灌裝缸與灌裝閥設(shè)計【三維SW】【含32張CAD高清圖紙及文檔】【LB5】

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At present, it is developing towards high-speed, accurate, intelligent and multifunctional filling.The design for the traditional canned machine performance is relatively simple, low degree of automation, poor universality, convenient adjustment and filling speed, it is difficult to apply bottle shaped, liquid material and filling specifications change, combined with the process of automatic liquid filling, analyzed the working process of automatic liquid filling machine and its main parts of the function and introduced the automatic liquid filling machine filling valve working principle and control requirements.The automatic liquid filling machine realizes the requirements of filling, high speed, precision, intelligence, multifunction and humanization of operation interface.The operation of filling liquid goods into containers, such as bottles, cans, drums, etc., is called filling. Filling tank and filling valve are the most important parts in the design of filling machine. The filling equipment in our country is more mature now, but the design of filling valve is very complicated. The main design contents of filling tank and filling valve are introduced in this paper.Key words: filling tank, filling valve, filling machine, development目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒論- 1 -1.1本課題的研究內(nèi)容和意義- 1 -1.2國內(nèi)外的發(fā)展概況- 1 -1.3本課題應(yīng)達到的要求- 2 -第2章 廊坊百官包裝機械有限公司簡介- 3 -第3章 灌裝生產(chǎn)線整體結(jié)構(gòu)設(shè)計- 4 -3.1灌裝機的主要類型選取- 4 -3.1.1灌裝機的運動形式- 4 -3.1.2自動化灌裝機- 5 -第4章 罐裝的基本原理- 6 -4.1 灌裝的基本方法- 6 -4.1.1等壓法- 6 -4.1.2常壓法- 6 -4.1.3 真空法- 7 -4.1.4虹吸法- 8 -4.1.5 壓力法- 8 -第5章 罐裝缸的分析與設(shè)計- 10 -5.1 罐裝缸的設(shè)計要求- 10 -5.2 罐裝缸的設(shè)計概要- 10 -5.3 罐裝缸的設(shè)計圖紙- 11 -第6章 罐裝閥的分析與設(shè)計- 12 -6.1 灌裝閥的工作原理- 12 -6.2 閥的各部分的設(shè)計與計算- 12 -6.2.1 閥端結(jié)構(gòu)的設(shè)計分析- 12 -6.2.2 閥的受力分析- 13 -6.2.3 灌裝時間的計算和過程- 14 -6.2.4 灌裝閥彈簧的分析與設(shè)計- 16 -第7章 結(jié)論與展望- 21 -附件- 22 -致 謝- 22 -參考文獻- 23 -第1章 緒論 對于灌裝閥來說，它是灌裝過程中的核心部位。假如缺少了灌裝閥，自動灌裝生產(chǎn)線就無法運轉(zhuǎn)工作，且一個灌裝閥設(shè)計的好壞決定了這個灌裝生產(chǎn)線上運作的效率，它需要跟據(jù)灌裝工藝的要求以最快的速度接通或斷開與儲液箱的聯(lián)系，保證灌裝工作的順利的進行，不同的液體的物理化學(xué)性質(zhì)并不是相同的，因而導(dǎo)致灌裝工藝的不同，因此所使用的閥體也并不相同，不同的灌裝設(shè)備使用不同的閥體。諸如飲料、灑類、液體化妝品之類。 