【文献综述】新型全自动灌装机的结构设计
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
图 1.1 灌装机整体图
6.液体灌装机设备主要部件
6.1 秤台 秤台用于摆放料桶，秤台中的称重传感器将重量转化为电信号送往控制仪
表。秤台面可根据桶型和灌装物料的重量配备分为滑面式、滚筒式和动力滚筒 式3种。 6.2 灌枪
由枪管、枪头阀和驱动气缸组成。枪管的长度应与最高桶的高度相当或略
长。单步驱动气缸与枪头阀相连，控制着料的注入和停止[5]。 6.3 升降机构
5.灌装机的工作原理
灌装机的主要工作原理是通过利用控制瓶内液面高度的方法来达到控制灌 装量。该方法——控制液位定量法不仅简单而且可靠，而被广泛应用于灌装设 备中。控制液位定量法的液面高度位置主要是通过控制回液管回液口的高度来 实现。回液管回液口的高度用户可根据灌装量之需要经计算确定后再进行调 节。以适应灌装各种大小瓶子需要[4]。图1.1为灌装机整体图。
现代社会对灌装食品的安全要求越来越高，为使灌装出的食品整齐、美观 并且具有良好的包装质量，要求灌装机具有精确的动作、定位精度及较高的生 产率和一定的柔性。因此对灌装机的控制要求越来越高，传统的继电器已经不 能满足现代生产的要求，所以研制高效、经济且有一定柔性的新型灌装机械是 市场的迫切需要。因此PLC控制系统就由为重要了[7]。 6.6.1 PLC功能
全自动灌装机有一套严格的工艺程序，何时进瓶、出瓶，什么时候灌装头 上升、下降，什么时候灌装，灌装料量多少，进瓶时的传送带速度，出瓶时的 传送带速度，加速时间，减速时间等，都有严格的要求。系统不但有高精确度 的时间和液位控制，而且还有调速、汽缸进出、升降等功能。此外，根据工艺 的要求，除了能实现全自动化外，还能实现手动操作。为了满足上述要求，如 果采用常规的仪表和继电控制，那么，系统不但复杂、繁琐，而且可靠性等也 相应降低。采用 PLC 和触摸屏的有机结合，不仅能有效地解决上述问题，而且 在触摸屏上能反映和调整技术参数、工艺参数例如能显示灌装速度、产量，能 调整每步工艺之间的时间，系统的可靠性、可操作性、可视性都有了很大的提 高[6]。 6.6 灌装机的 PLC 控制系统
文献综述
机械设计制造及其自动化
新型全自动灌装机的结构设计
灌装机是一种用途非常广泛的称重测控系统。通常的做法是利用一个或两 个球阀控制物料加料速度，在预先设定的关断点关闭加料阀门以达到定量灌装 的目的。
1.灌装机的分类
不同的装填物料(含气液体、不含气液体、膏状体等)和不同的包装容器
(瓶、罐、盒、桶、袋等），使用灌装机的品种也不尽相同，通常灌装机的分类
3.全自动液体灌装机的主要优点
1. 设备的运行完全在微电脑的控制与检测之下，自动化程度和安全程度 高，设备体积小。
2. 灌装量的调整范围大，可以采用不同排量的泵或调整气马达的转速，以 满足不同灌装量的要求。用微电脑设定灌装量精度高且简单方便[2]。
3. 灌装量的精度很高，因为微电脑设定灌装量的单位可以达到设定灌装量 的1/ 1000 之内，而且有微电脑控制的温度补偿机能。
在灌装机电控部分的设计中，考虑到灌装机运作复杂、传感器多、干扰
大，而PLC 具有可靠性高、控制功能强、编程方便等优点，因此采用可编程控 制器作为其主控制器。 6.6.2 PLC硬件配置
