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啤酒压盖机设计【毕业论文+CAD图纸】【机械全套资料】

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原稿!!啤酒压盖机设计【毕业论文+CAD图纸】
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原稿 啤酒 压盖 设计 毕业论文 cad 图纸
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内容简介:
- 1 - 1 前言 随着经济的发展,我国啤酒行业也得到了不断的发展,同时对啤酒生产线也提出了更高的要求。啤酒压盖作为啤酒生产线上的重要环节,也随之不断提高和完善。通过对啤酒及相关行业的了解,把握国内外现状和发展趋势,以便设计出更完善的设备,达到更高的使用要求。 酒压盖机简介 啤酒压盖机是对灌装完毕的啤酒瓶进行封口的设备。压盖机使啤酒在瓶中得以密封保存,并便于流通、销售和饮用。 啤酒压盖机的工作原理是啤酒瓶经输瓶系统输送后进入星形拨轮,同时进入到压盖机头下面,在主轴及星形拨轮带动下同压盖机头一起转动,此时从供盖 系统中落下的瓶盖刚好到达压盖机头,压盖机头在凸轮机构的控制及大弹簧的作用下向下运动进行压盖。瓶盖压紧后,压盖机头在凸轮机构的控制及小弹簧的作用下向上运动,释放啤酒瓶,星形拨轮继续转动将啤酒瓶输出。 究现状及发展趋势 内外研究现状 我国啤酒灌装设备大都是在引进优良设备和先进技术的基础上发展起来的。新中国成立以后,我国陆续建立起了一些灌装压盖设备生产厂。但由于落后的技术能力,在这个时期主要是生产一些小型设备。 六十年代末,通过有关专家和学者的考察,从国外带回来的灌装生产线技术在国内试验成功。 到八十年代初,国家又积极引进国外先进灌装生产线 300多条,其中啤酒灌装线达 500多条。引进生产线主要设备有输箱机、卸箱机、洗瓶机、输瓶机、灌装机、旋盖机、压盖机、贴标机和装箱机等 1。 目前我国啤酒的生产状况是 2: 团化发展。 我国 灌装机械的发展趋势是不断提高单机的自动化程度,改善整条包装生产线的自动化控制水平、生产能力,可以大大改善 啤酒灌装 生产设备产品的质量,提高其国内、国际 的 竞争能力。 总而言之,自改革开放以来,我国灌装与压盖设备行业得到了高速发 展,行业水平不断提高,产品性能大幅度增长,但与国外发达国家相比仍存在较大差异,总体技术水平较落后。 国外的灌装与压盖设备正向着高速发展。美国 早在 1890年就制造出了玻璃瓶灌装机。 在 1912年又发明了皇冠盖压盖机,接着制造出了集灌装和压盖于一体的灌装- 2 - 压盖机组。德国也在 20世纪初制造出了手动灌装机和压盖机 3 4。 世界灌装压盖机正向着高精度、高速度、多应用的方向发展,现在部分灌装生产线已经可以工作在玻璃瓶与聚酯瓶、碳酸饮料与非碳酸饮料、热灌装与冷灌装等的不同环境和不同要求下,并能保证良好的灌装质量和较高 的灌装速度。 展趋势 目前, 国内外啤酒灌装压盖 机的发展趋势是 5: ( 1)高 新技术化; ( 2) 产品标准化; ( 3) 零部件生产专业化; ( 4) 设计“绿化”; ( 5) 市场日趋垄断 化 。 总之,近 20 年来,我国啤酒灌装行业获得了突飞猛进的发展,生产高效率化、资源高利用化、产品节能化、新技术实用化和科研成果商业化,以成为世界各国啤酒灌装行业的 发展趋势 ,这也是我国啤酒灌装行业的发展方向。 在的问题及改进措施 虽然目前我国国内制造的啤酒压盖机性能已经达到较高水平,但经查阅大量资料后发现,其凸轮 设计大都还是沿用普通凸轮安装在灌装头上部来控制压盖机头运动,其速度波动大、加速度突变大、压力角小等都不满足压盖机头的运动规律。