灌装缸与灌装阀设计【说明书+CAD+SOLIDWORKS】
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任务书(理工类)学生姓名： 专 业 班 级： 学 号：1 指导教师： 职 称： 完成时间： 毕业设计(论文)题目：拨叉的加工工艺及夹具设计题目来源教师科研课 题纵向课题（）题目类型理论研究（）注：请直接在所属项目括号内打“”横向课题（ ）应用研究（ ）教师自拟课题（）应用设计（）学生自拟课题（）其 他（）总体设计要求及技术要点：本课题基于廊坊市百冠包装机械有限公司的灌装缸与灌装阀设计，并针对本课题的设计，进行实地的考察与实习。要求能满足当今灌装包装的效率和生产量并进行设计分析。工作环境及技术条件：需要在本设计课题的车间进行两周的生产参观实习。设计与计算过程中可以查阅企业相关的材料，并在车间进行实地生产参观。另外可以充分利用工厂的实物以及加工艺，更利于设计。工作内容及最终成果：1、绘制灌装缸与灌装阀的各个零件图；2、对灌装缸与灌装阀的设计理念进行阐述；3、毕业设计报告一份；4、毕业设计图册一份。时间进度安排：2017年3月：进行工厂实地生产实习、查阅相关资料；2017年4月：进行灌装缸与灌装阀的初步设计原理；2017年5月：进行灌装缸与灌装阀的设计与图纸的绘制及毕业设计报告的撰写；2017年6月：进行毕业设计答辩。指导教师签字： 年 月 日教研室主任意见：教研室主任签字： 年 月 日3报告(论文)报告(论文)题目： 灌装缸与灌装阀设计1 作者所在系部： 作者所在专业： 作者所在班级： 作 者 姓 名 ： 作 者 学 号 ： 指导教师姓名： 企业指导教师姓名： 完 成 时 间 ： 教务处- 31 -摘 要灌装机是酒水、饮料类等食品加工行业的关键设备之一。目前正向着灌装的高速化、精确化；以及智能化、多功能化方向发展。此设计针对传统罐装机性能比较单一、自动化程度低、通用性差，灌装速度调整不方便，而且难以适用瓶形、液体物料及灌装规格的变化等问题，结合全自动液体灌装的工艺流程，分析了全自动液体灌装机的工作过程及其主要部件的功能，重点介绍了全自动液体灌装机灌装阀工作原理及控制要求。全自动液体灌装机实现了灌装生产高速化、精确化、智能化、多功能化以及操作界面人性化的要求。将液体商品装入瓶、罐、桶等包装容器内的操作，称为灌装。灌装缸与灌装阀是灌装机设计中最重要的一部分。我国目前的灌装设备已经比较成熟了，但灌装阀设计比较繁琐。本文主要介绍了灌装缸及灌装阀主要设计内容。关键词：灌装缸 灌装阀 灌装机发展AbstractFilling machine is one of the key equipments in the food processing industry such as drinks and drinks. At present, it is developing towards high-speed, accurate, intelligent and multifunctional filling.The design for the traditional canned machine performance is relatively simple, low degree of automation, poor universality, convenient adjustment and filling speed, it is difficult to apply bottle shaped, liquid material and filling specifications change, combined with the process of automatic liquid filling, analyzed the working process of automatic liquid filling machine and its main parts of the function and introduced the automatic liquid filling machine filling valve working