第四章灌装机械ppt课件.ppt

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1、第四章 灌装机械,罐装机械基础,掌握常用灌装方法及原理 了解升瓶机构、灌装阀结构 掌握灌装时间计算方法 灌装机生产能力计算方法,液态产品的包装在包装行业中占有很大比例,这是由于液体包装涉及的行业广泛、品种繁多,如饮料方面的汽水、果汁、牛奶、矿泉水、蒸馏水、啤酒、果酒等;调味品方面的酱油、醋、味精液、果酱等;药品方面的针剂、糖浆、气雾剂等;农药乳剂、化工产品的各种瓶装、化妆品等,要满足日益增长的液体产品的需要,就应大力发展液体产品的包装机械。,第一节 概述,人类自从采用容器盛装液体以后,就产生了灌装方法。十九世纪末二十世纪初以前,通常使用水罐、水杓进行人工灌装或直接将容器浸入液料中进行灌装,大约

2、在1980年美国Horix、Kiefer和U.S.BottLers等三家公司开始制造容器灌装的机械装置。第一台商业用灌装机是Kiefer公司制造;Horix公司于1920年首次制造了重力灌装机,用于灌装番茄酱,这家公司至今仍生产灌装机,二十年代初这几家公司着手生产回转式灌装机,其中U.S公司制造的是纯真空灌装机,二十世纪以来,灌装机械工业发展迅速,那时灌装的速度取决于人工将瓶子对准灌装阀,等待瓶子灌装完毕所需的时间。今天,回转式自动灌装机的生产能力己达每分钟2000瓶。,我国在解放前几乎没有灌装机械,灌装生产绝大部分处于手工操作,非常落后。70年代初,上海、北京、广州、青岛、烟台等地引进三十多

3、条灌装线,其中有西德Seitz厂产品、意大利Simonazi公司、美国Merer公司、日本三菱公司,另外还有许多罗马尼亚灌装线。随后,我国广东轻工机械厂、北京酿酒机械厂、上海化工机械厂等许多家仿制了不少灌装线,但灌装机械的发展与国际先进水平的差距仍很大。为此,我国应根据自己的国情,吸收国外的先进技术,设计和生产出具有先进水平的灌装机,其发展趋势向高效化、自动化、节能化发展。,所谓灌装机就是将液体产品装入包装容器的机械。液体产品按其粘度可分为: 流体:在自身重力作用下即可以按一定速度流过圆管的任何液体。流速主要是受流体粘度和压力影响,一般粘度范围规定为1-100厘泊,如酒类、果汁、牛奶、酱油等。

4、 半流体:在大于自身重力的压力作用下才能在圆管中流动的液体叫半流体,其粘度范围为100-1000厘泊,如番茄酱、肉糜等。 粘滞流体:产品粘度超过1000厘泊的,不属于流体和半流体的范围。如浆糊之类的产品属于这一范畴。,对于低粘度液料,根据液体中是否含有二氧化碳气体,可分为不含气和含气的两类;对于是否含有酒精成份又可分为软饮料(不含酒精)和硬饮料(含有酒精)。 流体的流动特性还会受温度、粘度、固体粒子的含量、分解性、表面张力或起泡特性等因素的影响。 包装容器目前按其材料分主要有玻璃瓶、金属罐、纸包容器、塑料瓶等,还可分为:硬质容器、半硬质容器、非硬质容器,任何以轻量塑料(通常是吹塑成型或热成型)

5、或是纸板及其复合纸材制成的, 加封盖后不漏液体的容器叫半硬质容器。,任何以塑料薄膜、金属箔、塑料复合薄膜或是由它们的复合物制成的容器都叫非硬质容器。例如大家熟知的袋,它一般要求灌装系统带有制袋装置。通常是以活塞定容,灌装系统将一定容量的液体灌装到由该装置生产的容器中。,任何可以承受15磅的向下压力而不变形的用金属、玻璃、陶瓷或塑料制成的、加封盖后不漏液体的容器都称为硬质容器。,二、灌装机的主要类型 1.按灌装瓶的主要运动形式分类,瓶子在灌装过程中展开示意图,瓶子在灌装过程中的俯视图,旋转型灌装机待灌瓶由传送系统(一般经洗瓶机由输送带输入)或人工送入灌装机进瓶机构,瓶子由灌装机转盘带动绕主立轴旋

