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一、選題依據(jù)
1、研究領(lǐng)域
機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、CAD
2、論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值
灌裝飲料在國際市場上的迅速發(fā)展，對飲料生產(chǎn)技術(shù)的進一步開發(fā)與研究，起到一定的推動作用，事實上，液體產(chǎn)品及飲料的生產(chǎn)技術(shù)中，灌裝是重要的環(huán)節(jié)，而灌裝技術(shù)和設(shè)備的優(yōu)劣則直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，進而影響整體的生產(chǎn)效益。為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量，各種先進的灌裝系統(tǒng)不斷的得到開發(fā)研究。灌裝設(shè)備設(shè)計的基礎(chǔ)概念， 以衛(wèi)生為首要從生產(chǎn)及經(jīng)濟效益來看，能準確快捷地把產(chǎn)品灌裝到容器里是至關(guān)重要的。
目前人們對于食品衛(wèi)生的要求不斷提高，因此自動化的食品灌裝變得越來越普遍和重要，而如何提高灌裝的精度，降低灌裝過程中的損耗是食品灌裝行業(yè)的研究方向。如何進行液體定量灌裝是一項有實際應(yīng)用價值的技術(shù)，其發(fā)展直接影響到關(guān)鍵機構(gòu)運行的穩(wěn)定性和精確性。同時，液體定量灌裝也帶來了巨大的經(jīng)濟效益：（1）改善產(chǎn)品質(zhì)量，加強市場競爭能力；（2）能改善勞動條件，避免污染危害環(huán)境；（3）能節(jié)約原材料減少浪費，降低成本；（4）能提高生產(chǎn)效率，加速產(chǎn)品的不斷更新。
3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢
在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的突飛猛進的進步下，帶動了機械行業(yè)的飛速發(fā)展，同時隨著自動化和智能化技術(shù)在機械行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，使得人類社會快速的步入到自動化時代，灌裝機行業(yè)也因此受益匪淺。灌裝機械屬于包裝機械中的一種機械，它的發(fā)展是在我國改革開放以后快速發(fā)展起來的一個新的機械行業(yè)，隨著人們生活需求，包裝機械每年都以較快的速度增長，給包裝機械的成長帶來了無限前景。
從灌裝機技術(shù)角度來看，主要表現(xiàn)在科技含量高、可靠性強，全自動化控制和生產(chǎn)效率高等特點。在加工過程中實時在線檢測裝置和計量裝置配備齊全，實現(xiàn)自動檢測各項參數(shù)指標、計量精確無誤。灌裝機械是集成了機、電、氣、光、磁為一體機械設(shè)備，其中德國占有該領(lǐng)域較好的主導(dǎo)地位。
就生產(chǎn)效率方面來看美、日、德、意作為世界四大包裝機械制造強國，都比較重視用戶和市場需要，其以增加生產(chǎn)率作為設(shè)備制造的重要目標。德國目前飲料灌裝速度可高達 1200 瓶/h，香煙包裝 12000 支/min。集制袋、稱重、充填、抽真空、封口等
與一體的世界上最高速的茶葉包裝機械速度達到 350 袋/min。意大利生產(chǎn)的小劑量
顆粒包裝機采用機械轉(zhuǎn)鼓式計量，連續(xù)式封合并裁切，一機多工位，包裝速度可達 120
袋/min。以啤酒飲料灌裝設(shè)備為例由德國克朗斯公司制造的易拉罐包裝線能實現(xiàn)高達
7.2 萬瓶/h。
國外設(shè)計師所設(shè)計的灌裝機械力求零部件不斷減少、產(chǎn)品的可靠性不斷提高、產(chǎn)
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品的成本逐漸下降，隨著灌裝設(shè)備結(jié)構(gòu)的不斷簡化，使得設(shè)備的操作及維修更加方便。例如，德國的貼標機大大的減少了轉(zhuǎn)換部件數(shù)量，設(shè)備的使用和維護更加方便。
