饮料灌装封盖机器.docx

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饮料灌装封盖机器

1绪论

1.1课题背景

1.1.1灌装线压盖机的背景

液体灌装是包装的重要组成部分，主要包括液体灌装是包装的重要组成部分，主要包括在食品领域中对啤酒、饮料、乳品、白酒、葡萄酒、植物油和调味品的包装，还包适洗涤类日化、矿物油和农药等化工类液体产品的包装。

液体灌装机械有相当一大部分用于食品行业，尤其是饮料制造业。

灌装机广泛应用于食品工业中的汽水，啤酒和果汁饮料等产品的装填灌注。

其型号规格繁多，按包装容器的输送形式可分为旋转型灌装机和直线型灌装机两大类。

旋转型灌装机一般采用连续式灌注形式，即包装容器在运行中自动完成灌注动作，因而其工作效率可设计得很高。

直线型灌装机普遍为间歇式动作式机型，包装容器运行至灌注部位时有一个停歇动作，等待灌注，其效率相对旋转机型要低，但灌装平稳，不易溢出，包装质量较易保证，而且相对于旋转机型而言，其结构较简单。

旋转型灌装机的主要部件是灌装机构，亦称灌装阀或灌装头。

根据不同的物料，灌装形式有所不同，因此对应的灌装机构的设计也有多种多样。

按灌装形式划分，可把灌装机分为常压灌装、等压灌装、真空灌装、加压灌装等机型。

它们的根本区别在于供料装置及灌装机构的设计各具特点，从而使灌装的形式各异。

旋转型灌装机一般设计有多个灌装头，以提高生产率。

灌装头数少至6头，多至60头以上。

随着灌装头数的增加，灌装能力也不断提高，一些机型已超过30000瓶/h的生产率。

灌装机械技术发展迅猛，呈现出技术水平高、功能多、大型化、高速化、结构简单化等特点。

美国、德国、日本、意大利等国的灌装机械技术水平较高，我国的灌装机械经历仿制、引进、消化吸收、自主创新的开发过程，发展很快，不断缩小与国外先进技术水平的差距。

1.1.2灌装机的分类

1．根据灌装方法的不同，可将灌装机械分为四类：

（1）常压灌装机。

在常压下将液体产品充填到包装容器内的机器称常压灌装机，它只适宜灌装低粘度不含气体的液体产品，如白酒、醋、酱油等。

（2）负压灌装机。

先将包装容器抽气形成负压，然后再将液体产品充填到包装容器内的机器称负压灌装机。

负压灌装机分为两种：

①压差式负压灌装机。

贮液箱内处于常压，只对包装容器抽气使之形成负压，依靠贮液箱和待灌容器之间的压力差将液体产品充填到包装容器内的机器。

称为压差式负压灌装机。

②重力式负压灌装机。

将贮液箱和包装容器都抽气形成负压，液体产品依靠本身的自重充填到包装容器内的机器，称为重力式负压灌装机。

负压灌装机适用于灌装含维生素的饮料、有毒的农药和化工试剂等。

（3）等压灌装机。

先向包装容器充气，使其内部的气体压力和贮液箱内的气体压力相等。

然后将液体产品充填到包装容器内的机器称为等压灌装机。

它适用于灌装含气饮料和含气酒类，例如汽水、可口可乐、啤酒、气酒等。

它可以保证灌装产品的质量和计量精度。

（4）压力灌装机。

压力灌装机是利用外部的机械压力将液体产品充填到包装容器内的机器。

它适用于灌装粘稠性物料，例如牙膏、番茄酱、豆瓣酱、香脂等。

2．根据灌装机中包装容器的供送方式的不同，可将灌装机械分成两大类：

（1）直线型灌装机。

在灌装时，包装容器由一个工位直线式间歇地运动到另一个工位，并在停歇时完成灌装的机器称直线型灌装机。

（2）旋转型灌装机。

这种类型的灌装机在包装容器进入灌装工位后，围绕工作台回转一周，作等速回转运动，并完成灌装。

1.2国外的发展状况

1.2.1我国灌装机械的发展状况

灌装线压盖机构是属于饮料包装机械，是包装机械的一个组成环节，而我国的包装行业起步比较的晚，那么压盖机构的起步也相对比较的晚。