6、转运动进行连续灌装,转动近一周时瓶子己灌满,然后由转盘送入压盖机进行压盖,如上图所示: 这种灌装机在食品、饮料行业应用最广泛,如汽水、果汁、啤酒、牛奶的灌装,此机主要由流体输送(即供料系统)、容器输送(即供瓶系统)、灌装阀、大转盘、传动系统、机体、自控等部分所组成,其中灌装阀是保证灌装机能否正常工作的关键。,直线型灌装机 灌装瓶沿着平直的直线运动,进行成排灌装。见下图,凡送来一排空瓶由推瓶板向前推送一次,到送至灌液管的下方时,阀门打开进行灌装,间歇进行操作。,直线灌装机工作原理图定量灌装,上盖,将盖拧紧,贴商标待装盒装箱1-推瓶板,2-限位拨盘,3,11,13-传送带,4-传送盘,5-瓶子,6

7、-上盖机构,7-料斗,8-拧紧机构,9-商标盒,10-浆糊盒,12-推料板,14-贮液箱,15-灌装管,这种灌装机相对旋转灌装机来讲,结构比较简单,制造方便,但占地面积比较大,而且是间歇运动,生产能力的提高也受到一定限制,因此一般只用于无汽液料类的灌装,局限性较大。自动化灌装机 该类型可分为:单机自动机和联合自动机(可以包括连续进行洗瓶、灌装、压盖、贴标、装箱等工序)。自动灌装以采用机械传动控制为主的最普遍。 此外,还有按灌装方法、关闭装置及定量装置等多种分类方法,具体的详细内容见表4.1:,表4.1 灌装机分类表,一、定量方法 准确的定量灌装不但与产品的成本有着直接的关系,同时也影响产品在消

8、费者心中的信誉。包装物品的定量一般有重量定量和容积定量两种。重量定量由于要增添秤等计量装置,所以机器的结构比较复杂,适用于比重经常变化的固体物料,且往往要配置一套电路用以机电配合;容积定量机器的定量结构比较简单,一般不需电路配合。液体产品一般易采用容积式定量,常见的有如下三种方法:,第二节 定量、灌装的基本原理,1.控制液位高度定量法 这种方法是通过控制被灌容器中液位的高度以达到定量灌装的目的。因为每次灌装的液料容积等于一定高度的瓶子内腔容积,故习惯称它为“以瓶定量”。该法结构比较简单,不需要辅助设备,使用方便,但对于要求定量准确度高的产品不宜采用,因为瓶子的容积精度直接影响灌装量的精度。图3

9、-1为消毒鲜牛奶、鲜果子汁等的灌装机构。随着液料的继续灌入,液面超过排气管嘴,瓶口部分的剩余气体只得被压缩,一旦压力平衡,液料就不再进入瓶内而沿排气管上升,根据连,通器原理,一直升至与贮液箱内液位水平为止,然后瓶子下降, 排气管内的液料也滴入瓶内,从而完成了一次定量灌装。,动画,对于这种定量方法,若改变每次的灌装量,则只需改变排气管嘴进入瓶中的位置。2.定量杯定量法 这种方法是先将液体注入定量杯中进行定量,然后再将计量的液体注入待灌瓶中,因此,每次灌装的容积等于定量杯的容积。,动画,若改变灌装量,则只需调节管子在定量杯中的高度或者更换定量杯。 此法不适于灌装装气液体，因为定量杯在储液箱内上下运

10、动，易产生气泡，影响灌装精度。,3.定量泵定量法 这是一种采用压力法灌装的定量方法,一般由动力控制活塞往复运动,将物料从贮料缸吸入活塞缸,然后再压入灌装容器中,由此每次灌装物料的容积用活塞往复运动的行程来控制。图3-3是利用定量泵进行定量灌装番茄酱的原理图。 对于这种定量方法,若要改变每次的灌装量,则只需设法调节活塞的行程。,动画,定量泵结构简图 l-料斗 2-泵体 3-锥形阀 4-活塞体 5-活塞托架 6-挡圈 7-食品出口 8-活塞杆,比较上述三种定量方法,从定量精度来看,第一种方法由于直接受到瓶子容积精度以及瓶口密封程度的影响,其定量精度不及后二种方法高,若从机械结构看,第一种显然最为简

