3.3 压盖机机头 .102.3.4 传动装置 .102.3.5 螺杆的控制及进出拨轮的输送 .1043 主要部件的设计 .113.1 送盖装置的设计 .113.1.1 瓶盖的定向分析 .113.1.2 送盖装置 .113.1.3 气压送盖 .123.2 压盖机机头设计 .123.2.1 压盖的原理 .123.2.2 压盖机机头 .133.2.3 压盖机机头的特点分析： .143.3 送瓶装置的设计 .153.4 传动方案设计 .163.5 总体分析 .163.5.1 结构分析 .163.5.2 经济效益分析 .174 结束语 .18致谢 .18参考文献 .181 引言瓶盖压盖机是属于包装机械，它是包装机械的一个组成环节。近年来，随着科技的迅速发展，国外的包装机械已经达到了非常先进的水平，而由于我国的包装行业起步比较的晚，从而也影响了瓶盖压盖机的发展，瓶盖压盖机起步也比较晚。在90 年代以前，我国的先进的包装机械多数是从国外进口的，包括瓶盖 压盖机。但随着我国国力的不断提高，现在我国已经开始自行研究自己的机械。在我国手动（人工）的饮料（如：啤酒等）生产中,主要靠人工手动压盖，先由人工放盖，然后人工用木榔头 ,或塑料榔头敲击盖顶部，使盖与瓶口部分锁紧,达到容器的密封结果，或者是由机械式的压盖机进行压盖，但是需要人工进行施加力，5由压盖机机头完成对瓶盖的压盖。这两种人工的压盖方法的生产效率都很低，尤其是前一种可能会产生压盖不到位、用力过猛而损坏瓶盖或者敲击不当造成翻瓶等现象，后一种虽然只需要人工施加外力，但是 劳动强度大。在生 产实际中，由于产品从灌装后到上盖、压盖这两道工序之间有一段时间极有可能使容器内液体暴露在外，与外面空气相连，是一段液体受 污染的过程，会 产生质量问题。在我国包装行业属于一个新兴的工业，80年代初刚刚起步，刚开始这一行业不被人们重视，底子很薄，而且技术含量极为不足，是一个分散的行业。但是随着商品流通领域的扩大，包装的作用已为企业所重视，并成为国民经济的组成部分。经过“七五”、 “八五” 、“九五”至今的发展，我国的包装机械压盖机发展迅速，已走完了发达国家的3040年的历程。今天我国的此行业已经达到发达国家的80年代中期的水平，而压盖机有些已经水平达国际水平，比如：我国的 GY126/124灌装 压盖机和双端式洗瓶机为核心的4万瓶/小时(640ml)瓶装生产线，该生产线为目前国内（国外进口的除外）技术最先进、性能最好、速度最快的啤酒瓶装生产线之一，此外还有GY80A 灌装压盖机，它的性能也非常的好且稳定。但是 这是我国极 为先进的水平， 还没有应用和推广至全国。目前，在国际上先进的灌装生产线上， 压盖与液体灌装在同一机器内，压 盖工序紧随灌装工序，当容器经灌装以后，由专用的装置将瓶盖送到瓶口，再自动压盖。整个过程是一套自动控制的系统，完全是自动控制，其整个生产过程是在无菌的环境中进行，生产速度可达到240瓶/min。但从我国的生产行业的经济条件来看，我国的中小型的企业占多数，运用这样先进的生产流水线成本太高。原因是:由于是高速生 产线，每生 产一种规格的产品需要一套夹具，包括灌装、压 盖、送瓶、送盖，此套夹具费用昂贵，拆装与调节时间比较长。这样的设备较适用于单一品种的大批量生产，它的柔性制造能力较差。因此在中小型的企业中得不到广泛的应用。我国的许多中小型企业的压盖机还是比较的落后，生产水平还比较的低，还有许多的手动和脚踏式的人工压盖机，因此还需要进行提高，进行改造。1.1 压盖机的种类及分析（1）脚踏式压盖机此类压盖机是河南新乡轻工业机械制造厂生产的，该类的压盖机是对手动的压盖机来讲是一个进步，因 为它以身体的重力对压盖机进行施加外力，比手压式压盖机省力得多，而且脚踏式压盖机的稳定性也比较好，适用于瓶身 55mm到 85mm，高度 200mm 到 350mm 的啤酒瓶或者是 饮料瓶。