本次设计准备采用圆柱凸轮,可以大大改善了上述问题。 另外,当前国内很多啤酒压盖机没有较合理的退瓶结构,导致破瓶率较高。本次设计在压盖机头内部设计了退瓶弹簧,结构简单,方便可行。 题意义 通过分析啤酒压盖机目前存在的一些问题,本着以人为本、安全可靠、简便易实现的原则,综合了现有技术水平 ,运用合理的改进方法 , 进行本次啤酒压盖机设计。 力求所设计的啤酒压盖机在满足使用要求的前提下 ,在更多方面得到改善,使其能够在啤酒生产线上发挥重要作用,并达到降低成本、提高效率、为企业带来的良好的经济效益的目的。 - 3 - 2 压盖机头设计 盖机头总体设计 压盖机头是啤酒压盖机的主要执行机构,其结构总体设计如图 示。压盖机头的主要组成部分有机头壳体、芯轴、压盖模、导向环、冲头、轴套、弹簧及紧固件。 压盖机头的工作原理是机头壳体 2 由安装在主轴上的凸轮、滚轮轴承及支撑轴(未表示出)的控制下做上下往复运动,因大螺套 4 与机头壳体 2 是螺纹连接,故大螺套 4 随机头壳体 2 一起上下往复运动。 在 机头壳体 2 刚向下运 动时,啤酒瓶经过输送系统刚好送达导向环 7 下面,瓶盖经过下盖槽也刚好送达导向环 7 与压盖模 6 之间的瓶盖槽内。 大螺套 4 与中间螺套 3 间隙配合,当 大螺套 4 与机头壳体 2 向下运动时,大弹簧 13 被压缩,中间螺套 3 在重力及大弹簧 13 的作用下向下运动;当 大螺套 4与机头壳体 2 向上运动时, 大螺套 4 上端紧靠中间螺套 3 的轴肩,使中间螺套 3 也随之向上运动。中间螺套 3 与芯轴 12、小螺套 9 均由螺纹连接,与压盖模 6 和导向环 7通过轴肩、槽沟等定位连接,故芯轴 12、小螺套 9、压盖模 6 和导向环 7 都随中间螺套 3 运动而运动。小螺套 9 与冲头 10 间隙配合, 当中间螺套 3 带动芯轴 12 和小螺套9 向下运动时,芯轴 12 在大弹簧 13 的作用下顶住冲头 10,并使冲头 10 向下冲压。导向环 7 向下运动时,校正瓶口使啤酒瓶定位,并使瓶盖准确接触啤酒瓶口。瓶盖在冲头冲压与压盖模作用下被压实在瓶盖上。随后中间螺套 3 随 大螺套 4 和机头壳体 2向上运动,小弹簧 11 被压缩。冲头 10 并没有及时随中间螺套 3 向上运动而运动,而是在小弹簧 11 的作用下,有一段缓冲时间。在这段缓冲时间,压盖模 6 和导向环 7都随中间螺套 3 而瞬时向上运动,冲头 10 相对于压盖模 6 和导向环 7 向下运动,迫使压盖完毕的啤酒瓶掉落,避免啤 酒瓶卡在压盖模 6 和导向环 7 内。最后小弹簧 11被拉深,冲头 10 在小弹簧 11 作用下随中间螺套 3 向上运动到最高点,啤酒瓶随输送系统输出,完成一个压盖过程。 大螺套 4 与机头壳体 2、中间螺套 3 与芯轴 12、中间螺套 3 与小螺套 9 之间都采用螺纹连接,可以控制预压缩量并调节压盖机头的行程,以适应不同瓶高度的压盖要求,保证瓶盖紧紧压实在啤酒瓶上。大小弹簧 13、 11 不仅提供动力,而且有缓冲的作用,防止冲头 10 冲压力过大造成啤酒瓶压碎。 - 4 - 图 12345钉 67 891011121314盖模设计 酒瓶口尺寸及分析 啤酒瓶口尺寸如图 示。该尺寸符合 0809 1989 玻璃容器 冠形瓶口尺寸标准。 图 酒瓶口剖视图 盖模结构设计 压盖模是压盖机头的关键部件,也是易损部件,设计尺寸时按标准皇冠盖计算。标准皇冠盖的结构和尺寸如图 表 示 6。 - 5 - 图 准皇冠瓶盖结构 表 准皇冠瓶盖尺寸 名 称 单位 基本尺寸 极限偏差 高度 H 径 D 径 d 角半径 r 顶外径 R 40 200 厚度 s 齿数 z 个 21 压盖模的结构设计如图 示,其圆柱孔直径与瓶 口上端最宽处直径相等,都是 孔的锥度计算公式为: ( 式中: 表示锥度; D 表示瓶盖外径; d 表示瓶盖内径; H 表示瓶盖高度。 将表 本尺寸的 数值代入公式( 后,得: )()( 0 6 2 0 2 6 1 = =( 0 7 52 0 )-( 2 6 1 )( 3 2 = 压盖模锥孔的锥度与皇冠盖身的锥度基本一致,代入锥孔计算公式 (,得: = 67 752 26 - 6 - 一般,压盖模锥孔的表面应有较强的硬度和较高的耐磨 性 ,故所选材料为20碳淬火后硬度达 56 62孔壁粗糙度不低于 免划伤瓶盖表明。 图 盖模结构图 向环设计 在压盖过程中,导向环的作用是校正啤酒瓶口位置以使瓶口准确套上瓶盖。导向环结构如图 示,其上端紧靠压盖模,且与压盖模之间形成 41348空间尺寸略大于瓶盖尺寸,以便于瓶盖输送。导向环上端设计一高为 5后在导向环肩内侧 8设计三个螺孔方便其定位。导向环的校正作用主要依靠其中间的圆柱孔,取直径为 29选材 料为 45 钢,圆柱孔壁粗糙度不低于 保证啤酒瓶升降顺利。 图 向环结构图 头设计 头行程设计 冲头的工作行程公式为: - 7 - 21H ( 式中: 1h 表示动力弹簧工作行程; 2h 表示冲头自由下降高度。 设计时取 H=76 头结构设计 冲头的结构设计如图 示。冲头右端穿过 压盖模上端圆柱孔,其直径比圆柱孔直径略小,取 25右端杆长即为工作行程长度( 76为了准确定位,冲头左端设计一锥顶为 1200 的圆锥槽。冲头所选材料为 20碳淬火后硬度达56 62 图 头结构简图 头强度校核 冲头强度计算公式为 7: s 式中: 表示应力; F 表示压力; A 表示轴截面积, A=4; s表示屈服强度,对于材料为 20Cr,s=540 将00N, D=25入公式 ( ,得: 004a x ( - 8 - s 所选材料合适。 轴设计 盖受力分析 图 盖受力简图 图 示即压盖受力简图。在压盖过程中每个波褶所受的力为 P,将其沿轴向和径向分解为 压盖机头作用于盖的轴向力为 T。盖子周边与瓶口勾连时会产生正压力 P ,将其沿轴向和径向分解为 和 。在压盖过程中,密封垫片受力的作用压缩,会产生抗压力 1T 。此外,瓶盖还会受到瓶内二氧化碳等气体的压力 2T 。 气体的压力 2T 的计算公式为: 2T = 气体( 式 中: d 表示啤酒瓶瓶口的内径; 示啤酒瓶内气体的压强,其最大压强为 将 d= 181入公式( 得: 2T = 气体 =182 1=N) 瓶盖在轴向方向受力平衡的方程式为: - 9 - T= 1T + 2T + ( 压盖力的计算公式为: 总 ( 式中: K 表示系数,一般取 s 表示瓶盖材料的厚度,一般为 b 表示瓶盖材料的强度极限,一般取 300 400 L 表示压盖模锥 孔大端的周长 。 压盖模锥孔大端的周长 L 的计算公式为: L= 1 ( 将压盖模锥孔大端直径 1 32入公式 (,得: L= 132 = 将 K =s=b =350L=入 (,得: 总 =350 N) 轴结构设计 芯轴结构设计如图 示。本着方便控制弹簧压缩量及固定中间轴套,芯轴中间设计公称直径为 16为 185螺纹。 为了在芯轴与中间轴套的螺纹连接时增大摩擦,最右端采用滚花的加工方式。芯轴材料选用 ,经渗碳处理。 图 轴结构简图 轴强度校核 芯轴在工作过程中只传递弯矩而不传递扭矩,且为压杆,应进行相应的 压杆稳定性计算。 - 10 - 压缩强度计算公式为: s 式中: 表示压应力; F 表示压力; A 表示轴截面积, A=4; s表示屈服强度,对于 s=235 将00N, D=16入公式 ( ,得: 1 M P 2 5163 3004a x s 所选材料合适。 