為了能夠更好地達到灌裝生產(chǎn)線的自動化，提高灌裝生產(chǎn)線的效率，解決自動化灌裝生產(chǎn)的各種問題，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，特進行本課題關(guān)于液體灌裝生產(chǎn)線灌裝閥設(shè)計研究。1.1本課題的研究內(nèi)容和意義隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，人們的生活水平也是逐步的提高，由以前小農(nóng)社會的自給自足發(fā)展到由大型公司生產(chǎn)，人們?nèi)ゲ少彽纳唐方?jīng)濟。而在此過程中由于人口基數(shù)的增大，伴隨著人工成本的增加自動化的生產(chǎn)已迫在眉睫，亟待解決。為了滿足國內(nèi)的消費需求來補充國內(nèi)生產(chǎn)力的不足，我國從上世紀(jì)八十年代開始每年都要進出口大量的飲料、奶制品以及酒類等包裝機械，至今引進的趨勢仍然是呈現(xiàn)上漲勢頭。這些包裝機械大部分是高速自動化的生產(chǎn)線，可靠性比較強，產(chǎn)量高，相當(dāng)?shù)牟糠衷O(shè)備是當(dāng)今全國，乃至世界最為先進的機型。這些生產(chǎn)線的引進，使中國飲料、奶制品以及酒類企業(yè)包裝水平得以與發(fā)達國家同步發(fā)展。與此同時，中國的包裝機械的生產(chǎn)也取得了更加顯著的進步，部分灌裝、封口一體設(shè)備已經(jīng)達到了相對較高的水平，包括塑料飲料瓶，玻璃飲料瓶，酸奶瓶，無菌包裝等成型設(shè)備以及貼標(biāo)機在內(nèi)的包裝生產(chǎn)線的水平也得到了相當(dāng)程度的提升，基本可以滿足企業(yè)的需求，甚至部分已經(jīng)可以替代進口設(shè)備，并且出口量逐年提高。灌裝閥是灌裝機中尤其重要的部分，應(yīng)用十分廣泛，每年使用量相當(dāng)巨大。國內(nèi)在灌裝速度和精度上與國際水平還有一定的差距，因此對灌裝閥再次研究設(shè)計，若是可以取得成功，那將大大加快中國包裝機械行業(yè)的發(fā)展步伐，提高包裝行業(yè)在國際中的地位。1.2國內(nèi)外的發(fā)展概況近些年來，由于科學(xué)技術(shù)的突飛猛進，機械行業(yè)也取得了快速的發(fā)展，特別是自動化、智能化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，讓人類社會快速的進入到自動化時代，灌裝機行業(yè)也受益匪淺。同時，由于灌裝機市場需求巨大，國內(nèi)眾多企業(yè)加入了這一行業(yè)，國外企業(yè)也瞄準(zhǔn)了我國市場，這樣就給灌裝機企業(yè)的發(fā)展帶來了巨大的競爭壓力。因而，面對內(nèi)憂外患的市場，國內(nèi)灌裝機生產(chǎn)廠家還是積極發(fā)展，不斷的學(xué)習(xí)先進技術(shù)，特別是自動化、智能化技術(shù)，應(yīng)用于灌裝機的研制生產(chǎn)中，讓其更好的符合時代發(fā)展潮流。同時，根據(jù)國內(nèi)多元化市場發(fā)展的需求，對灌裝機設(shè)備進行多元化發(fā)展，使其種類不斷的增多。國產(chǎn)灌裝機生產(chǎn)廠家面臨的困境是：技術(shù)水平較為落后，公司的規(guī)模和資金相對國外還存在一定的差距，這同時也是許多灌裝機生產(chǎn)廠家所共同面臨的困境。但在這樣的困境下，國內(nèi)灌裝機積極引進國外先進技術(shù)，對其灌裝機設(shè)備進行認(rèn)真的研究和學(xué)習(xí)，同時根據(jù)國內(nèi)市場的需求進行升級改造。灌裝機經(jīng)過幾十年的不斷發(fā)展，已經(jīng)成為我們國家經(jīng)濟發(fā)展的命脈，是眾多工業(yè)產(chǎn)品出廠前必走的環(huán)節(jié)。我們所熟知的液體灌裝機、食用油灌裝機、膏體灌裝機等更是眾多工廠追捧的對象，作用不容小覷。1.3本課題應(yīng)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，從而大大帶動了灌裝行業(yè)的迅速發(fā)展。因而，在對灌裝閥設(shè)計的過程中我們應(yīng)該立足于當(dāng)代現(xiàn)實情況，要能夠滿足自動化的生產(chǎn)且擁有一定的效率，同時在設(shè)計產(chǎn)品的過程中要全面了解灌裝的原理以及各過程的詳細(xì)步驟，對于各部件的功能需要詳細(xì)的了解，在保證產(chǎn)品功能的基礎(chǔ)上盡量提高生產(chǎn)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(gòu)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(chǎn)效率。人類自從采用容器盛裝液體以后，就產(chǎn)生了灌裝方法。十九世紀(jì)末二十世紀(jì)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，大約在1980年美國Horix、Kiefer和U.S.BottLers等三家公司開始制造容器灌裝的機械裝置。