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量杯
灌装
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摘要
随着人们对包装的不断重视，对包装要求的不断提高，人们开始把目光投向了包装机械行业。然而，我国的包装机械还处于刚起步的状态，包装机械的品种不齐全，自动化程度不高
液体物料的灌装, 首先要解决定量问题。液体物料的定量方法可分为三类:即按重量定量、体积定量和控制液位定量,按重量定量,定量精度较高,但需要一套称重装置,从而使定量机构的结构复杂、成本高、定量速度低,目前很少采用;后两种定量方法, 定量精度一般, 但结构简单、速度高。目前的灌装机供料机构基本采用体积定量和控制液位定量。
本次毕业设计适用小型饮料业的定量杯式灌装机。我首先针对目前的发展状况提出了一种总体设计方案，接着对灌装机进行总体布局设计、典型零件的结构设计与校核以及对轴的加工工艺的概述，最后分析了定量杯式灌装机的经济效益。
关键字：定量杯，灌装，液体物料
- 内容简介：
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液体纸盒包装芯吸的分析与建模 在纸箱液体包装系统 中一个比较重要的问题 是通过纸盒 （通常是 包覆 高分子薄 膜） 包装 的液体 的芯吸。 一个合适的纸盒包装， 吸收液体的 速度 应当 是 缓慢 的 ，以提供令人满意 的 长 期 货架寿命的包装产品。在这项研究中，这一现象的 各种液体产品 的吸收 ，透过 层合纸箱 包装被 广泛 调查。因此， 在 分析方法上 芯吸 纸盒包装已经制作完毕。 与芯吸速率相关的 数学模型 对于 液体含量和纸箱 板材 的 物理化学 性能是被建议的 。模型参数 是 广泛用于纸箱包装 的 材料，获得了基于实验 的 数据。该模型得到证明能够给予可靠 的 相关的 芯吸速率对于 液体含量和该 层 合纸箱包装 的 物理化学参数 。 2005 留所有权利。 关键词： 芯 吸 ;扩散 ;粒度分析 ;纸箱包装 纤维素材料早已被用来作为更 加 环保包装 材料 。 在 世界范围内， 以 纤维素为基础的包装材料 的利 用 与 所有其他包装所采用的材料 1,2同样 受到重视 。最近 聚合物涂料纸箱板 的 发展，使 在包装液体产品 中使 用纸盒 板材成为 可能 。 这 其中的困难 是 为 包装液体产品 选择合适的涂层 从 大量 的 不同的液体产品 之中 。每个包含在纸箱包装 中的 液体产品 有其自身独特的化学和物理 性质 。实验结果表明，在先前出版 3 ，即本质上 粘度，粒子 大小及 分布和 其 表面张力 对于 液体包装系统的芯吸 是 有着 显着的影响。 从 包装工业 这个角度来看，为 了 寻找合适的 办法 一边 迅速 的 评估 层合纸箱的材料 是否适合 ， 于包装液体产品 。 目前， 用于 评估是否适合涂纸箱包装材料为某一特定 液相含量 ， 实验室 进行 即吸试验，都必须进行建立 芯吸 速 率 的液体产品通过纸箱包装材料。这种测试是相对 时间开销 ， 其中，尤其 要 考虑到 的 一个事实即相当数量的参数的纸箱材料是令人关注的问题。这样的参数包括研究纸箱 厚度， 高分子涂料 厚度 ，化学耐药性高分子涂料，阻隔性能的高分子涂层。各种 各样的液体内容增加了显着的复杂性问题的方法。 因此，一个数学模型准确地描述之间的关系， 芯吸率 和各 种 物理化学性质的高分子涂层， 纸箱板和液体产品是 否是 可取的。使用这样一种模式，快速评估是否适合 层合 纸箱包装为某一特定液体 可以 被建立出来 。 自然纤维素之称的 纸箱板， 与 水性液体 有相当大亲和力，如水果果汁，洗涤剂，油漆等，因此， 在液体包装 中芯吸 吸成了其中的 重大问题 。缓解 芯吸 程度，纸箱板通常有一层聚合物，以提高阻隔性能。典型的 用作此用途 的 聚合物包括聚（乙烯） ，乙烯 烯） 。这种高分子涂层 屏 障 也必须加以化学抗液体遏制。