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完整版灌装机毕业设计论文

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前言

对40-8型自动灌装压盖联合机进行设计，其包括：

进瓶拨轮装置、出瓶拨轮装置、螺旋限位器装置；本文主要对星型拔瓶轮、螺旋限位器、进瓶栏板结构、进行设计及计算，并要了解设备的调试和维护。

星形拨瓶轮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。

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。

本设计主要用来分件单列供送正圆柱形的典型组合装置，此分件供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、工作效率、总体布局和自动化水平。

关键词：

星型拔轮机构、螺旋限位、进瓶拦板、包装

Abstract

Automaticfillingofthegland40-8jointmachinedesigninclude:

Pulloutthegeardevicesintothebottle,thebottlePulloutthegeardeviceslimitscrewdevice;Inthispaper,abottleofbrandyroundofstar-shaped,spiralspacing,andsteeplechasebottleintothestructure,designandcalculation,andtounderstandthecommissioningandmaintenanceofequipment.Dialstar-shapedbottlefillingmachineroundistolimittheagencysentthebottle,fillingmachineaccuratelyintothetake-offandlandingorabottlefilledwiththebodiesremovedfromtheliftconveyorbeltintothebody.Quantitativeliquidmaterials（referredtoasliquid）intothepackagingcontainerfillingmachinefillingmachinerycalled.Becausethenumbertobefilledwithliquidwithliquid,

Therefore,thegeneralcontainerusedforrigidcontainers,suchasPETbottles,glassbottles（orcans）,metalcans,cartonsandothercomposites.Conveyorbelt,sub-itemsfordeliveryscrew,star-shapedandarc-shapedguideplatePulloutthegearcombinationfortheimportationofcontainer;PulloutthegearAtthesametime,theoutputisalsousedincontainers.Spirallimitinthefieldofpackagingindustry,isnowwidelyappliedtovarioustypesofsub-itemsfordeliveryscrewdevice,aprocessmayrequirerulesorirregulararrayofcontainers,objectstodeterminethespeed,directionanddistanceindividuallyorinbatchestoagivenposition.Thedesignismainlyusedtoseparatesub-itemsfordeliveryaretypicalcombinationofcylindricaldevice,thesub-itemsfordelivery

Devicethroughoutthefillingequipmentisthe"throat",thestructuralcharacteristicsofadirectimpactonproductquality,workefficiency,theoveralllayoutandlevelofautomation.

Keywords:

star-shapedbodiesoutround,spirallimit,intothebottletostopboard,packaging

目录

摘要1

Abstract2

前言3

1绪论4

1、1灌装机的发展4

2总体设计方案5

2、1啤酒灌装机的工作原理5

2、2液体灌装机的分类与选择6

2、2、1液体灌装机的分类6

2、2、2液体灌装机的选择6

2、3灌装的基本方法7

2、4机型的适用范围8

2、4、1适用机型8

2、4、2灌装压盖方式8

2、5工艺分析10

2、5、1灌装机的类型及灌装方式的选用10

2、5、2包装程序及工艺路线11

3星型拔瓶轮设计及计算13

3.1星形拨瓶轮方案的确定13

3.2拨瓶轮主要结构参数设计计算14

3.3包装容器与拨瓶轮的相对运动16

3.4拨瓶轮主轴的设计计算18

3.5传动齿轮的设计20

4螺旋限位器设计及计算21

4.1螺旋限位器方案确定21

4.2螺旋限位器主要结构参数设计计算24

4.3螺杆螺旋线展开图30

5进瓶栏板结构31

6设备调试与维护32

6.1整机要求32

6.2拨轮机构32

6.3螺旋限位机构32

6.4进瓶栏板机构32

6.5润滑33

6.6维护基本要求33

6.7安全技术操作规程34

7总结35

致谢36

参考文献37

前言

本毕业设计说明书是根据2009年青岛理工大学琴岛学院机电系下达工作组的设计任务编写的。

课题为40-8型自动灌装压盖联合机的设计，设计题目是进出瓶的设计。

本次设计工作量大，专业范围广，要求高。

对毕业、踏上工作岗位的我们来说，是一次对于我们专业的巨大考验，也是对我们参加工作前的一次很好历练。

这既提高了我们的专业要求，还培养了我们的团队合作精神。

毕业设计是我们学完了大学的全部课程之后进行的。

这是我们对我们所学课程的一次深入的综合性链接，也是一次理论联系实际的良好训练，故在我们大学的学习生活中占有十分重要的地位。

本设计书重点说明了灌装机进出瓶的工作原理与相应的拔轮、进瓶拦板的等等的设计，并且包括设计任务书要求的英语资料和相应的的中文翻译。

由于能力有限，设计定有许多不足之处，望老师给予批评指导。

1绪论

1.1灌装机的发展

我国饮料、乳品、啤酒市场得到长足发展的同时也带动了包装机械业的发展速度。

自从上世纪八十年代开始，中国每年都要进口大量的饮料、乳品和啤酒包装机械，至今引进的势头仍然是有增无减。

这些机械大多是高速自动化生产线，可靠性强，产量高，部分设备是当今世界最为先进的机型。

这些生产线的引进，使中国部分饮料、乳品和啤酒企业的包装水平得以与发达国家同步发展。

与此同时，中国包装机械的生产也取得了长足的进步，部分灌装、封口一体设备已经达到较高水平，包括塑料饮料瓶、酸奶杯、无菌包装成型设备和贴标机在内的包装生产线水平也得到了提升，已经可以满足中型企业的需要，部分已经可以替代进口设备，并且出口量逐年提高。

品包装机械的产值在300亿元人民币左右，而每年进口的食品包装机械约10亿美元。

其中饮料、乳品和啤酒包装机械占有相当大的比重。

1.2课题背景

饮料包装（液体灌装机）

目前中国饮用水、碳酸饮料、茶饮料的前处理设备国内产品基本上可以满足需要，中、低速理瓶、装箱设备也有相匹配的产品可供选择，在热液体灌装机方面，各设备厂都能解决设备在热灌装环境下的控制、密封等工艺要求。

江苏美星、广东达意隆公司也解决了无菌冷灌装的问题。

不过无论是碳酸饮料、瓶装水、果汁还是茶饮料，也无论是PET瓶、金属罐还是利乐包，中国着名饮料企业的包装生产线基本上是引进设备的天下。

1.3设计任务背景

包装是食品生产中必不可少的一个环节，而啤酒及其他碳酸饮料在人们的生活中已占据了重要的地位，从而也带动了灌装机械的发展。

鉴于做本设计的学生属机电工程学院，所学的专业是包装工程，再者我国目前包装机械行业的发展空间比较的大，研究包装机械方面的课题对他们个人和社会都有积极意义，是对学生综合能力的培养和锻炼，尤其是总体设计更是如此。

一方面巩固、增长学生的专业知识，培养他们综合运用知识的能力，为以后的工作积累经验，另一方面也希望他们能在自己的课题上有所发现、改进、创新，提出一些建设性的意见。

40-8型自动灌装压盖联合机设计，题目综合性强，需要学生有扎实的基础知识和广博的知识面及计算机基础。

所以，在整个设计过程中学生可以充分发挥其主动性，积极性，培养了他们的综合分析问题和解决问题的能力，促进学生由知识型向智能型转化。

本设计的任务是进出瓶系统设计，具体要求如下：

全面了解40-8型自动灌装压盖联合机的工作原理，各部件的功能，在此基础上完成进出瓶系统设计；包括：

进瓶拨轮装置、出瓶拨轮装置、螺旋限位器装置；

了解灌装机的工作原理，根据设计技术参数进行进瓶拨轮装置、出瓶拨轮装置的结构设计；

了解螺旋限位器装置的设计原理，并进行螺旋限位器装置结构设计；

要求学生发扬协作及团队精神，与团队同学共同完成整机的设计。

2总体设计方案

2.1啤酒灌装机的工作原理

啤酒作为一种口味独特的风味饮料．深受 广大老百姓的喜欢，近年来由于受酿酒原材料 涨价的影响，啤酒的酿造成本随之增高．而啤 酒的市场竞争越来越激烈．啤酒生产厂家为了 争夺啤酒的市场份额．一方面对啤酒的销售价 格不敢轻易提价．一方面内部加强管理努力消 化原材料涨价带来的负面影响。