图 1.2 系统硬件配置结构框 系统硬件配置结构框图1.2所示，包括中央处理单元及I/O 扩展单元、检测 元件(光电开关和接近开关等)、操作面板(触摸屏，按钮开关和指示灯)、控制 元件(交流接触器和电磁阀)以及执行元件(电动机和气缸)等几部分。触摸屏作 为设备控制的操作界面，接受来自操作人员的操作指令并指示设备的运行状 态，并以菜单形式显示机器启停、功能切换、工况检测、数据输入与修改、运 行状态、故障报警等，使参数组态变得更为方便；检测元件检测液位计量、灌 装结束信号，以及各部分的动作完成情况；PLC 自动循环扫描各个输入输出点 的当前状态，并根据梯形图程序所确定的逻辑关系更新输出点的状态，通过通 断交流接触器和换向电磁阀来控制电动机的启停和气缸的动作，从而完成罐子 输送到液体灌装再到喷码排出全过程的自动控制。 6.6.3 PLC输入输出点分配 灌装机工艺过程由灌装、封口、日期打印等几部分组成，灌装机控制系统 输入信号有：启动、停止及急停信号、安全门开关检测、罐体检测、液体检 测、液体灌装信号、罐体到位检测、顶盖到位检测、顶盖下压器脱开检测。输 出信号有：输送带启动、灌装区挡板启动、灌装区挡板撤离、灌装阀开停、传 盖装置启动、压盖区挡板启动、压盖器启动、压盖区挡板撤离、喷码器工作输 送带停止等。
4. 内启闭式液体灌装头与计量泵配合以保证灌装精度，同时消除灌装头出 口的滴漏，避免液体对容器和环境的污染。
4.灌装机小型箱式化发展方向
对于高速高产的流水线设备而言，传送带往往要占据很大的空间，如果要 将平面设置进行变动，要耗费时日，也要耗费很多经费。因此，希望今后对这 些设备要能做到[3]：
（1）各台设备单体化，节缩占用空间，以利平面设置的变动。 （2）降低销售价格。
由长气缸或丝杆构成，用于推动灌枪的上下移动和停止。升降机构上的位 置探测仪可准确测定灌枪高度，并将信息发送控制仪表，确保灌枪能停在预先 设定的高度上。 6.4 控制仪表
其大尺寸中英双语提示智能显示屏，可及时明确地显示各种重要信息；其 高精度称重传感器信号测量电路，可对输入信号进行快速准确的测量；其可编 程功能，可将所有操作都按下载于仪表中的专用测控软件完成；其多层级密码 数据库，可确保各级人员准确履行自身职责。 6.5 控制系统的构成
机
按灌装原理分 真空灌装 常压灌装 反压灌装机 负压灌 加压
5
机
机
装机
灌装
机
按供料缸结构 单室供料 双室供料 多室供料灌
6分
灌装机 灌装机 装机
按包装容品升 滑道式升 气动式升 滑道气动组
7 降结构分
降灌装机 降灌装机 合升降灌装
机
2.现有液体灌装机的主要不足
1. 当灌装量超过几升时，缸筒活塞以及使用的偏心装置或气缸筒的体积庞 大。
方法如下表1.1[1]。
表 1.1 灌装机分类图
序
分类方法
型式、技术特性、灌装原理
号
按自动化程序 手工灌装 半自动灌 全自动灌装 灌装压
1分
机
装机
机
盖联合
机
按结构分
直线式灌 旋转式灌
2
装机
装机
按定量装置分 容杯式灌 液面式灌 转子式灌装 柱塞式
3
装机
装机
机
灌装机
按灌装阀头数 单头灌装 多头灌装
4分
机ห้องสมุดไป่ตู้
（3）设备轻量化和匣（箱）式化。 （4）可适应产品的多批量化。 如果能做到设备的轻量化和箱式化，就要以实现平面设置的经常变动。近 年来开发了不少轻量匣式化的灌装机 为了适应多批量、多品种的市场需求，还 开发了挠性双充灌的灌装流水线。这种设备可以同时生产两种产品，是由 0 排 流水灌装机组成的 由于托夹的返回方式是利用了原有部件，所以可大大节省占 用空间 据估计可比原有流水线节缩。
2. 缸筒与活塞之间的密封容易磨损。这样在吸入液体的同时，从密封磨损 处容易吸入空气； 而在灌装时又容易从密封磨损处泄漏出液体，从而使灌装量 精度不能保证。
3. 灌装量的调整，是通过改变偏心装置偏心距或改变气缸行程来完成的。 调整过程麻烦而且不准确，影响灌装量的精度。