灌裝的計量方式和灌裝機的控制方式的技術(shù)的發(fā)展水平很好的展示了我國灌裝機械制造的進步，其計量方式的發(fā)展經(jīng)歷了從固定的氣缸驅(qū)動計量到現(xiàn)代的脈沖控制伺服電機的轉(zhuǎn)動來計量，使得計量更加準確，計量大小的規(guī)格適合產(chǎn)品的靈活多變。灌裝機的控制方式從傳統(tǒng)的按鈕和繼電器控制到觸摸屏和可編程邏輯控制器（PLC） 程序控制，這些技術(shù)的發(fā)展都體現(xiàn)出了灌裝機技術(shù)的提高和進步。經(jīng)過近幾十年的技術(shù)不斷提升，我國灌裝機行業(yè)取得了一定的成績，灌裝機械的發(fā)展來看，走的是一條典型的“引進技術(shù)、消化吸收、自主創(chuàng)新、逐步國產(chǎn)化”的道路。國內(nèi)灌裝機生產(chǎn)廠家大多在仿制的基礎(chǔ)上通過結(jié)合高新技術(shù)，發(fā)展出了自己的特色
近年來，我國的灌裝機械不斷地向高自動化程度及高集成性方向發(fā)展，結(jié)構(gòu)上， 在不影響產(chǎn)品功能的前提下，力求結(jié)構(gòu)的簡單；控制系統(tǒng)上，逐步的實現(xiàn)從繼電器控制向 PLC 控制轉(zhuǎn)換；同時為了操作更加方便，觸摸屏越來越多地被使用。國內(nèi)灌裝機械在技術(shù)進步及創(chuàng)新不斷提高加快的情形下，漸漸地與國外先進技術(shù)間的差距越來越小[3]。
然而，羅金剛指出[5]我國的灌裝機械與國外的灌裝機械仍然存在著差距：
（1）在產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)方面，我國的灌裝機械的性能相比于國外的灌裝機產(chǎn)品的質(zhì)量要低，且灌裝機的穩(wěn)定性和可靠性較差，外觀造型不夠美觀。
（2）國外灌裝機電氣元件選用較為優(yōu)良，國內(nèi)灌裝機選用的元器件中較多質(zhì)量差，
壽命短，可靠性低，從而影響了產(chǎn)品整體的質(zhì)量。
（3）國產(chǎn)灌裝機機械性能較為落后，大多速度慢、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性差、灌裝精度低； 另外很大一部分國內(nèi)灌裝機的控制水平低、自動性差、故障率較高。
灌裝機械未來的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)以下幾個方向：
（1）灌裝機械設(shè)備趨向大型化。
（2）灌裝機械結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單合理。
（3）灌裝設(shè)備向多功能化發(fā)展。
（4）灌裝機械向光、機、電、氣、磁一體化方向發(fā)展。
（5）運行速度高速化、高產(chǎn)量。
（6）設(shè)計綠色化。
（7）智能化。
總之，我們需要引進、消化、吸收國外先進技術(shù)，并結(jié)合國內(nèi)灌裝機的優(yōu)勢走創(chuàng)新的道路，加強相關(guān)技術(shù)的研發(fā)，這樣我國灌裝機才能得到進一步發(fā)展，才能追趕上甚至超越其他國家，以此在世界上占有舉足輕重的地位。
二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容
1.重點解決的問題
（1）灌裝機構(gòu)的方案設(shè)計
（2）灌裝機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）
（1）確定課題的研究目的，研究內(nèi)容，以及目前研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢；
（2）灌裝閥的選擇：確定灌裝的結(jié)構(gòu)，確定相關(guān)灌裝閥的主要參數(shù)；
（3）導(dǎo)軌滑塊機構(gòu)的確定：確定導(dǎo)軌滑塊機構(gòu)的結(jié)構(gòu)，確定相關(guān)的主要參數(shù)；