啤酒灌装机是 啤酒包装生产线的核心设备．啤酒灌装过程中 出现的冒酒、灌不满、液位偏高或偏低、增氧 量和瓶颈空气超出标准等现象，都会直接导致 酒损的增加，从而增加了啤酒的包装成本，因 此．灌装机灌装效果的好坏直接影响到企业的 经济效益。

下面我们先了解一下啤酒灌装机的 基本要求和工作原理．然后再对影响灌装效果 的一些主要因素做分析。

1 啤酒灌装机的基本要求

（轻工行业标准） 

（1）液位精度合格率（液位差不大于 ±6mm）

最低液位时的容量应达到公称容量的98．5％以 上）见下表。

（2）啤酒损失率不大于O．6％。

（3）灌装增氧量：

一次抽真空时不大于 O．15mgL，二次抽真空时不大于0．04mgL。

（4）瓶颈空气体积不大于2mL。

2.啤酒灌装机的工作原理 啤酒的灌装工艺已经相当成熟。

基本上可 以分为七部分。

灌装机是围绕灌装的工艺流程展开的，其工作原理是：

从洗瓶机出来的洁净瓶子由输瓶带送入灌装机的进瓶螺旋，经进瓶星轮送至回转台的托瓶气缸上并升高．瓶口在定中装置的 导向下紧压灌装阀的下料口，形成密封。

瓶子 在被抽真空后，贮液缸内的背压气体（CO，）被冲 人瓶中，当瓶中气体压力与贮液缸内气体压力 相等时，液阀在液阀弹簧的作用下开启．此时 啤酒通过回气管上伞型反射环的导向作用．自 动沿瓶壁灌入玻璃瓶内，玻璃瓶中的CO，通过 回气管被置换回贮液缸内．当酒液上升到一定 高度并将回气管口封闭时．自动停止下酒。

然 后将液阀和气阀关闭，排掉瓶颈部位的压力气 体以防止带气酒液在玻璃瓶下降时的喷涌，这 样便完成了整个灌装过程。

2.2液体灌装机的分类与选择

2.2.1液体灌装机的分类

液体灌装机的分类

　　液体灌装机按灌装原理可分为常压灌装机、压力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。

这类灌装机又分为定时灌装和定容灌装两种，只适用于灌装低粘度不含气体的液体如牛奶、葡萄酒等。

　　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中的压力相等，靠液体自重流入瓶中而灌装，称为等压灌装；另一种是贮液缸内的压力高于瓶中的压力，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。

　　真空灌装机是在瓶中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，对物料的粘度适应范围较广，如油类、糖浆、果酒等均可适用。

液体灌装机的流程

2.2.2液体灌装机的选择

 灌装机的选择：

合理选择灌装机是保证产品质量，提高经济效益的重要途径。

一般来说，应密切联系生产实际，尽量选择质量好、效率高、结构简单、使用维修方便、体积小、重量轻的灌装机。

灌装机知识在选择灌装机时，应遵循以下原则。

 为生产工艺服务的原则。

首先应根据灌装物料的性质（粘度、起泡性、挥发性、含气性等）选择适宜的灌装机，以满足生产工艺要求。

例如对于芳香较浓的酒液，为避免挥发性芳香物质受到损失，一般应采用容杯式或常压灌装机；对于果汁类料液，为了减少与空气接触，保证产品质量，一般应采用真空加汁类灌装机。

