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1、输送管路的设计输液管尺寸的确定 从储液槽到灌装机储液箱的输液管路一般均用圆管铺设.首先要合理选择它的内径和壁厚 (1)圆管内径 设输液管的内径为d(m),截面积为A(),液体在管内的流速为u(m/s),体积流量为v(),由于:故得:可见,欲求d必须先求v和u.为此,又设:W-管内质量流量（kg/s）-液体的密度（）-每瓶灌装液体的质量（kg）-灌装机最大的生成能力（pcs/h）逐写出:所以： 在流量保持定值的条件下,虽然提高流速会使管径和设备投资费用都相应减少,但往往要增加输送液料所需的动力和操作费用.因此设计时应根据具体情况参考表10-1适当选取流速,根据系统的设计要求,取u=3m/s所以：
2、(2)圆管壁厚圆管的壁厚一般根据系统的耐压和耐腐蚀等条件,按标准规格选用,选:t=5mm.4.2输送液泵的确定: 要在单位时间内给灌装机储液箱输送一定数量的液体原料,必须借助高位槽或输送泵作动力源.因为高位槽不方便控制液体的量,而且根据连续性方程可知高位槽中的液体原料在下落时会影响供液的压力,所以用输送泵作动力源给灌装机储液箱供液. 为合理确定输液泵的功率,应运用能量守恒定律,亦即流体力学的柏努力方程求解:为了求管子损失压头,需要算出雷诺系数其中：由于,可知液体在管内是紊流的,动能修正系数可取=1.另外,若取管子绝对粗糙度=0.2,经查表得摩擦系数=0.035,则直管阻力损失压头:又查表得标准
3、弯头阻力系数=0.75,球心阀全开时阻力系数=6.4,进口阻力系数=0.5,出口阻力系数=1,则局部阻力损失压头:设灌装机储液箱的自由液面,而储液槽液面为2-2,取=0,=3,管路上多了一个标准弯头,故损失压头:代入有关数值,可得泵的压头则输液泵所需的轴功率：4.3阀端孔口流量的计算液料经灌装阀孔口的体积流量用通式表示为式中-孔口的流通面积（） -孔口的流速（m/s）液料流速可由灌装阀端孔口截面0-0与储液槽液面2-2之间所建立的柏努力方程式得求:设储液箱液面的表面积为,其速度折算系数为,按流体连续性原理得相应的流速同样，设某段的截面面积为，其速度折算系数为=，按流体力学的连续性原理得相应的流
4、速：显然：将以上的，带入，经整理得：解出为简化分析计算：令，并取灌装阀的孔口截面压头和流速系数代入可得:由此可见，液料体积流量V主要取决于三个参数：通道流速系数C,孔口流通面积，孔口截面压头H。1）通道流速系数C液料经灌装阀通道所受到的阻力越小，C值就越大，但它小于1。通常，C值用实验的方法确定，也可以通过计算的方法算出。若已知灌装阀的结构及操作条件，通过查表可以确定出各段的阻力系数和。不过阀中各部位的阻力系数不仅难以求出，而且相互之间又有影响，结果使得流速系数降低，要行修正。一般建议取修正系数=0.77-0.87之间。这样修正后的流速系数对灌装低粘度的液体，一般取c=0.5。查参考表，集合设
5、计要求，取c=0.5。2）孔口流通面积在瓶口尺寸允许的条件下应尽可能地取较大的，并且尽量增加该截面的浸润周边长度，以将少雷诺系数，从而使得液体流动更加稳定。3）孔口截面压头H它包括两项：一是，孔口截面的静压头，它除受自由出流或淹没出流的影响外，更重要的是取决于储液箱和灌装瓶内的气压差。另一个是孔口截面位压差，它除受定量方法的影响外，更重要的是取决于储液箱内自由液面对灌装阀端面孔口截面的高度。综合上面的计算，得出：参考表10-2，取用V=3m/s。4.4灌装时间的计算:根据定量方法的和灌装阀管口伸至瓶内位置的不同对灌装时间影响也不同。如图所示，若管口伸至瓶颈部分，随定量杯内的液位逐渐降低，液体流
