40-8型自动灌装压盖联合机酒缸系统设计说明书_毕业设计(编辑修改稿)

40-8型自动灌装压盖联合机酒缸系统设计说明书_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

要改变每次的灌装量，只需改变调节管在顶两杯中的高度或更换顶两杯。 这种方法避免了瓶子本身的制造误差带来的影响，故定量精度较高。 但对于含气饮料，因贮液箱内泡沫较多，不宜采用。 这是采用机械压力灌装的一种定量方法。 每次灌装物料的容积与活塞往复运动的形成成正比。 要改变每次的灌装量，只需设法调节活塞 的行程。 传统的灌装机定量方法是采用浮子式液位控制器来控制贮液缸内液位的高度，其工作原理是：浮子随啤酒液高度的变化控制送液阀的开闭，由于浮子受到多个力的作用，特别是送液管流出液体的冲力作用使浮 子偏离平衡位置而上下波动，影响液位的控制精度，以致影响啤酒的正常灌装。 随着啤酒包装线自动化、柔性化要求的提高，部分灌装机已应用了 PLC(可编程控制器 )控制，实现无瓶不开阀、输瓶、灌装的变频调速。 这使充分利用 PLC控制优势，采用计算机控制系统较为成熟的控制方法一 PID(比例、积分、微分 )调节成为可能 PID由于其简单、稳定性好、可靠性高、为普通设计人员所熟悉等特点，在控制领域有强大的生命力，特别是在 PLC控制的工作领域，更是得到广泛应用。 因为在系统稳定的情况下，对应某一阀芯的节流面积有一相应的液位高度，但由于灌装速度的改变或者灌装过程中出现破瓶、缺瓶现象，导致贮液缸内流出的液体随时问变化有所不同。 在这种情况下，若保持送液阀开度不变则贮液缸内液位会出现波动，影响正常的灌装。 所以必须通过改变控制阀的开度，来控制其送液量，以保持液位的稳定。 由于贮液缸内流出的液量不易确定，所以要想确定比例阀的开度，必须通过测定贮液缸内液位的变化 来实现。 具体做法是：在每隔一定采样时间 T(T可根据经验公。 式，参考程序扫描时间来确定 )，由液位传感器测定实际的液位 Y，经模量输人模块的 A／ D转换后反馈给 CPU中该值与给定的液位值 r相比较得一个差值 e， e经调用 PID模块调节后传递给闭环比例放大器，调整阔环比例阀芯的开口变化，进行一次纠偏，控制进液阀的送液量，以调整贮液缸内液位的高度。 上述过程反复进行，从而实现对贮液缸内液位的控制。 灌装阀的结构方案设计 灌装阀概述 灌装阀是贮液箱、气室（包括充气室、排气室、真空室）和灌装容器这三者之间 的流体通路开关。 而且根据灌装工艺要求，能依次对有关通路进行切换。 显然，灌装阀是关系到灌装机能否正常工作而又高效的关键部件。 传统的半自动灌装机多为台式机型。 结构简单。 只能实现称量过程自动化，其它过程都靠手工完成，实际上只能算是一台称量机。 这种机型效率低。 不能满足大规模生产的要求。 11 新型的全自动罐装机是在传统机型的基础上进行改进设计的。 称量系统基本不变，另外增加了上料系统，输送系统和自动控制系统等．实现了灌装全过程的自动化。 设备采用不锈钢材料制作，易于清洗，外形美观。 阀体结构方案选择 定阀体中阀门的数目。 根据选定的灌装方法和工艺过程，确定液室、气室和容器之间所需的阀门数目及其相对位置。 2. 确定阀体的结构布局。 根据阀门的启闭形式（单移、多移或旋转），确定阀体可动部分与不动部分的结构布局，以及作相对运动表面之间的密封形式。 比较而言，移动阀特别是端面式结构上容易实现弹簧的压紧密封，流道截面大，弯路少，零件的结构形状也很简单，有利于提高灌装速度并便于清洗，但零件数量较多，而且密封弹簧一旦失效，灌装就难以进行。 而旋转阀，通常用固定挡块（或控制气缸）来实现机械启闭，零件数目少，有一定可靠 性，但难以保证破瓶不灌液，外部布局也较复杂，故应用不广泛。 阀端结构方案选择 根据灌装液料的工艺要求来确定长管或短管的阀端结构，欲保证定量精度及稳定出流等，必须合理布置阀端的某些结构要素。 