摘 要 本論文設計是對液體灌裝生產線灌裝閥的設計，以及液體的灌裝方法在旋轉灌裝機上的布置與安排。該液體灌裝閥的結構是閥體的上部有進液口，閥的下部有出液口，且出口與灌裝頭部位有著密封裝置，通過擠壓力與密封裝置接觸，閥體上部設有排氣管，該排氣管的一端從閥體內部穿過之后伸出液體出口與灌裝頭連接在一起而另外一端則伸出液體與外部聯通從而排除氣體，在液體灌裝閥導通是閥體的上部進液口與下部出液口會形成一個液體通道使得液體可以從此通道進入瓶體，灌裝頭的最大尺寸與大于液道的最大尺寸，和滑動體的外徑對齊，可以避免灌裝過程中液 體沖擊力形成大量泡沫等對灌裝精度和效率的影響， 在排氣通道 在安裝壓緊螺母處 設有 螺紋 ,用來安裝壓緊螺母 ，閥可以通過調節螺母和壓緊螺母調節彈簧的張力和閥體尺寸，用來調節灌裝過程中一些小的光裝誤差， 本發明在于灌裝完成后能及時停止灌裝 ,灌裝精度高 ,節約能源 ,應用廣泛，效率高， 且液體灌裝閥結構簡單。 關鍵詞 ： 排氣管；彈簧；布置；彈性低壓件 Abstract In this the sis, the layout and arrangement of the liquid filling production line filling valve design, and liquid filling rotary filling machine. The structure of the liquid filling valve is the upper part of the valve body to the lower part of the liquid inlet valve in the liquid outlet, and exports and filling the first part has a sealing device through the squeeze pressure with sealing device contact, the upper part of the valve body set exhaust pipes, one end of the exhaust pipe extending from the valve body inside through the liquid outlet and filling heads connected together and the other end extending liquid with an external Unicom thus excluding gas, liquid filling valve is turned on. the valve element of an upper liquid inlet and a lower liquid outlet will form a liquid passage such that the liquid from the channel into the outer diameter of the bottle body, the maximum size of the filling head with larger than the maximum size of the fluid channel, and the sliding body alignment can to avoid the process of filling the hydraulic force the formation of a large number of foam filling accuracy and efficiency, is installed in the exhaust channel compression nut at a