6、速也会相应降慢，故此灌装过程属于不稳定的管口自由流出出液，即液料体积流量V为变量，它是孔口截面位压头的函数。设定量杯的截面积为定值，当内存液料距离管口的高度为Z时，其瞬时流量将上式转换为则定量杯所存的液料全部注入瓶内所需的灌装时间-定量杯冲满液料时距离管口的高度（m）-定量杯流完液料时距离管口的高度（m）带入有关数据计算得：根据设计要求分析可得，可以满足使用要求。4.5供液系统原理图4.6供液系统所选元件的参数与一些重要参数1液压泵 型号规格 CB-B500 排量 500ml/r 压力 2.5mpa 转速 1450r/min 效率 0.93 驱动功率 6.5kw 表面尺寸 174*120*18
7、5mm2节流阀 型号规格 LF-B32H 公称压力 31.5mpa 公称流量 200L/min 质量 15kg3溢流阀 型号规格 YF3-10B-* 通经 10mm 额定流量 63ml/s 调压范围 0.5-16mpa 卸荷压力 0.45mpa 质量 1.9kg4电磁换向阀 型号规格 CE系列 通径 10额定压力 16mpa通过流量 605阀端口流量 110ml/s6灌装时间 6s7管路直径 100mm8管路壁厚 5mm第5章 供瓶系统的设计计算和选用5.1输送线方案的选用板式输送机在工业部门中应用广泛.它可以沿水平方向或倾斜方向输送各种散装物料或成件物品,它也可以用于流水线生产.可以输送比较
8、沉重的,较大的物料或成件物品.也可以在较高的温度环境下输送物快.一 板式输送机的优点:1使用范围广泛.2输送能力大.3牵引链的强度高,可以作长距离的输送.4输送线路布置灵活.5在输送过程中可以进行各种工艺的加工.6运行平稳可靠.二 布置形式:为满足灌装工艺要求,简单布置形式,采用水平布置形式.三 板式输送机的主要部件:1牵引链:2底板:3驱动部分:4张紧部分:5机架:5.2电机到减速器的传动设计与计算:设计一级减速器，具体设计计算如下。参考现有的生产线上的电机，选用电机为：YH100L2，转速2700r/min，额定功率3kw，电流6A，转差率10%，功率因数0.875.2.1轴转速、功率、扭
9、矩的计算第一根轴的转速为电机的转速，=2700（轴1通过联轴器与电机相联）第二根轴的转速为与链轮相联的轴的转速。从上面输送线的计算可以得知=700传动比为 各轴功率的计算：第一根轴 第二根轴 =2.88kw轴的扭矩计算： 从上可以得出如下表格的数据轴号转速输出功率输出转矩传动比效率电机轴2700311轴27002.9710505386099轴7002.88392910.975.2.2直齿圆柱齿轮传动设计1 选择齿轮材料 查表 大小齿轮均用45号钢，调质 2 按齿面接触疲劳强度来计算 确定齿轮传动精度等级 按 估取圆周速度为= 查表选取 公差等级为8级 小轮分度圆直径，由公式可得 齿宽系数查表，
10、按齿轮相对轴承为非对称布置， 可取= 小轮齿数，在推荐值1720中选则。 =17 大轮齿数= = 圆整，取 齿数比 传动比误差 = 误差范围在的范围内，所以合适。 小轮转矩 由前面的计算可知 载荷系数K 使用系数，查表得 =1 动载荷系数 ，查表得初值 = 齿向载荷分布系数 ，查表得 = 齿向载荷分配系数 ，由下式及得 查表并插值 则载荷系数K的初值 弹性系数 查表得 = 节点影响系数 ，查表（） 得= 重合度系数 ，查表得 许用接触应力 接触疲劳极限应力，查表得 应力循环次数 = 则查图得接触强度的寿命系数，（不允许有点蚀） =1 硬化强度 =1 接触强度安全系数，按一般可靠度 =，取 =