如短管形式的阀端结构，气管和液阀采用可调的螺纹连接方式；胶垫与阀座之间所构成的液门尽量靠近阀端，有助于提高定量精度；灌装时气管的分散罩恰好位于液料进入瓶颈的部位，在分流圈上方还采用一个倒圆台环隙，而且阀座又呈凹环状，这样就可避免液门被打开后产生偏流现象。 阀门的启闭结构 考虑设备的生产能力、容器 尺寸、贮液箱内液位高度以及防止液道出现空穴、液料不稳定出流等不正常现象，要妥善选择液道、液门的出流截面尺寸和出流速度（例如，汽水的最大灌装流量约为 ，啤酒约为 ），以求出液门至贮液箱自由液面的大致高度。 然后对密封弹簧进行计算，修正阀的总体尺寸，为绘制结构草图创造必要条件。 阀门的密封结构 进液管座、阀体、回气管座、进料管、阀套、弹簧、套管以及密封垫。 所述进液管座和阀体对应设置在阀安装板的上下两面，进液管座内部设有进料口、进料通道以及开、闭进料通道及调整灌装流速的控制装置； 在阀体内部设有通孔，所述回气管座安装在通孔内，在回气管座内部设有与进料通道对应的通道；所述进料管上端插入回气管座的通 12 道内，下端延伸出阀体，其顶端为密封端面；所述设在阀体下的阀套套在进料管外部并可以沿进料管上下移动，阀套上端插入阀体内，并与阀体之间设有带状轴承和带罩密封圈；所述弹簧套在阀套与阀体外部；所述套管套在进料管下端并固定在阀套上，并能与阀套一起沿进料管上下移动，套管的下端在与进料管的密封端面接触时保持密封；所述密封垫垫在阀套的下端面上；在进料管与套管、阀套、阀体以及回气管座之间设有回流通道；在阀体上开 有外接负压源并与回流通道相通的回流孔。 灌装阀的结构设计与计算 灌装阀的结构要求 一是优良的阻隔性能，不仅可以阻隔气体，还可以阻光．这一特点可使物品具有较长的货架寿命 二是具有优良的机械性能，耐高温，耐湿度变化，耐压，耐虫害，耐有害物质的侵蚀。 三是不易破损，携带方便。 适应现代社会快节奏的生活。 四是表面装饰性好。 可以刺激消费，促进销售。 五是可以回炉再生循环使用。 灌装阀的结构设计 设计结果： 灌装系统由称料斗．支架．灌装 El 机构和电机组成。 称料斗 _内装有物料传感器． 控制上料系统的运行。 物料减少到一定位置，不足灌装量时．控制上料系统的电机起动．开始向料斗中输送物料。 当料斗中的物料达到顶部位置时，传感器控制上料电机关闭，停止上料。 称量斗内螺杆称量．使用变频电机．调解转速能够调解灌装量和灌装速度。 称料斗下部落地支架，在支架上固定控制柜，支架底部装可调地脚．调整灌装 El 高度，适合不同高度的罐型灌装。 密封弹簧的计算 Pd的计算： 图 27 静压力分析图 在锥阀口任取一点 A,设定空间坐标系 A(x,y,z), 静压力分析图如图 示： A 点附近微小面积 d 上法向静压力为： ( 1 )dp pd p g d      (N) P1贮液箱液面口气体压强（ Pa）  液体密度（ Kg/3 ） g重力加速度（ m/s2 ） 13 整个锥面口液压水平分力互相抵消，垂直分力： * s i n ( 1 ) * s i nd p d d p x p g d x     故可求 整个锥面口的静压力的垂直分力： P*d= ( 1 ) s i nd p d p g xd     1* * s i n s i np x g x d     ( 1 2)R R l sin ( 2 1) /R R l   2 2 5 2 2 61 * sin 1 ( 2 1 ) 3 *1 0 * * ( 14 4. 5 ) *1 0 16 5. 6p p R R N         22* s in { [ ( 2 1 ) /( 2 1 ) ] * ( 1 ) 1 }Dg x d g h h R R x y R h d x d y       = 2 2 2 2[ 2 2 1 1 ( 1 / 3 ) ( 2 1 ) ( 1 2 1 2)g R h R h h h R R R R        = 3 2 21 . 0 1 3 * 1 0 * 9 . 8 * [ * 1 4 * 1 0 2 . 9 * 4 . 5 * 8 0 ( 1 / 3 ) ( 1 0 2 . 