thread, used to install the compression nut, the valve can be pressed by adjusting nut and nut to adjust the spring tension and body size, is used to adjust the process of filling some small light mounting error, the present invention is that after completion of the filling time to stop filling, high precision filling, energy conservation, widely used, high efficiency and liquid filling valve structure is simple. Keywords: sliding body； The exhaust； Decorate； low pressure of Elastic 目 錄 摘 要 . I ABSTRACT . II 目 錄 . V 1 緒論 . 1 1.1 本課題的研究內容和意義 . 1 1.2 國內外的發展概況 . 1 1.3 本課題應達到的要求 . 2 2 灌裝生產線整體結構設計 . 3 2.1 方案的選取 . 3 2.1.1 直線型灌裝機 . 3 2.1.2 旋轉型灌裝機 . 3 2.1.3 自動化灌裝機 . 4 2.2 生產線各機構的設計 . 5 2.2.1 灌裝的供瓶機構 . 5 2.2.2 灌裝的供料機構 . 6 2.2.3 灌裝閥的升降機構 . 7 2.3 本章小結 . 8 3 罐裝的基本原理和灌裝閥的分析與設計 . 9 3.1 罐裝的基本原理 . 9 3.1.1 灌裝的基本方法 . 9 3.1.2 定量方法 . 12 3.2 灌裝閥的分析與設計 . 14 3.2.1 灌裝閥的工作原理 . 14 3.2.2 閥的各部分的設計與計算 . 14 3.2.3 灌裝時間的計 算和過程 . 16 3.2.4 灌裝閥密封材料的選擇 . 19 3.2.5 灌裝閥門啟動結構設計與分類 . 20 3.2.6 灌裝閥彈簧的分 析與設計 . 21 3.3 本章小結 . 30 4 灌裝過程的調整及機器存在的問題 . 31 4.1 灌裝過程的調節 . 31 4.1.1 料缸液位的調整 . 31 4.1.2 灌裝量的調整 . 31 4.1.3 轉速的調整 . 31 4.1.4 機器存在的主要問題 . 32 5 電氣控制閥和調試維護 . 33 5.1 電氣的控制 . 33 5.2 主要制動過程 . 33 5.3 簡單的生產線運動控制 . 33 5.4 設備調試與維護 . 33 5.4.1 整機要求 . 33 5.4.2 灌裝閥的調試與維護 . 33 5.4.3 安全操作規則 . 34 6 結論與展望 . 35 6.1 結論 . 35 6.2 展望 . 35 致 謝 . 36 參考文獻 . 37 附錄 . 38 等壓法灌裝供料機構圖 . 38 壓力法供料 機構 . 38 1 緒論 對于灌裝機的主要主成部分灌裝閥來說，缺少了灌裝閥自動灌裝生產線就無法運轉工作，且一個灌裝閥的好壞決定了這個灌裝生產線上運作的效率，它需要根據灌裝工藝的要求以最快的速度聯通或者切斷與儲液箱的聯系，保證灌裝工作的順利的進行，且由于不同的液體的物理化學性質并不是相同的，故而導致了灌裝工藝的不同，因此所使用的閥體也并不相同，不同的灌裝使用不同得閥體。諸如飲料，酒類，液體化妝品之類。 為了能夠更好地實現灌裝生產線的自動化，提高瓶 裝生產線的效率，解決自動化灌裝生產的各種問題，保證產品的質量，特進行本課題關于液體灌裝生產線灌裝閥的設計研究。 