11、单,因此,它自然得到广泛应用。 定量方法的正确选择,主要应考虑产品所需要的定量精度,如我国对640毫升啤酒部颁标准为10毫升,国外为3毫升。对瓶装酒类等按高度定量的产品,最好不超过1.5毫米,容积误差最好控制在0.4,越是名贵的产品,显然其误差应越小。定量方法的正确选择,还应考虑到液料本身的工艺性,例如对含气饮料灌装若采用定量杯定量法,则贮液箱内的泡沫反倒可能降低定量精度。,二、灌装的基本原理 各种液体产品的物理性质和化学性质均不相同,在灌装过程中,为了使产品的特性保持不变,必须采用不同的灌装方法。一般灌装机常采用下列几种灌装方法:1.常压法罐装 常压法也称纯重力法,即在常压下,液料依靠自重流

12、进包装容器内。大部分能自由流动的不含气液料都可用此法灌装,例如白酒、果酒、牛奶、酱油、醋、矿泉水等。,常压法灌装法是在常压下灌装的,因此,灌装系统较为简单。液体产品由高位槽或泵经输液管送进灌装机的贮液箱,贮液箱内液面一般由浮子式控制器保持基本恒定,贮液箱内的流体产品再经过灌装阀的开关进入待灌容器中。,罐装阀 灌装阀是自动灌装机执行机构的主体部件,它的功能在于根据灌装工艺要求,以最快的速度沟通或切断贮液箱、气室和灌装容器之间流体流动的通道,保证灌装工艺过程的顺利进行。 不同类型的液料其物理化学性质各不相同,因此对灌装工艺要求存在差异形成了对阀的不同要求,不同的灌装方法有不同的灌装工艺过程。 采用

13、常压法灌装的工艺过程是: 1.进液回气;2.停止进液;3.排除余液,动画,2.等压法罐装 等压法也称压力重力式灌装法,即在高于大气压的条件下,首先对包装容器充气,使之形成与贮液箱内相等的气压,然后再依靠被灌液料的自重流进包装容器内。这种方法普遍用于含气饮料,如啤酒、汽水、汽酒等的灌装。采用此种方法灌装,可以减少这类产品中所含二氧化碳的损失,并能防止灌装过程中过量起泡而影响产品质量和定量精度。 等压法灌装的液料供料机构 图3-17为此法供料原理图。,等压灌装原理：充气等压进液回气排气泄压排除余液,动画,3.负压式罐装（真空法） 负压式罐装是在低于大气压的条件下进行的灌装。 此类灌装系统结构较复杂

14、,形式较多,但根据其采用灌装方式不同,大体可分两种类型:一种方式是在待灌瓶和贮液箱中都建立真空,而液体是靠自重产生流动而灌装的;另一种方式是在瓶中建立真空,靠压差完成灌装。 真空法灌装机的供料系统可有单室、双室、多室、三室等多种形式,单室属于前一种真空法灌装,其余属于后一种方法。,单室 真空室与贮液箱合为一室的供料系统。双室 只有一个贮液箱与一个真空室的供料系统。多室 这种结构不仅使贮液箱与真空室分开,而且另设一个液位控制箱,真空箱也不只一个。,重力真空式 贮液箱内处于真空,包装容器首先抽气使之形成与贮液箱内相等的真空,随后液料依靠自重流进包装容器内,因结构较复杂,国内较少用。真空法灌装应用面