其次，应使灌装机的生产能力和前后工序的加工、包装机械的生产能力相匹配。

生产率高和产品质量好的原则。

生产率的高低直接反映生产线的生产能力。

所以生产率越高，其产生的经济效益越好。

为了提高产品质量，应选择设备精度高、自动化程度也高的灌装机。

但是设备的售价也相应提高，增大了产品的单位成本。

因此在选择灌装机时，应结合生产工艺要求，对相关的因素进行综合考虑。

 工艺范围宽的原则。

灌装机的工艺范围是指其适应不同生产要求的能力。

工艺范围越宽，越能提高设备的利用率，实现一机多用，即利用同一设备可以灌装多种物料和多种规格。

因此为了适应酒水、饮料行业多品种、多规格的生产要求，应选择工艺范围尽可能宽的灌装机。

2.3灌装的基本方法

一灌装方法

由于液料的物理、化学性质各有差异，对灌装也有不同的要求。

液体物料由贮液装置灌入包装容器中，常采用如下几种方法。

（1）常压法灌装。

是指在大气压下直接依靠被灌液料的自重流入包装容器内的灌装方法。

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。

（2）等压法灌装。

是利用贮液箱上部气室的压缩空气给包装容器充气，使两者的压力接近相等，然后使液料靠自重流入包装容器内的灌装方法。

等压灌装的工艺过程为：

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。

（3）真空灌装法。

是在低于大气压力条件下进行灌装的方法。

它有两种基本方式：

一种是压力真空式，即让贮液箱内部处于常压状态，只对包装容器内抽气使其形成一定的真空度，液体依靠两容器内的压力差，流入包装容器并完成灌装；另一种是重力真空式，即让贮液箱和包装容器都处于接近相等的真空状态，液料靠自重流入该容器内。

目前，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、瓶抽真空；2、进液排气3、停止进液；4、余液回流，即排气管中的残液经真空室回流至贮液箱内。

真空法适用于灌装粘度低一些的液料（如油类、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。

（4）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。

（5）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器内，这种方法有时也用于含气体之类饮料的灌装，由于其中不含胶体物质，所形成的泡沫容易消失，故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，从而大大提高了灌装速度。

2.4机型的适用范围

2.4.1适用机型

40-8型自动灌装压盖联合机设计适用于含汽饮料（啤酒、汽水等）的灌状并完成压盖的任务，适用于中型饮料厂使用。

40-8型自动灌装压盖联合机设计参数如下：

适用范围：

本机适用用于含汽饮料（啤酒,汽水等）的灌装，适用于中型饮料厂使用。

灌装方式:

等压灌装；

瓶口形式:

标准皇冠形瓶口；

公程容量:

640ml；

适应瓶形:

按国标形式；

工作制:

每年300天,每天两班；

生产类型:

成批生产。

2.4.2灌装压盖方式

灌装、压盖机的机械结构装置与PLC可编程控制、变频无级调速、人机界面等现代自动控制技术手段完整的结合，形成机电一体化。

　　1、控制部分改造方案　　国内很多啤酒厂家现使用的灌装、压盖机的控制系统的自动化程度参差不齐;所有手动按钮和工艺开关都设置在一个操作箱的面板上，PLC控制器大都为日本OMRON公司或三菱公司的早期产品，设备连锁控制、保护设置少，加之啤酒灌装的现场环境恶劣，潮湿度大，使开关等接触触点锈蚀严重，系统的信号检测部分故障率较高，造成设备控制系统运行的可靠性低，设备正常运行周期短等现象。

　　以实际改造的丹东鸭绿江啤酒有限公司的灌装、压盖机的控制系统为例，介绍改造方法，阐明改造这类设备的控制思想和思路;根据现场的实际工艺条件，重新编写了PLC的运行程序。

针对啤酒灌装、压盖机控制系统的实际状况，并根据现场的实际工艺条件，重新设计了设备的PLC控制系统。

这种改造方法和思路同样可以应用与其他液体介质灌装设备的改造。

　　1.1系统硬件配置　　使用日本三菱公司的FX2N128MRPLC替换原系统使用的2台OMRON公司的C60PPLC，原系统的PLC由于是老型号产品，和计算机联机需要配置特殊的通讯转换器，系统需要增加外部IO输入点时，扩展模块备件较难寻。

FX2N128MRPLC是集成128点IO的箱体式控制器，具有运算速度快，指令丰富、性能价格比高、联机编程简单、扩展方便等优点，是三菱FX系列中功能最强的小型控制器。

（1）采用三菱公司的900系列的970GOT人机触摸屏替换原系统使用的面板按钮并监控显示设备的运行工作参数。

970GOTHMI为高亮度的16色显，通过汇流连接和FX2N128MRPLC的CPU直接连接，实现快速回应。

具有许多维护功能，如列表式编辑功能、梯形图监控（故障查找）功能、系统监控功能等用来查找故障和维护PLC系统。

（2）灌装、压盖机的变频器在改造中没有更换，现场检测信号的手段仍然采用开关式检测，因检测开关长期工作在湿度很大的场合，因此选择电容式的接近开关，根据PLCIO端子的接线方式，选择PNP型的接近开关。