第一臺商業(yè)用灌裝機是Kiefer公司制造；Horix公司于1920年首次制造了重力灌裝機，用于灌裝番茄醬，這家公司至今仍生產(chǎn)灌裝機，二十年代初這幾家公司著手生產(chǎn)回轉(zhuǎn)式灌裝機，其中U.S公司制造的是純真空灌裝機，二十世紀(jì)以來，灌裝機械工業(yè)發(fā)展迅速，那時灌裝的速度取決于人工將瓶子對準(zhǔn)灌裝閥，等待瓶子灌裝完畢所需的時間。今天，回轉(zhuǎn)式自動灌裝機的生產(chǎn)能力己達每分鐘2000瓶。第2章 廊坊百官包裝機械有限公司簡介廊坊百冠包裝機械有限公司(原廊坊包裝設(shè)備制造總公司)是國內(nèi)最早生產(chǎn)液體灌裝機械的廠家之一。是集設(shè)計、制造、銷售、服務(wù)于一體的專業(yè)包裝機械制造企業(yè)。是中國食品和包裝機械工業(yè)協(xié)會副理事長單位，中國輕工機械協(xié)會常務(wù)理事單位，中國機械工業(yè)聯(lián)合會、中國飲料工業(yè)協(xié)會會員單位，被認(rèn)定為河北省企業(yè)技術(shù)中心,被國家經(jīng)貿(mào)委批準(zhǔn)為具有自營進出口權(quán)的企業(yè)。公司2002年通過了ISO9001：2000版質(zhì)量體系的升級，2004年通過了國際“CE”產(chǎn)品安全認(rèn)證，近年來一直被中國飲料工業(yè)協(xié)會及行業(yè)內(nèi)的權(quán)威專家評為飲料灌裝設(shè)備優(yōu)秀供應(yīng)商。公司現(xiàn)資產(chǎn)總規(guī)模超過億元，擁有300多臺專業(yè)加工設(shè)備和400余名員工。公司擁有30多項專有技術(shù)，產(chǎn)品在國內(nèi)被北京匯源、承德露露、大寨核桃露、吉林泉陽泉、山東趵突泉、可口可樂、日本大冢、統(tǒng)一等知名飲料生產(chǎn)廠家廣泛使用，并出口到美國、日本、加拿大、俄羅斯、東南亞、中東、非洲等國家和地區(qū)。信譽是品牌的生命，科技是創(chuàng)新的源泉。公司注重產(chǎn)品開發(fā)的高起點、高品位。在引進國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上消化吸收，進行了飲料工藝技術(shù)的深入研究，掌握并豐富了液體灌裝的核心技術(shù)，并已經(jīng)具備了產(chǎn)業(yè)化的條件。公司儲備了一支陣容強大的科研開發(fā)隊伍，匯集了一大批機械、電子及飲料工藝方面的專業(yè)人士從事產(chǎn)品研發(fā)工作，每年有十多項新產(chǎn)品推向市場。上世紀(jì)九十年代初，公司投入大量資金建立了CAD研發(fā)中心，現(xiàn)代化的設(shè)計手段極大地提高了研發(fā)質(zhì)量和效率，能夠快速而準(zhǔn)確地完成大型工程項目的整廠設(shè)計。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上既保持了中小型含氣等壓灌裝設(shè)備在國內(nèi)的優(yōu)勢地位，又實現(xiàn)了大中小型不含氣灌裝成套設(shè)備的系列化生產(chǎn)，并適時地提出并實施了向多品種、多功能、高技術(shù)、大型化、成套化方向發(fā)展的戰(zhàn)略。2005年成功研發(fā)了適用于貴重液體灌裝的電子稱重式高精度定量灌裝封口機，可應(yīng)用于無菌冷灌裝的生產(chǎn)。公司融匯了國內(nèi)外先進的制造技術(shù)和豐富的整廠設(shè)計經(jīng)驗，從項目的運作到后期的執(zhí)行，專業(yè)化的隊伍可為您提供優(yōu)質(zhì)快捷的服務(wù)，現(xiàn)已發(fā)展成為國內(nèi)生產(chǎn)飲料灌裝設(shè)備技術(shù)水平最高、品種最齊全的廠家之一。公司秉承“系統(tǒng)化、專業(yè)化、規(guī)?；?、規(guī)范化、國際化”的經(jīng)營理念，以敏銳的市場觸覺和博大的合作精神，為您生產(chǎn)完美的產(chǎn)品提供有力的技術(shù)保障和全面的支持。嚴(yán)格規(guī)范的質(zhì)量監(jiān)控體系是產(chǎn)品贏得用戶，占領(lǐng)市場的保障。公司上下貫徹“誠信為本、法規(guī)為準(zhǔn)、顧客為首、精品為求”的質(zhì)量方針，為確保整機生產(chǎn)性能的穩(wěn)定，從原材料、配套件采購，到零件的加工制造、組裝出廠全過程、各環(huán)節(jié)都處于受控狀態(tài)。公司具備國內(nèi)一流的加工設(shè)備和專業(yè)的技術(shù)職工。關(guān)鍵零部件都建立了數(shù)據(jù)跟蹤和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，主要元器件均采用進口，提高了產(chǎn)品的可靠性。制造精品，成為公司每個員工的第一工作準(zhǔn)則。公司形成了完善的質(zhì)量體系，嚴(yán)格把關(guān)，精益求精。