9 8 0 )     * 2 2 9(14 14 * ) ] *10  = 所以 Pd= ： 由圆柱螺旋压缩弹簧的计算公式得知，只要确定 Fmax和 Fmin就能设计出弹簧的结构尺寸。 首先分析阀心的受力情况如图 28所示 [6]。 图 28 阀心受力图 （ 1）灌装前弹簧受力的平衡方程为： 651 0 / 6 4 0 * 1 0 / 9 . 4 8 * 1 0 6 . 7 5t V V s  m a x 2 1F N P W N P d     （ ） （ 2）充气开启，液门仍未开启时弹簧受力方程： Fmax + N2′ + P ′ =W + Pd 此时 N1→ 0,N2→ N2′ ,P ≈ P ′。 （ 3）液阀开启 ,P ′→ P1,N2′→ N2,有 Fmax + P1 W2 + Pd Fmax W2 + Pd P1 () 式中 P1为液料箱气体压强与液阀环形面积乘积。 Fmax还应满足下式才能保证先充气，后进液 [22]。 Fmax = W + Pd P ′ N2′ W2 + Pd P0 故 W + Pd P1 Fmax W2 + Pd P0 (4) P0=P0*A0+ 5 2 21 .0 1 3 * 1 0 * * ( 0 .0 0 9 0 .0 0 6 ) 1 4 .3 2  W=3N P0= *10 Pa 2 2 55 / 7 / ( 4. 9 6. 9) *1 0P k gf c m k gf c m P a    5 2 21 * 4. 9 *1 0 * * ( 0. 00 9 0. 00 6 ) 69 .3P P A N    所以 3 1 5 6 . 1 6 9 . 3 m a x 3 1 5 6 . 1 1 4 . 3 2F      14 8 9 .8 m ax 1 4 4 .7 8F 取 Fmax=120N 式中 P0为大气压强与液阀环形面积乘积。 N1气门密封力 N2流门密封力 Fmax弹簧最大工作负荷 W液阀重 Pd液阀受箱内液体静压力 P 液阀受瓶内气体静压力 （ 4）等压灌装时， Pd→ 0,Fmax→ Fmin,忽略其他因素，由（ 1）得 Fmin W P1 () Fmin还应满足下式 Fmin 〈 W + N1 P1′ 则 W P1 Fmin W + N1 P1′ （ ） 3 6 9 .8 m i n 3 5 0 6 9 .3F     6 6 .3 m in 1 6 .3F    取 Fmin=20N ,方向与图中方向相反。 弹簧的刚度为 P′ 4 3 3( m a x m in) / / 8 2 / 8F F n G d D n G d C n    式中 C=D2/d为弹簧指数。 由上式得出弹簧刚度与弹簧指数成反比。 据有关资料介绍，在等压灌装阀中的弹簧指数应取 15左右为宜。 查机械设计手册选取 4 弹簧。 t=, P极 =75kg, D=22mm 单圈弹簧 P′ =要求刚度 P=Fmax/h 行程长为 2mm 则 P=120/2=60N/mm 圈数 n=P′ **(圈 ) 取 n=9(圈 ) 故实行刚度 P=P′ /9=* 总圈数 n总 =9+= 自由高度 H0=n1t1+2d1=9*+2*4= 展开长度 57*= 计算： 15 气阀由外拨叉控制 ,故气阀弹簧要求精度比液阀弹簧低 ,主要是缓冲外力对气阀的压力 ,并使操作省力 ,取位移量为 d2=5mm,查机械设计手册取 d=2mm的弹簧 [23]. P=F2max/h2=50/5=10N/mm 选取单圈 P′ =间距 t= 圈数 n=P′ **(圈 ) 取 n=6(圈 ) 总圈数 n总 =6+= 外径 D2=16mm 自由高度 H2=nt+2d2=6*+2*2= 展开长度 L= 展开长度 L展 =L*n总 =*= 充气时间的计算 : ： 当空瓶上升至灌装阀的瓶口帽接触并密封时 ,瓶内的空气由常压充气至与贮液箱液面上的气压相等 ,以流体力学可知 ,这一过程是容器内 (即贮液箱内气相空间 )的气体经收缩形。