1.1 本課題的 研究內容 和 意義 隨著科學技術的日益發展與進步，人們的生活水平也是逐步的提高，由以前小農社會的自給自足發展到由大型公司生產人們去購買的商品經濟，而在此過程中由于人口基數的增大同時還伴隨著人工成本的增加，自動化的生產需求已迫在眉睫。 為了滿足國內的消費需求彌補國內生產力的不足，我國 從上世紀八十年代開始每年都要進口大量的飲料、 奶類制品以及酒類 等 包裝機械，至今引進的勢頭仍然是 呈現上漲勢頭 。這些機械大 部分 是高速自動化 的 生產線，可靠性 比較 強，產量高， 相當的 部分設備是當今世界最為先進的機型。這些生產線的引進，使中國 飲料、 奶類制品以及酒類 企業 包裝水平得以與發達 的 國家同步發展。與此同時，中國 的 包裝機械的生產也取得了長足進步，部分灌裝、封口一體設備已經達到 了 較高水平，包括塑料飲料瓶、酸奶杯、無菌包裝 等 成型設備 以及 貼標機在內的包裝生產線 的 水平也得到了 相當程度的 提升， 基本可以滿足 中型企業的需要，部分已經可以替代進口設備，并且出口量逐年提高 ，灌裝閥作為灌裝機中不可缺少的部分，應用十分廣泛，每年使用量相當巨大， 國內在灌裝速度和精度上和國際水平還存在著一定的差距，因此對灌裝閥重新研究設計若是可以取得成功將大大推動中國包裝機械行業的發展，提高包裝行業在國際中的低位。 1.2 國內外的發展概況 生活水平的不斷提高不光改變著人們的生活習慣，同時也在使得人們對于產品的質量提出更高的要求。 十九世紀末二十世紀初以前 ,通常使用水罐、水杓進行人工灌裝或直接將容器浸入液料中進行灌裝 ,此種方法不僅人工成本高，效率低下同時衛生質量方面也存在嚴重的缺陷。 而在人們的日常生活中像需要灌裝后使用的液態生活必須品占用非常之大的比例，例如牛奶、酒類 、生活日用調料、化妝品、農用化學藥劑等等！而為了保證這些產品能夠進行安全衛生的大規模生產，我們就必須大力發展自動化灌裝生產！ 大約 在 1880年美國 以 Horix、 Kiefer 和 U.S.BottLers 為主的 幾家 公司開始 著手于 研究 容器灌裝的機械裝置。 世界 第一臺用于 商業 行業的 灌裝機是由 Kiefer 公司制造 ；在 1920 年 Horix 公司 首次 制造出了 重力灌裝機 。 這家公司至今仍 在 生產灌裝機 ,這幾家公司于 20世紀出喀什著手于研究回轉式灌裝機， 其中純真空灌裝機 是由 U.S 公司制造的 .我國在解放前幾乎沒有灌裝機械 ,灌裝生產絕大部分 處于手工操作 ,非常落后。 70 年代初 ,北京 、 上海 、 江蘇 、 深圳 等地引進三十多條灌裝線 ,其中有西德 Seitz 廠產品、意大利 Simonazi 公司、美國 Merer 公司、日本三菱公司 ,另外還有許多羅馬尼亞灌裝線。隨后 ,我國許多家仿制了不少灌裝線 ,初步解決了 灌裝生產的落后面貌 ,但 我國的 灌裝機械的發展與國際 上 先進 的 水平差距仍 然 很 大。為此 ,我國應根據自己的國情 ,吸收國外的先進技術 ,設計和生產出具有先進水平的灌裝機 ,其發展趨勢向高效化、自動化、節能化發展 ,力圖采用新技術、新材料 ,如計算機輔助設計、微機控制等 ,開創一代新型灌裝機 。 灌裝閥作為灌裝機的重要組成部分，決定著一臺灌裝機的性能和整條灌裝生產線的效率，在我國灌裝閥無論從質量還是外觀上都與發達國家有很大的差距，造成產品差的原因在于采用的設計理論，設計手段與設計方法，制造技術，檢測手段的落后，另外，國內配套設備的基礎件不穩定，對產品質量也有較大的影響，而我國包裝行業在飛速發展，急需對現有的閥進行改進和創新。 1.3 本課題 應 達到的要求 鑒于飲料酒類一類的以及化妝品等生活用品已在人們的生活中占有越來越大的比例，從而大大的帶動了灌裝行業的迅速發展。 