第3章 灌裝生產(chǎn)線整體結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1灌裝機的主要類型選取在灌裝機械生產(chǎn)線上灌裝的種類繁多，分類方式多種多樣，可以按照運動形式可以分為：旋轉(zhuǎn)型和直線型灌裝機；按照自動化程度分為單機自動機和聯(lián)合自動機。3.1.1灌裝機的運動形式1.旋轉(zhuǎn)型灌裝機圖3-2 瓶子在灌裝過程中展開示意圖圖3-1 瓶子在灌裝過程中的俯視圖待灌瓶由傳送系統(tǒng)(一般經(jīng)洗瓶機由輸送帶輸入)或人工送入灌裝機進瓶機構(gòu)，瓶子由灌裝機轉(zhuǎn)盤帶動繞主立軸旋轉(zhuǎn)運動進行連續(xù)灌裝，轉(zhuǎn)動近一周時瓶子己灌滿，然后由轉(zhuǎn)盤送入壓蓋機進行壓蓋，如圖3-1、3-2所示:這種灌裝機在食品、飲料行業(yè)應(yīng)用最廣泛，如汽水、果汁、啤酒、牛奶的灌裝，此機主要由流體輸送(即供料系統(tǒng))、容器輸送(即供瓶系統(tǒng))、灌裝閥、大轉(zhuǎn)盤、傳動系統(tǒng)、機體、自控等部分所組成，其中灌裝閥是保證灌裝機能否正常工作的關(guān)鍵。2.直線型灌裝機灌裝瓶沿著平直的直線運動，進行成排灌裝。見圖3-3，凡送來一排空瓶由推瓶板向前推送一次，到送至灌液管的下方時，閥門打開進行灌裝，間歇進行操作。圖3-3 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(biāo)，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(gòu)，7料斗，8擰緊機構(gòu)，9商標(biāo)盒，10漿糊盒，12，推料板，14儲液箱，15灌裝管這種灌裝機相對旋轉(zhuǎn)灌裝機來講，結(jié)構(gòu)比較簡單，制造方便，但占地面積比較大，而且是間歇運動，生產(chǎn)能力的提高也受到一定限制，因此一般只用于無汽液料類的灌裝，局限性較大。3.1.2自動化灌裝機該類型可分為:單機自動機和聯(lián)合自動機(可以包括連續(xù)進行洗瓶、灌裝、壓蓋、貼標(biāo)、裝箱等工序)。自動灌裝以采用機械傳動控制為主的最普遍。表3-1 灌裝機分類表此外，還有按灌裝方法、關(guān)閉裝置及定量裝置等多種分類方法，具體的詳細(xì)內(nèi)容見表3-1:第4章 罐裝的基本原理4.1 灌裝的基本方法由于不同類型液體在不同液體灌裝過程中的物理化學(xué)性質(zhì)，為了保證灌裝過程的安全性和高效性進而設(shè)計不同的灌裝方式，這是不同灌裝方式的必然結(jié)果。在這里，我們選擇集中常用的灌裝方法進行介紹，其中在本次設(shè)計中我們采用壓力灌裝方法。4.1.1等壓法等壓法灌裝液體是用儲罐箱上部壓縮空氣對包裝容器充氣使其壓力接近相等，然后灌裝液體物料通過重力自動流入容器的灌裝方法。等壓灌裝過程如下：（一）充氣等壓。（二）進液回氣。（三）停止進入。（四）釋放壓力，釋放殘余的空氣從瓶到大氣中，從而避免了大量氣泡的產(chǎn)生，從而影響包裝質(zhì)量和定量的準(zhǔn)確性。等壓灌裝適用于啤酒、汽水等含氣飲料的灌裝，減少其所含二氧化碳的損失。圖4-1常壓閥灌裝工作狀態(tài)4.1.2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(nèi)的灌裝方法。常壓灌裝的工藝過程為：1.進液排氣，即液料進入容器，同時容器內(nèi)的空氣被排除。2.停止進液，即容器內(nèi)的液料達到定量要求時，進液自動停止。3.排除余液，即排除氣管中的殘液。圖4-2常壓閥灌裝工作狀態(tài)常壓法灌裝法是在常壓下灌裝的,因此,灌裝系統(tǒng)較為簡單。液體產(chǎn)品由高位槽或泵經(jīng)輸液管送進灌裝機的貯液箱,貯液箱內(nèi)液面一般由浮子式控制器保持基本恒定,貯液箱內(nèi)的流體產(chǎn)品再經(jīng)過灌裝閥的開關(guān)進入待灌容器中。4.1.3 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：1.重力真空式此方法是讓貯液箱內(nèi)處于真空的環(huán)境，然后對包裝容器抽氣讓其內(nèi)的氣壓與貯液箱處于幾乎相等的真空環(huán)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(chǎn)品保質(zhì)期、在灌裝有毒物能夠不讓毒氣揮發(fā)保護工人的身體健康等優(yōu)點。但是由于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜制造技術(shù)較高，國內(nèi)的應(yīng)用推廣較少。圖4-3 重力真空灌裝示意圖2.壓差真空式此法是讓讓貯液箱內(nèi)部處于常壓狀態(tài)，只對包裝容器內(nèi)部抽氣，使其形成一定的真空度，液料依靠兩容器內(nèi)的壓力差，流入包裝容器并完成灌裝。由于其設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，方法可靠所以國內(nèi)大部分采取此法進行灌裝。4.1.4虹吸法虹吸法是利用虹吸原理使液料從貯液箱經(jīng)由虹吸管被吸入容器內(nèi)，直至兩個的液位相等。