principle and control requirements.The automatic liquid filling machine realizes the requirements of filling, high speed, precision, intelligence, multifunction and humanization of operation interface.The operation of filling liquid goods into containers, such as bottles, cans, drums, etc., is called filling. Filling tank and filling valve are the most important parts in the design of filling machine. The filling equipment in our country is more mature now, but the design of filling valve is very complicated. The main design contents of filling tank and filling valve are introduced in this paper.Key words: filling tank, filling valve, filling machine, development目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论- 1 -1.1本课题的研究内容和意义- 1 -1.2国内外的发展概况- 1 -1.3本课题应达到的要求- 2 -第2章 廊坊百官包装机械有限公司简介- 3 -第3章 灌装生产线整体结构设计- 4 -3.1灌装机的主要类型选取- 4 -3.1.1灌装机的运动形式- 4 -3.1.2自动化灌装机- 5 -第4章 罐装的基本原理- 6 -4.1 灌装的基本方法- 6 -4.1.1等压法- 6 -4.1.2常压法- 6 -4.1.3 真空法- 7 -4.1.4虹吸法- 8 -4.1.5 压力法- 8 -第5章 罐装缸的分析与设计- 10 -5.1 罐装缸的设计要求- 10 -5.2 罐装缸的设计概要- 10 -5.3 罐装缸的设计图纸- 11 -第6章 罐装阀的分析与设计- 12 -6.1 灌装阀的工作原理- 12 -6.2 阀的各部分的设计与计算- 12 -6.2.1 阀端结构的设计分析- 12 -6.2.2 阀的受力分析- 13 -6.2.3 灌装时间的计算和过程- 14 -6.2.4 灌装阀弹簧的分析与设计- 16 -第7章 结论与展望- 21 -附件- 22 -致 谢- 22 -参考文献- 23 -第1章 绪论 对于灌装阀来说，它是灌装过程中的核心部位。假如缺少了灌装阀，自动灌装生产线就无法运转工作，且一个灌装阀设计的好坏决定了这个灌装生产线上运作的效率，它需要跟据灌装工艺的要求以最快的速度接通或断开与储液箱的联系，保证灌装工作的顺利的进行，不同的液体的物理化学性质并不是相同的，因而导致灌装工艺的不同，因此所使用的阀体也并不相同，不同的灌装设备使用不同的阀体。诸如饮料、洒类、液体化妆品之类。 为了能够更好地达到灌装生产线的自动化，提高灌装生产线的效率，解决自动化灌装生产的各种问题，保证产品的质量，特进行本课题关于液体灌装生产线灌装阀设计研究。1.1本课题的研究内容和意义随着科学技术的日益发展，人们的生活水平也是逐步的提高，由以前小农社会的自给自足发展到由大型公司生产，人们去采购的商品经济。而在此过程中由于人口基数的增大，伴随着人工成本的增加自动化的生产已迫在眉睫，亟待解决。为了满足国内的消费需求来补充国内生产力的不足，我国从上世纪八十年代开始每年都要进出口大量的饮料、奶制品以及酒类等包装机械，至今引进的趋势仍然是呈现上涨势头。这些包装机械大部分是高速自动化的生产线，可靠性比较强，产量高，相当的部分设备是当今全国，乃至世界最为先进的机型。