它的不足之处是仍然是人工的操作，只能进行单 件小批量的生产，而不能进行大批大量的生产， 还是比较的落后，生产力水平低下，效率不高。它的另外应用是可以进行教学的使用，6让学生的进行观察以及进行简单操作。（2）封盖及压盖机此机械是北京酿酒机械厂生产的机械，它的压盖头数是 120 头，电动机的功率 2.2kW。如此多的压盖头数使得它的机械效率很高。广东轻工业机械集团的啤酒瓶装生产线，近年来发展较快，单机的生产能力已大于等于 36000 瓶/h，比 过去的 8000 瓶/h 是一个很大的进步，生产线效率也大于等于 77%，比 过去的 65%也提高了 10%还多，破瓶率也已经有过去的 4%减小到 2.5%。（3）MEYER HL1008 型灌装压盖机 这种压盖机是将饮料的灌装与压盖组合的压盖机，由于从灌装后到上盖、压盖这两道工序之间有一个间断的时间，会使得容器内液体暴露在外，与外界的空气接触，是部分液体受到污染，从而 产生质量的问题 。而 这一类的机械刚好解决了这一问题， 这一压盖机是美国 MEYER 公司制造的 HL1008-78-18 型短管机，早在 1989 年就投人使用，但是现在这种机械在美国早已经淘汰，在我国使用近年来该设备已经存在了很大的缺陷，比如：a酒阀控制液位功能差，控制拔叉已 严重磨损；b击泡装置无压力、无开停时间自控功能；c托瓶气缸使用压缩空气压力要求高达 0.7MPa，日常所用气源难以满足， 长期在高压状态下工作，零部件极易磨损；d. 托瓶气缸上端没有防水及防碎玻璃装置，气缸外壁及导向轴承易被割损；e. 压盖机中心 轴与压盖筒中心分度 圆出现偏差，运行时常出现错位现象；f. 皇冠盖压盖组件无超载卸压装置，易压烂瓶，也易损坏压力弹簧和压盖锥套等零件。（4）FG-4 型全自动防盗封口机此机械生产于湖南省食品机械总厂，目前是国家重点的投资项目，该机深受用户欢迎，用 户反映使用效果较好。由于啤酒、饮料及原汁饮料生产成套设备随着市场竞争日趋深入，防伪措施也越来越重视。酒 类 、饮料生产要求配套防盗盖封口机。而该类机械就是针对于瓶盖的防伪而设计的，其效果非常好，它适用于瓶直径 60mm110mm，瓶高 160mm230mm，筒式 铝质防盗盖，瓶盖的尺寸 为25.6mm7mm；28mm16mm；30.5mm21mm(直径、高度)，生产能力是10005000 瓶/h，采用的调速形式为机械无级调速。（5）BYJ-10 型塑料盖压盖机BYJ-10 型塑料盖压盖机是一种将平顶塑料盖自动地压入玻璃瓶口中，完成玻璃瓶塞式封口的包装机械。它适用于我国大中型酱油、饮料等厂，最大生 产能7力 8000 瓶/h，有操作安全，运转平稳，噪音小，破瓶率底，体积小，调试简单，维修方便，没有特殊材料等优点，它是采用真空吸盖和转盘型孔式理盖器，能自 动整理瓶盖并准确地在玻璃瓶上扎压塑料盖。瓶子规格瓶直径 751.5mm 瓶身高891.5mm;适应盖形圆形平顶盖;压盖头数 10 个。（6）FDC32T8 型灌装压盖机此类灌装压盖机它采用补偿弹簧的装置，有效的减少了瓶高造成的瓶子压碎的现象，降低了瓶子的破损率，提高了生产的效率。 对 于这一类压盖机太缺少瓶盖的供送装置，需要专门的输盖机一台（CHL-72 型）。1.2 国外的发展状况美国是世界上包装机械发展历史最长的国家，早就已经形成了一个独立完整的包装机械工业体系。美国的产品以高、大、精、尖居多，而且他们对一个或两个产品领域进行专门的研究、 实验和制造，以达到精益求精。