（4）灌裝機構(gòu)的工作原理及主要組成，進行罐裝機構(gòu)的設(shè)計過程概述，確定灌裝機構(gòu)的選擇；
（5）進行灌裝機構(gòu)主要部件的設(shè)計計算及校核：灌裝閥設(shè)計、導(dǎo)軌滑塊機構(gòu)設(shè)計；
（6）設(shè)計出灌裝機構(gòu)的整體裝配圖。
3.本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果
（1）一套完整的灌裝機構(gòu)的裝配圖及零件圖；
（2）一份灌裝機構(gòu)設(shè)計說明書；
（3）一篇外文文獻翻譯。
三、論文（設(shè)計）工作安排
1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）；
（1）查閱、整理參考文獻，并結(jié)合一些具體事例，學(xué)習(xí)掌握灌裝機構(gòu)的工作原理，進行灌裝機構(gòu)方案設(shè)計。
（2）罐裝機構(gòu)的設(shè)計、選型、校核計算。設(shè)計參數(shù)：
灌裝速度：60-100 瓶/分鐘灌裝定量：500ml
2.論文（設(shè)計）進度計劃
第 1-4 周 明確畢業(yè)設(shè)計任務(wù)，查閱并整理參考文獻撰寫開題報告。第 5 周 上交開題報告終稿，擬定定量灌裝機構(gòu)設(shè)計方案。
第 6-7 周 動力系統(tǒng)和灌裝機構(gòu)設(shè)計及組成元件選擇計算。
第 8 周 灌裝機構(gòu)組成元件結(jié)構(gòu)設(shè)計。第 9-10 周 繪制相關(guān)圖紙及校核計算。
第 11-12 周 繪制設(shè)計對象的 3D 圖紙并檢查修改所有設(shè)計圖紙。
第 13 周 書寫畢業(yè)設(shè)計說明書，翻譯與本設(shè)計相關(guān)的英文文獻。第 14 周 準備畢業(yè)設(shè)計答辯。
四、需要閱讀的參考文獻
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附：文獻綜述
文獻綜述
1、選題的目的和意義
灌裝飲料在國際市場上的迅速發(fā)展，對飲料生產(chǎn)技術(shù)的進一步開發(fā)與研究，起到一定的推動作用，事實上，液體產(chǎn)品及飲料的生產(chǎn)技術(shù)中，灌裝是重要的環(huán)節(jié)，而灌裝技術(shù)和設(shè)備的優(yōu)劣則直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，進而影響整體的生產(chǎn)效益。為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量，各種先進的灌裝系統(tǒng)不斷的得到開發(fā)研究。灌裝設(shè)備設(shè)計的基礎(chǔ)概念， 以衛(wèi)生為首要從生產(chǎn)及經(jīng)濟效益來看，能準確快捷地把產(chǎn)品灌裝到容器里是至關(guān)重要的。
目前人們對于食品衛(wèi)生的要求不斷提高，因此自動化的食品灌裝變得越來越普遍和重要，而如何提高灌裝的精度，降低灌裝過程中的損耗是食品灌裝行業(yè)的研究方向
[1]。龔雨豪等人指出[2]如何進行液體定量灌裝是一項有實際應(yīng)用價值的技術(shù)。其發(fā)展
直接影響到關(guān)鍵機構(gòu)運行的穩(wěn)定性和精確性。同時，液體定量灌裝也帶來了巨大的經(jīng)濟效益：（1）改善產(chǎn)品質(zhì)量，加強市場競爭能力；（2）能改善勞動條件，避免污染危害環(huán)境；（3）能節(jié)約原材料減少浪費，降低成本；（4）能提高生產(chǎn)效率，加速產(chǎn)品的不斷更新。
2、灌裝機的分類及組成灌裝機分類[4]
1）根據(jù)灌裝方法分類
（1）常壓灌裝機。在常壓下將液體產(chǎn)品充填到包裝容器內(nèi)的機器稱常壓灌裝機， 它只適宜灌裝低黏度不含氣體的液體產(chǎn)品，如白酒、醋、醬油等。
（2）負壓灌裝機。先將包裝容器抽氣形成負壓，然后再將液體產(chǎn)品充填到包裝容器內(nèi)的機器稱負壓灌裝機。
負壓灌裝機分為兩種：