15、较广,它即适用于灌装粘度稍大的液体物料,如油类、糖浆等,也适用于蔬菜汁、果子汁等,瓶内真空意味着减少了液料与空气的接触,延长产品的保质期, 还适用于灌装有毒的物料,如农药等, 减少毒性气体的外溢。,压差真空式 即贮液箱内处于常压,只对包装容器抽气使之形成真空,液料依靠贮液箱与待灌容器间的压差作用产生流动而完成灌装,国内此种方法较常用。,4.压力法罐装机 利用机械压力或气压,将被灌物料挤入包装容器内,这种方法主要用于灌装粘度较大的稠性物料,例如灌装番茄酱、肉糜、牙膏、香脂等,有时也可用于汽水一类软饮料的灌装,这时靠汽水本身的气压直接灌入末经充气等压的瓶内,从而提高了灌装速度,形成的泡沫因汽水中无

16、胶体尚易消失,对灌装质量有一定影响,但不算太大。,压力法灌装的液料供送机构 下图为此法灌装供料简图,它由稳压装置,旋塞阀,推料活塞和充填器四个主要部分组成。物料由人工或泵送入贮液箱内,在灌装时因来料压力不稳,会产生定量误差, 因此常采用如图所示的稳压装置来稳定供料压力,提高灌装精度。,演示,5.虹吸法 利用虹吸原理完成的灌装方法。此种方法出现最早,人们最容易接受,原理比较简单,现在很少使用。,上述几种灌装方法的正确选择,除考虑液体本身的工艺性能如粘度、重度、含气性、挥发性外,还必须考虑产品的工艺要求、灌装机的机械结构等综合因素。 对于一般不含气的食用液料如瓶装牛奶、瓶装酒类等,可以采用常压法,

17、亦可采用真空法,为了减少灌装时液料中的含氧气量,以便延长产品的保质期,采用较大的真空度的真空法更有利。另外,采用真空法其灌装阀的结构较简单,液漏损失小。但是,真空度越大,酒的香味越易损失,而且真空法较之常压法尚需增加设备成本。,2.5,应当指出,对于某种液料的灌装不一定选择单一的方法,也可以综合选择几种方法,例如为了减少啤酒中的含氧量,避免保存期变质,一种方法是灌装前对瓶内抽取真空,然后再充入二氧化碳进行等压灌装,即采用真空等压法, 另一种方法是用二氧化碳充气等压,瓶内被替代的空气被引入单独设置的回气箱,并不排至贮液箱。灌装前阶段在等压下进行,灌装后阶段可加快回气速度,形成与贮液箱的压差,从而

18、提高灌装速度,即采用等压压力(差压)法。,第三节 灌装机的其他常用机构一、灌装的供瓶机构,在自动灌装机中,按照灌装的工艺要求,准确地将待灌瓶送入主转盘升降机构托瓶台上,是保证灌装机正常而有秩序地工作的关键。一般供瓶机构的关键问题是瓶的连续输送和瓶的定时供给。常用的连续输送装置有链带传送,一般采用不锈钢或尼龙坦克链带,为了减少链带与瓶底间的摩擦,有时设法在链带上加些肥皂水,以便润滑。,由洗瓶机出来的瓶子由输送带送来后,为了防止挤坏、堵塞和准确地送入灌装机,必须设法使瓶子单个地保持适当的间距送进, 目前瓶子的定时送给一般采用分件供送螺杆或拔盘式等限位机构。,1、分件供送螺杆机构 图3-3给出了典型

19、送瓶机构的示意图,它的基本组成包括由锥齿轮传动的变螺距螺杆、固定侧向导板、链式水平输送带(末画出)和组合式拔瓶轮等, 分件供送螺杆在结构上是一种空间高副机构,它的结构形式受供送瓶的大小、形状等的制约。从外观形式看,前端应设计呈截锥台形,有助于将玻璃瓶顺畅地导入螺杆的工作区段,而另一端应具有与玻璃瓶同半径的圆弧,过渡角,以便和星形拔轮同步衔接,为了使刚进入螺杆工作区段的玻璃瓶运动平稳,第一段最好采用等螺距,使它暂不产生加速度,鉴于星形拔轮的节距通常都大于两只玻璃瓶原来在链带上紧相接触时运动的中心距,显然,最后一段螺旋线一定要变螺距, 为改善瓶的惯性运动,它应该制约玻璃瓶以等加速度规律逐渐增大其间