芯轴有导向装置,它的受力情况近似于一端固定,一端铰支的压杆,其最大长度应满足公式: ( 式中: E 表示弹性模量,对于 E=200 将 E=200D=16F=300N 代入公式 ( 得: 3 7 3 03 0 03 . 1 4 161 0 0 02 0 0F 4m a x 轴总长度故材料尺寸合格。 套设计 螺套设计 小螺套与冲头间隙配合,故其直径的基本尺寸与冲头小端直径相等,为 25计小螺套大端直径与压盖模外径相等,为 50据普通螺纹基本尺寸公称直径序列选择小螺套小端公称直径 (大径 )为 36径为 螺套长度L 应满足公式: - 11 - L ( 式中: H 表示冲头工作行程长度; l 表示压盖模厚度; l 表示压盖模与导向环之间形成空间高度。 将 H=77l=10 l =8入公式 ( ,得 L 779(取 L =55 所设计小螺套如图 示。小螺套所选材料为 20碳淬火后硬度达 5662 图 螺套剖视图 间螺套设计 中间螺套结构较复杂,采取分段设计。 第 1 段螺套(如图 示)与心轴螺纹连接,故其内螺纹基本大径为 16径为 25 第 2 段螺套(如图 示)外部主要用作固定支撑弹簧,并保证弹簧的中心- 12 - 线不倾斜,取直径为 33 60 第 3 段螺套(如图 示)内部左端与第二段螺套内部同时用作 固定小弹簧,取直径为 28套左端外径取为 54套内部右端与小螺套采用螺纹连接,故其内螺纹基本大径为 36间螺套与小螺套经螺纹连接后,为保证压盖的准确,选用 4 个紧钉螺钉 5。 第 4 段螺套(如图 示)左端内部与压盖模间歇配合,故直径为 50端内部与导向环间隙配合,故直径为 74 为方便固定导向环,其内部设计一个深 5半圆形槽如图 示。 中间螺套所选材料为 20碳淬火后硬度达 56 62 图 间轴套剖视图 图 4段螺套三维立体图 螺套设计 大螺套结构图与小螺套类似,如图 示。其与中间螺套第三段间隙配合,取内径为 54高度小于 80 75据普通螺纹基本尺寸公称直径序列选择大螺套的螺纹公称直径 (大径 )为 72径为 纹长度为60螺套材料所选材料为 45 钢 ,经退火处理 。 - 13 - 图 螺套剖视图 簧选用 弹簧设计计算及选用 主轴提供压盖机头运动的动力,大弹簧提供压盖时所需的压力。所以,压盖时的工作压力为 8: 1311 8 1 ( 式中: 1d 表示弹簧材料直径; K 表示弹簧刚度系数,一般取 1D 表示弹簧中径; 1 表示弹簧材料的扭转许用应力。 设计选用大弹簧时应先计算压盖时弹簧所受的工作负荷。 根据工作极限负荷大于 弹簧中径介于 30 60间,初步选则弹- 14 - 簧 8 50 520 2089 将 1d = 8K=1D = 50, 1 =685入公式( 得大弹簧的工作极限压力为: 1311 1 = =N) 总P 总P 1 故所选弹簧满足使用要求。 大弹簧选用材料为优质弹簧钢 60冷作硬化处理。 弹簧选用 小弹簧不提供压盖时所需的压力,仅仅是用来保证能将压盖完毕的瓶盖从压盖模中推出。根据其位置知小弹簧中径介于 1828用为弹簧 22 294 2089小弹簧选用材料为普通弹簧钢 70,经淬火处理。 头壳体设计 机头壳体右端与大螺套螺纹连接,故其取内径为 72螺纹长度与大螺套相等,取 60左端加工一直径为 36孔,孔下端留有装毡圈地槽沟。机头壳体剖视图如图 示。材料选择为 45 钢,经表面淬火处理。 图 头壳体剖视 - 15 - - 1 - 3 主传动系统设计 动系统总体设计 传动系统结构总体设计如图 示。 主传动系统的工作过程为:主轴 13 在电动机 16、联轴器 15、 18、减速器 17 的作用下低速旋转。