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饮料灌装机设计[答辩毕业论文资料]doc

2021-11-14 04:59

  要求,必须对生产线进行改造。饮料灌装机为饮料灌装生产线关键设备为此,选定 饮料灌装机这一工厂实例作为课题。星形拨瓶轮是将灌装机的限位机构送来 构。将定量的液体物料(简称液料)充填入装容器内的机器称为灌装机械。因为所 耍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。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。螺旋限位器在包装 工业领域内, 现以广泛应用多种类型的分件供送螺杆装置,可按某种工艺要求将 规则或不规则排 列的容器、物件以确定的速度、方向和间距分批或逐个地送到给 定的工位。 关键词:饮料;灌装机;星型拔轮机构 Abstract Due enterprisedevelopment ,design capacity existingbeverage filling production line has been far can production,must carry productionline Beverage filling machine keyequipment beveragefilling production line selectedbeverage filling machine, factoryinstance subjectDialstar-shaped bottle filling machine round agencysent bottle,fillingmachine accurately bottlefilled bodiesremoved from liftconveyor belt bodyQuantitative liquid materials referred packagingcontainer filling machine filling machinery called Because generalcontainer used rigidcontainers, PETbottles, glass bottles cans,metal cans,cartons othercomposites Conveyor belt, sub-items deliveryscrew,star-shaped arc-shapedguide plate Pull out gearcombination container;Pull out sametime, alsoused containersSpiral limit packagingindustry,is now widely applied varioustypes deliveryscrew device, processmay require rules irregulararray containers,objects speed,direction distanceindividually givenposition Keyword FillingMachine; Star-shaped Bodies Out Round 11研究背景 12国内外发展现状 13课题研宄意义 1022 灌装的基本方法 1231 类比法选择动力源 1233 拨瓶轮主要结构参数设计计算 1233 13333 拨瓶轮其它尺寸的确定 1634 17342 螺杆等速段计算 18343 螺杆变加速段计算 19344 螺杆等加速段计算 章绪论11 研究背景 灌装机主要是包装机屮的一小类产品,从对物料的包装角度可分为液体灌装 机,膏体灌装机,粉剂灌装机,颗粒灌装机;从生产的自动化程度来讲分为半自 灌装机和全自动灌装牛产线。