旋转型灌装机供送机构的设计

旋转型灌装机供送机构的设计1包装容器结构设计1.1容器材料包装容器的产品定位为女性日用品乳液，为保证产品的性能包装容器需要有良好的阻隔性和密封性，同时包装容器还不能与产品发生反应引起其变质。

此外产品属于中档消费品，为体现其档次以及综合以上考虑选择玻璃瓶作容器，玻璃材质为高白玻璃。

容器的开启是旋盖式，容器盖为塑料盖。

1.2容器形状为便于机械自动化生产及降低设备成本，容器形状选择应用较广泛的圆柱形。

1.3容器尺寸根据要求包装容器容积为100ml，可选定瓶底的半径mm=，瓶高r20=。

包装容积V=3.14x20x20x80=100.480ml，满足包装要求。

h80mm为了适应瓶盖的旋合启闭，在瓶盖旋合处另制造出约20mm的螺旋高度，便于与瓶盖的旋合开启。

包装容器的效果图如图：图1.1 包装容器结构图2星形拨轮的结构设计2.1星形拨轮原理此机构是将灌装机的限位机构送来的瓶子，准确地送入灌机中的升降机构或灌满的瓶子从升降机构取下送入传送带的机构。

将定量的液体物料(简称液料)充填入包装容器内的机器称为灌装机械。

因为所要灌入的液体具有流动性，所以所用的容器一般为刚性容器，如聚脂瓶、玻璃瓶(或罐)、金属罐、复合纸盒等。

如图2.1所示，输送链带、分件供送螺杆、星形拨轮和弧形导板相结合用于容器的输入；同时拨轮也用于容器的输出。

图2.1 供送螺杆与行星拨轮组合简图1－分件供送螺杆 2－弧形导板3－行星拨轮 4－圆柱形容器2.2星形拨轮结构星形拨轮的结构虽然简单，齿槽形状确实千变万化。

图2.2所示的四种形状都能满足将灌装容器送入灌装机中的升降机构要求，但是性能、结构、经济以及稳定性的要求不同，要确定那种方案必须根据设计的要求而定。

瓶子从输送带送过来将堆挤到一起，因此就应该设计相应的可以起到瓶的限位机构的作用。

(a)和(b)适合供送单个圆柱形容器，（c）适合供送单个长方形容器，（d）适合供送多个多种体形的容器。

从制造角度看，本设计根据容器外形和输送方式，宜采用（a）方案。

图2.2典型星形拨轮简图拨轮的尺寸要求以能很平稳的输送瓶子。

如图2.3所示，通过类比实验，R c 与灌装机主体中的拨瓶螺杆有关。

若拨轮的外接圆与灌装机主体中拨瓶螺杆的外接圆相交，则R c 尺寸大于瓶子半径。

拨轮通常用不锈钢或酚醛树脂板制作，成双平放紧固在主轴端部，其高度和间距可根据被供送瓶罐的主题部位及其中心位置加以适当调整。

图2.3拨轮截面图 2.3拨轮齿数计算灌装机的生产能力为Q ，灌装机大转盘主轴转速为n ，星形拨轮齿数为Z b ，星型拨轮转速b n 。

由要求给出的灌装头数a=60，灌装能力Q=720瓶/小时，根据Q=60an ，可得灌装机大转盘主轴转速n=0.2转/分钟。

为便于参数设计，取拨轮转速与灌装机大转盘主轴转速的比i=10=拨轮转速b n /灌装大转盘主轴转速n ，由此可得拨轮转速b n =2转/分钟。

根据单位时间内供瓶数应等于出瓶数，灌装机的生产能力b b Z n Q 60=，可得Z b =6。

2.4拨轮尺寸计算设拨轮节圆半径为R b ，星形拨轮的节距为C b ，因为容器以等间距定时供送，所以 2b b b R C Z π⋅=⋅/2b b b R C Z π=⋅对于旋转灌装机来讲，Cb应等于灌装阀的节距。