液体产品对高分子涂料 的 细节的影响， 已 于 别处 列出 大部分机械和热干扰 产生的三角瓣的角落 研制 以便形成理想的容器 ， 层合 纸箱板都必须受到模切，消减 ，架设，并密封（通常是通过加热）。一个典型纸盒包装及相关的模切和 抗皱模式 的 简要 说明图 如 图 1 。 图 1 纸箱包装及相关的模切和抗皱格局 在生产过程中， 抗皱 和削 切 扁平 以被 折叠形成三维立体结构 是 增强 热封 的 。折叠和加热过程有可能造成损害，从而影响 聚合物涂料造成骨折和针孔。在 图 1 中 ，角落的三角瓣通常受到大部分机械 震动 和热扰动（图 2）。 在高分子薄膜涂布于纸箱 底部 也有可能 形成 针孔。 在 实践中液体通过针孔或裂痕 流入 纸盒 往往是不可避免的，在涂层接触液体产品（通常是内部的包装） 。 液体产品 然后 会 继续流到 纸箱 底部 ，通常是沿 纹理的方向 。 通过针孔或裂纹 液体产品最终将 在另一边显现出来 ，在 包覆在在包装另一边的 高分子薄膜 处 。应当强调的是，有关 液体产品的渗透 最有可能 的 途径 是随着 晶粒 的方向，这一事实 先前就 已经成立 4 3 拟和预测 数学模型 的建立 液体和气体 的 扩散通过高分子 阻隔 材料 的 数学建模已 被 报 告在 别处 5各种 模型 已发展到模拟通过 以 纤维素为基础的包装材料 的 水分 的扩散 9特别是几个模型已经开发出来，用于吸附和扩散水分通过 非均质的介质 ，如纸张和纸箱 15然而， 存在着极少数报道 关于 液体含有微粒 的 吸附和扩散，如洗涤剂和 衣服洗涤剂 。因此 有必要建立层合纸板 和该颗粒的液体含量 的芯吸速率 和物理化学参数的 数学模型 的 仿真 。 在这项研究中，只有 曾和纸箱的 晶 里的流动方向 是需要被考虑的 。这是因为 通过晶粒的 扩散 速率 通常是相对 微不足 道的，相比，随着粮食。因此 纸箱板 的结构 ，可 被 视为多孔 的束状 的圆柱 形 毛细管形状 。 假设准稳态蠕动流， 芯吸 现象是理论研制的卢卡斯 22和瓦 23常见的描述 。因此， 纸箱板和液体 的芯吸速率 和物理化学性质的研究，可以模拟使用 。如公式 （ 1）： 上式的 表示相对应的 纸箱板 弯曲系数 ， 和 分别代表 液体的粘度和密度， 是 液体纸盒 的 动态 前进接触角， 是液体的表面张力。从 公式 （ 1）可以看出， 信息速率和时间的 平方根 成正比， 相对于各类纸箱板材 /液体 。因此，任何 类别 的液体， 格局信息速率确定纸箱板材 颗粒的称重 ，W，也应成 直接与时间的平方根成比例 ，由一个因素 图所示，在 在公式 （ 2）： 其中 从 公式（ 3） 中 可以看出 ， 于 纸箱 板材 和液体 量的 物理化学性质 的函数 。为方便起见， 称为 芯吸 系数。 对于 这一点，纸箱板 晶粒的重量已经被确立了 ，由于 所含 液体 的芯吸 ， 在纸箱板材和所含液体之间是与时间的 平方根成正比 的 。然而，必须指出的是，卢卡斯 被 打算用来 来 描述 芯吸现象，涉及液体 粒子的自有扩散 。由于大部分液体洗涤剂含有 不寻常尺寸的 微粒， 应被 改 进 到 液体芯 吸模型 ，代表公式 （ 3） ， 是必要的。 根据以往的经验 4 ，透过纸盒 板材的 液体洗涤剂 芯吸 速率 决定 于 几个因素，包括液体洗涤剂和纸箱板物理化学性质 的 粘度，密度，表面张力和 颗粒 分布 等 。 因此，下述模型（公式（ 4） ， 被 提出 来 模拟， 芯吸 系数， 理化学性质 之间的关系 ，即 ， ， 和 ： 在 公式 （ 4）中 ， 是液体洗涤剂 颗粒的尺寸特点， 数值 是 由液体洗涤剂和纸箱板 材的 物理化学 作用。所有其他 的 符号具有相同的意义 就像 先前确定的。显然， 每 种 液体洗涤剂，将有一套 独特的参数， ， ， ， ，与芯吸 现象 的 物理化学性质有关。在另一方面，每 种 纸箱 板材 将一套独特的常数，表其液体洗涤剂 的 物理化学作用， 导致 不同程度的 芯吸 模型采集与预测这一点 上 ，建议 的实质是很清晰的， 模拟和预测方法是双重的 ，即： 界定任 一 液体洗涤剂的一套 独特的参数 ， 包括 ， ， ， 界定阻隔性能 纸箱板（对 液体洗涤剂迁移 ）的 阻隔性能 ，由一套独特的参数 任何 种类 洗洁精，参数 ， ， 和 可以通过实验室分析 得到 。