灌装机设计

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。

本文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关键工作环节的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。

对灌装工作过程进行实时监控及动态管理，提高了液体灌装的自动化水平，提高了生产效率。

关键词：灌装，包装，灌装机，供瓶系统
ABSTRACT
Liquid filling machine was one of critical equipments in the filed of food processing for beverages．At present，the development tendency of Liquid filling machine was high speed、accurate、intelligent and multifunction．
This paper compared the performance of traditional single．cylinder machine， the lower degree of automation，poor GM，filling speed of adjustment is not convenient，but difficult to apply a bottle—shaped，liquid filling materials and the changes in specifications and other issues，combined with fully automatic liquid filling process processes，analysis of the automatic liquid filling machine of the working process and its main functional parts，focuses on the automatic liquid
filling machine of the key aspects of the work of the working principle and control requirements。

Full-automatic liquid filling machine to achieve the filling of the production of high-speed，precision，intelligence，multi—functional as well as human interface requirements．Work on the filling process of real-time monitoring and dynamic management，increased automation level of liquid filling，increased production efficiency．
Key words：Filling，packaging，filling machine
第一章引言
1.1课题研究的目的、意义
随着食品工业的发展、人民生活水平的不断提高，食品的需求量和种类与日俱增，食品包装也日渐突出。

食品包装机械是对食品进行完成全部或部分包装过程的机器。

包装过程包括充填、裹包、封口等主要包装工序，以及与其相关的前后工序、计量等辅助设备。

食品包装机械是食品工业生产的一个重要环节。

发展食品
包装机械化，可以提高劳动生产率，节约大量劳动力，可以降
低劳动强度，改善劳动条件，有利于食品卫生，提高生产质
量，还可以改善环境卫生，节约原料。

灌装机械是食品包装机械中的一种，通常将液体产品充填到包装容器内的机器称为灌装机械。

在自动灌装机中，按照灌装的工艺要求、速度、间距和状态，准确地将待灌瓶送入主转盘升降托瓶台上，是保证灌装机正常而有序地工作的关键。

常用的供送装置有链带式、动梁推进式、螺杆和星型拨轮等。

供瓶机构是液体灌装机的必要组成部分，它在液体灌装机中起到承上启下的作用，完善的结构设计可以保证灌装动作的顺利完成，实现其自动化操作。

1.2国内外液体灌装机现状及其发展趋势
1.2.1国内外液体灌装机械的发展现状
5.虹吸法
利用虹吸原理完成的灌装方法。

此种方法出现最早，人们最容易接受，原理比较简单，现在很少使用。

上述几种灌装方法的正确选择，除考虑液体本身的工艺性能如粘度、重度、含气性、挥发性外，还必须考虑产品的工艺要求、灌装机的机械结构等综合因素。

对于一般不含气的食用液料如瓶装牛奶、瓶装酒类等，可以采用常压法，亦可采用真空法，为了减少灌装时液料中的含氧气量，以便延长产品的保质期，采用较大的真空度的真空法更有利。

2．3影响灌装的因素
被灌装的液体物料涉及面很广、种类很多，其物理、化学性质差异很大，因此，对灌装的要求也各不相同。

影响灌装的主要因素是液体的粘度，其次是液体内是否溶有气体、固体颗粒等。

一般液体按粘度可分为三类：
第一类为流体：在自身重力作用下即可以按一定速度流过圆管的任何液体。

流速主要是受流体粘度和压力影响，一般粘度范围规定为1～100厘泊，流动性好的稀薄液体物料，如酒类、果汁、牛奶、酱油等。

这些物料粘度小、流动性好，在管道中流动阻力小，对灌装设备要求也小。

第二类为半流体：在大于自身重力的压力作用下才能在圆管中流
动的液体叫半流体，粘度范围为100．-一1000厘泊，其属于流动性比较差的粘稠液体物料，如番茄酱、油脂等物料，这些物料在容器和管道中流动时阻力比较大，一般需要施加一定的压力才能达到
预定要求。

粘滞流体：产品粘度超过10000厘泊的液流动性差的粘糊状液体物科，需要借助比较大的外力才能使其流动。

如：果酱、牙膏、浆糊、高粘度油脂等物料。

这些物料一般在小的管道中很难流动，必须施加外力才能推动其流动。

因此，这类物料在包装中对设备有较高的要求。

另外，对于低粘度液料，根据液体中是否含有二氧化碳气体，可分为不含气(如白酒、矿泉水等)和含气(如啤酒、汽酒、香槟、汽水等)两类；对于是否含有酒精成份又可分为软饮料(不含酒精)和硬饮料(含有酒精)。