每一种 产品开发和技术创新的投入都比较大，每年的销售也都有增加。其中压盖机就是美国新型包装机械产品中增长速度最快之一。德国也是包装工业发展发达的国家之一，尤其是德国在啤酒和饮料灌装等设备居于领先地位。它们的产品具有高速、成套、自动化程度高、可靠性好的优 点。德国的包装机械 压盖机之类的广泛的采用机-电-气，机-电- 液等一体化方面的技术，生产水平先进且效率也高。意大利也是包装机械发展水平高的国家之一。意大利机械主要特点是性能优良、外 观考究、价格便宜。意大利的 压盖机机械多采用自 动控制系统进行生产，如用微机和 PLC（可编程控制器）等系统。日本的这一行业也发展迅速，它以技术先进、性能 优良、 质量可靠而闻名于世。日本将微机控制、工业机器人技术、模块化技术 等应用于包装机械中，大大提高了竞争能力。日本的包装 产品中，以中小型 单机 为多，其中的封盖机体 积小、安装容易、操作方便，自动化程度也很高。总之，在包装行业包装机械方面，国外的发展水平非常的先进，他 们的一体化、自动 化等控制已经广泛的 应用， 这使得国外的包装机械人工劳动强度小，生产效率高，而且生产可靠性又非常高。1.3 我国与国外的压盖机发展水平差距在质量方面，国外的这些机械已经普遍的引入了微机控制、气、 电控制等机电一体化技术，大大的提高了机械的生产效率和自动控制的可靠性。但是我国的机械相当的差，主要表现在：生产效率低、耗能高、 稳定性和可靠性差；外观也粗糙、产品的寿命低。在技术水平方面，国外的 压盖机 产品早已采用机械技术与微电子技术和信息技术的结合，智能化和柔性化的技术水平高。对于啤酒生产中的8图 1 总体设计方案总共能分解为功能元确定个功能元的原理各功能原理方案比较与选择设计主要部分的分析与解剖总论分析机械总功能设备更是采用了只能控制等先进技术，运行可靠稳定性好。我国的产品技术均偏低，表现在控制技术和产品靠性等方面，更重要的的是我国的技术水平更新速度太慢，新技术、新材料、新工 艺的推广应用范围太窄。在产品的开发方面，我国的企业开发一种产品并且稳定的生产，时间要 23 年，开发的周期太长，根本做不到“生产一个、储备一个、开发一个” 。而国外的 产品开 发， 专门从事开发的人员充足，费用高，因此新产品层出不断。1.4 本文研究的主要内容本文研究的主要内容包括有：送盖装置的设计和分析，说明其工作原理并画出其结构简图；压盖机机头的设计分析，说明其工作原理并画出其结构简图；对对传动装置的分析及电动机的选择，以及对重要器件的选用；最后是进出瓶装置的分析及结构简图。2 总体方案设计 总体设计步骤方案如图 1 所示。2.1 瓶盖压盖机总功能的分析2.1.1 瓶盖的自动送盖装置瓶盖的供送装置可以将杂乱无章的瓶盖先定向再送至压盖机机头的槽口处，最后在气压压力的作用下准确的将瓶盖送达压盖模的正下方，完成送盖。9压盖装置传动装置压盖机机头2.1.2 自动压盖装置由电动机作为动力源，带动压盖机机头按传动系统的一定规律进行压盖，如此机械式就代替了人工（手动或脚踏）压盖，减少了劳动量。2.1.3 进、出瓶的传输装置由链带输送，经螺距螺杆隔开，由进瓶拨轮送至压盖转盘上，自 动送瓶，完成压盖后，再由出瓶拨轮将瓶子拨出。2.2 功能的分解2.2.1 瓶盖的供送如图 2 所示，分解为最小功能元。2.2.2 压盖装置压盖机 的主要部分压盖装置可以分解为如 图 3 所示的功能树。瓶盖的供送储盖箱传送带定向及送盖图 3 压盖装置的功能树图 2 瓶盖的供送分解功能树10瓶子的传输螺杆的控制进出瓶输送瓶子的定位 压盖转盘2.2.3 瓶子的传输装置瓶子的传送以及定位压盖是压盖机的主要功能和关键功能，如图 4 所示的功能元。