包装生产线文字描述完成后第二次修改.docx
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包装生产线文字描述完成后第二次修改
包装生产线设计——大作业
课程名称:
包装设备
设计题目：
啤酒包装生产线
班级：
包装工程一班
设计者：
谭文庆
学号：
0820040113
授课老师：
王春芳
从广义上说：
包装生产线是由数台包装机和其他辅助设备联成的能完成一系列包装作业的生产线。
狭义上说：
包装生产线即包装自动生产线，它是按着产品包装工艺过程，利用分流、合流、储存、传送装置把包装机以及辅助设备连接起来而形成的，具有独立控制装置的包装生产系统。
我首先向大家介绍一下包装生产线，自动包装生产线主要由包装机、输送储存装置、控制系统和信号及检测装置等组成。
其中，自动包装机是自动包装线的最基本工艺设备；输送储存装置是必要的辅助装置，它们依靠自动控制系统来完成工作循环；自动控制系统是控制包装机和辅助装置，使生产线中各台设备工作同步，即包装速度、输送速度等相协同，从而获得最佳的工作状态，达到理想的包装质量和产量要求的系统；检测装置是通过检测传送带上包装物的状态（滞留量、正常姿态等），从而进行包装机的控制，或者是在包装机暂停时对传送带进行控制的装置。
在向大家简要介绍了包装生产线后，下面说说我设计的包装生产线。
我设计的是啤酒包装生产线。
之所以选择啤酒，最主要是因为啤酒包装是啤酒生产过程中重要的一环。
随着啤酒工业的不断发展，啤酒包装越来越受到人们的重视。
优质名牌啤酒的生产除了要有好的原料和先进的酿造工艺外，还必须具有技术先进的设备和引人注目的外包装。
一条质量好、技术先进、设计合理的包装生产线，既可生产出优质的产品占领市场，又可节约成本、降低能耗，提高经济效益。
一条好的啤酒生产线，应该具有最小的投资费用、最低的劳动强度、最高的经济效益，而生产线设计得合理与否，是能否达到这个目标的主要因素之一。
据我最进一个星期的网上调查，我发现目前，也就是上世纪80年代、90年代投入运行的包装线因使用年限已久，部分单机或输送系统已经开始陆续被淘汰，特别是大的啤酒集团并购的分公司、分厂众多，包装设备也要同时进行优化整合，有的需要更换单机，有的则需要更换输送系统并重新进行平面布置，这些都涉及到生产线的设计问题。
无论是单机更换或是整线的搬迁都会要求融入更多的新技术、新思路，因此设计及布置是否合理对生产线的使用状况及效率的高低都会产生重要的影响。
下面就从几个主要方面来谈谈我的啤酒包装生产线的设计。
1、啤酒包装车间的组成
啤酒包装机械是啤酒工厂的重要设备，是啤酒酿造过程的最后工序，它的好坏对啤酒的质量和外观有直接的影响，甚至关系到产品在市场上的竞争能力。
一个完整的包装车间应该由下列设备（系统）组成，见（图1）。
2、单机生产能力的选配
在生产过程中，啤酒包装生产线中的各台设备可能因种种因素而产生故障，造成临时停机影响全线的生产效率。
因此，在购买设备时，对停机频次较多的设备，其生产能力应选大些，以弥补停机造成的时间损失。
我们通常以杀菌机为基准，其前后设备的生产能力应逐级递增10％，如（图2）所示。
如果没有杀菌机，应以装瓶压盖机为基准，其前后设备的生产能力应逐级递增10％。
这里为什么我要以杀菌机（装瓶压盖机）为基准呢?
我解释一下，其主要意义在于：
杀菌机前的各台设备能保证提供足够的瓶子给杀菌机，使杀菌机以100％的能力运转，并保证杀菌机后各台设备发生短时间的停机都不会影响杀菌机的运行。
从这个意义来说，杀菌机（或装瓶压盖机）的生产能力即是包装生产线的公称生产能力，其它设备的生产能力必须与它相匹配，包装生产线才能获得最大的效率。
所以我才会以杀菌机（装瓶压盖机）作为基准的。
3、生产线的平面布置
啤酒瓶装车间的平面布置反映了车间设备布置尺寸及其相互间的关系。
。
以前，瓶装车间的平面布置往往被大家所忽略，认为只要把几台主要的设备用链板连起来就行了，其实这是非常错误的。
因为在啤酒生产过程中，设备布置的合理与否直接关系到能否合理利用厂房、能否节约资源、能否提高劳动生产率及整线效率、能否减少污染等问题。
不合理的布置除了会增加投资费用外，还会造成劳动效率及整线生产效率的降低，增加生产损耗，增加产品成本或引起成品、半成品的污染以及降低车间卫生条件等。
因此对车间设备的平面布置必须给予高度的重视。
那么，如何才能对包装车间进行合理的平面布置呢?