饮料包装行业在我国是属于一个比较新兴的工业，80年代初期刚刚起步，刚开始这一行业不被人们所重视，底子很薄弱，而且技术发面也极为不足，是一个比较分散的行业。

但是，随着商品流通领域的扩大，包装的作用已经被企业所重视，并成为国名经济的组成部分。

经过“七五”、“八五”、“九五”至今的发展，我国的包装机械压盖机发展迅速，已经走完了发达国家的30~40年的历程。

今天我国的此行业已经达到发达国家的80年代中期的水平，而且有些甚至已经达到国际水平，比如：

我国的GY126/124灌装压盖机和双端式洗瓶机为核心的4万瓶/小时瓶装生产线，该生产线为目前国内技术最先进、性能最好、速度最快的啤酒瓶装生产线之一，此外还有GY80A灌装压盖机，它的性能也非常的好而且稳定。

但是这是我国极为先进的水平，还没有应用推广至全国，许多的企业的压盖机还是比较的落后，生产水平比较的低，还有许多手动和脚踏式的人工压盖机，因此还需要进行提高和改进。

1.2.2国外压盖机的发展状况

美国是世界上包装机械发展历史最长的国家，早就已经形成了一个独立完整的包装机械工业体系。

美国的产品以高、大、精、尖居多，而且他们对一个或两个产品领域进行专门的研究、实验和制造，以达到精益求精。

每一种产品开发和技术创新的投入都比较大，每年的销售也都有增加。

其中压盖机就是美国新型包装机械产品中增长速度最快之一。

德国也是包装工业发展发达的国家之一，尤其是德国在啤酒和饮料灌装等设备居于领先地位。

它们的产品具有高速、成套、自动化程度高、可靠性好的优点。

德国的包装机械压盖机之类的广泛的采用机-电-气，机-电-液等一体化方面的技术，生产水平先进且效率也高。

意大利也是包装机械发展水平高的国家之一。

意大利机械主要特点是性能优良、外观考究、价格便宜。

意大利的压盖机机械多采用自动控制系统进行生产，如用微机和PLC（可编程控制器）等系统。

日本的这一行业也发展迅速，它以技术先进、性能优良、质量可靠而闻名于世。

日本将微机控制、工业机器人技术、模块化技术等应用于包装机械中，大大提高了竞争能力。

日本的包装产品中，以中小型单机为多，其中的封盖机体积小、安装容易、操作方便，自动化程度也很高。

总之，在包装行业包装机械方面，国外的发展水平非常的先进，他们的一体化、自动化等控制已经广泛的应用，这使得国外的包装机械人工劳动强度小，生产效率高，而且生产可靠性又非常高。

1.3设计灌装线压盖机的目的和内容

1.3.1设计灌装线压盖机的目的

压盖机是我国包装机械中的一个组成部分，也是饮料灌装线的必不可少的一个环节。

压盖机的效率必然要影响整个灌装机械的效率，如果供盖系统和压盖机头出现问题必然会影响灌装机械的整体效率。

随着社会经济的发展，生产水平的不断提高，而且市场竞争日趋激烈，对于压盖机构的要求也相对较高。

所以设计研究的压盖机要做到工作可靠、易于拆装、使用维护方便是非常必要的。

作为毕业设计，设计其也要达到的毕业设计目的有：

1）综合运用机械设计课程，系统设计课程及其它有关专业课程及选修课程的理论和生产实际知识相结合，设计出能在实际中使用的机器，从而使所学专业知识得到进一步巩固、加深和扩展。

2）在本次设计实践中学习和掌握通用机械零部件，机械传动及机械设计的基本方法与步骤，使我们在工程设计能力，分析问题，解决问题以及创新能力都得到了提高。

3）本次设计主要由计算机绘图完成，所以涉及在计算，制图，运用设计资料，考虑技术决策等机械设计方面的基本技能。

1.3.2设计灌装线压盖机的内容

灌装线压盖机的设计是一次较为全面的机械设计训练，其性质、内容以及考验学生设计能力的过程可与专业课程设计或工厂的产品设计等同。

本次设计是比较全面的设计，为提高工程设计能力和以后更复杂的设计工作打下了良好的基础，培养了我们在设计全过程中严肃认真，刻苦钻研，一丝不苟，精益求精的精神，使我们在设计思想，方法和技能各方面都获得较好的锻炼与提高。