11、故由上面的一系列参数可以得出 齿轮模数 查表取 小齿轮分度圆直径的参数值圆整 = =25.5 圆周速度V 与估取值误差不大，对取值影响不大，不必修正 小轮分度圆直径 大轮分度圆直径 中心距a 齿宽b 大轮齿宽 小轮齿宽 3 齿根弯曲疲劳强度校核计算： 齿形系数 查图867 小轮 =2.9 大轮 =2.8应力修正系数 查图868小轮 =1.54大轮 =1.73 重合度系数 许用弯曲应力由式（871）得 弯曲疲劳极限 查图872 = = 弯曲寿命系数 查图873 =1 =1 尺寸系数 查图874 =1 安全系数 查图827 =1.3 则 故 5.2.3轴的结构设计： 第一根轴的结构设计及分配 轴的
12、结构设计1拟定轴上零件的装配方案2根据轴向定位要求确定直径和长度轴段1 ：轴段1与联轴器相连。由最小直径及剖分式轴承段轴的直径。根据工作需要及工艺要求取轴段1长为 轴段2 ：根据端盖的定位及，确定轴段2的长度和直径为 轴段 3 ： 根据所选的深沟球轴承6404直径为d=20mm,可以确定轴段3的直径，以及轴承的宽度为19mm，可以定轴的长度为38mm 轴段 4 ： 由于小齿轮直径为26mm，与轴的直径相差不大，所以可以将小齿轮与轴段4做成一体，可以定轴段4的直径为，=小齿轮宽度+与箱壁的距离。 轴段5同轴3段一样。第二根轴的结构设计与分配一 根据轴向定位要求确定各轴段直径和长度轴段 1 ：根据
13、链轮的直径为270mm，以及宽为100mm，可以将轴的第一段作成花键 轴段 2：根据端盖的定位及，确定轴段2的长度和直径为 轴段 3 ：根据所选的轴承型号6407直径为35mm，宽为25mm，以及挡圈。可定轴段3的直径及长度为 轴段 4 ：长度比轴一的长度略短些。可取 轴段 5 ：轴段5+轴段6=轴段3。可定轴段5的直径为 轴段 6 ：轴段6=60-20=40mm 轴的强度校核和受力将在5.5.1中进行分析和计算5.3链传动设计计算：根据系统设计要求和各种传动形式的特点，选用链传动。根据减速器的输出轴进行设计计算。输送链水平布置，按低速设计。1 链轮齿数Z1，Z2：(1)按表8-6选z1。取。
14、(2)(3)速比i1通常2若载荷平稳，尺寸允许可取i=8-10。2 确定链条节距p：(1)计算功率式中p-额定功率-工作情况系数因为工作平稳，所以从表8-8中得：=1.0所以Pc=1.0*7.5=7.5kw。（2）特定条件下，单排链传递功率Po小链轮齿数系数。查表8-9，取=1.12传动比系数。查表8-10，取=1.09中心距系数。查表8-11，取=1.0多排链系数。查表8-12，取=1.0（3）由P0,n,在图8-12中查出节距P和链号：链号05B节距P=8mm,排距Pt=5.64mm,滚子外径=5mm,内链节内宽=3.0mm销轴=8.6mm,极限拉伸载荷=4400N,质量q=0.18kg/
15、m3 确定中心距a和链条节数Lp（1）若a过小，则循环次数增加，加速磨损疲劳，而且包角a1变小，容易发生跳齿。（2）若a过大，可以减少链磨损，延长寿命，但可能有抖动，而且尺寸加大。（3）一般取a0=30p-50p。amax=80p。取=40p=40*7.5=300mm。（4）则链条长度为：（5）Lp圆整，取偶数L=196。（6）计算实际中心距：（7）a的差值为1.7mm50kg所以，可以使用，安全。 （3）动载荷的计算：板式输送机牵引力的动载荷计算可按下式计算-牵引链动载荷（kg）-牵引链的最大加速度（）-重力加速度（取10）-输送机行走部分换算质量的减少系数。因为Lc=30m,所以=0。5Z