此方法在早起就已出現(xiàn)，由于其原理設(shè)備標(biāo)膠簡單所以為人們所容易接受，但由于其效率的低下已經(jīng)不適應(yīng)在科學(xué)日益發(fā)展自動化普及的現(xiàn)代化社使用。圖4-4虹吸法灌裝及供料示意圖1虹吸管，2浮子，3灌裝閥，4灌裝頭，5貯液杯，6貯液箱，7進液閥，8進液管4.1.5 壓力法壓力灌裝是借助機械或氣液壓等裝置控制活塞往復(fù)運動，將粘度較高的液料從料缸吸入活塞缸內(nèi)，然后再強制壓入待灌容器中的。此方法主要應(yīng)用在灌裝粘度較大的物質(zhì)，比如牙膏，番茄醬等。也可用于汽水一類的灌裝由于是氣壓直接把汽水壓入瓶內(nèi)所以灌裝速度在一定的程度上得到提高，但由于汽水本身不含有膠質(zhì)物質(zhì)，易形成泡沫消失，所以對于灌裝質(zhì)量有一定的影響。壓力灌裝是利用機械或氣動、液壓等裝置來控制往復(fù)活塞的運動，將粘度較高的液體材料從氣缸中吸入活塞缸，然后強行將液料壓入容器中。這種方法主要用于填充更多的粘性物質(zhì)，如牙膏，番茄醬等。也可用于汽水一類灌裝，由于是直接把汽水直接壓入瓶內(nèi)，所以灌裝速度能一定程度增加，但由于汽水本身不含有膠狀物質(zhì)，容易形成氣泡，所以對灌裝質(zhì)量有一定的影響。圖4-5壓力閥灌裝原理在選用上述幾種灌裝方法的時候我們除了需要考慮也比本身的性質(zhì)如粘度、揮發(fā)性等之外還必須考慮產(chǎn)品的工藝要求，灌裝機、灌裝閥的結(jié)構(gòu)等綜合的因素。只有在多方面的考慮了各種因素之后，我們才能更好的設(shè)計出一個合理的加工工藝以及選擇合理且效率的灌裝方法。第5章 罐裝缸的分析與設(shè)計5.1 罐裝缸的設(shè)計要求缸體類零件的設(shè)計一般應(yīng)該滿足以下集中要求：（1）精度要求。應(yīng)合理選擇和確定缸體的加工精度。（2） 工作要求。罐裝缸的設(shè)計首先要滿足剛度，其次要滿足強度、抗振性和吸振性、穩(wěn)定性等方面的要求。（3） 工藝性要求。缸體體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工步驟多。因此，必須考慮毛坯制造、機械加工、熱處理、裝配、安裝、固定、搬運等工藝問題。（4） 運輸性要求。缸體體積大，重量重，因此設(shè)計時應(yīng)考慮設(shè)備在運輸過程中起吊、裝運等因素，盡量不要出現(xiàn)超大尺寸、超大重量的設(shè)計。除此之外，還有符合人機工程、經(jīng)濟性等方面的要求。5.2 罐裝缸的設(shè)計概要灌裝缸的一些結(jié)構(gòu)尺寸，如壁厚、凸緣寬度、肋板的厚度、工作能力、材料消耗、質(zhì)量和成本等都有很大的影響。但由于這些零件的形狀不規(guī)則和應(yīng)力分布的復(fù)雜性，大多采用類比設(shè)計，根據(jù)經(jīng)驗公式、經(jīng)驗數(shù)據(jù)或類似的零件，忽略對強度和剛度進行了精度分析和校核。雖然這不是非常重要的場合，但它有一定的盲目性。所以重要的塊體，考慮到上述設(shè)計方法不夠可靠，或者數(shù)據(jù)不夠成熟，還需要對模型或事物進行測試，根據(jù)測量數(shù)據(jù)進一步修改結(jié)構(gòu)和尺寸，從而彌補經(jīng)驗設(shè)計的不足。隨著科學(xué)技術(shù)和計算機輔助設(shè)計的發(fā)展，現(xiàn)在有必要使用精確的數(shù)值方法（如有限元法）來確定這些結(jié)構(gòu)的形狀和大小。缸體零件上必須鏜磨的孔數(shù)及各孔位置的相關(guān)影響應(yīng)盡量減少。位于同一軸線上的各孔直徑最好相同或順序遞減。在不重要的場合，按照經(jīng)驗設(shè)計確定具體位置。對于剛度的設(shè)計，采用合理的截面形狀和合理的肋板布置可以顯著提高剛度。此外，盡量減少與其他部件連接面數(shù)；連接緊密的連接和關(guān)閉部分；措施消除內(nèi)應(yīng)力和較大的材料和一系列增強剛度的彈性模量。當(dāng)鋼瓶質(zhì)量較大時，應(yīng)該有方便的起吊裝置，如起重孔、吊環(huán)或吊鉤等。為了綁繩，有必要確保在綁定足夠的剛性，并保證位置穩(wěn)定的狀態(tài)下能順利取出繩子。5.3 罐裝缸的設(shè)計圖紙圖5-1 罐裝缸設(shè)計圖圖5-2 上進液部分設(shè)計圖第6章 罐裝閥的分析與設(shè)計6.1 灌裝閥的工作原理灌裝閥是液箱、氣室（包括充氣室、排氣室、真空室）和灌裝容器這三者之間的流體通路開關(guān)，而且根據(jù)灌裝工藝要求，能進行相應(yīng)的灌裝。不同的灌裝方法通常需要選用不同的灌裝閥。顯然，灌裝閥是關(guān)系到灌裝生產(chǎn)線能否精準(zhǔn)高效運作的關(guān)鍵部件。圖6-1詳細(xì)的顯示了灌裝閥的工作原理其中(a)為非灌裝位置(b)為灌裝位置。 （a）非灌裝位置圖 （b）灌裝位置圖圖6-1灌裝閥工作原理圖1墊，2導(dǎo)板，3螺桿2，4噴嘴，5密封墊，6導(dǎo)向套，7密封墊，8密封座，9環(huán)，10滑套，11彈簧如圖所示為本設(shè)計灌裝閥的工作原理，當(dāng)密封墊7與瓶口接觸時灌裝閥下降導(dǎo)導(dǎo)向套6上升，灌裝頭噴嘴4與導(dǎo)向套出現(xiàn)間隙，此時管道中形成回路，液體沿閥管底部小孔流入瓶內(nèi)，當(dāng)液體逐漸上升與排氣管的下部接觸時，氣體將不能排除，此時液體繼續(xù)進入瓶子導(dǎo)致排氣管的下部孔口完全被淹沒，此時瓶內(nèi)空氣無法排除導(dǎo)致氣體被壓縮，當(dāng)瓶內(nèi)的氣壓與貯液箱內(nèi)的氣壓互相平衡時液料就會沿著排氣管上升進而流向罐裝缸內(nèi)由此而形成空行程，然后螺桿帶動瓶子下降，彈簧11保證了灌裝頭與導(dǎo)向套間的重新閉合即完成本次灌裝。6.2 閥的各部分的設(shè)計與計算6.2.1 閥端結(jié)構(gòu)的設(shè)計分析閥體的閥端的氣液道德布置根據(jù)氣體和液體進出瓶子狀況的不同的情況，大致可分為兩類：一類是利用環(huán)隙進行回氣，而中心管來灌裝液體。另外一種則是利用灌裝閥的環(huán)隙灌裝液體而中心管回氣。前者屬于長管灌裝閥，后者則是短管灌裝閥。兩種閥體各有弊端與優(yōu)勢，因此我們在設(shè)計閥體的時候應(yīng)該根據(jù)我們所需要的工藝來進行選擇。 長管灌裝閥的特點此閥在罐裝的過程之中，灌裝入液口伸入到接近瓶底的部位，在此時罐裝的液體從入液口進入瓶子，初始時液體從管口自由流出，經(jīng)過一段時間之后隨著頁面的漸漸地升高灌裝口逐漸被液體淹沒，此后的灌裝都屬于淹沒流出。而淹沒流出的過程占有灌裝過程中的絕大部分的時間。此過程中被灌裝的液面僅僅表面與空氣接觸，大幅度的減少了氧氣在液體中的溶解程度。但是此方法由于受到自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計的限制以及瓶口大小的限制，導(dǎo)致了灌裝的流通截面較小，這樣就會在灌裝時的流速較低，效率低下。短管灌裝閥的特點短管灌裝閥在灌裝的過程中，將灌裝嘴口伸入瓶頸部分，灌裝液料自管嘴穩(wěn)定自由的流出。由于回氣管上都裝有分散罩，所以在灌裝的過程中會形成沿壁流。因為灌裝管是呈現(xiàn)環(huán)隙的狀態(tài)，所以相對圓形管而言就比較大，所以液體的阻力就相對的較小，使得灌裝穩(wěn)定易于控制。此外為了保證在液料升至回氣管之后，瓶頸出的氣體能夠很快的被壓縮，在設(shè)計的時候應(yīng)該注意使進液口盡量的靠近瓶口，這樣瓶口處的空間較小方便于氣體的壓縮，同時為了保證罐裝的精度，方便截流，進液口不能設(shè)計的過大。在本設(shè)計中采取的是短管設(shè)計閥的方案，圖6-2為其實體示意圖。圖6-2短管灌裝閥示意圖6.2.2 閥的受力分析灌裝時液體由灌裝閥流進待灌瓶時，液體在灌裝閥內(nèi)部受重力作用，做自由落體的運動，再加上本次設(shè)計是利用壓力灌裝，當(dāng)進入瓶子時液體會對灌裝頭形成一定的沖擊，此沖擊受到灌裝頭的大小、液體的流速等各因素的影響，而且沖擊過大的情況下液體進入瓶中會產(chǎn)生氣泡，為了減少沖擊對閥體帶來的影響減少由于沖擊帶來的灌裝精度的不準(zhǔn)確，我們在設(shè)計閥體的時候需要對此進行精確且詳細(xì)的計算和設(shè)計合理的方案。為了能夠得到最安全的數(shù)據(jù)我們選擇在瓶口將滑套頂至最高位的時候計算，因為此時液體對閥端口的沖擊力是最大，只要我們將設(shè)計的安全數(shù)據(jù)以此為參考那么我們將可以保證灌裝的精準(zhǔn)以及安全。如圖6-3（a）所示為灌裝時進液的示意圖，根據(jù)能量守恒定律我們可以知道液體的流速在開啟的那一刻由速度0慢慢的增大，由公式： (6.1) （a） （b）圖6-3灌裝閥進液示意圖根據(jù)上述公式我們可以推導(dǎo)出灌裝時閥端所受的最大沖擊力，為了避免此沖擊力對灌裝所產(chǎn)生的影響，可以采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣肀苊?。通常可以減小灌裝閥閥口的大小、減小管道的直徑來達到減小流量的目的、在閥中可設(shè)置緩沖裝置、將灌裝頭改為橡膠來減小沖擊力等方法。如圖（b）所示，在閥管中傾斜挖取3對小孔，既可以減輕對閥頭的沖擊，也可以避免流速過快在瓶中產(chǎn)生氣泡從而造成影響。6.2.3 灌裝時間的計算和過程1.罐裝的水利工程液料的灌裝的時間決定了一個灌裝生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，而根據(jù)液料的灌裝的時間我們可以逆推出主軸與副軸的轉(zhuǎn)速以及齒輪的模數(shù)齒數(shù)等等。所以灌裝時間的計算是設(shè)計灌裝閥里重要的一部分。2.液料流量的計算液料的流速可以通過孔口截面及貯液箱(或定量杯)中自由液面間列柏努利方程式求得。在式中我們可以看出u0灌裝時貯液箱內(nèi)的自由液面的流速根據(jù)液體流動而得到的連續(xù)性的方程式。為了更清楚的表達此方程式我們可以將u1折算成u0而其中的阻力損失h我們也可將其用u0來進行表達，故而氣功師哦我們可以寫成：式中:A1貯液箱(或定量杯)自由液面的面積; 貯液箱(或定量杯)自由溢面的速度折算系數(shù),對于貯液箱情況,因自由面積較大故可取 ; 從由自液面至灌裝嘴口截面之間，因通流截面積不同各段流道的速度折數(shù)系數(shù); 各段直管阻力系數(shù)之和; 各種局部阻力系數(shù)之和。