　1.2系统程序设计　　PLC控制器的程序设计重点和核心是围绕着酒缸的旋转速度控制和酒缸上60个瓶位相关位置的检测移位、破瓶、空瓶瓶位相关位置的检测移位和相关灌装阀等的控制。

其中的瓶位移位检测程序中，采用了三菱PLC位左移指令，驱动执行条件输入每一次由OFF-ON变化时，执行N2位移动，N2为移动的位数。

（1）瓶位移位子程序　　413LDX055;机器计数脉冲测量检测输入点　　414PLSM49;主电机转速测量检测输入点取上升沿微分后的位M49　　416PLFM301;主电机转速测量检测输入点取下降沿微分后的位M301　　418LDIM590;进瓶个数检测　　419ANIX005;连锁保护点　　420ANIX006;紧急停车保护　　421OUTM50;进瓶瓶位是否有瓶检测　　422LDM49;主电机转速测量检测输入点　　423SFTLM50M500K60K1　　瓶位移位检测　　采用PLC位左移指令，这条指令是整个子控制程序的核心之一，主电机和瓶位检测开关同步检测移动的酒瓶，主电机每转一周，正好对应酒缸转过一个瓶位，PLC内部单元内对应这60个瓶位的单元为M500~M559，单元个数用第一个字母K设置为K60，每次变化一位用第二个字母K设置为K1，M50反应了瓶位的空、缺位置，并将检测到的这个位置以电机转速的频率移位下去，在内部相应的单元内置“1”或“0”，控制相应的阀门和搅拌瓶盖的电机的开与停。

系统在连续检测90个空瓶位后，停止搅拌瓶盖的电机的运行，检测瓶位的个数可以根据用户的要求任意设定。

　　432LDX052　　出瓶位检测　　回转酒缸通过压力往瓶内背压装酒的过程中，空瓶在背压后，可能由于瓶子本身裂纹等原因导致突然爆瓶，这就需要检测出爆瓶瓶子的位置，在这个瓶位的位置进行打开吹扫电磁阀，喷出压缩空气，将瓶位上的碎瓶片吹离位置，在连续吹扫几个瓶位后，在打开喷射电磁阀，喷射出高压水注，在对破瓶位置周围瓶位连续喷射几个瓶位。

（2）实现爆瓶检测、控制的步进控制　　482LDX055;机器计数脉冲测量检测输入点　　483PLSM49;主电机转速测量检测输入点取上升沿微分后的位M49　　485PLFM309;主电机转速测量检测输入点取下降沿微分后的位M309　　486LDIM70;破瓶位置检测　　487ANIM071;连续破瓶位置检测　　488ANIX052;进瓶位置　　489SFTLM52M600K20K1　　破瓶检测和瓶位检测开关同步检测移动的破瓶，主电机每转一周，正好对应酒缸转过一个瓶位，PLC内部单元内对应这20个破瓶位的单元为M600~M619，单元个数用第一个字母K设置为K20，每次变化一位用第二个字母K设置为K1，M52反应了破瓶的位置，并将检测到的这个位置以电机转速的频率移位下去，在内部相应的单元内置“1”或“0”，控制相应的喷射和吹扫电磁阀开与停。

连续喷射和吹扫电磁阀的开听、停时间可以根据工艺要求任意设定。

　　系统自动化运行可靠的保障就是控制进出瓶盖的同步跟踪，既准确检测电机转速检测开关、破瓶检测开关和进瓶检测开关三个条件。

　　（3）970GOT人机触摸屏操作终端机的软件采用三菱公司的GTWORKS软件包，其中GTDesigner是一个用与整个GOT9000系列的绘图套装软件。

该软件包操作简单，事先可在个人计算机上组态并仿真调试，完毕后下载至人机操作终端机。

同时，因为人机界面又具有触摸屏的作用，将常用的开关设在显示屏上