代表 任何种类的纸箱板材的阻隔性能 参数 的影响，即 以 通过 下列程序 得到 ： 选择几 种 液体洗涤剂 各种物理 ， ， ， 选择纸箱板 材 的 好处 进行实验室测试，以获取 每 种 液体洗涤剂（细节测试程序给出后） 芯吸速率 ， 以纸箱板材 在接触液体洗涤剂 后的增重 为代表 计算系数 过数值优化或最小二乘拟合的 公式 （ 4）。 在这一点上，模型模拟的 通过纸箱板材的液体芯吸速率 的 研究 ， 由公式 （ 5），可以得到： 利 用 公式 （ 5） ， 通过 种 纸箱板 材的 任何 种类 液体洗涤剂 的芯吸速率 是可以被预测的 ， 例 如 ， ， ， ，和 5这些承参数的是 有效地 。这种模式的一个优势 是 值 是独一无二的 对于各种 的纸箱板 材 ，因此 是相互独立的液体洗涤剂。或者换句话说，只要 一类纸箱 板材的 值是为用 的情况下，任何液体洗涤剂（认可的模型作为一套参数 ， ， ， ） 芯吸速率是 可以 预测的 ， 通过 利用公式 （ 5）。 4 材料和设备 渗透现象和渗透速率的研究被实施在六种液体洗涤剂工业中。 被称为类为的纸箱板 材 ，全部由 英国基林沃思，泰恩河畔纽卡斯尔现场 组 提供 。应该指出的是， 目前文件的用意是要报告 方法，而非一套完 整的模型，用于预测 液体 产品通过纸盒包装 的芯吸速率 。例如，只有一个型号的纸箱板 材 被调查。该 办法 可用于预测 其他类型的纸箱板 材芯吸 行为。从这个角度来看， 板材 结构，在商业用途中 也只有几 种 有限的 不同 类型的 纸箱板 材 。因此， 用于预测工业上纸箱板的芯吸的数据库是有必要建立的，对 液体洗涤剂 的 物理化学性质进行分析。这 些 物理化学性质包括： 密度，表面张力，粘度及 粒子大小 及其分布。程序确定这些性能和 芯吸速率 详 况 如下。 液体比重的具体测量程序 液体洗涤剂 的比重 定义为 单位体积 的质量 。 液体洗涤剂的比重测量 涉及称重 已知 体积 的测试液，然后 通过把大量的 液体 分为标准的体积的液体 计算特定重 量 。在本次 研究 中， 100立方厘米容积烧瓶用 来 衡量 100立方厘米液体洗涤剂。一个 英国 科学家 费舍尔 发明的 分析天平 能够 准确至四 个 小数 点 由 ,， 可以 用来 称量 100立方厘米液体洗涤剂。 容量瓶中的 液体洗涤剂 温度 要 维持在 20摄氏度在 每个测量节水型浴缸 所 具有 的 制冷能力 过程中 。 100立方厘米液体洗涤剂 的重量需要 测定 3次 之后取 平均 值。 表面张力 测量程序 液体 的 表面张力 被 定义为 “遍及液体表面上没单位长度上垂直与液体表面垂直的力 “ 。 有 几种方法测量表面 张力 ，例 如，毛细 上升， 板块吊片和落锤 。在这项研究中，铂金戒指 被 用于 一种 英国马尔文井 伍斯特郡 提供的 表面张力扭秤供应的扭秤用品 张力计 中 。每个液体样本 要进行五次 测量 ， 取其 平均 值 为 的液体样品 的 表面张力。 图 3在内部建立芯吸测试装置的示意图 布鲁克菲尔德模型的 度计（布鲁克菲尔德 粘度计 有限公司，哈洛 艾塞克斯，英国） 可 用于测定液体 的 粘度 。 颗粒大小和粒度分布测量程序 一款名为 135由 贝克曼库尔特有限公司供应 的 颗粒大小分析仪， 可用于分析颗粒大小和粒 度 分布。 芯吸率的估算程序 通过折叠纸板的 液体洗涤剂 的芯吸率 通过与液体洗涤剂的一段相接触定义好尺寸的折叠纸板的重量增加来决定， 在过去一段时间 ，如图 3在 内部建立芯吸测试装置 ，被用作芯吸测试。 纸盒支撑样式在图 装载 开放式 玻璃罐 的 纸箱样品和液体洗涤剂被放置在 电烤箱进行 温度控制。 纸箱板材按照 3 7厘米 的尺寸被切断以用于 芯吸测试。为 了估算 芯吸 率 ， 纸箱样品的边沿要蜡封 。不过，对于芯吸 能力的调查 ， 未 密封的纸箱样品也被 使用 。