灌装机按灌装原理可分为常压灌装机、压力灌装机、液体灌装机、油类灌装 膏体灌装机、酱类灌装机、颗粒浆状灌装机、粉剂灌装机、大桶水灌装机和真空灌 装机。 常压灌装机 是在大气压力下靠液体自重进行灌装。这类灌装机乂分为定时灌装和定容灌 W种,只适用于灌装低粘度不含气体的液体如牛奶、白酒、矿泉水等。压力灌装机 是在高于大气压力下进行灌装,也可分为两种:一种是贮液缸内的压力与瓶 力高于瓶中的压力,液体靠压差流入瓶内,高速生产线多采用这种方法。压力灌装 机适用于含气体的液体灌装,如啤酒、汽水、香槟酒等。 真空灌装机 是在瓶屮的压力低于大气压力下进行灌装。这种灌装机结构简单,效率较高, 物料的粘度适应范围较广,如汕类、糖浆、果洒等均可适用。油类灌装机 可以灌装各类油品,如食用油、润滑油、花生油、豆油等。该类灌装机是针 置,例如食用油灌装机。按计量方式可分为流量计式。活塞式。称重式等。按设备 样式可分为直线 前国内制造汕类灌装机厂商多数分布在山 广东省。江苏省等地。注塞式灌装机 该类灌装机广泛适用于医药、食品、日化、油脂、农药及其他特殊行业,可 液体灌装机全新卧式设计,轻巧方便,自动抽料,对于黏稠较大的膏体可加料斗加料。 态,机器按设定速度,自动进行连续灌装。而当机器处于手动状态,操作人员踩 动踏板,来实现灌装,若一直踩住不放,则也变为自动连续灌装的状 态。防滴漏灌 装系统:灌装时气缸上下动作,带动闷头 膏体灌装机 适合于灌制从水剂到膏霜的各种黏度产品,是广大日化、医药、食品、农药 膏体可加料斗加料。双头卧式膏体灌装机双头卧式膏体灌装机手动及自动相互切换 功能:当机器处于“自动”状态,机器按设定速度,自动进行连续灌装。 而当机器 处于手动状态,操作人员踩动踏板,来实现灌装,若一直踩住不放, 则也变为自 动连续灌装的状态。防滴漏灌装系统:灌装时气缸上下动作,带动 闷头。 酱类灌装机 适用于调味品屮带颗粒并且浓度较人的辣椒酱、豆瓣酱、花生酱、芝麻酱、 果酱、 牛汕火锅底料、红油火锅底料等物质的粘稠酱类的灌装。按照操作流程可 以分为全自动 灌装机和半自动灌装机称重式灌装机,适用于黏度较低的液体物 料。例如,油漆,涂料, 树脂,及各种化工原料。 颗粒浆状灌装机 适用于医药、口化、食品、农药及特殊行业,是理想的颗粒浆状粘度流体充 设备。该机为半自动活塞式灌装机,可灌装颗粒浆状流体物料。粉剂灌装机 该机适用于化工、食品、农、副产品等行业的粉状、小颗粒状物料的定量灌 糖、添加剂等。产品特点:微电脑控制,定量准确。参数可调整,误差可自动修正。 强弱电分开,无干扰。可靠性高,适应面广。充填部件用全不锈钢制 做加工精度高, 互换性好,分级合理。模块式设计,组合灵活。 饮料灌装机械是伴随饮料工业的产牛而产牛,并追随饮料工业的发展而进步 1890年,美国研制出玻璃灌装机械,1902 年市场上出现灌装番茄酱的压力灌 装机械, 1912 年发明了封口机械,不久灌装机械和封口机械合为一体。在20 世纪 末,德国制造 出手动灌装机。含气体饮料的灌装工艺难度较人,灌装设备的发展 大约经历了三个阶段。 第一阶段是1952 年---1957 年之间,完成了含气体饮料的灌 装机械由差压灌装向等压灌 装发展,采用的是机械阀。第二阶段是1957 年…1759 年,这期间先是德国HK公司, 之后是法国和前苏联,发明研制了等压弹簧阀, 弹簧在等压状态下,借助弹簧力将冲液 阀打开,破瓶后冲液阀可以自动关闭,这 样不仅使灌装机械的结构简单丫,而且延长丫 灌装阀的有效工作时间,为灌装机 械的高速化创造了条件。等压弹簧阀的出现是灌装发 展史上的一个重要阶段,至 今等压灌装机还广泛使用,只是功能更完善,结构更合理。 