16、-驱动链轮齿数t-牵引链条节距（m）参考现有的灌装机的结构得知，可以使用。5.5轴系部件的设计计算轴系部件轴系部件包括传动轴，轴承，传动件以及键。本系统中传动件为链传动，其设计已计算完成，现计算传动轴和对轴承进行选用和计算。5.5.1轴的设计计算传动件装在轴上以实现回转运动和传递功率，支撑传动件是机器中不可缺少的通用零件。1轴的材料要求：由于轴的载荷通常是变载荷，或变应力，故材料应具备较好的强度和韧性。对轴的表面与支承有相对滑动的轴，还需要求材料有较好的耐磨性。2材料：通常材料与热处理（1）碳素钢：主要是45号钢，经调质或正火等热处理；轻载荷或不重要的场合可以使用Q235，Q255，Q275等
17、普通碳素钢；（2）合金钢：常用40Cr,38CrSi,20CrMnTi,35SiMn,38CrMnAlA等合金钢，可以用于重载荷，要求重量轻或耐磨的公况下。热处理后或沾火后皆可以提高强度。但对应力集中较为敏感，所以应采用较低的表面粗糙度，在结构设计时尽量消除或减少应力集中源。要求以刚度为轴的主的重要轴，由于合金钢与碳素钢的弹性模量相差不大，所以不宜采用较贵的合金钢。（3）球墨铸铁：吸收冲击较好，对应力集中适应性强，可以铸，获得较复杂的形状，但韧性低3毛坯：一般可以用圆钢为毛坯，较重要的轴则需锻造，也有铸造毛坯。4初算轴径计算公式：c与材料的许用应力有关，可以参考表19-2p轴的传动功率（kw）
18、n轴的转速（r/min）所以：因为轴上有双键，所以d增加7%d=43.29*1.07=46.32mm取d=60mm5结构设计（1）计算转矩：T=9550*P/n =9550*7/140 =477.5N.m查表得 K=1.5Tc=477.5*1.5=716.25（2）为轴向夹紧，须取与配合的轴长度要小一些（3）定位轴肩直径一般须增大不小于5mm.。（4）取轴径d=60mm，轴段长L=82mm（5）查手册确定键的尺寸参数选用A型键14*9*75和A型键18*11*70与轴承盖子相关的尺寸：由轴径线速度选密封形式V= 当v10m/s,时用皮碗密封；当v=6m/s-30m/s,时用非接触式密封。V=0
19、.44m/s2*100000r()时可以用油润滑。=22001N;,因=500/15300=0.0349,用线形插值法可求得e=0.23，与原估计相近，适用。5.5.3键的校核计算键是一种标准件，根据连接的具体结构，使用要求以及工作条件选择合适的类型，最后按连接的直径从标准中选用相应的剖面尺寸，并选择键的长度。键长要比轮毂的长度短并且符合键长标准，然后进行键连接的强度进行校核因为使用普通平键，所以对其进行校核。键的长度为L，轴的直径为d的平键当轴传递转矩T时，键的工作平面压力N的作用，工作面受挤压，键受剪切，失效形式是键，轴槽和轮毂槽三者中最弱的工作面被挤压破坏和键被剪坏。当键是用45钢制造时
20、，主要失效形式是压溃，所以通常只进行挤压强度计算。假定挤压应力在键的接触面上是均匀分布的，此时挤压强度条件是剪切强度强度条件为式中d-轴的直径（mm）h-键的接触长度（mm）-许用挤压应力（MPa）-许用剪切(MPa)键的材料一般采用抗拉强度极限-的精拔钢制造，常用材料为45号钢；轴的材料一般为钢；而轮毂材料可能是钢或铸铁。当计算结果不能满足强度要求时，可以用双键。所选用的键符合强度要求，可以使用。第6章 灌装系统设计和选用6.1灌装机储液箱的尺寸确定6.1.1储液箱容量的计算储液箱容量应能保证系统工作时储液箱其最底液面高于定量杯口5mm以上,但不能大于定量杯的最高位置, 储液箱应能保证供液的