故而在對灌裝閥設計的過程中我們應該 立足于當代現實情況，要能夠滿足自動化的生產且擁有一定的效率，同時在設計產品的過程中要全面的了解灌裝的原理以及各過程的詳細步驟，對于各部件的功能需要詳細的了解，在保證產品的功能的基礎之上盡量提高生產的效率，考慮灌裝閥在灌裝整體中的作用，對灌裝機的全局整體機構和布置進行考慮，合理的對灌裝閥進行布置以達到更高的生產效率 。 2 灌裝生產線整體結構設計 2.1 方案的選取 灌裝生產線上按照灌裝的類型的不同可以分為三種灌裝機。 2.1.1 直線型灌裝機 圖 2.1直線型灌裝機工作原理圖 定量灌裝， 上蓋， 將瓶蓋擰緊， 貼商標， 待裝盒裝箱， 1 推瓶板， 2 限位撥， 3、 11、 13 傳送帶， 4 傳送盤， 5 瓶子， 6 上蓋機構， 7 料斗， 8 擰緊機構， 9 商標盒， 10 漿糊盒， 12，推料板， 14 儲液箱， 15 灌裝管 由原理示意圖 2.1 可以清晰的看出來 灌裝瓶沿著平直的直線運動 ,進行成排灌裝。 每送來的空瓶由著推瓶板向著前方推送，直至灌液口得下方此時閥門打開對瓶子進行灌裝，此操作為間歇操作。這種類型的灌裝機結構相對比較簡單制造方 便，但是相對的占地面積較大而且由于是間歇運動在一定程度上生產的效率也就被限制了，一次一般只用于無氣液料雷得灌裝，局限性較大。 2.1.2 旋轉型灌裝機 通過 送系統將待灌瓶（或者人工）送入灌裝機 的 進瓶機構， 通過 灌裝機 的 轉盤帶動主立軸旋轉運動可進行連續的灌裝，轉動近三分之二周時瓶子可灌滿，然后轉盤將瓶子送入壓蓋機進行壓蓋，而此次所設計的閥體就是用于此類灌裝機，圖 2.2,2.3 為此灌裝機的工作原理圖。 圖 2.4 為本設計實體圖。 圖 2.2旋轉灌裝機展開示意圖 圖 2.3旋轉灌裝機俯視圖 圖 2.4旋轉灌裝機 實體圖 這種類型的灌裝機在食品，飲料行業有著相當廣泛的應用，諸如我們平常的日常生活用品像汽水，果汁，啤酒等飲品的灌裝均由此類灌裝機進行灌裝。此機主要由流體輸送、容器輸送、灌裝閥、大轉盤、傳送系統、機體、以及控制等各部分組成，而灌裝閥是保證此灌裝機能否正常且效率工作的關鍵。 2.1.3 自動化灌裝機 自動化灌裝機可分為：聯合自動機和單機自動機也就是可以包括連續進行洗瓶、灌裝、壓蓋、貼 標、裝等一系列的工序。自動灌裝采用機械傳動控制為主的最普遍。另外開可以按灌裝方法、關閉裝置及定量裝置等多種分類方法，具體的可見表 2.1。 表 2-1 自動灌裝機分類表 序號 分類型式 型式、技術特性、灌裝方法 1 按自動化程度分 手工灌裝機 半自動灌裝機 單元自動灌裝機 液體包裝聯合自動機 2 按機械結構分 單排式 多排式 旋轉式 旋轉式 3 按灌裝方法分 在液位高度不變的壓力灌裝 變液位的壓力下灌裝 真空灌裝 在壓力下灌裝 4 按關閉裝置分 旋塞式 閥門式 滑閥式 氣閥式 5 按定量裝置分 定量杯定量 液位高度定量 定量泵定量 安瓶定量 2.2 生 產線各機構的設計 2.2.1 灌裝的供瓶機構 在灌裝生產線上自動供瓶機構已經取代了由人工進行的手動供瓶，而供瓶機構大致可以分為分件供送螺桿機構和撥盤式等限機構。 分件供送螺桿機構 如下圖 2.5為分件供送螺旋機構的運轉示意圖 ： 圖 2.5分件供送螺桿機構 此分件供送 螺桿機構 是整個灌裝機的重要部件 ，其結構的好壞以及是否合理直接影響到整個灌裝機能否正常進行灌裝和生產的效率。所以設計中應在滿足被供送瓶罐的外形尺寸，星型撥輪節距及生 產能力等的條件下合理的確定螺桿的直徑以及長度 螺旋線旋向及組合形式、螺旋槽軸向剖面幾何形狀和星型撥輪尺廓曲線，進而校核瓶罐受螺杠、導向板、輸送帶等綜合作用能否達到給定的速度和間距，減輕沖擊、震動、卡滯現象，實現平穩可靠運動。 分件供送螺桿機構的工作原理為：由曲齒傳動帶動螺旋棒的旋轉，當瓶子輸送進入輸送鏈帶后，由于螺旋棒的作用，使得瓶子形成以一定的間隔依次地排送，然后再經過撥瓶輪進入托瓶臺，從而進行灌裝。 花盤式限位機構 如 圖 2.6 為花盤式限位機構由傳送機構 。 