第三阶段是一德国SEN 公司发明的电动阀为标志,电动阀中气阀和水阀的开启和关闭由 可控编程器控 制,对灌装时间,灌装速度进行严格的控制和可靠的界定。 我国饮料灌装机械制造业起步晚,20 世界60 年代前基本是空白,当时 国内的啤洒 厂和汽水厂都是使用美国和tl 本20 世纪30---40 年代的设备,工 艺落后,机械陈旧,严 重影响了我国啤酒和汽水饮料工业的发展,1967 我国冰开始研制和生产灌装机械。进入20 世纪70 年代,我国先后引进了一 些国外灌转生产线,在装备一些设备的同时, 也促进了我国包装机械行业 进入了一个新的发展时期。机械,轻工,军工等领域的一些 企业开始在仿 制和消化国外技术的基础上,又开发和研制出了各种中小型的灌装机械, 提供给国内的一些饮料生产厂,促进了我国饮料业的发展。进入20 世纪80 年代,我国 采用技术贸易结合的方式,引进徳国SEN公司的20000 瓶小时 的啤酒灌装生产线;小时的含气饮料灌装生产线 年又引进丫德国 KHS 公司30000 瓶小时的啤酒灌装生产 线及生产技术。这样我国不仅能够生产中小型 的灌装机,而且能够生产大 型灌装机,技术水帄上了一个新的台阶,将我国的液体灌装 设备制造业的 整体水帄提高到了一个新的水帄。 13 课题研究意义 当今国际灌装机加工成套设备向着大型化发展,工艺技术水帄也逐步 向智能控制和 12 内外发展现状 自动控制方向靠拢。而中国的灌装机现状还主耍以多元所有 制结构和小规模经营方式为 主,技术水帄参差不齐,工艺设备加工精度与 加工密度不够,企业没有自主创新能力, 设备大多都是直接仿制国外,有 许多不适合我国的国情,一道或者数道工艺需要改进。 灌装机发展至今, 己由早前单一环节的加工模式发展为成套的加工工艺流程,但各环节 题。随着智能控制技术的成熟,开发成套的智能化、自动化灌装机技术有重大的现实意 灌装机在食品行业、饮料行业、日化行业等广泛使用。食品包装机械竞争日趋激烈, 未来的食品灌装机械将配合产业自动化,促进包装设备总 体水帄提高,发展多功能、高 效率、低消耗的食品包装设备。一直以来, 灌装机就是饮料市场的坚实后盾,特别是现 代市场上人们对商品质量要求 曰渐提高、市场需求不断扩大、企业对高效&动化生产的 要求,在这样的 情况下,灌装机更是成为了炙手可热的灌装设备。加上近几年,科学技 水帄的提高,国内灌装机行业也得到了较快的发展,技术水帄、设备性能、质量等 方面都有了很大程度的提高,在支持企业高效、安全生产上发挥了 重要的作用。 章饮料灌装机总体方案设计21 饮料灌装机的设计方案 本机适用用于含汽饮料(啤酒,汽水等)的灌装,适用于屮型饮料厂使用。本 设计由于企业生产发展需要,现奋饮料灌装生产线的设计能力己远远不能满足生产要 求,必须对生产线进行改造。饮料灌装机为饮料灌装生产线 型啤酒 灌装压盖联合机的灌装部分),为此,选定饮料灌装机这一工 厂实例作为课题。 设计参数:圆形标准玻璃瓶按国家标准GB4544; (160〜290)mm; (56〜76)mm;瓶口 内径:d= (13〜16)mm; 装瓶头数: 40压盖头数:久 生产能力:6000-8000(瓶小时),完成相关的系统结构图,零件图等。参考 设计方 案如图1 所示: 图1:饮料灌装机方案图 22 灌装的基本方法 液体物料由贮液装置灌入毡装容器中,常采用如下几种方法。 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 被排出;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,即排除排气管中的残液。常压法主要用于灌装粘度地、 不含气的液料如牛奶、白 酒、酱油、药水等。 艺过程为:1、充气等压;2、进液回气;3、停止进液;4、释放压力,即释放瓶颈 内残留的压缩气体至大气内,以免瓶内突然降压而引起大量冒泡,影响包 装质量和 定量精度。