2.3 各功能元的原理方案及选定2.3.1 储盖箱与传送带对于压盖机的辅助装置储盖箱与传送带，在设计时没有太大的要求，只需要满足要求即可。储盖箱主要是用来储备所需要的瓶盖，以备在进行压盖时的使用。储备箱大约直径为 100mm、高达约 150mm 的塑料箱或者其它类型的箱子即可。在工作时储备箱里的瓶盖由传送带输送到瓶盖定向及送盖装置（储盖斗）即可。在选用传送带时，由于我们的瓶盖是啤酒瓶盖，是由马口铁一类的金属瓶盖制成的，因此我们的传送带选 用磁性传送带，方便又快捷。 这样就可以轻松的将瓶盖输送到 2 米左右高的储盖斗，然后进行定向和送盖。2.3.2 定向及供给送盖这是一个主要的部分，主要完成对瓶盖的准确输送，将瓶盖送至瓶盖压盖机机头的槽口，以便对瓶盖进行 压盖。图 4 瓶子的传输功能树11瓶盖的定向及送盖有两种形式，一是机械式自动送盖料斗；另一种是电磁振动自动送盖装置。对于第一种是机械式的送 盖装置（如图 5 所示），利用机械原理进行送盖， 转盘进行机械的搅动，一方面完成对瓶盖的定向，对定向不符合的带回料斗重新定向；另一方面由气压压力将瓶盖吹至压盖机机头槽口，有的是由推杆机构将瓶盖送至压盖机机头槽口。第二种是电磁振动送盖装置，由机械学共振原理，使机构在低临界共振的状态下工作，料斗中瓶盖沿抛物轨迹向前运动，达到送盖的目的。它主要是利用电磁振动将瓶盖定向，在振动的过程中，瓶盖进行定向，而 对于不能定向的瓶盖，在螺旋形的跑道上设有一定形状的孔眼，振动过程中是其落回料斗中。它结构简单，易制造，成本低，但有噪音和振动。对于机械式的需要机械的搅动，如此以来就容易磨 损瓶盖上面的商标，并且机械式的供盖的速度也不能太快，这样就不能应用广泛，所以选用电磁振动送盖装置，最后由气压压力将瓶盖吹到压盖机机头的槽口。2.3.3 压盖机机头压盖机机头是整个压盖机的核心部分，它的好坏直接影响到压盖的质量。压盖机机头主要的部分是压盖模，因此选用压盖模至关重要。压盖机进行工作时有两种工作方式：一是瓶子不动，压盖机机头下落，将瓶盖压盖到瓶口上去， ；另一种是 压盖机机头不动，由瓶子随着托盘上升与下降，从而将瓶盖压到瓶口达到压盖的目的。由于包装机械一般是一个系统，统一由一个传送的系统，因此在进行压 盖时，瓶子随着托 盘上升和下降不利于 传输，故 选用瓶子不动，而 压盖机机头上升和下降来完成 压盖。压盖机机头的主要原理是压盖机机头的辊子沿固定凸轮滚道做上下运动以此对瓶盖施加压力，实现压 盖动作，最后由 压盖机机 头的压盖心杆将瓶子顶出。为了避免破瓶现象，可以调节 心杆和顶杆的间隙，碎瓶时可以将间隙较小一些。图 5 机械式送盖122.3.4 传动装置根据所要求的生产能力选择电动机和减速器，然后来选择传动部分，按照压盖机的工艺流程及传动系统，在该机的设计过程中应首先考虑到各传动件问的协调，即 输送螺杆、星形进出瓶拨轮、压盖之间的协调 。也就是说瓶子在整个压盖的过程中应以同一速度运动，否则瓶子在压盖过程中将发生堆积引起混乱。这是绝对不允许的。压盖机的生产能力取 1800 瓶/h，即 30 瓶/min，由于压盖机机头数目为 4 个，故约每分钟压盖机的转盘转 7.5 圈。故可以选择电动机与传动的方案。2.3.5 螺杆的控制及进出拨轮的输送为了使瓶子能有秩序的进行压盖，需要用螺杆和星形拨轮进行排序，提高工作效率。进、出瓶装置采用等距进瓶螺杆控制， 这样 与不等距螺杆相比制造简便，瓶子底部有输送链板，抵消了部分等距进瓶螺杆入口加速度使瓶子在限定时间内等距离定量送瓶进行压盖。螺杆的节距1 25 66mm，使瓶子 间距48mm，这样瓶子在出螺杆进压盖机与托板接触时产生的逆向位移不至于撞在后面的瓶子上。