4. 灌装头出口处的滴漏除了影响灌装量的精度外，主要缺点是污染，容器 和环境。
6.液体灌装机设备主要部件
6.1 秤台 秤台用于摆放料桶，秤台中的称重传感器将重量转化为电信号送往控制仪
表。秤台面可根据桶型和灌装物料的重量配备分为滑面式、滚筒式和动力滚筒 式3种。 6.2 灌枪
由枪管、枪头阀和驱动气缸组成。枪管的长度应与最高桶的高度相当或略
长。单步驱动气缸与枪头阀相连，控制着料的注入和停止[5]。 6.3 升降机构
5.灌装机的工作原理
灌装机的主要工作原理是通过利用控制瓶内液面高度的方法来达到控制灌 装量。该方法——控制液位定量法不仅简单而且可靠，而被广泛应用于灌装设 备中。控制液位定量法的液面高度位置主要是通过控制回液管回液口的高度来 实现。回液管回液口的高度用户可根据灌装量之需要经计算确定后再进行调 节。以适应灌装各种大小瓶子需要[4]。图1.1为灌装机整体图。
现代社会对灌装食品的安全要求越来越高，为使灌装出的食品整齐、美观 并且具有良好的包装质量，要求灌装机具有精确的动作、定位精度及较高的生 产率和一定的柔性。因此对灌装机的控制要求越来越高，传统的继电器已经不 能满足现代生产的要求，所以研制高效、经济且有一定柔性的新型灌装机械是 市场的迫切需要。因此PLC控制系统就由为重要了[7]。 6.6.1 PLC功能
全自动灌装机有一套严格的工艺程序，何时进瓶、出瓶，什么时候灌装头 上升、下降，什么时候灌装，灌装料量多少，进瓶时的传送带速度，出瓶时的 传送带速度，加速时间，减速时间等，都有严格的要求。系统不但有高精确度 的时间和液位控制，而且还有调速、汽缸进出、升降等功能。此外，根据工艺 的要求，除了能实现全自动化外，还能实现手动操作。为了满足上述要求，如 果采用常规的仪表和继电控制，那么，系统不但复杂、繁琐，而且可靠性等也 相应降低。采用 PLC 和触摸屏的有机结合，不仅能有效地解决上述问题，而且 在触摸屏上能反映和调整技术参数、工艺参数例如能显示灌装速度、产量，能 调整每步工艺之间的时间，系统的可靠性、可操作性、可视性都有了很大的提 高[6]。 6.6 灌装机的 PLC 控制系统
文献综述
机械设计制造及其自动化
新型全自动灌装机的结构设计
灌装机是一种用途非常广泛的称重测控系统。通常的做法是利用一个或两 个球阀控制物料加料速度，在预先设定的关断点关闭加料阀门以达到定量灌装 的目的。
1.灌装机的分类
不同的装填物料(含气液体、不含气液体、膏状体等)和不同的包装容器
(瓶、罐、盒、桶、袋等），使用灌装机的品种也不尽相同，通常灌装机的分类
3.全自动液体灌装机的主要优点
1. 设备的运行完全在微电脑的控制与检测之下，自动化程度和安全程度 高，设备体积小。
2. 灌装量的调整范围大，可以采用不同排量的泵或调整气马达的转速，以 满足不同灌装量的要求。用微电脑设定灌装量精度高且简单方便[2]。
3. 灌装量的精度很高，因为微电脑设定灌装量的单位可以达到设定灌装量 的1/ 1000 之内，而且有微电脑控制的温度补偿机能。
在灌装机电控部分的设计中，考虑到灌装机运作复杂、传感器多、干扰
大，而PLC 具有可靠性高、控制功能强、编程方便等优点，因此采用可编程控 制器作为其主控制器。 6.6.2 PLC硬件配置