我总结了以下几点：
1、必须具备平面布置设计的条件。
换言之，也就是需要安装啤酒生产线的工厂或公司提供如下资料：
（1）、车间建筑平面图；
（2）、生产线规模及生产工艺流程要求；（3）、设备项目配套情况和它们的相关资料；（4）、用户要求等。
2、必须遵从下列原则：
（1）、保证生产工艺流程的流水性，设备间隔合理，布置紧凑，合理使用场地，节省投资费用；
（2）、各台设备操作人员应尽量集中在一个公共的操作场地，既便于操作人员之间互相照应，又可达到一个人操作两台机而减少操作人员的目的；（3）、操作人员应有较宽敞的操作空间，通道顺畅，具有良好的通风采光及安全设施，即具有一个安全而又舒适的工作环境；（4）、输送系统应具有较大的缓冲时间和储存能力，瓶、箱运行顺畅；（5）、应有一定的周转箱堆积场地及足够的维修空间；（6）、如果条件允许，最好预留扩大生产的余地。
3、选择合适的平面布置形式。
啤酒包装生产线的平面布置设计因生产、设备、场地等条件及用户的实际使用情况不同而不同，并没有固定的形式。
不过归纳起来，基本上可分为两类：
（1）、一字形布置。
车间建筑一般为长方形，空瓶从车间的一端输入，经卸垛、卸箱、洗瓶、装瓶压盖、杀菌、贴标、装箱（或纸箱包装机）和码垛机后，成品从车间的另一端输出。
塑料箱则从卸箱机输出，经洗箱机（或翻箱机）进入装箱机装箱。
包装线设备布置基本成一字形，称为一字形布置或直线布置。
此种布置形式的优点是：
a．污瓶区与成品区分开，成品酒不会受到尘埃的污染；b．潮湿区与干燥区分开，成品酒不易受潮，标纸干燥较快。
缺点是卸垛机与码垛机各在一端，垛板输送路线长，占用的场地面积过大，投资费用较大。
（2）、U形布置。
车间建筑近似方形或长方形，空瓶输入和成品酒输出在车间的同一端或同一侧。
包装设备流程布置呈U字形状，称为U形布置。
此种布置形式的优点有：
a．卸垛机与码垛机之间的木板输送路线短，可节省投资；b．卸垛机与码垛机在同一端，铲车可交替使用；c．可在两台设备中间设置公用的维修场地，车间利用率高。
缺点是污瓶区与成品区在车间同一端（或一侧），成品酒会受到尘埃污染。
接下来，我向大家展示我设计的啤酒包装生产线中的2条工艺路线，分别是
（1）、啤酒输送系统的设计。
（2）、啤酒装箱后，输箱系统的设计。
1、输送系统的设计
据记载，国外瓶装生产线的效率大多都超过80％，而我国国标规定的仅为70％。
虽然造成这一结果的因素很多，但输送系统设计得合理与否却是其中的重要因素。
在现实生活中，输送系统就好像是高速公路：
“车好，路好，车才能跑得快”。
同样，一条好的包装生产线只有在好的输送系统配合下才能发挥出最大的生产效率。
下面就来谈谈输送系统的设计要点：
1、输瓶系统的设计：
（1）、储瓶能力（以时间计）各台设备之间输瓶带能力的设计除满足生产线所要求的输送能力外，还应具有一定的储瓶量，缓冲时间就是这一储瓶量在前一台机器停运时，后一台机器尚能运行的时间。
实践经验表明，在设备性能良好的情况下缓冲时间一般为1．5—3分钟。
生产线输瓶系统的缓冲时间见（表1）。
（2）、输送速度
为了确定输瓶带的最小输送速度，有人曾做了一个实验，得出（图3）所示的曲线——输送速度与缓冲时间的关系图。
从图中可看出，输瓶带的缓冲时间在输送速度低于0．2m／s的范围内急剧下降，仅仅用增加输送带的排数补偿，故输瓶线速度应高于0．2m／s。
在探讨输瓶带的最大速度值时，德国KHS公司曾用不同瓶子的撞击做了一个实验，得出（图4）所示的曲线——瓶子撞击噪音与输送链速度的关系图。
图中数据是各种瓶子在实验输送带上运行的速度介于0．3m／s至1．4m／s时，其撞击噪音在距离l米处测定的。