螺旋外圆直径100mm，圆 弧半径38 5mm，全长210 5mm。适用于直径6077mm的圆柱形玻璃瓶。3 主要部件的设计3.1 送盖装置的设计对于杂乱无章的瓶盖，首先要对其进行定向，然后瓶盖再随滑到在气压压力的作用下到达压盖机机头的槽口。3.1.1 瓶盖的定向分析如图 5 所示，当瓶盖在振动的过程中，瓶盖在进入滑道内必须经过定向装置进行定向。定向正确的瓶盖，刚好可以通过定向装置的间 隙，就进入了送盖滑槽中。当瓶盖 定向不正确，则 不能通过定向装置的间隙，故通过孔眼重新落入储料斗里重新定位。 图 6 定向的间隙133.1.2 送盖装置电磁振动送盖装置，如图 7 所示。盖子放在 储盖斗 1 内， 储盖斗内壁上有螺旋形的瓶盖跑道 2，储盖斗的底部装有衔铁 3，它与装在底盘 6 上的电磁线圈 4是相对应的，整个储盖斗用几组弹片 5 支撑在底盘 6 上，而底盘由经减振垫 7 与机座相连，从而形成了一个近似双自由度的振动模型。当通电后，在激振电磁吸力为正半周时， 带动储料斗向下方振动，后半周时，由于 电磁铁用半波整流供电，故吸力 为零，但储料斗则在弹片的作用下向前上方振动，带动螺旋型跑道上的瓶盖加速运动直至抛起，当储料斗再在电磁吸力的作用下向后下方回振时，瓶盖已经产生了一个小位移。如此的循环，瓶盖就以 50Hz 的激振频率不断的向前跳。 3.1.3 气压送盖在瓶盖定向并进入送盖槽滑道时，最后由压缩空气吹至压盖机机头的槽口，完成送盖。由与将瓶盖吹到槽口所需要的力很小，所以只要压缩空气的压力大于 0.3MPa 满足要求( 如 图 8 所示 )。图 7 电磁振动送盖装置图 8 气压送盖简图143.2 压盖机机头设计3.2.1 压盖的原理图 9 是皇冠瓶盖，图 10 是啤酒的瓶口，封盖时将盖子折角波纹周边向内压缩，使其卡在瓶口 45 斜面 R2.4 的圆周凹槽内实现 封盖目的。第一：折角波纹作用如果将一块直径32.1mm厚0.25mm马口铁板封在瓶口上。马口铁比较的软，它可以压延，包在瓶口上，铁皮会自然地产生折皱。但是折皱有大小，必然包不严，且容易压碎瓶中，为此制 成有均布折角的渡纹盖子。如果接偶数20或22个折角分布，折角互为对称，压盖封口时，折角以同样强度向瓶口凹槽内弯曲收缩。折角强度大，很难将折角挤人凹槽内，封盖很难进行。若制成奇数21个折 角，折角受力的作用，向内收缩，21（奇数）个折角同时收 缩， 则瓶盖的直径32.1mm将会缩至28.5mm，故瓶盖周边受到压力的作用将同时收缩。由于折角 对称边为折板，它的 强度远远小于折角，折板在其相 邻两折角夹持下，沿瓶口45度斜面R2.4的圆周凹槽向内弯曲， 挤压在凹槽内。此时瓶盖的周边形成倒 圆台紧紧包住瓶口。第二：封盖过程一是定位入口及预紧：在工作地过程中，随着转盘的转动，在圆柱凸轮的作用下，压 盖机机头向下运动 ，机 头的导向环正好与瓶口 对准，再向下运 动，瓶口就刚好套在导向环内，完成定位。接着冲头先压紧瓶盖于瓶口上，压盖模的内表面紧随将折角波纹周边捋紧压下，密封垫在冲头压力以及压盖模力的作用下，密封垫得到较大压缩量，产生予 紧密封。二是翻边成彤：随着压盖行程的进行，压盖模锥面将盖子折角波纹周边继续向内弯曲收缩变形，在瓶口凹槽内紧贴其上，形成下口小，上口大段封面。图9 瓶盖图10 瓶口151、2辊 子；3套筒； 4、5、8弹簧；6顶杆；7顶杆套；9 螺套；10冲头(心杆) ；11压头；12压盖模；13槽口；14导向环图12 压盖机机头三是捋紧压实：压盖模继续向下，使同边金属挤压应力急剧增加，折角折板填人瓶口凹槽，夯实CD段园周贴面，且变形的折解折板不再反弹。从此盖子对瓶口始终有予紧拉力，保证密封 垫予紧压缩。