这些生产线的引进，使中国饮料、奶制品以及酒类企业包装水平得以与发达国家同步发展。与此同时，中国的包装机械的生产也取得了更加显著的进步，部分灌装、封口一体设备已经达到了相对较高的水平，包括塑料饮料瓶，玻璃饮料瓶，酸奶瓶，无菌包装等成型设备以及贴标机在内的包装生产线的水平也得到了相当程度的提升，基本可以满足企业的需求，甚至部分已经可以替代进口设备，并且出口量逐年提高。灌装阀是灌装机中尤其重要的部分，应用十分广泛，每年使用量相当巨大。国内在灌装速度和精度上与国际水平还有一定的差距，因此对灌装阀再次研究设计，若是可以取得成功，那将大大加快中国包装机械行业的发展步伐，提高包装行业在国际中的地位。1.2国内外的发展概况近些年来，由于科学技术的突飞猛进，机械行业也取得了快速的发展，特别是自动化、智能化技术的广泛应用，让人类社会快速的进入到自动化时代，灌装机行业也受益匪浅。同时，由于灌装机市场需求巨大，国内众多企业加入了这一行业，国外企业也瞄准了我国市场，这样就给灌装机企业的发展带来了巨大的竞争压力。因而，面对内忧外患的市场，国内灌装机生产厂家还是积极发展，不断的学习先进技术，特别是自动化、智能化技术，应用于灌装机的研制生产中，让其更好的符合时代发展潮流。同时，根据国内多元化市场发展的需求，对灌装机设备进行多元化发展，使其种类不断的增多。国产灌装机生产厂家面临的困境是：技术水平较为落后，公司的规模和资金相对国外还存在一定的差距，这同时也是许多灌装机生产厂家所共同面临的困境。但在这样的困境下，国内灌装机积极引进国外先进技术，对其灌装机设备进行认真的研究和学习，同时根据国内市场的需求进行升级改造。灌装机经过几十年的不断发展，已经成为我们国家经济发展的命脉，是众多工业产品出厂前必走的环节。我们所熟知的液体灌装机、食用油灌装机、膏体灌装机等更是众多工厂追捧的对象，作用不容小觑。1.3本课题应达到的要求鉴于饮料、酒类一类的以及化妆品等生活用品已在人们的生活中占有越来越大的比例，从而大大带动了灌装行业的迅速发展。因而，在对灌装阀设计的过程中我们应该立足于当代现实情况，要能够满足自动化的生产且拥有一定的效率，同时在设计产品的过程中要全面了解灌装的原理以及各过程的详细步骤，对于各部件的功能需要详细的了解，在保证产品功能的基础上尽量提高生产的效率，考虑灌装阀在灌装整体中的作用，对灌装机的全局整体机构和布置进行考虑，合理的对灌装阀进行布置以达到更高的生产效率。人类自从采用容器盛装液体以后，就产生了灌装方法。十九世纪末二十世纪初以前，通常使用水罐、水杓进行人工灌装或直接将容器浸入液料中进行灌装，大约在1980年美国Horix、Kiefer和U.S.BottLers等三家公司开始制造容器灌装的机械装置。第一台商业用灌装机是Kiefer公司制造；Horix公司于1920年首次制造了重力灌装机，用于灌装番茄酱，这家公司至今仍生产灌装机，二十年代初这几家公司着手生产回转式灌装机，其中U.S公司制造的是纯真空灌装机，二十世纪以来，灌装机械工业发展迅速，那时灌装的速度取决于人工将瓶子对准灌装阀，等待瓶子灌装完毕所需的时间。今天，回转式自动灌装机的生产能力己达每分钟2000瓶。第2章 廊坊百官包装机械有限公司简介廊坊百冠包装机械有限公司(原廊坊包装设备制造总公司)是国内最早生产液体灌装机械的厂家之一。是集设计、制造、销售、服务于一体的专业包装机械制造企业。是中国食品和包装机械工业协会副理事长单位，中国轻工机械协会常务理事单位，中国机械工业联合会、中国饮料工业协会会员单位，被认定为河北省企业技术中心,被国家经贸委批准为具有自营进出口权的企业。公司2002年通过了ISO9001：2000版质量体系的升级，2004年通过了国际“CE”产品安全认证，近年来一直被中国饮料工业协会及行业内的权威专家评为饮料灌装设备优秀供应商。公司现资产总规模超过亿元，拥有300多台专业加工设备和400余名员工。公司拥有30多项专有技术，产品在国内被北京汇源、承德露露、大寨核桃露、吉林泉阳泉、山东趵突泉、可口可乐、日本大冢、统一等知名饮料生产厂家广泛使用，并出口到美国、日本、加拿大、俄罗斯、东南亚、中东、非洲等国家和地区。信誉是品牌的生命，科技是创新的源泉。公司注重产品开发的高起点、高品位。