由图中可知，噪音随着输送速度的增加而呈曲线增加，根据瓶子对人及环境的影响，瓶子输送速度应不高于0．5m／s为宜。
当然，输送速度过高还会影响瓶子运行的稳定性，增加瓶内压力，容易引起倒瓶、破瓶现象的发生。
根据以上分析，输瓶带速度最好在0．2～0．5m／s之间。
对于多列变少列的输瓶带，为了防止瓶子堵塞，各列带的过渡应有个合理的速差，一般相邻之间输送带速度差为0．3～0．4m／s。
当人工验瓶时，输瓶极限速度为80～100瓶／分；当光电验瓶时，输瓶速度可达100～800瓶／分。
（3）、布置与衔接
在一条啤酒包装生产线中，各台设备的输入输出口输瓶带列数和标高不尽相同，输瓶系统会由多列变少列，或少列变多列、分流与合流、90度转弯及瓶流由高到低或由低到高等各种各样的布置与衔接形式。
这些衔接位置最容易发生倒瓶、堵瓶等故障，对整线生产效率影响很大。
因此，必须进行合理的设计：
1、同列数平行段之间的过渡。
如（图5a）所示，直线输瓶带由于受到减速机功率等因素限制，并考虑到减少瓶子之间的挤压力，输送带不可随意加长。
当一台减速机带动的输送带过长时，应采用同列数平行过渡的组合形式。
此种形式中间不用过渡板，瓶子输送不存在无动力点，瓶流可顺畅平稳地往前流动。
2、多列变少列平行段之间的过渡。
如（图5b）所示，由于某种需要（如验瓶），直线输送带的多列瓶流需要变为少列往下游输送时，一般采用平行过渡的衔接。
此形式由于瓶流通道变窄，容易发生卡瓶。
为解决卡瓶故障，需在导向栏杆锥口位置设置搓瓶器，在搓瓶器的作用下，瓶子会产生切向滚动，使卡住的瓶子自动释放。
同时，输送速度V2必须大于V1，在速差作用下，瓶子不容易发生堵塞。
3、分路过渡段。
如（图5c）所示，当分路验瓶（酒）或杀菌机输入端为上、下层时，需要使用分路过渡段。
这种从一路分为两路的过渡段，分支点应设置在过渡段中间的位置，分支导向栏杆的端部应为圆弧形，以避免发生卡瓶及降低撞击应力和噪音。
4、90度转弯的衔接。
布置形式如（图5d）所示，其中：
工型：
可自动排除玻璃碎片，一般采用此种联接。
Ⅱ型：
玻璃片会继续往下游输送，或者输送到主机的入口而造成故障，最好不要采用。
Ⅲ型：
多列带变为少列带，必须上游多列缩小为与下游段列数相同，同时在锥口位置必须加搓瓶器，此种联接常用于杀菌机出口。
IV型：
90。
转弯输送链。
此种联接无过渡板，输送顺畅且无滞留瓶，是目前最流行的衔接方式。
但输送较脏的回收瓶时，在卸箱机至洗瓶机段尽量不要采用此种衔接，以免引起链带翻起造成停机甚至伤人。
5、倾斜段。
当两台主机的标高不同时，需采用倾斜段来过渡。
为保证瓶子在输送过程中的平稳性，输送倾角应小于3度。
6、装瓶压盖机、贴标机出入口的布置。
它们共同的特点是：
出入口均为单列瓶，进出瓶处瓶距等于星轮节距，输送速度等于星轮线速度。
无论是瓶子从慢速运行的多列带上运行到高速运行的单列带还是从高速运行的单列带运行到慢速的多列带时，都会产生较大的冲击，常常会发生破瓶和较大的撞击噪音。
为避免这些现象的发生，应逐级改变瓶子的运行速度。
当生产线的公称能力较小（≤20，000瓶／时）时，可采用类似（图5e）所示的布置形式。
其输送速度：
V1v2’>V3‘>v4’（逐级减慢）。
当生产线的公称能力较大（>20，000瓶／时）时，建议采用类似（图5f）所示的无压力输送系统。
此系统应用速差及光电自动控制的原理，将多列带上输入无压力汇集段的瓶子经输送链道的逐级加速，把多列瓶子迅速拉开，让瓶子顺着导向栏杆依次排成单列，顺畅地输入主机。
因瓶距大于瓶子直径，故瓶子之间无挤压力。
无压力输送系统的使用对减少高速运行瓶子间的撞击、降低噪音、提高输送能力具有极为重要的意义。
（4）、瓶流控制
为了防止瓶子堵塞、减少瓶子间的挤压力和降低噪音，输瓶系统必须具有合理的瓶流自动控制系统。