20、距。,实践证明,对于中、小型自动灌装机(一般为250瓶/分以内),只需将螺杆设计呈等螺距段与变螺距段即可,虽然其加速度曲线不连续,有阶跃突变,但在加速度值不很大时,仍不致发生明显的柔性冲击。设计供送螺杆的关键在于,必须在满足被供送瓶的主体直径及有效高度、星形拔轮节距和生产能力等条件下,预选螺杆的内外径及长度。合理确定螺旋线的组合形式、旋向及螺旋槽的基本参数。,2.花盘式限位机构 如图所示,待瓶或罐由输送机运送,经花盘轮分隔装置而直到输送机端头。在最前端的瓶或罐到达要求位置时,就碰上电开关9,使推板8立即将要求数量的一排瓶或罐横向推进一个距离。推板8行进中驱动摆盘6,使之逆时针转动,但凸轮5及棘

21、爪摆杆4不动,推板8行进到与摆盘6脱离接触时,摆盘6受弹簧作用而恢复到原位。,定数量供给的花盘限位装置1-输送带,2-花盘轮,3-棘轮,4-棘爪摆杆,5-凸轮,6-摆盘,7-销子,8-推板,9-开关,推板8做返回运动时, 又驱动摆盘6使之顺时针转动,同时通过销子7使凸轮5一起转动,从而迫使棘爪杆4摆动,脱离开棘轮3,此时,花盘轮由传动装置驱动转动,对输送来的瓶或罐做连接分隔传送。当推板8 往回运动到又与摆盘6脱离接触时,凸轮5受弹簧作用又转回到原位,棘爪摆杆也往回摆动到原位, 棘爪嵌入棘轮轮齿中,制动住花盘轮2的转动,在棘爪脱离开棘轮的时间间隔内,经由花盘轮分隔传送出要求数量的瓶或罐 。,3.

22、拨瓶轮 此机构是将瓶的限位器送来的瓶子, 准确地送入灌装机中瓶的升降机构或将灌满的瓶子从升降机构取下送入传送带的机构。,如图3-6所示:拔瓶轮中的尺寸h及Rc均由瓶子的高度和直径来决定, 拔瓶轮一般采用酚醛层压板等材料,以免与玻璃瓶产生硬性碰撞,拔瓶轮一般由上、下两片组成,为了保证拨轮与托瓶台的位置相对应,在轮片上应开有圆槽形孔,调好后再安装在转轴上。,为了使瓶子稳定传送,在传送带旁边还需要安装护瓶杆,在进出瓶拔轮外还要安装导板,护瓶杆离开传送中心线的距离要可调,以适应不同规格的瓶子。,另外,送瓶机构不仅要将瓶子分隔转弯,而且传递速度必须与洗瓶机的速度匹配, 否则易出现倒瓶、缺瓶或阻塞现象,为

23、了防止倒瓶时影响正常生产,某些灌装机在分件供送螺杆、拔轮的传动部分安装有离合器,一旦出现故障使其自动停转,有的还安装微动开关, 当离合器脱开的同时,压迫微动开关,使全机停转。,二、瓶的升降机构在一般旋转型灌装机中,由拔瓶轮送来的瓶子必须根据灌装工作过程的需要,先把瓶子升到规定的位置,以便进行灌装。然后再把己灌满的瓶子下降到规定的位置,以便拔瓶轮将其送到传送链带上送走,这一动作是由瓶的升降机构完成的。对于瓶的升降机构的要求是: 运行平稳、迅速、准确、 安全可靠、结构简单, 常用的有下列三种形式：,1.机械式瓶的升降机构图3.28为机械式升瓶机构原理图,瓶托的上滑筒3和下滑筒6通过拉杆5与弹簧2组