等压法适用于含气饮料,如啤酒、汽水等的灌装,可以减少 所含二氧化 碳的损失。 重流入该容器内。H前,国内常采用压力真空式。其设备简单,工作可靠。真空法 灌装的工艺过程为:1、瓶抽线、 余液回流,即排 气管屮的残液经真空室回流至贮液箱内。真空法适用于灌装粘度 油类、糖浆等、含维生素的液料如蔬菜汁、果子汁等和有毒的液料如农药等。 此法不但能提高灌装速度,而且能减少液料与容器内 残存空气的接触和作用,故有 利于延长某系产品的保质期。此外,还能限制气体 和液体的逸散,从而改善操作条 件。但对灌装配置的、含有芳香性气体的液体是 不适宜的,因为抽气会增加液香的 损失。 虹吸法灌装。虹吸法灌装应用虹吸原理使液体料经虹吸管由储液箱被吸入容 器,直至两者液位相等为止。此法适合灌装低粘度不含气的液料,设备 结构简单,但 灌装速度低。 压力法灌装。压力法灌装是借助机械或气液压等装置控制活塞往复运动,降粘度较高的液体物料从储料缸吸入活塞缸内,然后再强制压入待灌装的容 可依靠本身所具有的气体压力直接灌入未经预先充气的瓶内。第三章灌装机传动系统设计计算 31 类比法选择动力源 根据类比法选择电机。在食品厂实习时,其电机选择为Y112M-6、2 2KW, 由于是轻工机械所以功率不用太大,选择Y系列三相异步电动机,选择Y112M-6。 其功率为2 2KW 额定转矩为2 额定转速940rmin 重量45Kg 32 工位的计算 机器的工作效率范围是6000-8000 瓶时,乂因为是轻工机械,所以按高生 产率134 瓶分钟计算,完全可以满足设计和安全要求。 考虑到螺旋限位器的摆放位置需要一定的空间,所以在液箱周围设置了 68 个工位, 在进、出拨轮之间的一个是空位,其上无工作头。所以,一周仍然是 67 个工位。 67 此机器的工作头一周期是&转,每分钟134 6833 拨瓶轮主要结构参数设计计算 星形拨轮齿数为Z ,灌装机的生产能力为Q,拨轮主轴转速为〃’,依据单位时间内供瓶数应等于出瓶数(不考虑灌装过程中出现爆瓶现象)。则 31拨瓶轮齿槽 转速,radmin。 拨瓶轮齿数由0601’确定。 己知灌装机得生产能力 0=6000 8000瓶吋,初步确定拨瓶轮主轴转速与 灌装 机大转盘主轴转速的比例为i radmin则可以 确定拨瓶轮主轴转速n=5rad min拨瓶轮齿数Z 89选取拨轮齿数Z 为行星拨轮的节距,因为容器以等间距定时供送,hR l27T33 对于旋转灌装机来讲,C 应等于灌装阀的节距。在确定灌装机整体尺寸时确定的灌装阀节距尺寸C 27r34 =126x82^ 35=2^x1608 1256mm 根据检验,对C ,Rb进行优化设计,最后确定Cb=126mm,R 33拨瓶轮其它尺寸的确定 在木课题中灌装容器是啤酒瓶,因此拨瓶轮的材料在选择上应选用对酒瓶不 成有磨损,击碎的现象。故选用尼龙1010 材料。拨轮中的尺寸 Rc均由容 度和直径来确定。它与灌装机中拨轮盘花齿尺寸有关,拨轮的尺寸以能很帄稳地输送 瓶子为原则,可用类比或实验来决定。设计时尺寸 Rc 地决定方 法;因为 Rc 与灌装机 主体中地拨瓶轮花盘有关,若拨轮外接圆与灌装机主体中 拨瓶花盘地外接圆相切时Rc 等于瓶子半径;若与灌装机主体中拨瓶花盘地外接 圆相交,则尺寸Rc 大于瓶子的半径。 而且拨轮在往灌装机大转盘拨瓶子的时候, 为了能使瓶子均匀稳定地输送到大转盘而 不被拨回来,尺寸Rc 也应大于瓶子的 半径,这可以由实验结果得知。由已知给定的参 数瓶子半径R=40mm,则可确 R+2〜3mm,即Rc=42mm。高度是由瓶高来确定的,瓶子确定的 高度是280mm,拨瓶轮的厚度可以根据设计时按设计者给定的值。 拨瓶轮给的 厚度是 10mm,容器瓶从输送带过来瓶底离下拨瓶板的距离确定为 25tnm, 85mm334 包装容器与拨瓶轮的相对运动 拨轮的结构比较简单,设计时主要考虑齿槽形状。