21、充足.系统停止工作时其最高液面不超过储液箱高度的80%,当系统中的液体全部返回储液箱时,液体不能溢出箱外.储液箱有效容积确定:-泵的流量（ml）-与系统有关的经验系数，对于低压系统，取2-4；对于中压系统，取5-7；对于高压系统，去8-12。取=2。=2*=2*20000ml=40000ml.6.1.2结构设计储液箱的长宽高尺寸是根据储液箱的有效容积来确定,它的长宽高按1:1:1-1:2:3结合系统的发热和散热及热平衡原则开计算,因为系统中发热少,所以无需热平衡效核.参照现有的水箱结构尺寸，定其长宽高分别为：900mm,500mm,200mm。3储液箱内壁应进行加工处理储液箱需要进行喷丸,酸洗
22、和表面清洗,内壁可以涂一层塑料簿膜或清漆6.2储液箱上的一些辅件的说明1灌装的液体中没有需要过滤的杂质,所以不需要增加过滤器件.2储液箱的上腔必须维持一定的压力,保证灌装的速度,所以储液箱上应设置保压气孔,而且需要增加空气过滤器件.3系统中不需要蓄能器.因为泵的流量经节流阀后所得流量同灌装容积相等,而且泵的工作是稳定的,不考虑系统泄露.4管路直径和接头参照供料系统部分的设计.液压系统中使用的管子种类有刚管,紫铜管,橡胶管5管路中需要压力表6管路中需要温度表7管路中需要有液位观察器件8密封件的选用:0型密封圈.6.3罐装方法与定量方法的选用6.3.1灌装方法由于液料的物理化学性质各有差异，在灌装
23、时，就有着不同的灌装要求。液料由储液装置灌入包装容器常采用以下几种方法。（1）常压法灌装常压法灌装是在大气压力下，直接依靠常压法灌装液体的自重流入包装容器内。常压法灌装的工艺过程为：1）进液排气：液体进入容器，同时容器内的空气被排除。2）停止进液：容器内的液体到达定量的要求时，进液停止。3）排除余液：排除气管中的残液，该过程对排气至储液箱上部气室的那些结构是必须的。常压法灌装主要用于灌装低粘度的不含气体的液体。（2）等压法灌装等压法灌装利用储液箱上部气室的压缩空气，给包装容器冲气，使压力接近相等，然后被灌装的液体靠自重流入容器内。等压法灌装的工艺过程为：1）冲起等压2）进液回气3）停止进液4）
24、释放压力。等压法灌装法适用于含气饮料，如啤酒，汽水等的灌装，以利减少所含气体的损失。（3）真空法灌装真空法灌装是在低于大气压的条件下进行灌装。它有两种基本方法：一种是差压真空式，让储液箱内部处于常压状态，而只对包装容器内部抽气，使其形成一定的真空度，液体依靠两容器内的压力差，流入包装容器内。一种是重力真空式，让储液箱和包装容器处于接近相等的真空状态，液体靠自重流入该容器内。目前，国内常用差压真空式，它结构简单，工作可靠。真空法灌装的工艺过程为：1）瓶抽真空2）进液排气3）停止进液4）余液回流。真空法灌装法适用于灌装粘度较大的液体和有毒的液体。这种方法不但能提高灌装速度而且能减少液体与容器内的残
25、存空气的接触和作用，故有利于保存产品，还能限制有毒性的气体和液体的外散，从而改善操作条件，但对灌装含有芳香性气体的酒类却是不适用的。（4）虹吸法灌装虹吸法灌装是应用虹吸原理使液料经虹吸管被吸入容器，直至两者液位相等为止。虹吸法灌装适合灌装低粘度不含气体的液体灌装，结构简单，但灌装速度较低。（5）压力法灌装压力法灌装是借助机械或气液压等装置活塞往复运动，将粘度较大的液体从储液箱吸入活塞缸内，然后再强制压入待灌装的容器内。这种方法有时也用于汽水之类饮料的灌装，可依靠本身所具有的气力直接灌入瓶内。在灌装方法的选择时，除考虑液体本身的粘度特性以外，还必须认真分析产品的工艺要求以及灌装机械设备的结构与运