温度测试 机柜 ，即电炉， 要 维持在 25摄氏度 图 表 测试用烤箱内的相对湿度要 保持在 50 ， 可通过 使用 总共 1000立方厘米饱和水溶液硫酸氢钠（ 1 g/，置于在 烤箱 中。每四个纸箱样品 的 重量 被 测定和记录 要优先放置到 到玻璃罐 中 。 纸箱样品每隔 24小时 从玻璃罐中被取出来 ，过量的液体洗涤剂可以使用软体组织去除。在把纸箱样品放回玻璃罐之前要先称重以便于芯吸测试 。六种液体洗涤剂 都要进行芯吸 测试 。 6种 液体洗涤剂具体的 重量 ，表面张力和粘度的调查 ，在表 1中 给出了。从表 1中可以看出，该液体洗涤剂 的测试 调查报告，这里有各种属性，特别是粘度和粒子大小。这种属性 的变化致 使 一个 彻底 的 调查 在 芯吸行为和性能的 之间的关系 ， 应 该 指出的是，洗涤剂调查 首先是 粒子的 种类 其次是类似的粒度分布概况。因此 ， 在调查报告里 颗粒尺寸 和 分布的特点是不作为参数的。 密封的纸箱样品，经过 216 小时 的 芯吸 试验， 结果 显示在图 图 论 2都是 具有 腐蚀性的 洗涤剂 通过芯吸进入到 纸箱包装材料。芯吸程度 上来看 ， 其顺序是 26芯吸程度大小顺序的比较 ， 与 液体洗涤剂 的 物理化学性能 的 影响有关，可以看出， 液体洗涤剂 的 颗粒大小 和粘度 对 产生了 芯吸产生了重要 的影响 。因此 ， 具有相对小颗粒和较低的粘度 的 会 造成更大程度的 芯吸 。 从图 可以看到 ，液体洗涤剂 芯吸趋向于 通过 有开放的 边缘 类的 纸箱样品。 这一 迹象表明，通过纸箱 的芯吸并 不是在很大程度上取决于 液体洗涤剂的重量 。 在图 天后的 结果 。 从图 以看出 ， 液体洗涤剂只通过未边封的纸箱样品的底部边缘。 从图 也可以清楚的看出 其他液体洗 涤剂。因此， 芯吸率要比 其他液体洗涤剂 高 。这可能是因为 此， 对纸箱结构有 更大的流动性。 在表 从表 以看出， 高。 也可以看到 ，该芯吸率 大小的顺序如下： 25这种 观 查是 更可靠 的 比那些 通用的基于视觉观察却不 容许 估算 纸箱样 品的芯吸 。 图 16小时芯吸测试后开放边缘的纸箱样品的结果 图 16小时芯吸测试后封边的纸箱样品的结果 表 边纸箱样品芯吸 时候后的增重 图 对于芯吸建模为了获得 式（ 5）使用得到的数据。 样公式（ 5）被转换成公式（ 6）。 使用表 2所给出的数据，基于公式 (7)一系列的方程式 被建立。例如使用数据来关联洗涤剂芯吸后纸箱的增重 式 (8)可以被建立 图 基于 6种洗涤剂的增 重数据，总共有 60个类似于 公式（ 8）的方程式。 （对于各个洗涤剂， 10克的重量增加分别在 18,23,48,72,96, 68,192,216,240和 264小时时候获得） 使用 到 别是： 纸箱板材样品的增重和液体洗涤剂表面张力，粒子大小，粘度和密度之间的关系，可以通过公式（ 9）表达： 精确的芯吸模型用公式（ 9）可以代表，这个可以通过与 纸箱样品的预测增重的测量值相比较来评判。 因此纸箱样品的预测增重和测量值在图 图中可以看出模型给出了 相对准确的预测关于纸箱样品对于洗涤剂的芯吸。 基于芯吸模型，公式（ 9），使液体洗涤剂的芯吸率形象化变得可行。基于公式（ 9）的三维图标曲线通过图 从图 箱样品的增重对于液体洗涤剂的颗粒大小及分布更有依赖性。在信息过程中，液体洗涤剂的颗粒大小及分布影响芯吸的增加。 6结论 可以得出结论认为， 通过纸箱包装 的液体洗涤剂的芯吸率 是依赖于 液体洗涤剂物理化学性质 如颗粒大小的特点，粘度， 重量 和表面张力 等 各 种 物理化学性质，粒子尺寸的特点 和粘度 对液体洗涤剂的芯吸 有较 显 著 的影响。因此，液体洗涤剂有较大的粒子 和较高的粘度， 会 有一个较低的芯吸 率 。 反之 液体洗涤剂 芯吸 率 增加 。 根据实验所得 到 的数据 通过调查报告， 一个 数学模型为 了 模拟 由于液体洗涤剂的芯吸造成的增重和 液体
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