开孔轴套 21 与转鼓 9 通过螺钉 22 连接,转鼓 9 与主轴 13 通过键12 连接,故当主轴 13 旋转时,转鼓 9 和开孔轴套 21 随主轴 13 一起旋转。转鼓 9 和开孔轴套 21 精度要求较高,故选用推力球轴承 20、大轴套 10、小轴套 11,以减轻转鼓 9 和开孔轴套 21 的载荷,减小其磨损。凸轮 8 与主轴 13 间隙配合,其并不随主轴 13 运动。凸轮上开有沟槽,沟槽内滚轮轴承 6 与支撑轴 7 过盈配合,支撑轴与压盖机头连接。压盖机头在转鼓 9 控制下随主轴 13 和转鼓 9 一起运动,迫使滚轮轴承6 与支撑轴 7 也随主轴 13 一起运动。滚轮轴承 6 运动,而凸轮 8 不运动,两者形成相对运动,并且滚轮轴承 6 在凸轮 8 的沟槽内同时随沟槽的 弧线运动,即形成了压盖机头的上下运动。连接板 3、螺套 5、螺栓杆 28、螺杆 29 及螺母、垫圈用于固定主轴 13。 图 传动系统总体设计图 123789101112131415161718192021222324252627282930 轴设计 所设计主轴转速为 n=15r/ - 2 - 图 轴结构图 轮设计 压盖机头完成一个工作循环的动作是由凸轮来控制的。目前国内压盖机多采用普通凸轮安装在灌装头上部来控制压盖机头运动,其速度波动大、加速度突变大、压力角小等都不满足压盖机头的运动规律 9。为了实现压盖机平稳工作,本次设计采用圆柱凸轮如图 示,凸轮导槽曲线变化规律一般选择正弦加速度运动规律,如图 种规律启动较慢,速度变化大,无加速度突变、振动,压力角大,适合控制压盖机头的运动 10。凸轮沿外侧边缘展开曲线如图 示。 图 柱凸轮三维图 正弦加速度运动规律做整周期的正弦规律变化其加速度公式为 11: a=2(其速度公式为: v=22+ (其位 移公式为: s= 2+ (其跃动公式为: y=3322(- 3 - 给定条件为: 0 , =, s=0, v=0; = , =, s=h=72 将给定条件代入公式 ( (、 (得: 0 h=22= 0, C=入公式 ( (、 ( (得运动方程公式为: s=72 )( 2 a= y=2图 弦加速曲线 123- 4 - 图 轮曲线展开图 凸轮结构设计如图 示。凸轮耐磨性、抗剪切能力要求较高,故选用 50正火处理。 图 轮剖视图 在实际加工该压盖机凸轮时,端面形状是用三周立式加工中心加工出来的,而只要用一般的键槽刀具,在一般的四周联动机床上就可以加工出任意槽宽的凸轮来 12。 撑轴与滚轮轴承设计 撑轴设计 支撑轴安装在压盖机壳的孔内,并通过紧钉螺钉定位,通过毡圈进行密封;其另一端与滚轮轴承过盈连接。支撑轴设计如图 示。所选材料为 45 钢, 经正火处理。 - 5 - 图 撑轴结构图 轮轴承设计 该滚轮轴承用于低速高载荷状态下,故选用 满针滚针滚轮轴承。支撑轴直径为 30选用 承及相关轴套设计 承选用及校核 根据载荷大小及方向选择轴承类型为推力球轴承,与其相配合的主轴的直径为70所选轴承代号为 51214。 根据轴承所承受载荷来源,估算轴承承受最大动载荷为 。按每日 24小时连续工作的机械,选择轴承预期计算寿命为 50000 小时。所选推力 球轴承应具有的基本额定载荷计算公式为: 61060 ( 式中: P 表示载荷, P=104 N; n 表示转速; 示预期计算寿命 , 500000h; 表示指数,对于球轴承 =3。 将 P=104 N , n=15r/00000h, =3 代入公式 ( 得: 61060 3 64 10 50 00 00156010 = 故所选轴承合格。 - 6 - 套设计 推力球轴承的定位主要靠其上下端的轴套及主轴的轴肩。推力球轴承上端轴套如图 示,推力球轴承外径为 105其与轴套间隙配合,故轴套下端内径为 105套两端 140,设计六个与内六角圆柱头螺钉 接的沉孔和螺孔。 