圖 2.6 定數量供給的花盤限位裝置 1 輸送帶， 2 花盤輪， 3 棘輪 ， ,4 棘爪擺桿 ,5 凸輪 , 6 擺盤 ,7 銷子 ,8 推板 ,9 開關 將待灌裝的瓶罐送至花盤輪，經花盤輪分隔裝置直接到傳送裝置端頭。當最前端的瓶罐到達指定位置時可碰觸到電開關 9， 使推板 8 立即將要求數量的一排瓶或罐橫向推進一個距離。推板 8 行進中驅動擺盤 6,使之逆時針轉動 ,但凸輪 5 及棘爪擺桿 4 不動 ,推板 8 行進到與擺盤 6 脫離接觸時 ,擺盤 6 受彈簧作用而恢復到原位 。 2.2.2 灌裝的供料機構 使用泵體及輸液管將灌裝液由 貯 液槽輸入貯液箱再 由貯液箱經灌裝閥輸入待灌容器中，此過程即為整個灌裝體系的傳送系統。對于不同的灌裝方法有著不同的傳送供料系統。作為灌裝系統的重要組成部分，供料機構的設計對灌裝速度和精度起著至關重要的影響。根據機構的不同科大致的將供料機構分為四大類： 常壓法灌裝的液料供送機構 作為在常壓下進行灌裝的系統，此系統較為簡單。泵體將液體抽出通過輸液管送進灌裝機的貯液箱，用浮子來對貯液箱內的液面高度進行控制是液面保持基本的恒定，液體再經由灌裝閥注入待裝的空瓶罐中。 真空法灌裝的液料供送裝置 真空法灌裝系統形式較多結構復雜，根據 灌裝方式的不同可將其分為兩種類型：一種是將瓶子內部氣體抽空利用壓強差進行灌裝。另外一種是將貯液箱和瓶子均抽空氣體液體依靠其自身難保重力完成灌裝。因為真空灌裝供料系統結構較為復雜且與本設計并沒有太大聯系在此就不做太詳細的介紹。 等壓法灌裝的液料供料機構 此原理圖于附錄圖 1.進液總管 3 與灌裝機頂部的輸入頭 9 互相連通，在輸入頭的下端有著六根供液管 14 與待裝瓶罐 12 互相連通。打開運行閥 5，通過透明管體 4 觀察進液的壓力，當壓力不足使得液體流動緩慢或壓力過高使得液體沖出均需調節使得壓力平衡，待壓力正常方可打開乳液總 閥 16 進行灌裝！無菌壓縮氣管 1 分叉為了兩路，其中氣管 12將液體輸入待灌裝瓶罐，它經過輸入頭直接與環形的待灌裝器皿相互連通，其作用是在灌裝之前對器皿內充壓，此作用可預防液體在進入器皿內時由于突然的降壓從而冒泡。該管上截止閥 8 在進液總閥 10 打開后需要關閉，另一路平衡氣管 11 以輸入頭接到高液浮泡 17上的充氣閥 15，從而達到控制待灌裝器皿內部液位高度的目的。 當液壓高于氣壓會導致液面太高，此時高位浮泡立即上升打開充氣閥 15，將無菌的空氣壓縮進入器皿，以補足氣壓從而保證了液體能夠穩定的進入器皿，而當液壓低于氣壓時導 致液面下降，此時低位液浮 泡 7 下降，打開放氣閥 13 是的器皿內部的部分氣體得以釋放。氣壓的降低是的進液增多，保證了液面基本處于穩定的狀態大致位于視 鏡 9 的中部。 壓力法灌裝的液料供送機構 附錄圖 2 是此方法的灌裝供料簡圖。它由四個組要部分組成分別是穩壓裝置，旋塞閥，推料活塞以及填充器。 由于物料是通過泵體或者人工裝入貯液箱內部，因此在灌裝的時可能會產生壓力的不穩定從而產生定量誤差，為了提高灌裝的精度可以采用穩壓裝置來穩定供料壓力。 供料泵體將物料送至管 14，穩壓活塞 15 位于三通管的上端經過減壓調整后的壓縮空氣進 入氣缸 19，形成對穩壓活塞的一定的壓力，穩壓活塞桿 19 上的感應板通過感應三通管內出料壓力的增加與減少來上升或者下降，于此同時上、下無觸點開關則發出信號控制 料泵運轉或者停轉。因此保證了供料的壓力始終保持穩定 。 保證了灌裝的質量。同時 為了防止物料的滴漏 ,在充填器底部特意安裝一只有孔道的滾柱 1,當旋轉閥來回擺動時 ,帶動凸輪 3 也一起來回擺動 , 從而使頂桿 2 上下串動 ,壓迫滾柱 1 實現快速啟閉 ,提高了灌裝精度 。 2.2.3 灌裝閥 的升降機構 在 一般的旋轉型灌裝機中，為了滿足灌裝的需要必須把瓶子通過升降機構進行升降與灌裝閥 配合在瓶子升降的過程中完成灌裝。 