在引进国外先进技术的基础上消化吸收，进行了饮料工艺技术的深入研究，掌握并丰富了液体灌装的核心技术，并已经具备了产业化的条件。公司储备了一支阵容强大的科研开发队伍，汇集了一大批机械、电子及饮料工艺方面的专业人士从事产品研发工作，每年有十多项新产品推向市场。上世纪九十年代初，公司投入大量资金建立了CAD研发中心，现代化的设计手段极大地提高了研发质量和效率，能够快速而准确地完成大型工程项目的整厂设计。产品结构上既保持了中小型含气等压灌装设备在国内的优势地位，又实现了大中小型不含气灌装成套设备的系列化生产，并适时地提出并实施了向多品种、多功能、高技术、大型化、成套化方向发展的战略。2005年成功研发了适用于贵重液体灌装的电子称重式高精度定量灌装封口机，可应用于无菌冷灌装的生产。公司融汇了国内外先进的制造技术和丰富的整厂设计经验，从项目的运作到后期的执行，专业化的队伍可为您提供优质快捷的服务，现已发展成为国内生产饮料灌装设备技术水平最高、品种最齐全的厂家之一。公司秉承“系统化、专业化、规模化、规范化、国际化”的经营理念，以敏锐的市场触觉和博大的合作精神，为您生产完美的产品提供有力的技术保障和全面的支持。严格规范的质量监控体系是产品赢得用户，占领市场的保障。公司上下贯彻“诚信为本、法规为准、顾客为首、精品为求”的质量方针，为确保整机生产性能的稳定，从原材料、配套件采购，到零件的加工制造、组装出厂全过程、各环节都处于受控状态。公司具备国内一流的加工设备和专业的技术职工。关键零部件都建立了数据跟踪和数据分析系统，主要元器件均采用进口，提高了产品的可靠性。制造精品，成为公司每个员工的第一工作准则。公司形成了完善的质量体系，严格把关，精益求精。第3章 灌装生产线整体结构设计3.1灌装机的主要类型选取在灌装机械生产线上灌装的种类繁多，分类方式多种多样，可以按照运动形式可以分为：旋转型和直线型灌装机；按照自动化程度分为单机自动机和联合自动机。3.1.1灌装机的运动形式1.旋转型灌装机待灌瓶由传送系统(一般经洗瓶机由输送带输入)或人工送入灌装机进瓶机构，瓶子由灌装机转盘带动绕主立轴旋转运动进行连续灌装，转动近一周时瓶子己灌满，然后由转盘送入压盖机进行压盖，如图3-1、3-2所示:这种灌装机在食品、饮料行业应用最广泛，如汽水、果汁、啤酒、牛奶的灌装，此机主要由流体输送(即供料系统)、容器输送(即供瓶系统)、灌装阀、大转盘、传动系统、机体、自控等部分所组成，其中灌装阀是保证灌装机能否正常工作的关键。2.直线型灌装机灌装瓶沿着平直的直线运动，进行成排灌装。见图3-3，凡送来一排空瓶由推瓶板向前推送一次，到送至灌液管的下方时，阀门打开进行灌装，间歇进行操作。图3-3 直线型灌装机工作原理图定量灌装，上盖，将瓶盖拧紧，贴商标，待装盒装箱，1推瓶板，2限位拨，3、11、13传送带，4传送盘，5瓶子，6上盖机构，7料斗，8拧紧机构，9商标盒，10浆糊盒，12，推料板，14储液箱，15灌装管这种灌装机相对旋转灌装机来讲，结构比较简单，制造方便，但占地面积比较大，而且是间歇运动，生产能力的提高也受到一定限制，因此一般只用于无汽液料类的灌装，局限性较大。3.1.2自动化灌装机该类型可分为:单机自动机和联合自动机(可以包括连续进行洗瓶、灌装、压盖、贴标、装箱等工序)。自动灌装以采用机械传动控制为主的最普遍。此外，还有按灌装方法、关闭装置及定量装置等多种分类方法，具体的详细内容见表3-1:第4章 罐装的基本原理4.1 灌装的基本方法由于不同类型液体在不同液体灌装过程中的物理化学性质，为了保证灌装过程的安全性和高效性进而设计不同的灌装方式，这是不同灌装方式的必然结果。在这里，我们选择集中常用的灌装方法进行介绍，其中在本次设计中我们采用压力灌装方法。4.1.1等压法等压法灌装液体是用储罐箱上部压缩空气对包装容器充气使其压力接近相等，然后灌装液体物料通过重力自动流入容器的灌装方法。等压灌装过程如下：（一）充气等压。（二）进液回气。（三）停止进入。（四）释放压力，释放残余的空气从瓶到大气中，从而避免了大量气泡的产生，从而影响包装质量和定量的准确性。等压灌装适用于啤酒、汽水等含气饮料的灌装，减少其所含二氧化碳的损失。图4-1常压阀灌装工作状态4.1.2常压法常压法也称纯重力法,即灌装是在大气压力下直接依靠被灌装液料的自重流入包装容器内的灌装方法。