在包装容器的供送过程中, 发生碰撞,必须合理确定齿槽形状。为此,要分析被供送包装容器与拨轮之间的相对 运动。可以用简化画法表示拨瓶轮与容器瓶的相对运动。 实用中,多将星形拨轮与分件供送螺杆组合在一起,对此应指出一些特殊的 设计 要求。设拨轮的节圆直径队半径为?,齿槽数为Z,,,主轴转速ZV则 -!^=15rad min 37 等于灌装阀的节距至于能否取整数,则与整个川东部据有关。在此前提下,决定Z,不仅要考虑拨轮的外轮廓尺寸和齿槽的结构形式, 也要便于等分提高制造精度。实践表明,为合理设计星形拨轮齿槽的结构形式, 必须深 入研宄它同被供送瓶罐的相对运动关系。如图3 所示,通过拨轮主轴0取一静坐标系 ovj,,在通过该点及任一齿槽中心C取一动坐标系ox’。初始时 二系的横纵坐标轴对 应重合,其次由C 一点引节圆切线分别截取两个线w 设星形拨轮以等角速度咚做逆时针方向转动,经时间t转过角度0 相应的齿槽中心6 移至而瓶罐中心以初速度,等加速度Z移至6Z’,令6Z 心绝对运动轨迹上的i点极坐标r,0表示它的动坐标系中的位置。以图示几 何关系出 11此即瓶罐与拨轮的相对运动方程,借以上两式画出瓶罐的相对运动轨迹及其 外轮 廓线,是以确定拨轮齿槽的形状尺寸,同时做出是否需切齿修整的判断。但 是,要想 从根本上解决两者互不干涉的问题,应进一步运用解析法加以剖析。设 齿槽半径即瓶 罐主题部位半径p 所对应的拨轮中心角为屮,瓶罐相对运动 轨迹终点C的切线与该点拨轮矢径的夹角为,那么保证啮入不干涉的基木条件 12由于 总之,当?,5。 ,,,可达到瓶罐啮入拨轮齿槽(其 外轮廓形状尺寸与瓶罐啮合部分完全一致)不产生任何干涉的目的。在这方面, 分件供送螺杆的转速变化毫无关系[101 34螺旋限位器设计 在装工业领域内,现以广泛应用多种类型的分件供送螺杆装置,可按某种 工艺 耍求将规则或不规则排列的容器、物件以确定的速度、方向和间距分批或逐 送装置是整个灌装设备的“咽喉”,其结构特性的好坏直接影响到产品的质量、工 10)和应用罗比塔法则导出 代入式(3 10),得 15)带入(314) Q-SOI 360022W+ 2WOarcsing~兀 18作效率、总体布局和自动化水帄。 图34 三段式分件供送螺杆 如图3 所示,圆柱螺杆的前端多呈截锥台形斜角约为30—40,而后 磨损,延长使用寿命。同时为了使待灌瓶逐个依次顺利导入螺旋槽A,增速达到预 定间距借助拨轮有节奏地引导到包装工位,因此将螺杆应用于高速分件 定时供送, 其螺旋线最标准的组合模式包括: 输入等速段,有助于稳定的导入。 变加速段,加速度由零增至某最大值,以消除冲击。 等加速段,与输送带拖动待灌瓶的摩擦作用力相适应,采用等加速运动规律使 输出等速段,以改善星形拨轮齿槽的结构形式及其啮入状态。341 限位器总体计算 120radmin 拨轮节圆周长 1005mm 126mm 800011 60;60x40 =25 min拨轮节圆的直径R 320mm 7C 71 当物件被等速的输送带拖动前进时,如果让整个变螺距螺杆对它仅起一定的 ,螺杆的最大供送速度v3w 和拨轮的节阅线 螺杆等速段计算 供送正圆柱形物件,令其主体部位的圆弧半径为 p,螺杆的内外半径各为;,、 R,可取 而对于供送异侧形状的物件,令其主体部位的长度(或长轴)、宽度(或短轴) ,可取进而求螺杆等速段的螺距 式中A—两相邻物件的帄均间隙(一般为几毫米,主要与物件加工精度有关)本设计令A 44mm设等速段螺旋线),而其中间任意值对 单头外螺旋 线引起展开图形为一条斜直线,故和应的螺旋角 拨轮的转速% 120 0347rD ^X88 所以 188周向展开长度:A 7iDlX 7iDiXm =^x88 216mm轴向长度:= 233mms60 60 式中—螺杆外直径:= 2R 88777?