下面介绍两种比较常见的控制方法：
（1）、重捶感应开关控制
瓶流由减速机的停或开所决定。
如（图6a）所示为任一组合段，减速机M1受重捶感应开关F1、F2控制。
当F1、F2受压时，M1停止运转；当F2释放时，M1恢复运转。
若M1可变频调速，则当F2受压时，M1以慢速运转；当F1、F2受压时，M1停止运转；当F2释放时，M1恢复高速运转。
（2）、模拟量开关控制
如（图6b）所示，M1为变频无极调速减速机，F2为模拟量开关控制装置。
当瓶流堆积到B端时，M1开始降速；当瓶流继续堆积至感应开关F1受压时，M1就停止运转。
当F2的A端开始释放时，M1就开始恢复慢速运转；当F2继续释放时，Ml继续升速；当F2的B端完全释放时，M1就恢复高速运转。
输瓶线中的瓶流绝大部分可采用重捶感应开关来控制，而模拟量感应开关主要用在洗瓶机入口及无压力输送前的瓶流控制。
应当特别注意的是，与灌装机、贴标机出入口连接的输瓶带，必须有若干台减速机可变频调速，其速度快慢的调节受主机的控制且与主机同步运行。
2、输箱系统的设计
输箱系统作为卸垛机、提箱机、卸箱机、洗箱机、装箱机、降箱机、码垛机等设备的中间连接，与输瓶系统相比相对简单些，但设计时也要注意如下几点：
（1）、输送形式的选用
输箱系统常见的有平顶链式、皮带式、滚筒式等。
平顶链式输箱具有输送平稳、结构紧凑、输送负荷较大、输送速度高等优点，输送塑箱时常采用此种形式；皮带式输送具有很大的摩擦吸附力，常用于倾斜段的输送；为减少箱体底部的磨损，输送纸箱时常采用滚筒式。
当采用滚筒输送时，为保证箱子输送平稳，滚筒的节距应小于被输送箱体长度的1／3，即被输送物体任何时候至少都要压在3支滚筒上；当箱子在倾斜段输送时，为保证输送过程中的稳定性，输送倾角应小于20度。
（2）、储箱能力（以时问计）
箱子输送和瓶子输送一样，也有缓冲时间的问题，应具备一定的储存能力。
实践经验证明，最佳的储箱能力为：
卸垛机100秒——》卸箱机90秒——》洗箱机100秒——》装箱机100秒——》码垛机。
（3）、箱流控制
为保证包装线设备的高效率运转，提高整线效率，对箱子的输送也必须进行自动控制。
我下面介绍两种控制方法：
（1）、一点控制法
如（图7）所示，减速机M1受光电开关S1控制。
当Sl处箱子减少时，减速机M1正常运转；当S1处箱子增多时，s1被遮挡约3秒后，M1停止运转；当S1处输箱带上箱子走空后，Ml又开始运转，继续向前输送箱子。
其它段的减速机M2、M3等也如M1那样分别受相应的光电开关s2、s3等的控制。
一点控制法的特点：
是每台减速机所带的段与段之间的箱子有一定的间隙，箱子不会太拥挤，但每次停机时间比较长，输箱带的储箱量不能得到充分的利用。
（2）、两点控制法
如（图7）示，减速机M2受光电开关s2和S3控制。
当s2被遮挡3秒，s3也被遮挡3秒后，减速机M2停止运行；当s2检测到该处箱子走空后，M2又开始运转，继续向前输送箱子。
两点控制法的特点：
是每台减速机所带的段与段之间的箱子几乎没有间隙，输箱带的储箱量得到充分的利用，但每次停机时间较短，箱子之间比较拥挤。
上述两种控制方法均有优、缺点，设计时可考虑：
转弯带和负载重的输箱带采用一点控制法，而直带和负载轻的输箱带采用两点控制法。
最后，我再向大家介绍在设计中用到的2台包装设备，分别是装瓶压盖机与杀菌机包装设备。
1、装瓶压盖机
本机适用于啤酒、汽水及其它含气饮料的装瓶压盖，同样可用于不含气液体的装瓶压盖。
装瓶压盖机的工作原理与过程是：
本机采用微机程序控制，其中的灌装部分和压盖部分采用变频同步控制即变频无级调速，实现同步运行，传动系统简单，运转平稳，噪声小。