由此,可求得孔口截面上液料的流速為因此,經(jīng)孔口出流的液料流量為: 式中: C灌裝閥中液道的流量系數(shù),取值為01之間; Y孔口截面上的有效壓頭(包括靜壓頭與位壓頭)。由上式可見,液料體積流量主要是三個參數(shù)的函數(shù),這三個參數(shù)為：(1)液道量系數(shù)C,(2)孔口截面積,(3)孔口截面上有效壓頭,現(xiàn)分別討論如下:a.流量系數(shù)C:它實際上就是液料流經(jīng)灌裝閥中液道所受的阻力損失系數(shù),顯然,閥中流道阻力越小,C值越大,但C值永遠小于1,流量系數(shù)C可通過計算來確定。當(dāng)閥的結(jié)構(gòu)及操作條件確定后,其各段阻力系數(shù)均可查表獲得,對于環(huán)隙進液的閥端結(jié)構(gòu),可以參考縫隙流的有關(guān)公式,先求出液料在縫隙始、終兩端的壓力降P,然后求出該段縫隙的能量損失P/,最后再反算出該段縫隙的阻力系數(shù)為根。據(jù)各段阻力系數(shù)及每段的速度折算系數(shù)k,則可采用阻力損失疊加原則求出各項之和。但由于灌裝閥中各個局部阻力之間距離很近,在兩個阻力之間很難形成一段變流,由于相互干擾的結(jié)果使流量系數(shù)降低,所以應(yīng)予以修正,其修正系數(shù)一般建議取0.770.87,由此: (6.2)在現(xiàn)實生活中為了計算時的方便，我們一般會將一些平常經(jīng)常用到的流體進行實驗然后將所的到的數(shù)據(jù)編輯成冊，以方便在計算時直接查閱從而減少很多的自行計算時間。3.灌裝時間的計算灌裝的時間的計算在灌裝設(shè)計過程中占有相當(dāng)?shù)囊徊糠?，灌裝的液料自管嘴中自由穩(wěn)定的流出。在此設(shè)計中我們采取的設(shè)計是穩(wěn)定流出的方案。由于液料在閥口流出的速率設(shè)計固定的所以來表示。=8.57s式中: V每瓶所需灌裝液料的容積; 孔口出流的液料體積流量在本次設(shè)計的過程中我們選取的是瓶裝600ml的礦泉水，經(jīng)計算我們的為70ml/s故而我們可以的出我們的灌裝速度大約為8.57秒每瓶。6.2.4 灌裝閥彈簧的分析與設(shè)計灌裝閥是灌裝機中的重要部件，它是溝通貯液箱、氣室和待灌瓶的通路開關(guān)。根據(jù)灌裝的工藝的要求，其能夠依次的對有關(guān)的通路進行切換，并且能夠保證灌裝閥不漏氣不漏液。而灌裝閥需要正常的工作，則離不開彈簧。其控制著灌裝閥的開啟以及閉合。在目前的工廠中常常采用的是彈簧閥，它擁有者灌裝質(zhì)量好、灌裝壓力較高，且當(dāng)出現(xiàn)破瓶等故障的時候能夠自行停止灌裝，避免成本的浪費。所以對于此閥而言，彈簧的設(shè)計的好壞，彈性的是否合適都關(guān)系著官正過程能否樹立的完成。本設(shè)計中的彈簧如圖6-4所示。圖6-4彈簧彈簧作為一個經(jīng)常性的伸縮部件，應(yīng)該有一個恒定的彈性，從而確保工作的穩(wěn)定性。因此，在灌裝閥的設(shè)計中，工作范圍應(yīng)保持在其彈性極限范圍內(nèi)。在這個范圍內(nèi)工作的彈簧。當(dāng)受到f的負(fù)載時，彈簧會相應(yīng)變形，彈簧應(yīng)在拆卸時恢復(fù)。為了更好地描述彈簧在工作時產(chǎn)生的力與變形之間的關(guān)系，我們可以用力分析圖來表示。通過圖表，我們可以直觀地分析和計算。圖6-5為灌裝閥的彈簧負(fù)載的關(guān)系，從垂直軸表示在橫坐標(biāo)的負(fù)荷彈簧，說彈簧變形負(fù)載可變，通常呈線性關(guān)系，該曲線稱為彈簧的特性曲線，載荷與變形之間的關(guān)系。圖6-5 圓柱螺旋壓縮彈簧的特性曲線在圖中彈簧在沒有受到外力作用的時候，其自由長度是,一般的講我們在安裝一個彈簧的時候，我們通常會對其施加一個初預(yù)緊力，稱其為這是最初的也是最小的載荷。在其的作用下彈簧被壓縮到，此時其的變形量為。當(dāng)彈簧受到最大的極限載荷時，在該力的作用之下彈簧被壓縮至極限，對應(yīng)的彈簧長度為，此時的壓縮變形量為，產(chǎn)生的應(yīng)力極限為。等節(jié)距的圓柱螺旋壓縮彈簧的特性曲線是一條直線，即其值為一個常數(shù)，可用公式T(常數(shù))，壓縮彈簧的最小工作載荷為，對于通常取=（0.10.5）.通常對有預(yù)應(yīng)力的拉伸彈簧，為使具有預(yù)應(yīng)力的拉伸彈簧開始變形時所需的初拉力。有預(yù)應(yīng)力的拉應(yīng)力的拉伸彈簧相當(dāng)于有預(yù)變形x。因而在同樣的F作用力下，有預(yù)緊力的拉伸彈簧產(chǎn)生的變形要比沒有預(yù)應(yīng)力時小。彈簧在機構(gòu)中的工作條件決定了其的最大的工作載荷，但是在設(shè)計中通常不使其達到其的極限載荷，通常使其保持在=0.8。圖6-6圓柱螺旋彈簧的幾何尺寸參數(shù) 在此次的設(shè)計中我們采取的是圓柱螺旋拉伸彈簧。我們選取中徑為42mm，外徑為48，當(dāng)彈簧壓縮變形量約為8mm時，壓力=200N,壓縮變形量為20mm時，壓力=400N。由工作條件彈簧在一般載荷條件下工作，可以按第類彈簧來考慮。