24、成一完整的弹性筒,在下滑筒的拔销上装有滚动轴承7,使整个瓶托可沿着凸轮导轨的曲线升降。由于上滑筒与下滑筒间还可产生相对运动,这不仅保证了瓶口灌装时的密封,同时又保证了有一定高度误差的瓶子仍可正常灌装。,每只瓶托用螺母固定装在下转盘边缘的孔中,并随转盘一起绕立轴旋转,显然这种机械式升瓶机构实际上是由圆柱轮直动从动杆机构完成的,与一般不同的是,这里圆柱凸轮不动,而直动从动杆绕圆柱的轴线旋转,因此, 它们之间的相对运动与圆柱凸轮旋转的直动从动机构是一致的。瓶托上升时,凸轮倾角最大,许用推荐值为30,这种升瓶机构的结构比较简单,但是工作可靠性差,如果灌装机运转过程中出现故障,瓶子沿着滑道上升,很容易将

25、瓶子挤坏,对瓶子质量要求很高,特别是瓶颈不能弯曲,瓶子被推上瓶托时,要求位置准确,在工作中,缓冲弹簧也容易失效,需要经常更换。因此,这种结构适用于小型的半自动化的不含气体的液料灌装机中。,2.气动式瓶的升降机构 图3-10为其原理图及结构图,所用压缩空气的压力通常为2.5-4kgf/cm。从图中可以看到当控制碰块使阀门5关闭、阀门4开启时,压缩空气将自下部进气管进入到气缸2中,活塞3受到下端压力气体,的作用向上运动,托瓶台1及其所承托的瓶子向上升起,在此过程中灌装嘴插入瓶内,以便进行灌装工作。灌装完毕后,控制机构关闭阀门4,开启阀门5, 连杆、托瓶台1及已装物料的瓶子等在自重的作用下,托瓶台迅

26、速降到与灌装机转盘水平面等高的平面上,再由排卸装置将装料瓶自灌装机转盘上排卸出去封口。,3.气动机械混合式升瓶机构 此机械是以气动机构作托瓶升起、用凸轮推杆机构将已装物料瓶降下的综合式升降机构。它利用气动机构托瓶升起具有自缓冲功能,托升平稳。且节约时间的优点,同时又利用了凸轮推杆机构能较好地获得平稳的运动控制的特点,使托瓶升降运动得到快而好的工作质量。但此种托瓶升降机构的机械结构较为复杂。 如图3-10为此种托瓶升降的结构图。,上述三种升降瓶机构各有其优缺点。在设计时,应根据灌装机的具体要求,进行具体的分析,选择和设计出先进合理,经济可靠的结构。,三、灌装瓶高度调节机构 由于灌装机涉及的包装容

27、器瓶子的规格很多,如640毫升的啤酒瓶其高度为2891.5mm瓶身直径751.6mm;350毫升的高度为2311.5mm,身径为63.511.2mm,小瓶汽水的高度为203mm,为了使一台灌装机满足多种瓶高的灌装，需要调节装有灌装阀的贮液缸与装有升瓶台的转盘之间的距离,使贮液缸能沿着立柱相对于转盘作上、下移动,目前常用的高度调节结构有三种形式：,1.中央调节式如图3.13所示,贮液缸底部转轴1的下端为螺杆结构，它与固装在转盘上的法兰式螺母2相连接,并用固定螺栓3拧紧,调节时,松开螺栓,转动贮液缸,其本达到所需瓶高后,再调整灌装阀与升瓶台的中心,使其基本对准,最后再重新拧紧螺栓,这种结构最为简单

28、,但由于灌装阀与升瓶台调节后不易对中,故仅适应于灌装广口瓶或铁罐,同时由于采用中央螺纹支承,贮液缸运转时稳定性也较差。,因此在另外一些小型灌装机上,采用蜗杆蜗轮的调节结构,如图3-14所示。调节时,首先松开锁紧螺母1,退出销轴2使传动上下转盘一起转动的键失去作用,然后用手柄摇动蜗杆6,使蜗轮5转动,由于蜗轮与下部立轴4的端部采用螺纹联接,因此,蜗轮一边转动,一边上下移动,并带动上转盘8也一起上下移动,从而实现高度调节。,演示,2.三立柱调节式如图3-15所示。在贮液缸与转盘之间除由轴套2、立轴5联接外,还有三根端部为螺纹联接的立轴10,与之相配的三只螺母9的端部又固联有链轮8,调节时,松开紧定