26、转情况。同时，在灌装过程中，还要求设法减少液体和空气的接触，并尽量消除瓶颈残留空气的影响。综上叙述，选用常压法灌装。6.3.2定量方法液体定量多用容积式定量法，大体上有如下三种。（1）控制液位定量法控制液位定量法是通过灌装时控制被灌装容器的液位来达到定量值的。（2）定量杯定量法定量杯定量法是将液料先注入定量杯中，然后再进行灌装。若不考虑液损，则每次灌装的液体容积应与定量杯的相应容积相等。（3）定量泵定量法定量泵定量法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的行程成正比。比较上面的三种定量方法，不难了解，第二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，其定量精度较
27、差，结构简单，至今还被使用。实际上，选择定量方法首先应考虑产品所需要的精度。而定量的精度与产品有关，越是名贵的产品，其计量误差应取得较小。此外，选择定量方法还要考虑液体本身的工艺特性。结合设计要求选用定量杯定量法。所以，灌装阀的结构简图：控制系统的设计和选用8.1水箱液位控制图7-48是水位控制原理图，图中虚线表示允许料位变化的上下限。在正常情况下，应保持料位在虚线范围之内。为此，在料仓内的不同高度安装2个料位检测器，以感知料位的变化情况。其中，A处于上限料位，B处于下限料位，A、B各通过一个电阻与地相连。电机带动泵供料，单片机控制电机转动，以达到对料位控制的目的。供料时，料位上升，当达到上限
28、时，C处的料位器得到信号，此时电机和泵停止供料。当料位处于下限位时，B处的料位器得到信号，启动电机并开始供料。如此反复循环。单片机的控制电路如图7-49所示。对该控制电路作如下说明： 由于8031单片机没有内部ROM，因此需外扩展ROM作为程序存储器。本系统使用2764构成8KB的外扩展程序存储器，74LS373作为地锁存器。 两个料位器信号由P1.0和P1.1输入，这两个信号共有4种组合状态，如表7-6所示：表7-6 料位信号及操作状态表C(P1.1) B(P1.0)操 作00110101电机运转维持原状故障警报电机停转 其中，第3种组合在正常情况下是不可能发生的，但在设计中还是应该考虑到，
29、并作为一种故障状态。 控制信号由P1.2端输出去控制电机。为了提高控制的可靠性，使用了光电耦合。 由P1.3输出报警信号，驱动一支发光二极管进行光报警。程序设计如下程序流程图所示。 主程序： ORG 8000H AJMP LOOP LOOP： ORL P1，#03H ；为检查料位状态作准备 MOV A，P1 JNB ACC.0,ONE ；P1.0=0 则转 JB ACC.1,TWO ；P1.1=1 则转 BACK： ACALL D10S ；延时10秒 AJMP LOOP ； ONE： JNB ACC.1,THREE ；P1.0=0则转 CLR 93H ；P1.30,启动报警装置 SETB 92H ；P1.21,停止电机工作 FOUR： SJMP FOUR ； THREE； CLR 92H ；启动电机 AJMP BACK TWO： SETB 92H ；停止电机工作 AJMP BACK 延时子程序D10S（延时10秒）： ORG 8030H MOV R3，#19H LOOP3： MOV R1，#85H LOOP1： MOV R2，#FAH LOOP2： DJNZ R2，LOOP2 DJNZ