在压盖时，瓶盖与瓶口之间的密封主要是由密封垫来保持，如图11所示，密封垫产生了较大的弹性接触挤压变形，瓶盖结构上的波纹型周边由于压盖模的作用产生挤压变形，卡在瓶子的封口凸棱的下缘，使得瓶盖与瓶口机械勾连，得到牢固且密封性封口连接。因此皇冠盖封口严密牢固，开启方便挟捷。3.2.2 压盖机机头压盖机机头工作时，是瓶子在压盖机转盘上转动的过程中，由压盖机机头 下降与上升完成压盖。 压盖机除了传动原理与结构、凸 轮要设计得合理以外，最关键的是压盖机机头。手 动（人工）压盖机的压盖头是一种传统的压盖头。这 种传统的压盖头的工作原理是当今国内普遍采用的一种形式，其主要特点是：小弹簧负责将压好盖的瓶子顶出，因此弹簧要具备一定的顶出力，对于瓶子若有高低不同时，大弹 簧负责进行缓冲补偿 (有的压盖头内无大弹簧、而将大弹簧放在瓶托下面起缓冲作用，其原理与上面是相同的)。 现将传统的手动式的压盖机机头经过改进，形成了一种新型的压盖头，它的工作原理与传统手动（人工）形式有较大的不同。其主要特点是只有顶出弹簧，而无 缓冲大弹簧，采用 锕球卸荷来消除瓶子过高造成的影响。下面先将手动（人工） 压盖形式的工作原理叙述如下：（1）转动的过程中压盖头沿凸轮辊道下降，导向 环对准瓶口，冲 头（心杆） 10 压住瓶子；（2）随着压盖头图11 瓶口与盖密封 16图13 新型压盖头 的继续下降，心杆相对地上升至与顶杆 6 接触后，直到心杆与顶杆 7 不再相对的运动，此时瓶盖在压盖模 12 内已经压好；（3）瓶子若偏高，外套筒 3 由于凸轮限制不再升降这时内套筒推动大弹簧向上缓冲；（4）压盖头随着凸轮上升，小弹簧5 将压好盖的瓶子顶出。这种原理的盖压的松紧程度，由心杆 10 与顶杆6 之间的间隙决定，通过调节转动顶杆来改变间隙的大小。 经 过改进的新型压盖头（如图 13 所示）的工作原理叙述如 下：（1）工作地过程中压盖头沿着凸轮的辊道下降，导向 环14 校正瓶口位置使其准确的套上盖子，此时冲头（心 杆）10 将压住瓶子；（2）随着压盖头的继续下降，直到心杆 与瓶子接触后顶柱不再下降，而压盖头外套筒 3 通过压 环、钢球、螺套 9 带动内套筒下降，并压缩弹簧组 l0，当内套筒相对于顶柱下降约12mm 以上时；压盖任务完成；（3）若遇到高瓶子时，心杆推动托盘 9 继续相对内、外套筒上升，直至钢球脱离托盘，由于心杆上端直径比托盘小 钢球便由中套筒5 上端的斜面推向顶桂。这时，外套筒与内套筒之 间不再有刚性传动而是 顶柱推着螺套与钢球，螺套带着内套筒继续相对外套筒而上升，甚至钢球可越过(理论上)压环继续上升。（ 4）当压盖头随凸轮上升时，由弹簧组将压好盖的瓶子顶出。这种压盖原理，盖压得松紧程度不能调节，由 压盖模内径决定。 3.2.3 压盖机机头的特点分析：（1）手动（人工）压盖形式的压盖模腔为锥形，盖在模腔内缩口完成后，盖不能穿过压盖模，缩 口尺寸的大小由顶 柱与螺杆之间间隙决定，间隙大，缩口小，也就是盖 压得紧;反之盖压得松，如图14（a）。而新型的压盖模腔为圆柱形， 缩口尺寸由模腔直径来决定。 缩口尺寸不能调整，压好盖后，盖可以从压盖模内通过，如 图14（b）所示。由此我们看出，新型压盖模使用起来较方便，不需 对缩口尺寸进行调整，但也存在两个间题，一是 压图14 压盖模17盖模被腐蚀、磨损后，缩口尺寸不能补偿;再是对盖的齿部摩擦较重，使涂料或保护层磨掉较多。但可以选择耐磨的材料、提高硬度及模腔表面的光洁度减少磨损。（2）手动（人工）的压盖形式采用瓶高补偿缓冲大弹簧，即遇到高瓶子，通过大弹簧动作而避免将瓶子压碎。新型压盖头则无此缓冲大弹簧。它、使用了 钢球卸荷的形式。