29、装置4,只需转动某一链轮,则三根立柱一起被升降,同时并不改变灌装阀相对于升瓶台的中心位置,因此,这种结构更为合理,已得到了广泛的运用。,3.电动调节式 对于较大型的灌装机,为了代替费力的手工调节,有的采用电机减速后带动调节螺杆,使贮液缸升降达到所需的高度。,四、灌装机的其他调整 根据使用情况和产品情况有时需要对机器进行调整,主要涉及以下几方面的调整。,酒缸液位的调整灌装量的调整转速的调整,1.酒缸液位的调整 因为液位的高低直接影响到灌装速度。若液位过低甚至使一定的灌装角度中灌不满瓶子,因此灌装机要求酒缸中的液位可以调整控制在合适的位置上,并且在灌装过程中能基本保持不变,以便灌装速度稳定。 2.

30、灌装量的调整 灌装机的定量形式多是以瓶定量的,若更换灌装瓶子容量时,可调节升降机构中活塞芯子的高低来改变灌装量。若定量形式是定量杯定量的, 可通过改变定量杯的容积调整灌装量。,3.转速的调整 灌装机上常用的调速装置一般是机械无级调速的这里只讲一下三角皮带机械式无级调速原理: 如图所示为皮带无级调速原理图。通过专用的三角宽胶带无级调速带,将二对锥盘联接起来,轴为主动轴,轴为从动轴,若从轴输入一个固定不变的转速V时,当转动手柄1通过齿轮,螺纹收紧锥盘迫使主动轮的作用半径增大,无级调速带的周长不变,则轴上二锥盘压缩弹簧,使二轴的作用半径变小,轴的输出转速即可提高。 反之,则输出转速降低。,它只能用在

31、作为传动链内部的速度匹配调节用,不能用在有准确传动比要求的传动系统中。,皮带无级调速原理图,五、旋转型灌装机主要存在的问题 此类灌装机具有结构紧凑,连续生产效率较高等优点,但还存在着如下问题: (1)结构比较复杂,如它的灌装系统是比较复杂的,轻工机械发展的方向是力求结构简单、体积小、重量轻。 (2)传动机构庞大。如主轴采用了较大的轴承。 (3)成本太高。如酒缸采用不锈钢可铸铜等材料,增加了成本。 (4)加工要求高,特别是密封问题,另外,由于传动系统在主机的下方,带来了维修麻烦,同时由于主机的旋转运动,它的转速受到离心力大小的限制,也限制了生产能力的提高。,1.灌装时间的计算灌装的水利过程 根据

32、水利学知识,液料由贮液箱或定量杯经过灌装阀流入待灌瓶内,这一过程应该看成是液体的管嘴出流,按照定量方法和灌转阀的嘴口伸入瓶内位置的不同,又可分成以下几种情况:,第四节 灌装机的设计计算,a 高度定量短管灌装 b 高度定量长管灌装,c 定量杯定量短管灌装 d 定量杯定量长管灌装,稳定管嘴自由出流 经过灌装阀孔口出流的液料体积流量为： 式中: 孔中截面上液料的流速; 孔口中液道口的截面积。 C灌装阀中液道的流速系数;,不稳定的管嘴自由出流如图c所示,由于孔口截面上的位压力是变化的,流经该截面的液料是变量。当定量杯内液料降至任意位置时,流经管嘴孔口的液料瞬时流量为：,式中: F定量杯的截面积; dz

33、定量杯液料高度的微小增量;,d对应于增量Fdz的时间,式中负号表明定量杯内液料高度是随时间增长而减少的,由此可得: 定量杯内液料全部注入瓶内所需灌液时间应为: 式中： 从管嘴孔口至定量杯内充满液料时的高度; 从管嘴孔口至定量杯内流完液料时的高度。,目前尽量采用环隙进液并沿瓶壁降落的阀端结构,这不仅使灌装始终保持稳定的管嘴出流状态,同时又避免了液料落下产生的冲击力,使灌装更为稳定,这种结构的阀对于含气饮料的灌装更显得有利。,充气或抽气时间的计算 对于常压法,其灌装时间即为灌液时间,而对于等压法或真空法,其灌装所需时间应为灌液时间与充气或抽气时间两项之和。,1)充气等压时间 当空瓶上升至灌装阀的瓶