善于掌握和使用各种资料，如参考分析已有的结构方案，合理选用已有的经验设计数据，也是设计工作能力的重要方面。

然而，任何新的设计任务总是有其特定的设计要求和具体工作条件。

因此本次设计不是盲目地，机械地抄袭资料而是经过具体分析，吸收新的技术成果，注意新的技术动向，创造性的进行设计而成的。

1.3.3研究此项目的意义

我国的灌装机械制造业，经历了仿制、引进技术、消化吸收、创新、自主开发的过程，技术进步及创新的速度更快，而且在不断缩小与国外先进技术之间的差距。

但与外国先进的技术相比仍有不小差距，研究此方案是希望为我国的灌装机械发展尽一份微薄之力。

压盖机是我国包装机械中的一个组成部分，也是饮料灌装线的必不可少的一个环节。

压盖机的效率必然要影响整个灌装机械的效率，如果供盖系统和压盖机头出现问题必然会影响灌装机械的整体效率。

随着社会经济的发展，生产水平的不断提高，而且市场竞争日趋激烈，对于压盖机构的要求也相对较高。

所以设计研究的压盖机要做到工作可靠、易于拆装、使用维护方便是非常必要的。

2等压灌装压盖机总体方案设计

2.1设计要求及基本参数

用途：

灌装压盖含气饮料瓶（如啤酒、汽水、汽酒等）。

容器瓶规格：

瓶口内径为15mm以上，瓶的外径为50～100mm，瓶的高度为160～370mm。

生产能力：

15000～22000瓶/h

整机重量：

约4000kg

外形尺寸（长×宽×高）：

3200×2000×2800mm

灌装方式：

等压灌装

包装容器的传送形式：

旋转连续型

设计要求：

生产效率高，工作可靠性强，使用寿命长和噪声小。

2.2工艺分析及传动方案

灌装机的功能是将饮料装入容器内并进行封口。

对于碳酸饮料，灌装机应能保证在灌装过程中尽量减少二氧化碳的损失量，这是衡量等压灌装机性能的重要标志。

饮料中的二氧化碳是通过混合机在高于大气压的条件下溶入的，这给灌装带来了困难。

如果按照常规方式灌装，由于压力的变化，必然造成二氧化碳的大量外逸，不仅会使饮料的含气量降低，而且会产生灌装中的涌瓶冒沫现象，严重时灌装将无法进行。

为了避免这种情况，碳酸饮料（包括啤酒）必须采用等压灌装：

首先通过灌装阀中的气阀向容器内充气，待容器内的压力与灌装机贮液箱上腔的背压相等时（背压为贮液箱上腔充入的高于二氧化碳混合压力的二氧化碳气体压力），灌装阀中的进液阀打开，饮料靠其自重流入容器内。