我们通过试验 知道， 压盖时，盖缩口到尺寸直径 28.628.8mm，所需的垂直方向的力在2000N左右，顶出瓶子的力要在 800N以上。用手动（人工）压盖形式，若想压好盖，瓶子要受到2800N以上的垂直压力，而且大弹簧钢丝直径为10mm， 刚度在40N/mm 以上，瓶子每增加 1mm，就要增加40N 的力。而新型压盖头则没有大弹簧，只有压盖 时需要2000N左右的垂直力以能缩口就行了(通过刚性传动) ，盖 缩 口一到尺寸， 压盖力迅速消失，只剩下弹簧组的反力。顶出弹簧组由3根弹簧组成，最粗的弹 簧钢丝直径只有6mm， 3根刚度总和只有12N/mm左右，瓶子每增高1mm，只增加 12N的垂直力。弹簧组的预压力设计在1600N(因为压盖模腔不是锥度，需要对盖施 较大的力)，瓶高即使增加30mm，其垂直 压力也不会超过2000N，以至整个压盖 过程中， 对瓶子施加的力永远不会超过2000N 。综合上述分析，我们可知，如果在瓶高一致的情况下，手动（人工）与新型压盖头差别不大，但在瓶高不一致的情况下，差异就显 示出来了。因 为在调整压盖头时，总 是以最矮的瓶子为标 准。因此，定性的看，采用新型压盖头的好处至少有三点:（1）压碎瓶现象大大减少;（2）整机负荷减小许多，既节省了能耗，又使各摩擦副的摩损减轻，寿命延 长;（3）由于弹簧钢丝细 ，刚性小，在相同变形量下，所受剪切力小，更耐疲劳，增加了弹簧寿命。压盖机头是压盖机的主要执行机构，工作原理是：辊子 1、2 受固定凸轮控制是套筒 3 做上下运动，经螺套 9、顶杆 7 及弹簧 4、5，进而是压头 11 做上下运动。当盖子进入压头低端槽口 13 后，压头开始下降， 导 向环 14 校正瓶口位置使其准确套上盖子。压头继续下降，压盖模 12 使盖子与瓶口密封。与此同 时，冲头（心杆）10 被顶起，弹簧 8 受压缩 ，冲 头 10 与顶杆 6 间 的间隙控制了压盖的行程，可以通过转动顶杆来调节。随后，压头上升，弹簧 8 伸 长并经冲头 10 迫使瓶子掉落，以免出现吊瓶现象。对于压 盖过紧、以至于碎瓶或瓶子过高时，可以将冲 头与顶杆之间的间隙调小些，以此避免出现碎瓶的现象。 3.3 送瓶装置的设计压盖机的送瓶装置工作原理是：由链带输送瓶子，经过螺旋分离限位器 1 将瓶子有序的隔开，然后在经过进瓶拨轮 2 使得瓶子按序的进行压盖，进瓶拨轮准18确的将瓶子送至压盖机转盘 3，然后在转动的过程中，由压盖机机头完成压盖，最后压好盖的瓶子由出瓶拨轮4 将其排出。如图 15 所示。在传动的过程中，可以看出进出瓶星形拨轮上瓶子中心的线速度为 ，压盖头中心的1V线速度为 ，螺杆输送速度为2，则 它们的速度是相等的。33.4 传动方案设计根据压盖机的工艺流程及传动系统，在该机的设计过 程中应首先考虑 到各传动件问的协调，即进出星形瓶 拨轮、 压盖机机头、输 送螺杆之间的协调。也就是说瓶子在整个压盖的过程中应以相同的速度运动。即进出瓶星形拨轮上瓶子中心的线速度为 V1，压盖头 中心的线速度为 2，螺杆 输送速度为 V3均相等。故： 321 tg321nrnr其中 、 、 分别为进出瓶星形拨轮、压盖头、输送螺杆的回转半径，1r23、 、 为各自的转速。 为螺杆中螺旋线的升角。同时还应满足在运转过程n23中其经过的距离必须相等的条件。按照生产能力要求，压盖机的转盘转速是 300600 转/h ，即 510 转/min ，故可选择电动机和传动的方案。电动机的功率为 1.5k，转 速 1380 转/min， 传递方案由减速器与 蜗杆蜗轮组成，选择 合适的模数确定减速器的比值，然后在根据上述公式一确定传动齿轮的尺寸以及带的传输速度。