取灌装阀节距尺寸Cb ＝157mm，代入上式可得bR=150mm。

拨轮的外径Rc由容器瓶直径来确定。

为能使瓶子均匀稳定地输送到大转盘而不被拨回来，齿槽半径Rc需大于瓶子的半径，设计参数瓶的半径r=20mm，确定拨轮外径尺寸Rc=r+(2~3)=23mm。

为便于包装容器的夹持、供送，需使用两个拨轮盘，两拨轮盘的间距一般为容器高度的一半，这里H=h/2=40mm。

2.5拨轮结构图图2.4 星形拨轮图2.5 星形拨轮组合3变螺距分件供送螺杆的结构设计3.1螺杆的组合设计在灌装过程中，需要将包装容器（瓶子）定时定距平稳地输送到包装工位，完成这一要求的装置称为定距分隔定时供给装置。

它由进瓶螺旋杆及侧面导板组成，安装在容器供给装置系统靠近包装机的一端，与转送容器的星形拨轮相衔接。

进瓶螺旋杆由传动系统驱动作等速转动，将输送装置送来的容器导入螺旋槽中，容器在螺旋的推动下前进，同时被螺旋槽分隔开，到达出口端即传送给星形拨轮与中央导板组成的转送装置，这样就可实现依次定距供送容器的目的。

进瓶螺旋杆每回转一周，从进瓶螺旋杆入口导入一个容器，螺旋槽中的容器前进一个螺距，螺杆出口端排出一个容器。

螺杆的转速与包装机装填装置的执行构件之间保持一定的传动比，从而间接实现定时供给容器的要求。

根据此原理，要达到定距分隔定时供给的工艺要求，这条螺杆必须满足以下几个条件：1、把容器顺畅导入螺旋槽；2、容器沿进瓶螺旋杆前进时应平稳；3、容器与星形拨轮能够顺利衔接。

根据以上条件把螺杆设计成四段组合式组合螺杆：① 输入等速段，螺距小于b C ，有助于稳定的导入口② 变加速度段，加速度由零增至某最大值，以消除冲击。

③ 等加速段，与输送带拖动瓶罐的摩擦作用力相适应，采用等加速运动规律使之增大间距，以保证在整个供送过程中与螺旋槽有可靠的接触摸点而不易晃动和倾倒。

④ 输出等速段，使螺距等于b C ，以改善星形拨轮齿槽的结构形式及其啮入状态，这对供送导形瓶罐尤为重要。

3.2确定螺杆的基本参数由星形拨轮的尺寸，为保证供送连续无间断，拨轮转速与螺杆转速0n 关系满足：b b Z n n 0=，可得0n =12转/分钟。

螺旋传动的螺纹采用单线梯形螺纹，同时制出同瓶罐主体半径r 相适应的过渡角，以改善导入效果，缓和输入与输出的陡振和磨损。

设螺杆的内外径1d 、d ，中径2d 。

为使螺旋槽对瓶罐产生适宜的侧向力，外径d 满足：r d d r d 2)2(7.011+≤≤+。

(3-1)考虑到加工工艺取1d =60mm ，外径d =0.8（1d +2r ）=80mm ，螺杆中径2d =70mm 。

3.3各段螺杆的参数确定3.3.1输入等速段螺杆等速段的螺距取为∆+=r P 21。

(3-2) 式中 ∆——两相邻容器间的平均间隙（一般为几毫米，主要与容器加工精度有关）取mm 10=∆，则螺杆等速段的螺距为1P =40+10=50mm 。

设等速段螺旋线的最大圈数为m i 1（通常取为1～1.5），中间任意m i i 110≤≤，在这取11=m i ，对应螺旋角2275.07050tan 211===ππαd P (3-3) 对单线外螺旋线，其展开图形为一条斜直线，相应的周向展开长度121i d L π=，mm i d L m m 2.251121==π (3-4) 轴向长度 111i P H =，m m i PH 111==50mm (3-5) 供送速度 102010tan απn d n P v ===50⨯12=600mm/min=100mm/s 。