图 1.2 系统硬件配置结构框 系统硬件配置结构框图1.2所示，包括中央处理单元及I/O 扩展单元、检测 元件(光电开关和接近开关等)、操作面板(触摸屏，按钮开关和指示灯)、控制 元件(交流接触器和电磁阀)以及执行元件(电动机和气缸)等几部分。触摸屏作 为设备控制的操作界面，接受来自操作人员的操作指令并指示设备的运行状 态，并以菜单形式显示机器启停、功能切换、工况检测、数据输入与修改、运 行状态、故障报警等，使参数组态变得更为方便；检测元件检测液位计量、灌 装结束信号，以及各部分的动作完成情况；PLC 自动循环扫描各个输入输出点 的当前状态，并根据梯形图程序所确定的逻辑关系更新输出点的状态，通过通 断交流接触器和换向电磁阀来控制电动机的启停和气缸的动作，从而完成罐子 输送到液体灌装再到喷码排出全过程的自动控制。 6.6.3 PLC输入输出点分配 灌装机工艺过程由灌装、封口、日期打印等几部分组成，灌装机控制系统 输入信号有：启动、停止及急停信号、安全门开关检测、罐体检测、液体检 测、液体灌装信号、罐体到位检测、顶盖到位检测、顶盖下压器脱开检测。输 出信号有：输送带启动、灌装区挡板启动、灌装区挡板撤离、灌装阀开停、传 盖装置启动、压盖区挡板启动、压盖器启动、压盖区挡板撤离、喷码器工作输 送带停止等。
4. 内启闭式液体灌装头与计量泵配合以保证灌装精度，同时消除灌装头出 口的滴漏，避免液体对容器和环境的污染。
4.灌装机小型箱式化发展方向
对于高速高产的流水线设备而言，传送带往往要占据很大的空间，如果要 将平面设置进行变动，要耗费时日，也要耗费很多经费。因此，希望今后对这 些设备要能做到[3]：
（1）各台设备单体化，节缩占用空间，以利平面设置的变动。 （2）降低销售价格。
由长气缸或丝杆构成，用于推动灌枪的上下移动和停止。升降机构上的位 置探测仪可准确测定灌枪高度，并将信息发送控制仪表，确保灌枪能停在预先 设定的高度上。 6.4 控制仪表
其大尺寸中英双语提示智能显示屏，可及时明确地显示各种重要信息；其 高精度称重传感器信号测量电路，可对输入信号进行快速准确的测量；其可编 程功能，可将所有操作都按下载于仪表中的专用测控软件完成；其多层级密码 数据库，可确保各级人员准确履行自身职责。 6.5 控制系统的构成
机
按灌装原理分 真空灌装 常压灌装 反压灌装机 负压灌 加压
5
机
机
装机
灌装
机
按供料缸结构 单室供料 双室供料 多室供料灌
6分
灌装机 灌装机 装机
按包装容品升 滑道式升 气动式升 滑道气动组
7 降结构分
降灌装机 降灌装机 合升降灌装
机
2.现有液体灌装机的主要不足
1. 当灌装量超过几升时，缸筒活塞以及使用的偏心装置或气缸筒的体积庞 大。
方法如下表1.1[1]。
表 1.1 灌装机分类图
序
分类方法
型式、技术特性、灌装原理
号
按自动化程序 手工灌装 半自动灌 全自动灌装 灌装压
1分
机
装机
机
盖联合
机
按结构分
直线式灌 旋转式灌
2
装机
装机
按定量装置分 容杯式灌 液面式灌 转子式灌装 柱塞式
3
装机
装机
机
灌装机
按灌装阀头数 单头灌装 多头灌装
4分
机ห้องสมุดไป่ตู้
（3）设备轻量化和匣（箱）式化。 （4）可适应产品的多批量化。 如果能做到设备的轻量化和箱式化，就要以实现平面设置的经常变动。近 年来开发了不少轻量匣式化的灌装机 为了适应多批量、多品种的市场需求，还 开发了挠性双充灌的灌装流水线。这种设备可以同时生产两种产品，是由 0 排 流水灌装机组成的 由于托夹的返回方式是利用了原有部件，所以可大大节省占 用空间 据估计可比原有流水线节缩。
2. 缸筒与活塞之间的密封容易磨损。这样在吸入液体的同时，从密封磨损 处容易吸入空气； 而在灌装时又容易从密封磨损处泄漏出液体，从而使灌装量 精度不能保证。
3. 灌装量的调整，是通过改变偏心装置偏心距或改变气缸行程来完成的。 调整过程麻烦而且不准确，影响灌装量的精度。
4. 灌装头出口处的滴漏除了影响灌装量的精度外，主要缺点是污染，容器 和环境。