在这个过程中，溶入饮料中的二氧化碳的压力基本没有发生变化，有效地防止了饮料中二氧化碳的外逸，保证了灌装的顺利进行。

结构简单的等压灌装阀的灌装过程大致为5个步骤。

（1）瓶阀对中密封。

空瓶被输送至与灌装箱等速转动瓶托上，瓶托沿弧形控制板（凸轮）上升，阀的控位圈罩住瓶颈，回气管插入瓶中，瓶口与阀的密封圈靠瓶托气缸的气压密封。

（2）开阀充气等压。

专门机构打开灌装阀中的气阀，贮液箱上腔的二氧化碳气迅速充入瓶中，贮液箱上腔与瓶内形成等气压。

（3）进液回气。

在弹簧的作用下，进液阀自动开启，靠液体的自重，在回气管上分水环的作用下，液体呈伞状沿瓶壁注入瓶中，瓶内气体随压力的增高由回气管返回贮液箱上腔。

（4）进液停止，关阀泄压。

瓶内液面上升封住回气管的气孔后，瓶颈处气压逐渐高于贮液箱上腔气压，进液停止，关阀机构关闭灌装阀。

泄压弧形板顶开阀上的排气塞，将瓶颈处气体均匀缓慢排出，此时要避免泄压过急或不充分的现象发生。

（5）灌装结束。

瓶子脱离灌装阀之后被拨盘导出灌装系统，进入封口装置。

图2-1为结构简单的等压灌装阀工作状态的示意图。

（a）瓶阀对中（b）开阀充气等压（c）进液回气（d）关阀泄压（e）灌装结束

图2-1等压灌装阀工作状态示意图

2.2.1工艺方案分析

液体等压灌装机主要用于啤酒、汽水、汽酒等含有碳酸气饮料的灌注作业。

这一类液体饮料在加工生产过程中，按工艺要求，需要在一定的温度和压力之下，通入CO2气体，并使它溶于液料中呈饱和溶解状态。

含气饮料包装后，在贮存、运输过程中，应保证深入的大量气体不会泄漏，并且在开启饮用时能以泡沫形式大量逸出，以给人清凉舒爽的感觉。

这是含气饮料的一大特点。

因此，在进行含气饮料包装过程中，不但要保证严格的卫生要求，而且在灌注封口过程中，要最大限度地避免CO2气体的逸出损失。

因而，采用常压式的重力灌注是不适宜的，而真空灌注也不能满足要求，为此，必须采用一种专门的灌注形式——等压灌注。

所谓等压灌注，就是在待灌装瓶中预加压力，首先建立起贮液箱和装料瓶间的等压，即相应于含气饮料中气体溶解的饱和压力，然后在此等压状态下实现装料灌注。

2.2.2工艺过程与传动布置

整机运行的工艺过程如图2-2所示。

待灌装的空瓶由链板式输送带5连续的送入机器，经过变螺距分瓶螺杆7时，瓶子被定位开关送入进瓶星形拨轮8。

星形拨轮将瓶子一个个依次拨入灌装机的升瓶机构4的托板上，瓶口对准灌装阀2，并随回转台3作回转运动。

在转动惯量过程中，瓶子随升瓶机构逐渐上升，使瓶口顶压灌装阀口，进行装填灌注。

灌装完毕的瓶子随升瓶机构下降，然后由中间星形拨轮9拨出，随即转入封盖机12，并随封盖回转台10旋转，在运行过程完成封盖。

封盖完毕后，瓶子由出瓶星形拨轮11带出，转到链板输送带上，最后送出机外。

1-贮液箱2-灌装阀3-灌装回转台4-升瓶机构5-输瓶链带6-瓶子7-分瓶螺杆

8-进瓶拨轮9-中间拨轮10-封盖回转台11-出瓶拨轮12-封盖部分

图2-2灌装封盖工艺过程示意图

图2-3所示是灌装封盖机传动平面布置图。

由图示可见，在工作台1上，以灌装部分5为主体，经中间拨轮7过渡到封盖部分8，通过进瓶拨轮4及出瓶拨轮9与输瓶链带1衔接。

瓶子随各部分机构沿箭头方向运行，循序完成灌注封盖作业。

1-输瓶链带2-分瓶螺杆3-工作台4-进瓶拨轮5-灌装部分

6-弧形导板7-中间拨轮8-压盖部分9-出瓶拨轮

图2-3灌装压盖机传动平面布置图

2.3总体结构的设计

图2-4所示是等压式灌装压盖机总体结构图。

图示是用于啤酒灌装的，采用“三室”等压灌装阀的形式。

这种机型的灌装头数为60个，封盖头数为6个，整体结构庞大而笨重。

为此，灌装回转台采用大型的齿圈，内配滚动轴承作为支承及传动件，以利于简化传动系统，使总体布局紧凑合理，从而保证运转平稳。

如图示，料液由进液管1输入，经中心管8和多根连通管进入环形酒缸13。