(3-6) 变螺距螺杆与星形拨轮组合供送装置，为保证包装容器准确进入工位，包装容器的供入速度r υ另有控制要求：当0υυ<r 时，依靠送带对包装容器的摩擦拖动作用加速，以接近于螺杆的初始供送速度。

当0υυ>r 时，借助于可调式波形尼龙板或刷板等缓冲装置使其减速。

3.3.2变加速度段螺杆该段螺杆的供送加速度2a ，2a 由零依正弦函数变化规律增加到最大值m a ，则)2sin(212m t t c a π= (3-8)相应的供送速度及轴向位移为： 222212222cos 2c t t t c dt a m m +⋅-==⎰ππυ (3-9) 3222222212222sin 4c t c t t t c dt H m n ++⋅-==⎰ππυ (3-10) 式中2t 、m t 2分别表示被供送容器移过行程2H 及其最大值m H 2所需的时间。

由初始条件：当02=t 时，02=H ，s mm v v /10002==；而当m t t 22=时，2a =m a ，故可确定各待定系数：1c =m a ，2c =πm m t a v 202+，03=c 。

将1c 、2c 、3c 各值代入上式，得 m mm m m i t t a t t a v H 22222022sin 4)2(πππ-+= (3-11)设该段螺旋线的最大圈数为1(2通常取为m i ～2），取22=m i ，其中任意2i 为m i i 220≤≤，由于ni t n i t m m 2222,===2s 。

上式可改写成 )2sin 2(4222222212mm m m i i i i t a i P H πππ-+= (3-12) 该段螺旋线的展开图形是由一条斜直线和一条按摆线投影规律变化的曲线叠加而成的曲线。

由于此段外螺旋线的周向展开长度m m i d L i d L 222222,ππ===439.6mm 。

将此值代入上式，得)2sin 2(4tan 22222222122mm m m L L L L n i a L H πππα-+= (3-13) 视2L 为自变量，对上式求导，可求出该段外螺旋线的螺旋角2α)2cos 1(tan tan 222221222mm m i i R n i a dL dH ππαα-+== (3-14) 其最大值为2/tan tan 222212d n i a m m m παα+= (3-15) 可求出该段限定区间（m i i 221≤≤）内的任意螺距值 ⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+=m m m mm i i i i n i a P P 222222124sin 4)12(cos 2214ππππ (3-16) 再将1c 和2c 值分别代入式子，导出该段的加速度及速度的计算式：mm i i a a 2222sin ⋅=π (3-17)⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=m mm i i n i a 222022cos 12ππυυ (3-18) m m m m n d ni a 22202tan 2αππυυ=+= (3-19) 由此可知，当其他条件一定时，变加速段的外螺旋螺旋角、螺距和供速度均随螺旋圈数的增大而增大。

3.3.3等加速段螺杆螺杆等加速度段的供送加速度m a a =3，则相应的供送速度及轴向位移为 4333c t a dt a m m +==⎰υ (3-20) 534233332c t c t a dt H m ++==⎰υ (3-21) 式中 3t ——被供送容器移过行程3H 所需要的时间由初始条件知：当03=t 时，3H =0，m 23υυ=，可确定各特定各系数：m c 24υ=，05=c 。

将4c 和5c 值代入上式，得233232t a t H m m +=υ (3-22) 设等加速度段螺旋线的最大圈数为m i 3通常取（3～5），取43=m i ，中间任意值m i i 330≤≤，由于3t =n i 3，且令当量螺距 22222232tan ni a P d n P m mm m παπυ+=== (3-23) 解出等加速段的位移为33221342i i i n a P H m m ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛++=π (3-24) 可见，等加速段螺旋线的展开图形是一条斜直线和一条抛物线规律变化的曲线叠加而成。