34、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)的气体经收缩形管嘴的外射流动,因为充气的气道在灌装的内部,而充气的时间又很短,故可把充气过程近似看成是没有摩擦损失的绝热过程(或叫等熵过程)。由气体绝热过程方程式可知式中: P0充气前瓶内的气压(即为大气压);,P1充气后瓶内气压(即为贮液箱内压力); p0 瓶内原有气体的气压； V1瓶内气压增高至时,原有气体被压缩成的容积; V0 瓶内原有气体的容积(即空瓶的容积); k绝热指数,对于空气k=1.4。 由上式可求得: 因此,对于一只瓶所补充进入空气容积为:V=V0-V1,充

35、气等压所需时间:,一般取0.5-1s,2)抽气真空时间 对于真空法灌装而言,灌液前瓶内要形成一定的真空度,气压必须由原有的P0降低为P1,则瓶内原有空气的体积V0将膨胀部分的气体不断被抽走,温度基本保持不变,因此这一过程可以近似看成是等温过程,由气体等温过程方程式求得: 体积增大部分的空气即为必须抽走的空气量,所以抽气真空的时间应为:,式中: 为真空泵平均分配在每头灌装阀上的抽气速率。,3.生产能力的计算 旋转型的自动灌装机的生产能力可用下式计算: Q=60an 式中: Q生产能力(瓶/小时); a灌装机头数; n灌装台的转速(转/分)。 由式可见,要提高灌装机的生产能力就必须增大头数a或转速

36、n。如果采用增大灌装机的头数a来提高生产率,那么,灌装机的旋转台直径也要相应增大,这不仅使机器庞大,而且在旋转台转速一定的情况下,还必须考虑离心力的影响,即瓶托上的瓶子在尚末升瓶压紧灌装阀之前以及在灌满液料降瓶离开灌装阀之后,其绕立轴旋转时产生的离心力都必须小于瓶子与瓶托之间的摩擦力,否则瓶子将会被抛出托瓶台,从而影响正常操作 灌装头中心到立轴中心的距离,必须满足下列不等式: 式中: 瓶与托瓶台间的摩擦系数。,如果采用增大立轴的转速n来提高生产率,那么,除同样需要考虑离心力的影响外,主要的还需考虑灌装时间的影响,当n值提高,但液料灌装速度没有提高或与n值不相适应时,瓶子在旋转台上转动一周的时间

37、内并末能灌满,没有达到定量要求,生产循环也因此受到破坏。 立轴旋转一周即灌装机完成一个工作循环所需时间为: T60/n 在完成一个工作循环的时间内必须包括下列几个部分:,因此,确定立轴转速n的关键是必须保证转盘上灌装区所占时间T4大于工艺上所需时间,即满足不等式: 式中: 可由常压法、等压法、真空法下的不同计算方法获得,对于定量杯定量法的灌装,确定立轴转速n还必须保证充满定量杯所需的时间,在转盘上,一般要求在开阀前、关阀后这段区间内完成,即要求满足不等式: 式中: 为充满定量杯工艺上所需的时间,4.输液部分计算 液体产品从贮液槽送往贮液箱的输液管一般为圆管,因此尺寸的确定就是合理选择圆管的内径

38、和壁厚。 圆管内径的确定 设输液管的内径为 ,其截面积为 ,液体在管内流动的速度为: , 为流经管道任一截面上液料的体积流量,那么,输液管的内径为:,又,式中: 重量流量.指单位时间内流经管道任一横截面的液料重量; 液体产品的密度; G 每瓶灌装液料的重量; 灌装的最大生产能力。,表3.2 液料(流体)输送常用流速范围,流速v一般根据经验选取,这是因为流速增大,管径则小,虽使材料消耗和基建投资减少,但增大了流体的动力消耗,又使操作费用提高,因此,在设计时应根据具体情况参考表3.2选取,根据体积流量V及u流速代入公式计算所等于的管径,还必须根据工程手册中查取的规格圆整。 圆管壁厚 一般根据管子的耐压和耐腐蚀等情况,按标准规格选定壁厚。,