常压灌装的工艺过程为：1.进液排气，即液料进入容器，同时容器内的空气被排除。2.停止进液，即容器内的液料达到定量要求时，进液自动停止。3.排除余液，即排除气管中的残液。图4-2常压阀灌装工作状态常压法灌装法是在常压下灌装的,因此,灌装系统较为简单。液体产品由高位槽或泵经输液管送进灌装机的贮液箱,贮液箱内液面一般由浮子式控制器保持基本恒定,贮液箱内的流体产品再经过灌装阀的开关进入待灌容器中。4.1.3 真空法所谓真空灌装是指灌装过程是在处于地狱大气压力下进行的，可分为两种真空灌装方式：1.重力真空式此方法是让贮液箱内处于真空的环境，然后对包装容器抽气让其内的气压与贮液箱处于几乎相等的真空环境，此时液料通过自身的重力流进包装容器之中。此方法拥有适合灌装年度较大、延长罐装产品保质期、在灌装有毒物能够不让毒气挥发保护工人的身体健康等优点。但是由于结构比较复杂制造技术较高，国内的应用推广较少。图4-3 重力真空灌装示意图2.压差真空式此法是让让贮液箱内部处于常压状态，只对包装容器内部抽气，使其形成一定的真空度，液料依靠两容器内的压力差，流入包装容器并完成灌装。由于其设备结构简单，方法可靠所以国内大部分采取此法进行灌装。4.1.4虹吸法虹吸法是利用虹吸原理使液料从贮液箱经由虹吸管被吸入容器内，直至两个的液位相等。此方法在早起就已出现，由于其原理设备标胶简单所以为人们所容易接受，但由于其效率的低下已经不适应在科学日益发展自动化普及的现代化社使用。图4-4虹吸法灌装及供料示意图1虹吸管，2浮子，3灌装阀，4灌装头，5贮液杯，6贮液箱，7进液阀，8进液管4.1.5 压力法压力灌装是借助机械或气液压等装置控制活塞往复运动，将粘度较高的液料从料缸吸入活塞缸内，然后再强制压入待灌容器中的。此方法主要应用在灌装粘度较大的物质，比如牙膏，番茄酱等。也可用于汽水一类的灌装由于是气压直接把汽水压入瓶内所以灌装速度在一定的程度上得到提高，但由于汽水本身不含有胶质物质，易形成泡沫消失，所以对于灌装质量有一定的影响。压力灌装是利用机械或气动、液压等装置来控制往复活塞的运动，将粘度较高的液体材料从气缸中吸入活塞缸，然后强行将液料压入容器中。这种方法主要用于填充更多的粘性物质，如牙膏，番茄酱等。也可用于汽水一类灌装，由于是直接把汽水直接压入瓶内，所以灌装速度能一定程度增加，但由于汽水本身不含有胶状物质，容易形成气泡，所以对灌装质量有一定的影响。图4-5压力阀灌装原理在选用上述几种灌装方法的时候我们除了需要考虑也比本身的性质如粘度、挥发性等之外还必须考虑产品的工艺要求，灌装机、灌装阀的结构等综合的因素。只有在多方面的考虑了各种因素之后，我们才能更好的设计出一个合理的加工工艺以及选择合理且效率的灌装方法。第5章 罐装缸的分析与设计5.1 罐装缸的设计要求缸体类零件的设计一般应该满足以下集中要求：（1）精度要求。应合理选择和确定缸体的加工精度。（2） 工作要求。罐装缸的设计首先要满足刚度，其次要满足强度、抗振性和吸振性、稳定性等方面的要求。（3） 工艺性要求。缸体体积大，结构复杂，加工步骤多。因此，必须考虑毛坯制造、机械加工、热处理、装配、安装、固定、搬运等工艺问题。（4） 运输性要求。缸体体积大，重量重，因此设计时应考虑设备在运输过程中起吊、装运等因素，尽量不要出现超大尺寸、超大重量的设计。除此之外，还有符合人机工程、经济性等方面的要求。5.2 罐装缸的设计概要灌装缸的一些结构尺寸，如壁厚、凸缘宽度、肋板的厚度、工作能力、材料消耗、质量和成本等都有很大的影响。但由于这些零件的形状不规则和应力分布的复杂性，大多采用类比设计，根据经验公式、经验数据或类似的零件，忽略对强度和刚度进行了精度分析和校核。虽然这不是非常重要的场合，但它有一定的盲目性。所以重要的块体，考虑到上述设计方法不够可靠，或者数据不够成熟，还需要对模型或事物进行测试，根据测量数据进一步修改结构和尺寸，从而弥补经验设计的不足。随着科学技术和计算机辅助设计的发展，现在有必要使用精确的数值方法（如有限元法）来确定这些结构的形状和大小。缸体零件上必须镗磨的孔数及各孔位置的相关影响应尽量减少。位于同一轴线上的各孔直径最好相同或顺序递减。