這種升瓶機構的結構比較簡單 ,但是工作可靠性差 ,如果灌裝機運轉過程中出現故障 ,瓶子沿著滑道上升 ,很容易將瓶子擠壞 ,對瓶子質量要求很高 ,特別是瓶頸不能彎曲 ,瓶子被推上瓶托時 ,要求位置準確 ,在工作中 ,緩沖彈簧也容易失效 ,需要經常更換。 為了克服這個問題在本次設計中采取了使灌裝閥進行升降的機構。其結構工作原理圖由圖 2.7 及圖 2.8 所示。 圖 2.7灌裝閥的升降機構 圖 2.8灌裝閥的升降機構 軌道示意圖 圖中可以看出灌裝閥通過貯液箱蓋上的軌道由軌道對灌裝閥進行擠使得閥體下降，在下降 的時候閥體的出液口進入瓶口，瓶口頂住出液口的滑套使得滑套上升與排氣管分離形成間隙，液體通過此間隙進入瓶子。如圖 2.9 所示意。 圖 2.9瓶子與灌裝閥配合液體流入瓶子 此種結構可以更快的進行灌裝提高灌裝效率，但是此結構在灌裝閥和貯液箱的結合處需求很高的密封性能 ，若是密封性能不足會造成液體在一定程度上的泄露。 對瓶子質量要求很高 ,特別是瓶頸不能彎曲 ,瓶子被推上瓶托時 ,要求位置準確 ,在工作中 ,緩沖彈簧也容易失效 ,需要經常更換。因此 ,這種結構適用于小型的半自動化的不含氣體的液料灌裝機中。 對于灌裝閥升降機構的要 求是：迅速、運行平穩、安全可靠、住起額。在設計時應根據灌裝機的具體要求進行具體的分析，選擇合理可靠，經濟實惠的結構。 2.3 本章小結 在本章我們主要介紹了如何堆灌裝機進行選取，以及旋轉式灌裝機生產線上的各重要的相關機構的基本功能以及它所實現的運動，通過此章的介紹我們可以對灌裝生產線有一定的基本的認識與了解，能夠做出進一步的設計改進。 3 罐裝的基本原理和灌裝閥的分析與設計 3.1 罐裝的基本原理 3.1.1 灌裝的基本方法 由于各種液體的化學物理性質的不同，為了在灌裝不同的液體是保證罐裝 的安全以及效率必然要設計不同的灌裝工藝，從而導致了灌裝方法必然不同的結果。在此我們選取一般灌裝機常采用的幾種灌裝方法進行介紹： (1) 等壓法 等壓法灌裝是利用貯液箱上部氣室 里 的壓縮空氣，給包裝容器 進行 充氣，使二者的壓力接近 于 相等，然后灌裝液料靠自重 自行 流入該容器內的灌裝方法。等壓灌裝的工藝過程為： (一 )充氣等壓。 (二 )進液回氣。 (三 )停止進液。 (四 )釋放壓力，即將瓶內的殘留空氣釋放至大氣 ，以 此來避免 瓶內 因為 突然降壓 而 引起大量冒泡， 從而 影響 到 包裝質量和定量精度。 等壓法灌裝適用于含氣飲料，如啤酒、汽水等的灌裝 ，可減少其中所含二氧化碳的損 失。 圖 3.1等壓灌裝工作狀態 (2) 常壓法 常壓法 也稱純重力法 ,即 灌裝是在大氣壓力下直接依靠被灌裝液料的自重流入包裝容器內的灌裝方法。 常壓灌裝的工藝過程為： (一 )進液排氣，即液料進入容器，同時容器內的空氣被排出。(二 )停止進液，即容器內的液料達到定量要求時，進液自動停止。 (三 )排除余液，即排除氣管中的殘液。 圖 3.2常壓閥灌裝工作狀態 (3) 真空法 所謂真空灌裝是指灌裝過程是在處于地獄大氣壓力下進行的，可分為兩種真空灌裝方式： 重力真空式 此方法是讓貯液箱 內處于真空的環境，然后對包裝容器抽氣讓其內的氣壓與貯液箱處于幾乎相等的真空環境，此時液料通過自身的重力流進包裝容器之中。此方法擁有適合灌裝年度較大、延長罐裝產品保質期、在灌裝有毒物能夠不讓毒氣揮發保護工人的身體健康等優點。但是由于結構比較復雜制造技術較高，國內的應用推廣較少。 圖 3.3 重力真空灌裝示意圖 壓差真空式 此法是讓讓貯液箱內部處于常壓狀態，只對包裝容器內部抽氣，使其形成一定的真空度，液料依靠兩容器內的壓力差，流入包裝容器并完成灌裝。由于其設備結構簡單，方法可靠所以國內大部分采取此法進行灌裝 。 (4) 虹吸法 虹吸法是 利用虹吸原理使液料從貯液箱經由虹吸管被吸入容器內，直至兩個的液位相 等。此方法在早起就已出現，由于其原