图 70 轴套剖视图 推力球轴承下端轴套与主轴间隙配合,故取其内径为 70径与推力球轴承外径相等,为 105 推力球轴承外圈设计一内径为 105径为 114轴套,且该轴套与推力球轴承下端轴套间隙配合。 - 7 - 鼓及轴套设计 鼓设计 图 鼓剖视图 小轴套设计 两轴套之间间隙配合,且小轴套与主轴(直径为 70隙配合,大轴套与转鼓间隙配合,故小轴套设计为内径 70径 85轴套设计为内径 85径 110 小轴套剖视图如图 图 示。 图 轴套剖视图 - 8 - 图 轴套剖视图 - 9 - 动机选择 本设计利用电动机产生动力,电动机的选择是本设计的重要内容。本设计选用 Y 系列三相异步电机具有互换性好、防尘、全封闭自扇冷却等特点, B 级绝缘,工作环境温度不超过 +40 度,适用于无特殊要求的机械上。由于啤酒压盖机的功率不是很大,主要是使压盖机头旋转、压盖和摩擦等消耗功。估算本设备的大概功率为 3 5 右 ,且要求转速不是很高 ,电机经过减速器传递到压盖机。所以选择的电动机 型号为: 主要参数为:额定功率 11步转速 750 r/定电压 380V 频率 50速器选用 减速器是原动机和主轴之间的独立的传动装置,可以降低转速和增大转矩,以满足工作的需要。减速器的选用首先要选其类型。减速器的种类很多,也有很多不同的分类方式,选择减速器时首先根据其承载能力及机械强度选择类型。初步选用 选用减速器时需要考虑工况、热功率影响和安全系数等。电机同步转速是 750 r/作机的转速为 15 r/动比要求为 50。所以 所选减速器为 3。 减速器参数为:公称传动比 50 输入公称转速 750 r/出公称转速 15 r/称输入功率 8 10 - 4 供盖系统设计 盖系统总体设计 本次供盖系统设计的主要部分有主轴和搅拌装置。供盖系统的工作原理是:瓶盖放入下盖料斗内,搅拌装置焊接在轴套上,并通过紧定螺钉固定在主轴上。主轴在电动机及减速器作用下转动,搅拌装置随之转动,并搅拌料斗内的瓶盖。当被搅拌的瓶盖达到下 盖槽口后,由下盖槽下滑至压盖机头槽沟内,经压盖机头压实在瓶口上,完成压盖的整个动作。 动机选用 供盖系统利用电动机产生动力,电动机的选择也是设计的重要内容。 供盖系统传动装置的总传动效率公式为: 221 ( 式中: 1 表示减速器的传动效率; 2 表示联轴器的传动效率。 将 1 =2 =入公式( 得: 221 =个瓶盖质量为 m=计供盖槽体积约为 V=4 106 一个瓶盖体积计算公式约为: v= (式中: D 表示瓶盖外径; H 表示瓶盖高 度。 将 D= 32H=入公式 (得: v= = =103 ( 供盖槽中盛放瓶盖的重量(最大量)为: - 11 - 将 m=V=4 106 v=103 g=g 代入公式 (得: 106 /103=N) 搅拌 瓶盖所需工作功率公式为: (将 V=s 代入公式 (得: 所需电动机功率公式为: P (将=入公式 (得: 本设计选用 Y 系列三相异步电机,经计算知啤酒压盖机供盖系统的功率为,所以选择的电动机型号为: 主要参数为:额定功率 15步转速 750 r/定电压 380V 频率 50定转矩 轴设计 主轴结构设计如图 示。 图 轴结构图 拌装置设计 不同桨叶的搅拌器在搅拌时产生不同的流动状态,基本流向为沿搅拌器的桨叶环向流、径向流、和轴向流 14。本供盖系统基本流向为沿搅拌器的桨叶轴向流,故采用- 12 - 推进式搅拌器,所选桨叶数为 3 个,并采用卧式容器搅拌的安装形式 15。 搅拌槽全容积的确定,主要依据公称容积及瓶盖的装填系数来进行。 搅拌槽全容积公式为: V= ( 式中:
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