在不重要的场合，按照经验设计确定具体位置。对于刚度的设计，采用合理的截面形状和合理的肋板布置可以显著提高刚度。此外，尽量减少与其他部件连接面数；连接紧密的连接和关闭部分；措施消除内应力和较大的材料和一系列增强刚度的弹性模量。当钢瓶质量较大时，应该有方便的起吊装置，如起重孔、吊环或吊钩等。为了绑绳，有必要确保在绑定足够的刚性，并保证位置稳定的状态下能顺利取出绳子。5.3 罐装缸的设计图纸图5-1 罐装缸设计图图5-2 上进液部分设计图第6章 罐装阀的分析与设计6.1 灌装阀的工作原理灌装阀是液箱、气室（包括充气室、排气室、真空室）和灌装容器这三者之间的流体通路开关，而且根据灌装工艺要求，能进行相应的灌装。不同的灌装方法通常需要选用不同的灌装阀。显然，灌装阀是关系到灌装生产线能否精准高效运作的关键部件。图6-1详细的显示了灌装阀的工作原理其中(a)为非灌装位置(b)为灌装位置。 （a）非灌装位置图 （b）灌装位置图图6-1灌装阀工作原理图1垫，2导板，3螺杆2，4喷嘴，5密封垫，6导向套，7密封垫，8密封座，9环，10滑套，11弹簧如图所示为本设计灌装阀的工作原理，当密封垫7与瓶口接触时灌装阀下降导导向套6上升，灌装头喷嘴4与导向套出现间隙，此时管道中形成回路，液体沿阀管底部小孔流入瓶内，当液体逐渐上升与排气管的下部接触时，气体将不能排除，此时液体继续进入瓶子导致排气管的下部孔口完全被淹没，此时瓶内空气无法排除导致气体被压缩，当瓶内的气压与贮液箱内的气压互相平衡时液料就会沿着排气管上升进而流向罐装缸内由此而形成空行程，然后螺杆带动瓶子下降，弹簧11保证了灌装头与导向套间的重新闭合即完成本次灌装。6.2 阀的各部分的设计与计算6.2.1 阀端结构的设计分析阀体的阀端的气液道德布置根据气体和液体进出瓶子状况的不同的情况，大致可分为两类：一类是利用环隙进行回气，而中心管来灌装液体。另外一种则是利用灌装阀的环隙灌装液体而中心管回气。前者属于长管灌装阀，后者则是短管灌装阀。两种阀体各有弊端与优势，因此我们在设计阀体的时候应该根据我们所需要的工艺来进行选择。 长管灌装阀的特点此阀在罐装的过程之中，灌装入液口伸入到接近瓶底的部位，在此时罐装的液体从入液口进入瓶子，初始时液体从管口自由流出，经过一段时间之后随着页面的渐渐地升高灌装口逐渐被液体淹没，此后的灌装都属于淹没流出。而淹没流出的过程占有灌装过程中的绝大部分的时间。此过程中被灌装的液面仅仅表面与空气接触，大幅度的减少了氧气在液体中的溶解程度。但是此方法由于受到自身的结构设计的限制以及瓶口大小的限制，导致了灌装的流通截面较小，这样就会在灌装时的流速较低，效率低下。短管灌装阀的特点短管灌装阀在灌装的过程中，将灌装嘴口伸入瓶颈部分，灌装液料自管嘴稳定自由的流出。由于回气管上都装有分散罩，所以在灌装的过程中会形成沿壁流。因为灌装管是呈现环隙的状态，所以相对圆形管而言就比较大，所以液体的阻力就相对的较小，使得灌装稳定易于控制。此外为了保证在液料升至回气管之后，瓶颈出的气体能够很快的被压缩，在设计的时候应该注意使进液口尽量的靠近瓶口，这样瓶口处的空间较小方便于气体的压缩，同时为了保证罐装的精度，方便截流，进液口不能设计的过大。在本设计中采取的是短管设计阀的方案，图6-2为其实体示意图。图6-2短管灌装阀示意图6.2.2 阀的受力分析灌装时液体由灌装阀流进待灌瓶时，液体在灌装阀内部受重力作用，做自由落体的运动，再加上本次设计是利用压力灌装，当进入瓶子时液体会对灌装头形成一定的冲击，此冲击受到灌装头的大小、液体的流速等各因素的影响，而且冲击过大的情况下液体进入瓶中会产生气泡，为了减少冲击对阀体带来的影响减少由于冲击带来的灌装精度的不准确，我们在设计阀体的时候需要对此进行精确且详细的计算和设计合理的方案。为了能够得到最安全的数据我们选择在瓶口将滑套顶至最高位的时候计算，因为此时液体对阀端口的冲击力是最大，只要我们将设计的安全数据以此为参考那么我们将可以保证灌装的精准以及安全。如图6-3（a）所示为灌装时进液的示意图，根据能量守恒定律我们可以知道液体的流速在开启的那一刻由速度0慢慢的增大，由公式： (6.1) （a） （b）图6-3灌装阀进液示意图根据上述公式我们可以推导出灌装时阀端所受的最大冲击力，为了避免此冲击力对灌装所产生的影响，可以采取适当的措施来避免。