流体的流动特性还会受温度、粘度、固体粒子的含量、分解性、表面张力或起泡特性等因素的影响，所以灌装时，要对这些因素加以控制。

2．4灌装的定量方法
准确的定量灌装不但与产品的成本有着直接的关系，同时也影响产品在消费者心中的信誉。

包装物品的定量一般有重量定量和容积定量两种。

重量定量由于要增添秤等计量衡器，所以机器的结构比较复杂，适用于比重经常变化的固体物料，且往往要配置一套电路用以机电配合；容积定量机器的定量结构比较简单，一般不需电路配合。

液体产品一般易采用容积式定量，常见的有三种方法：液位控制定量法、定量杯定量法、定量泵定量法。

2.5液体灌装机的一般工作流程的叙述
液体灌装机的流程一般为：装有空瓶的箱子堆放在托盘上，由输送带送到卸托盘机，将托盘逐个卸下，箱子随输送带送到卸箱机中，将空瓶从箱子中取出，空箱经输送带送到洗箱机，经清洗干净，再输送到装箱机旁，以便将盛有饮料的瓶子装入其中。

从卸箱机取出的空瓶，由另一条输送带送入洗瓶机消毒和清洗，经瓶子检验机检验，符合清洁标准后进入灌装机和封盖机。

饮料由灌装机装入瓶中。

装好饮料的瓶子经封盖机加盖封住并输送到贴标机贴标，贴好标签后送至装箱机装入箱中再送到堆托盘机堆放在托盘上送入仓库。

液体灌装机主要用于洗液、护理液、口服液、消毒液、洗眼液、营养液、酒水、注射液、农药、医药、香水、食用油、润滑油及特殊行业的液体灌装。

第三章灌装机供瓶机构设计
在本次设计中灌装机供瓶机构主要由三个部分组成：理瓶机构、滑轨机构、间歇转盘机构。

下面对供瓶机构的三个部分做简单的设计说明
3.1理瓶机构
3.1.1理瓶方式的选择
理瓶机按进瓶方式分有转盘进瓶、螺杆进瓶、拨盘进瓶等多种方式，各种进瓶方式在原理上差别不大，各有各和优点，选择合理的进行方式，能够给自动化生产线带来更好的平滑性。

1.转盘进瓶方式
转盘进瓶方式就是将上个工序出来的瓶子(干净的摆放无序的瓶子)用转盘作为传送机构一个一个列队送到传送带上。

简单的说其作用就是对瓶子进行整理、摆放作用，为下一个工序理顺瓶子做好准备。

转盘式理瓶机的工作原理。

它由两个旋转盘组成，两个旋转盘同步转动。

从入口传输设备送来的瓶子被输送到理瓶机前，经过与理瓶机切入被输出到理瓶机后端，并按一定的间隔、速度和方向传入到下一级输送带上。

理瓶机在中间的主要作用就是用来控制输出瓶子的间隔和速度。

因此，在整个灌装系统中，理瓶机的工作能力也会对整个自动化生产线起到影响作用，它直接影响灌装线的运作速度。

理瓶机的传送方式一般多为连续性转动，这种进瓶方式多用于连续式灌装生产线。

依据其原理图，容易发现，在进瓶端可能会出现两个或多个瓶子
同时切入到两个旋转盘的凹槽中，引起旋转盘的卡阻情况或瓶子碰撞等情况。

因此在转盘方式进瓶设计中必须在其外轮廓圆周上设计一个阻档板，以保证每次只能有一个瓶子与两个转轮的凹槽相切。

转盘进瓶的优点是，传输速度快，瓶子摆放整齐、间隔均匀等。

但是也存在着一定的缺点，转盘进瓶工作在高速时，由于拔盘的相对于瓶子的速度很高，在与瓶子接触时会发生碰撞(接触之间会存在小的间隙)，因此会出现碎瓶、缺瓶等现象，这就要求必须有个检测装置对瓶子好坏进行判断。