图 15 进出瓶装置1234193.5 总体分析3.5.1 结构分析机械式的压盖机主要由上部储盖斗、四个压盖头、控制压盖的固定凸轮、下部的星形圆盘、底盘、中心固定主轴及主传动系统组 成，如 图 16 所示。20盖子放在储盖斗 1 中，通过电磁振动送盖装置 2 将瓶盖定向并沿输盖槽 4输送至压盖机机头槽口，在气嘴 6 的作用下，准确的定位，然后在工作 过程中，压盖头与星形盘 7 均由齿轮 9 带动旋转，瓶子被送入星形盘并正好位于压盖头的下方，压盖头与星形盘同步旋转（此时瓶子也一起转动）过程中，由于固定凸轮的凸轮，使得压盖机机头上下运动并对瓶盖施加压力，四个压盖头通过辊子与固定凸轮连接，即完成压盖工作。在转动一周的过程中，完成 4 个瓶盖的压盖工作，最后，压 好盖的瓶子随出瓶 拨轮出来，如此，即可完成 压盖工作。如下图（16）所示。对于瓶子的高低不同，差别非常大时，可以通 过调节蜗 杆蜗轮 10 和螺母螺旋 11 使其升降，以此满足不同的需要。图 16 压盖机的总体方案213.5.2 经济效益分析通过对手动压盖机的改进，在经济方面也有很大改善。人工进行压盖时，一个工人一天工作 8 小时，压 盖数量约 1800 瓶，一个月需要支付工资约 800 元左右。改进 之后，整套设备需要约 2300 元，一天 8 小 时工作可压盖 10000 瓶左右，超出人工压盖约 8000 瓶，一个月就超出 20 万瓶，机械压盖机除去每天耗电量 12度，约 6 元钱，只需要人工装瓶即可。可 见机械式的 压盖机是远远大于人工压盖效益，同时机械式的压盖压 盖质量（碎瓶率）也远远低于人工压盖，由于人工压盖用力不均匀，容易碎瓶，而机械压盖用力均匀且密封性好。4 结束语此次将手动压盖机改进为机械自动式的压盖机，与传统的压盖机相比有很大的进步，瓶盖是在运动的过程中自动定向，用气体准确的吹到压盖机头的槽口，定位准确；瓶子是用传输带输送，再由进出瓶拨轮自动传输，由压盖机头机械的完成瓶盖的压紧，减轻了人的劳动力。但是随着科学的不断发展，新理 论的不断创新，压盖机的自动化控制将会在未来广泛的应用（比如：PLC 控制、机 电一体化控制、灌装与压盖组合机械）。因此， 对于压盖机还 可以继续改进，进一步提高生产效率、节省劳动力，创造更大的经济效益，服 务于生 产。致谢 本文的全部工作是在尊敬的指导老师的悉心指导下完成的，我的指导老师洪老师给了我很大的支持和帮助，在此我向洪老师表示由衷的感 谢！在写作期间，洪老 师不耐其烦地帮助我修改 论文，指出不足并 让 我改正。在他身上真正表现出了一名老师耐心、 负责 的工作作风和一名学者一丝 不苟的治学态度。指导老师敏捷的思维、渊博的学识 、严谨的学风、深厚的专业 功底以及追求真理、勇于创新的精神给我留下了深刻的印象，使学生受益终身，也将永远激励和鞭策着我刻苦学习，努力工作。指导老师不仅在学业上为我呕心沥血， 还在工作中为我指22明了方向。我在工作和学习中的点滴进步，都离不开指导老师的帮助。至此 论文结稿之际，谨向我敬爱的指导老师致以深深的谢意和崇高的敬意。参考文献1 徐景珩.未来十年中国食品和包装机械发展趋势.北京：中国轻工业出版社，19982宫相印.食品机械与设备.北京：中国商业出版社，19933管敦仪.啤酒工业手册.北京：中国轻工业出版社，1998：5154胡继强.食品机械与设备.北京：中国轻工业出版社，1999：145、150-1535程凌敏，徐克非，杨琦云等.食品加工机械.北京：中国轻工业出版社， 19926沈再春.农产品加工机械与设备.北京：中国农业出版社，1993：2427程殿林.啤酒生产技术.北京：化学工业出版社，19988管敦仪.啤酒工业手册（下）.北京：中国轻工业出版社，1998：536-5379刘