但在灌裝閥比較重要，現(xiàn)在選用碳素彈簧鋼絲級別選用D，并由已知條件知中經(jīng)D=42mm，并根據(jù)大經(jīng)D-D2=6mm，估取彈簧絲鋼直徑為6.0mm。由表3-2暫選B=1600mpa,則根據(jù)表可知= 0.3*B=480mpa。根據(jù)表C=7根據(jù)公式 =1.21=4.16改取d=5mm,查得B不變，故而不變，取D2=42mm，C=8計算k=1.18于是可以得到以下數(shù)據(jù)：=4.48mmD=D2+d=42+4.48=46.48mm48mm所得尺寸符合題限尺寸，合適。根據(jù)剛度條件，計算彈簧圈數(shù)n由公式 =16.6N/mm由表可得G=80000Mpa,則彈簧圈數(shù)n為：取n=10，此時彈簧剛度為驗算：彈簧的初拉力：初應(yīng)力：由圖6-7可得當(dāng)C=7初應(yīng)力的推薦值為47-135Mpa，故此應(yīng)力合適。圖6-7彈簧初應(yīng)力的選擇范圍極限工作應(yīng)力：取=0.56則，=0.561600=896Mpa極限工作載荷：所設(shè)計的圖如下所示：圖6-8 彈簧設(shè)計實體圖第7章 結(jié)論與展望全自動液體灌裝機的應(yīng)用和市場需求在日益增長，無論是從計量的準(zhǔn)確性，還是從灌裝的速度方面，都對自動化的要求不斷提高。對灌裝速度和準(zhǔn)確性的要求，主要取決于設(shè)備的性能，設(shè)備的功能及搭配的合理性直接影響系統(tǒng)的灌裝速度。同時，檢測設(shè)備的技術(shù)水平將會進一步表現(xiàn)在控制的準(zhǔn)確性上。本文主要實現(xiàn)對全自動液體灌裝機進行集中控制和實時數(shù)據(jù)采集、記錄和控制。與傳統(tǒng)的灌裝機的相比，在技術(shù)上的創(chuàng)新主要表現(xiàn)在：灌裝機的自動化水平。通過對市場的了解和學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)，目前市面上的灌裝機還主要停留在灌裝這個部分，而很少是將其前面的供瓶和后面的封蓋都作為一個灌裝的整體去考慮。在實際設(shè)計過程中，也曾遇到過許多的問題，其中最難解決的也是本人在學(xué)習(xí)過程中所欠缺人一個知識點。在設(shè)計過程中使用了好多方法，查閱了大量文獻資料，然而關(guān)于這方面的通訊問題比較少，本文在設(shè)計中嘗試采用無線技術(shù)解決這一問題。由于本人知識有限，在這方面的實踐經(jīng)驗較少，所以采用這種通訊方式還在調(diào)研和試驗中，其可取性有待進一步的了解深入。對全自動液體灌裝機的控制系統(tǒng)進一步優(yōu)化，在本方案的設(shè)計中，有很多控制方法都是參考或借鑒其它控制系統(tǒng)進行改進設(shè)計的，其中不免存在不適之處，這就需要不斷的研究改進。附件致 謝本人的畢業(yè)設(shè)計是在校內(nèi)老師和企業(yè)指導(dǎo)老師的共同指導(dǎo)下完成的，在近3個月的設(shè)計時間里，非常感謝校外的企業(yè)能給我們這次在工廠里面做畢業(yè)設(shè)計的機會，我們也非常的珍惜這次機會。在工廠實習(xí)的過程中，我們看到了設(shè)計的實物，這樣可以更深入的了解灌裝設(shè)備的基本原理以及他的組成。過這三個月來的忙碌和學(xué)習(xí)，本次畢業(yè)論文設(shè)計已接近尾聲，作為一個大專生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，在這里衷心感謝指導(dǎo)老師的督促指導(dǎo)，以及一起學(xué)習(xí)的同學(xué)們的支持，讓我按時完成了這次畢業(yè)設(shè)計。在畢業(yè)論文設(shè)計過程中，我遇到了許許多多的困難。在此我要感謝我的指導(dǎo)老師丁老師老師給我悉心的幫助和對我耐心而細(xì)致的指導(dǎo)，我的畢業(yè)論文較為復(fù)雜煩瑣，但是丁老師和企業(yè)的指導(dǎo)老師仍然細(xì)心地糾正圖中的錯誤。除了敬佩王師傅的專業(yè)水平以外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作，我才得以解決畢業(yè)設(shè)計中遇到的種種問題。同時感謝我院、系領(lǐng)導(dǎo)對我們的教導(dǎo)和關(guān)注；感謝大學(xué)三年傳授我們專業(yè)知識的所有老師。謝謝你們嘔心瀝血的教導(dǎo)。還有謝謝我周圍的同窗朋友，他們給了我無數(shù)的關(guān)心和鼓勵，也讓我的大學(xué)生活充滿了溫暖和歡樂。如果沒有他們的幫助，此次畢業(yè)論文的完成將變得困難。他們在我設(shè)計中給了我許多寶貴的意見和建議。參考文獻1 何雪明，吳曉光，王宗才機械CAD/CAM基礎(chǔ)M武漢：華中科技大學(xué)出版社，2011.2 黃建求機械制造技術(shù)基礎(chǔ)M北京：機械工業(yè)出版社，20113 濮良貴，紀(jì)明剛機械設(shè)計M北京：高等教育出版社，20114 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