所以在设计中采用常规的转盘进瓶方式进行传输的同时，需要在转盘后方加了一个识别装置，由它负责对瓶子进行判断。

判断的主要以据为：瓶口完整、瓶身无裂纹、无碎瓶。

以上判断不合格的，由机械手对其进行清理。

2．螺杆进瓶方式
螺杆进瓶方式是将排列好的瓶子用螺杆(与转盘进瓶方式不同之处在于此)作为传送机构将瓶子按一定的速度和间隔送出嘲。

该种进瓶方式适用范围较广，无论是直线式灌装机还是回转式灌装机大都采用螺杆进瓶的方式。

螺杆进瓶也会出现碎瓶、缺瓶等现象，这与螺杆本身的设计有关，如倾角大小、螺距长短、螺旋线形状等等，在进瓶时采取等螺距以便于瓶子的平稳进入。

为了加工及进瓶方便，设计时把进口端设计为锥形，螺纹深度也由浅至深，便于瓶子能逐步平稳进入。

一般螺杆设计并无问题，但碎瓶率、缺瓶率却依然较高，原因有两种：经过传输设备送入的瓶子在进入理瓶机入口处，都有一个向前的速度，在到达螺杆时瓶子的运动方向产生突变，冲击力很大，如果
前面的瓶子没有及时被螺杆带走，在螺杆处就易产生碎瓶现象；无论模制瓶还是管制瓶，瓶壁都比较光滑，经过清洗烘干消毒后，瓶身的摩擦力迅速增加，由于摩擦力和冲击力的作用，进瓶螺杆经过一段时间工作后温度升高，螺杆表面粘度增加，使瓶子爬行运动，产生粘瓶现象，导致瓶子进不了螺旋槽并相互挤压，从而出现碎瓶、缺瓶现象。

3．转盘与螺杆相结合
转盘与螺杆相结合的进瓶方式是通过将两者的优点相结合而设计的一种进瓶方式。

其中最常用的是转盘与螺杆相结合进瓶。

转盘与螺杆相结合的进瓶方式就是在螺杆之前安装1个转盘，由转盘将瓶送进螺杆后再由螺杆传送。

这种进瓶方式运行平稳可靠，在送瓶过程中瓶子的接触压应力由转盘承担，瓶子进转盘所受应力比瓶子进螺杆所受应力要小得多，有了螺杆的存在，进瓶处可留出充足的操作位置，既解决了螺杆所受应力问题又解决了转盘的位置局限性。

同时还起到理瓶作用，在进螺杆时瓶子已经不再具有冲击力并逐一排好了队，自然就不容易出现碎瓶、缺瓶的现象了。

因此，从理论上讲这种进瓶方式的可靠性更高。

对于灌装机方面，为了提高灌装速度的常采用多头灌装设计，这就要求理瓶机要有相应的速度，然而理瓶机一次只能传输一个瓶子，这就严重的制约了整个灌装生产线的速度，为了解决这一矛盾，采用多个理瓶机同时进行传输工作来满足。

本文采用两台理瓶机共同工作来满足灌装机的需求。

在两条传输线中间再设计一个旋转式理瓶机，其作用主要是将来自两条线路的瓶子进行合并。

由于理瓶机的速度限制，单台理瓶机不能满足多头灌装机的速度要，因此需要
多台理瓶子机共同工作来完成，这种设计方法可以适应高速灌装传输速度的要求。

3.2理瓶机构结构设计
3.2.1理瓶机构的结构组成
理瓶机构的结构如图3-1所示：
（ a ）
（ b ）
1- 瓶 2- 弹片 3- 托盘 4- 中心轴 5-托架 6-底座
图3-1 理瓶机构
其中瓶的大小结构如图3-2所示：
图3-2 灌装瓶结构图
托盘的结构如图3-3所示：
图3-3 托盘
3.2.please contact Q 3053703061 give you more perfect drawings
3.4.3 间歇转盘机构的工作原理
电机转动带动轮旋转减低转速，轮和心轴1之间用键连接，从而心轴1开始转动，心轴1上连接有不完全齿轮机构的小轮，小轮的转动带动大轮做间歇运动，又由于大轮安装在轴2上，从而轴2也做间歇运动。

轴2做间歇运动那么安装在轴2上的转盘也做间歇运动，从而由由滑轨传送过来的瓶由转盘卡位后，也做间歇运动。

从而实现自动化生产。

结论
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。

致谢
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附录I 外文文献翻译。