酒缸底部周边均匀固装有60个灌装阀12。

回转台7的周边对应灌装阀安装有60个酒瓶升降机构。

回转台与齿圈固联，通过滚动轴承4支承在机座上。

动力由主电机输出，通过传动机构驱动齿轮，进而带动齿圈，从而使回转台运转。

由于回转台与环形酒缸通过机构连接在一起，因此，环形酒缸和灌装阀也随同旋转。

等压灌装和升降机构所需的压缩空气由管11和管10输入，灌注完成后，瓶口压力通过回气管17排出卸压。

分配头15的作用是在灌装运行过程中，切换各气路的通道，以实现程序自动转换。

待灌装的空瓶通过链板输送带输入，被分瓶螺杆和星形拨轮逐个送到回转台的托瓶台上，随回转台一起旋转。

在运行过程中，依靠灌装阀12和控制机构连续完成自动灌装。

最后灌装完成的瓶子通过中间拨轮进入压盖装置18中完成压盖工序。

为了适应各种规格的瓶子的灌装需要，环形酒缸和灌装阀的工作高度必须可调，为此设计有高度调节机构9，通过独立电机驱动调整酒缸、灌装阀及其控制机构的高低。

1-中心管2-凸轮台3-下箱体4-轴承5-工作台6-升降机构7-回转台8-输液中心

9-高度调节机构10-压缩空气管11-等压灌注充气管12-灌装阀13-环形酒缸14-预充气管

15-分配头16-平衡气压管17-瓶口压力回气管18-压盖装置19-压盖回转台20-回转轴

图2-4等压式灌装压盖机总体结构图

2.4等压灌装机的选用原则

等压灌装机的灌装阀数量，各制造厂均已形成系列，按经验公式计算灌装机的生产能力，计算生产能力的经验公式为

式中

——生产能力（瓶（灌）/min）；

——灌装阀数量（个）；

——灌装角度（°）；

——实验所确定的灌装时间（s）。

计算出的生产能力作用下述舍去法进行圆整。

当

>200（瓶）罐/min时，按20圆整；当100（瓶）罐/min<

<200（瓶）罐/min时，按10圆整；当50（瓶）罐/min<

<100（瓶）罐/min时，按5圆整计算。

灌装角度

是指灌装机自开阀至关阀的有效工作角度。

随灌装数量的增加，灌装缸直径的加大，

也会增加。

所以，灌装阀数量增加后，生产能力并不是成比例地增加。

等压灌装阀一般不太容易通过实验的方法确定灌装时间

，经常用灌装速度进行估算。

而灌装速度受阀的结构、制造工艺水平、调整精确度的影响，甚至受饮料的含气量、温度及饮料品种的影响。

国内等压灌装阀的灌装速度为100mL/s~120mL/s，质量好的可达140mL/s~160mL/s，国内先进水平为200mL/s。

这样通过容器的灌装量与灌装速度的比值，可以计算出灌装时间

。

但要注意，如果容器较小，就要进行修正，即当

<4s时，按

为4s计算生产能力。

3等压灌装压盖机输送装置设计

3.1链条输送装置

本灌装机采用链条输送装置，该链条输送机是用环形链条作为牵引构件的输送装置。

环形链条在驱动装置的驱动下连续运行，被输送物品由装在牵引链条上的附件推动或拖拽前进。

链条输送装置因牵引链条及其安装在链条上附件的不同而有多种形式，如图3-1所示。

（a）（b）

图3-1输送链条结构形式

本机主要采用板式链条输送装置。

链条输送装置由牵引链条、支承装置、链轮、张紧装置及附件等组成。

3.2牵引链轮

牵引链轮包括驱动链轮和从动链轮。

驱动链轮安装在主动轴上，由电机经减速传动装置驱动；从动链轮安装在从动轴上，用于改变链条运行方向。

同一链条输送装置上的驱动链轮和从动链轮，其结构和参数都相同。

牵引链轮的结构与所选用的牵引链类型相关。

当牵引链条采用长节距链板链条时，牵引链轮可用图3-3所示的链轮轮齿结构，链轮齿数取Z=12～60。

链轮轮齿工作时承受着较重的载荷，宜用优质钢制造，且须经正火、调质或淬火——回火热处理。

大直径的链轮，根据工作条件、环境等因素可选用铸钢或中等强度以上的铸铁制造。

图3-3牵引链轮结构图