若物件的输入速度V;〉V。,那么最好借助调试波形尼龙拌和刷板等缓冲装置 使其 减速;反之当v,v 时,就只能依靠输送带对无建起的摩擦拖动作用加速己接近螺杆的初始供送速度,居此获得供入段的输送长度 式中允一物件与输送带的滑动摩擦系数g—重力加速度 另外,设螺杆物件与输送带的最大速差 Av zw 825mms故知拨轮节距和螺杆转速都不宜过大,以免加快板链工作表面的磨损,病防 对物件引起强烈的震动。343 螺杆变加速段计算 数据前述,令此段螺杆的供送加速度A奋零值一正弦函数变化规律提高到某 一最大值5,遂出 a-y 2m进而解出相应的供送速度及轴向位移 式中G、。分别表示被供送物件移过行程H 及其最大值H2w 所需的时间,有边 界条件得知:当( a,顾可确定各待定 系数: 60^,式中^匕分别表示变加速 SZ2w ,通常取乙=1 二1。等加速段螺旋线的最大圈数为、(通常取3C5或更多)而其中坚任意 3W=3O经推导求出加速段螺旋线展开图形的轴向长度: 95 mm 周向长度:L 7iDi^=-TTX88X1 Di2m =^x88x2 2w,sin ^2i2m ^7Ti^{2i 2in ;r2xl+3O2X1 -sin 7ri =95mm 2m2xl^-2126-93 ^•2x1 xl供送加速度 外螺旋线的螺旋角: tga R、2i2m 1x126-93^x442x2 3zr71 -cos arcz^036 ^?2Z2W 3W036 arcz?036 198螺距 4x14x1 95 mm 螺杆的供送速度 COS3m 2f 2x1x120126-932xl —cosTT Xl 2x1 339mm 2x1x120126-932x1+3^ =339mml ^xl—sin 以上表明,当其他条件一定时,过渡段的外螺旋线螺旋角螺距和供送速度均 。这完全符合螺杆前两段的位移、速 度及加速度区县衔接要求。 344 螺杆等加速段计算 令螺杆等加速段的供送加速度% 则相应的供送速度及轴向位移 由于z,,经推导求出等加速段处螺旋线mm周向长度: Ly 829mm2xl 93+,26-93 4xl+3 22xl 7i315mm x3 126-934x1 ]x322xl 7rDi3m =^x88x3 829而螺旋线m 0453126-93 882x1 arc045 0464i 2n, 22Z2W 126-934xl- rl-2x322xl+3^ =119mm T126-9322xl+3;r 122mm -501 2i2m ^xl20126-932x1+3 7rDtga3m 2xl+3r这表明,等加速段的供送加速度与螺杆转过的帄方成正比。若星形拨轮节距 等速段螺距均为确定值,而能适当增加后两段螺旋线的总周数,则有助于降低螺杆 的供送加速度或提高转速即生产能力。再有,当其他条件一定时,等加 这完全符合螺杆后两段的位移、速度及加速度曲线的衔接要求。最后指出,螺杆等速段最大轴向长度仅与螺距么及 关,而过渡段和等加速段的最大轴向长度H2W 螺距么及圈数2,„、3,„有关。至此,可求高速分件供送螺杆组合螺旋线展开图形轴向及周向全长: 330=518mm A_3 829=1651mm 35 带的选择和校核 1)计算功率f 已知 P=22Kw n=940rmin 由表3-4 查工作情况系数= 22KwV带型号 根据f和久由《机械设计》图3-12 确定,选A型带。 3)定带轮基准直径 选择小带轮直径人 由表3-5,表3-6 确定取么=75mm 验算带速: 巾式3-12 7rd,n,^x75x940 3777560x1000 60x1000 小于25ms 1985m?z4)确定中心距a 和带的基准长度々 初定中心距% 由式3-25 18375a^525 =5OOnim由式3-26 +6+-^—-=14187mm 取标准、按《机械设计》表3-3 1400mm确定中心距