当传动系统将啤酒瓶送到预抽真空系统时，其采用短管式二次抽真空（SVF），并以二氧化碳作为背压的灌装工艺对其进行抽真空，有效地减少了啤酒与空气的接触，降低了啤酒中氧气含量，可以很好地保证啤酒风味及质量。
而采用的短管顶真空灌装阀保证了液面一致，酒损耗挥发小，而且压盖头有过载保护装置，降低了因瓶子高度误差造成的破瓶率。
但若有破瓶出现，在装瓶压盖机中有破瓶自动清洗装置，进行内部清洗，因而进行内部清洗亦简单方便，可以很好地保证清洁、卫生。
装瓶压盖机的内部结构包括：
1、高压激泡装置，用于排除瓶颈空气。
2、破瓶自动喷冲装置，用于对破瓶进行处理。
3、其内部的酒缸与压盖头具有自动升降功能，适应不同瓶高的调整。
4、采用开放式卫生型压盖头，可进行全方位清洗。
5、配备自动润滑装置，按程序定时、定量对各部件输送润滑脂，进行自动润滑。
6、采用一体式卫生型星轮结构及卫生型导瓶板，清洗容易。
7、具有无瓶不抽真空的控制阀，既没有真空损失又能提高工作效率。
8、采用磁吸式拌盖装置，能减少瓶盖变形。
9、采用悬臂式卫生型托瓶汽缸，克服灌装时因破瓶洒液引起二次污染。
10、控制系统的监控操作采用人机界面，提高了工作可靠性。
由文字、图形及指定的PLC信号所形成的多幅操作图面，便于操作，利于维护。
11、根据装瓶压盖机出入口处输送带上的瓶子聚集数量的多少，配有接近开关检测和自动调节本机速度的装置。
12、采用倾斜式操作平台，有利于对啤酒瓶进行压盖。
2、杀菌机
杀菌机也是啤酒包装生产线上重要组成部分，在啤酒包装生产线上杀菌机的主要任务是杀死残存于酒液中的酵母菌和其它杂菌，保证啤酒的生物稳定性，从而使有利于啤酒的长期保存。
杀菌机的工作原理与过程是：
由Pt100铂热电阻和温度变送器将各个区域需要的温度设置好，转换为4—20mA信号输入到编程控制器中，各温区水泵压力经分配器和电磁阀进入压力变送器转换为4—20mA信号后，由可编程控制器顺序采集。
可编程控制器一方面进行输入输出数据处理、PID运算，另一方面将各种信号传入上位机。
上位机作为人机界面，可以实时监视杀菌过程的运行状况和各种参数，提供报警、历史趋势图和数据档案报表，并且可由操作员设定PU值，计算机据此计算出各温区喷淋水温度的设定值。
即当输入温度信号经PID运算后，则由可编程控制器输出标准电控信号（0-24VDC）给电磁阀，电磁阀将电控信号（0-24VDC）转换成气控信号（20-100KPa），最后由气动薄膜阀执行自动调节，以控制冷却水或通过热交换器的蒸汽量，使各温区温度得到控制。
在可编程控制器内，各温区输出信号与水泵联动，即只有当水泵工作，继电器闭合时，气动薄膜阀才能执行自动调节，否则，调节阀将自动关闭。
此外，对杀菌恒温区和最高温区而言，若生产线上的某一环节发生故障，输瓶机构停止工作，系统将根据停机时间的长短自动调节温度设定值，确保杀菌质量。
当杀菌机高温区水温高于或低于设定值2摄氏度时，或者恒温区的温度高于或低于预设值时，杀菌机会自动弹出报警画面，提示操作员注意，起到安全保险的效果。
杀菌机的内部结构包括：
1、机电和气混合型温度自动控制系统；2、一体化温度变送器；3、下位机（可编程序控制器）；4、上位机；5、电磁阀；6、气动薄膜阀；7、打印机；8、压缩空气过滤减压阀；9、压力变送器；10、气路等。
这就是我向大家介绍的2台主要的包装设备。
总结：
以上就是我设计的啤酒包装生产线。
由于我的能力有限，再加上知识范围的局限，设计的地方难免有许多的不足与问题，在这里希望老师谅解！
我的参考书目是《包装机械概论》（第二版），《啤酒工业手册》（郭敦仪主编），《食品包装机械学》（孙凤兰主编）
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