通常可以减小灌装阀阀口的大小、减小管道的直径来达到减小流量的目的、在阀中可设置缓冲装置、将灌装头改为橡胶来减小冲击力等方法。如图（b）所示，在阀管中倾斜挖取3对小孔，既可以减轻对阀头的冲击，也可以避免流速过快在瓶中产生气泡从而造成影响。6.2.3 灌装时间的计算和过程1.罐装的水利工程液料的灌装的时间决定了一个灌装生产线的生产效率，而根据液料的灌装的时间我们可以逆推出主轴与副轴的转速以及齿轮的模数齿数等等。所以灌装时间的计算是设计灌装阀里重要的一部分。2.液料流量的计算液料的流速可以通过孔口截面及贮液箱(或定量杯)中自由液面间列柏努利方程式求得。在式中我们可以看出u0灌装时贮液箱内的自由液面的流速根据液体流动而得到的连续性的方程式。为了更清楚的表达此方程式我们可以将u1折算成u0而其中的阻力损失h我们也可将其用u0来进行表达，故而气功师哦我们可以写成：式中:A1贮液箱(或定量杯)自由液面的面积; 贮液箱(或定量杯)自由溢面的速度折算系数,对于贮液箱情况,因自由面积较大故可取 ; 从由自液面至灌装嘴口截面之间，因通流截面积不同各段流道的速度折数系数; 各段直管阻力系数之和; 各种局部阻力系数之和。由此,可求得孔口截面上液料的流速为因此,经孔口出流的液料流量为: 式中: C灌装阀中液道的流量系数,取值为01之间; Y孔口截面上的有效压头(包括静压头与位压头)。由上式可见,液料体积流量主要是三个参数的函数,这三个参数为：(1)液道量系数C,(2)孔口截面积,(3)孔口截面上有效压头,现分别讨论如下:a.流量系数C:它实际上就是液料流经灌装阀中液道所受的阻力损失系数,显然,阀中流道阻力越小,C值越大,但C值永远小于1,流量系数C可通过计算来确定。当阀的结构及操作条件确定后,其各段阻力系数均可查表获得,对于环隙进液的阀端结构,可以参考缝隙流的有关公式,先求出液料在缝隙始、终两端的压力降P,然后求出该段缝隙的能量损失P/,最后再反算出该段缝隙的阻力系数为根。据各段阻力系数及每段的速度折算系数k,则可采用阻力损失叠加原则求出各项之和。但由于灌装阀中各个局部阻力之间距离很近,在两个阻力之间很难形成一段变流,由于相互干扰的结果使流量系数降低,所以应予以修正,其修正系数一般建议取0.770.87,由此: (6.2)在现实生活中为了计算时的方便，我们一般会将一些平常经常用到的流体进行实验然后将所的到的数据编辑成册，以方便在计算时直接查阅从而减少很多的自行计算时间。3.灌装时间的计算灌装的时间的计算在灌装设计过程中占有相当的一部分，灌装的液料自管嘴中自由稳定的流出。在此设计中我们采取的设计是稳定流出的方案。由于液料在阀口流出的速率设计固定的所以来表示。=8.57s式中: V每瓶所需灌装液料的容积; 孔口出流的液料体积流量在本次设计的过程中我们选取的是瓶装600ml的矿泉水，经计算我们的为70ml/s故而我们可以的出我们的灌装速度大约为8.57秒每瓶。6.2.4 灌装阀弹簧的分析与设计灌装阀是灌装机中的重要部件，它是沟通贮液箱、气室和待灌瓶的通路开关。根据灌装的工艺的要求，其能够依次的对有关的通路进行切换，并且能够保证灌装阀不漏气不漏液。而灌装阀需要正常的工作，则离不开弹簧。其控制着灌装阀的开启以及闭合。在目前的工厂中常常采用的是弹簧阀，它拥有者灌装质量好、灌装压力较高，且当出现破瓶等故障的时候能够自行停止灌装，避免成本的浪费。所以对于此阀而言，弹簧的设计的好坏，弹性的是否合适都关系着官正过程能否树立的完成。本设计中的弹簧如图6-4所示。图6-4弹簧弹簧作为一个经常性的伸缩部件，应该有一个恒定的弹性，从而确保工作的稳定性。因此，在灌装阀的设计中，工作范围应保持在其弹性极限范围内。在这个范围内工作的弹簧。当受到f的负载时，弹簧会相应变形，弹簧应在拆卸时恢复。为了更好地描述弹簧在工作时产生的力与变形之间的关系，我们可以用力分析图来表示。通过图表，我们可以直观地分析和计算。图6-5为灌装阀的弹簧负载的关系，从垂直轴表示在横坐标的负荷弹簧，说弹簧变形负载可变，通常呈线性关系，该曲线称为弹簧的特性曲线，载荷与变形之间的关系。图6-5 圆柱螺旋压缩弹簧的特性曲线在图中弹簧在没有受到外力作用的时候，其自由长度是,一般的讲我们在安装一个弹簧的时候，我们通常会对其施加一个初预紧力，称其为这是最初的也是最小的载荷。在其的作用下弹簧被压缩到，此时其的变形量为。当弹簧受到最大的极限载荷时，在该力的作用之下弹簧被压缩至极限，对应的弹簧长度为，此时的压缩变形量为，产生的应力极限为。等节距的圆柱螺旋压缩弹簧的特性曲线是一条直线，即其值为一个常数，可用公式T(常数)，压缩弹簧的最小工作载荷为，对于通常取=（0.10.5）.通常对有预应力的拉伸弹簧，为使具有预应力的拉伸弹簧开始变形时所需的初拉力。有预应力的拉应力的拉伸弹簧相当于有预变形x。因而在同样的F作用力下，有预紧力的拉伸弹簧产生的变形要比没有预应力时小。弹簧在机构中的工作条件决定了其的最大的工作载荷，但是在设计中通常不使其达到其的极限载荷，通常使其保持在=0.8。图6-6圆柱螺旋弹簧的几何尺寸参数 在此次的设计中我们采取的是圆柱螺旋拉伸弹簧。我们选取中径为42mm，外径为48，当弹簧压缩变形量约为8mm时，压力=200N,压缩变形量为20mm时，压力=400N。由工作条件弹簧在一般载荷条件下工作，可以按第类弹簧来考虑。但在灌装阀比较重要，现在选用碳素弹簧钢丝级别选用D，并由已知条件知中经D=42mm，并根据大经D-D2=6mm，估取弹簧丝钢直径为6.0mm。由表3-2暂选B=1600mpa,则根据表可知= 0.3*B=480mpa。根据表C=7根据公式 =1.21=4.16改取d=5mm,查得B不变，故而不变，取D2=42mm，C=8计算k=1.18于是可以得到以下数据：=4.48mmD=D2+d=42+4.48=46.48mm48mm所得尺寸符合题限尺寸，合适。根据刚度条件，计算弹簧圈数n由公式 =16.6N/mm由表可得G=80000Mpa,则弹簧圈数n为：取n=10，此时弹簧刚度为验算：弹簧的初拉力：初应力：由图6-7可得当C=7初应力的推荐值为47-135Mpa，故此应力合适。图6-7弹簧初应力的选择范围极限工作应力：取=0.56则，=0.561600=896Mpa极限工作载荷：所设计的图如下所示：图6-8 弹簧设计实体图第7章 结论与展望全自动液体灌装机的应用和市场需求在日益增长，无论是从计量的准确性，还是从灌装的速度方面，都对自动化的要求不断提高。对灌装速度和准确性的要求，主要取决于设备的性能，设备的功能及搭配的合理性直接影响系统的灌装速度。同时，检测设备的技术水平将会进一步表现在控制的准确性上。本文主要实现对全自动液体灌装机进行集中控制和实时数据采集、记录和控制。与传统的灌装机的相比，在技术上的创新主要表现在：灌装机的自动化水平。通过对市场的了解和学习发现，目前市面上的灌装机还主要停留在灌装这个部分，而很少是将其前面的供瓶和后面的封盖都作为一个灌装的整体去考虑。在实际设计过程中，也曾遇到过许多的问题，其中最难解决的也是本人在学习过程中所欠缺人一个知识点。在设计过程中使用了好多方法，查阅了大量文献资料，然而关于这方面的通讯问题比较少，本文在设计中尝试采用无线技术解决这一问题。由于本人知识有限，在这方面的实践经验较少，所以采用这种通讯方式还在调研和试验中，其可取性有待进一步的了解深入。对全自动液体灌装机的控制系统进一步优化，在本方案的设计中，有很多控制方法都是参考或借鉴其它控制系统进行改进设计的，其中不免存在不适之处，这就需要不断的研究改进。附件致 谢本人的毕业设计是在校内老师和企业指导老师的共同指导下完成的，在近3个月的设计时间里，非常感谢校外的企业能给我们这次在工厂里面做毕业设计的机会，我们也非常的珍惜这次机会。在工厂实习的过程中，我们看到了设计的实物，这样可以更深入的了解灌装设备的基本原理以及他的组成。过这三个月来的忙碌和学习，本次毕业论文设计已接近尾声，作为一个大专生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，在这里衷心感谢指导老师的督促指导，以及一起学习的同学们的支持，让我按时完成了这次毕业设计。在毕业论文设计过程中，我遇到了许许多多的困难
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