○ 1 壓差式負壓灌裝機。儲液箱內(nèi)處于常壓，只對包裝容器抽氣使之形成負壓， 依靠儲液箱和待灌容器之間的壓力差將液體產(chǎn)品充填到包裝容器內(nèi)的機器，稱為壓差式負壓灌裝機。
○ 2 重力式負壓灌裝機。將儲液箱和包裝容器都抽氣形成負壓，液體產(chǎn)品依靠本身的自重充填到包裝容器內(nèi)的機器，稱為重力式負壓灌裝機。
負壓灌裝機適用于灌裝含維生素的飲料、有毒的農(nóng)藥和化工試劑等。
（3）等壓灌裝機。先向包裝容器充氣，使其內(nèi)部的氣體壓力和儲液箱內(nèi)的氣體壓力相等。然后將液體產(chǎn)品充填到包裝容器內(nèi)的機器稱為等壓灌裝機。它適用于灌裝含汽飲料和含汽酒類，例如汽水、可口可樂、啤酒、汽酒等。它可以保證灌裝產(chǎn)品的
質(zhì)量和計量精度。
（4）壓力灌裝機。壓力灌裝機是利用外部的機槭壓力將液體產(chǎn)品充填到包裝容器內(nèi)的機器。它適用于灌裝黏稠性物料，例如牙膏、番前醬、豆瓣醬、香脂等。
2）根據(jù)灌裝機中包裝容器的傳送形式分類
（1）直線型灌裝機。在灌裝時，包裝容器由一個工位直線式間歇地運動到另一個工位，并在停歇時完成灌裝的機器稱直線型灌裝機。
（2）旋轉(zhuǎn)型灌裝機。這種類型的灌裝機在包裝容器進入灌裝工位后，圍繞工作臺回轉(zhuǎn)一周，作等速回轉(zhuǎn)運動，并完成灌裝。
灌裝機組成[6]
灌裝機主要由供料裝置、托瓶機構(gòu)、托瓶升降機構(gòu)、灌裝瓶高度調(diào)節(jié)機構(gòu)等組成。定量灌裝分類：
定量灌裝技術(shù)在灌裝行業(yè)中應(yīng)用廣泛，液體定量灌裝多用容積式定量法。肖世耀, 李湘?zhèn)ブ赋鯷10]常用的容積式定量法有控制液位定量法、定量杯定量法、定量泵定量法， 其中定量杯定量法是將液料先注入定量杯中，然后再進行灌裝的。要改變每次的灌裝量，只需改變調(diào)節(jié)管在定量杯中的高度或更換定量杯，這種方法避免了瓶子本身的制造誤差帶來的影響，故定量精度較高。
3、國內(nèi)外發(fā)展狀況
隨著現(xiàn)代社會科技的發(fā)展和人們物質(zhì)水平的提高，促進了包裝行業(yè)的高速發(fā)展， 也給包裝機械行業(yè)帶來史無前例的前景與挑戰(zhàn)。包裝機械是包裝工業(yè)的根本，其先進程度決定了包裝行業(yè)的發(fā)展水平。灌裝機械屬于包裝機械中的一種機械，它的發(fā)展是在我國改革開放以后快速發(fā)展起來的一個新的機械行業(yè)，隨著人們生活需求，包裝機械每年都以較快的速度增長，給包裝機械的成長帶來了無限前景[5]。
在灌裝設(shè)備上：就生產(chǎn)效率方面來看美、日、德、意作為世界四大包裝機械制造
強國，都比較重視用戶和市場需要，其以增加生產(chǎn)率作為設(shè)備制造的重要目標。德國目前飲料灌裝速度可高達 1200 瓶/h，香煙包裝 12000 支/min。集制袋、稱重、充填、
抽真空、封口等與一體的世界上最高速的茶葉包裝機械速度達到 350 袋/min。意大
利生產(chǎn)的小劑量顆粒包裝機采用機械轉(zhuǎn)鼓式計量，連續(xù)式封合并裁切，一機多工位， 包裝速度可達 120 袋/min。以啤酒飲料灌裝設(shè)備為例由德國克朗斯公司制造的易拉
罐包裝線能實現(xiàn)高達 7.2 萬瓶/h。
就設(shè)備結(jié)構(gòu)上：國外設(shè)計師所設(shè)計的灌裝機械力求零部件不斷減少、產(chǎn)品的可靠性不斷提高、產(chǎn)品的成本逐漸下降，隨著灌裝設(shè)備結(jié)構(gòu)的不斷簡化，使得設(shè)備的操作及維修更加方便。例如，德國的貼標機大大的減少了轉(zhuǎn)換部件數(shù)量，設(shè)備的使用和維護更加方便。
設(shè)備功能上：灌裝機對產(chǎn)品對象的適應(yīng)性更廣，其市場競爭力逐步增強。同一臺
灌裝設(shè)備，可滿足不同液體以及不同容器規(guī)格的灌裝，其工藝范疇更廣。零部件更換也能夠適應(yīng)封口形式的變化[3]。
我國灌裝設(shè)備的制造水平與發(fā)達國家相比還存在比較大的差距，國內(nèi)灌裝機生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模小，且很多生產(chǎn)企業(yè)主要還是靠引進國外的技術(shù)和生產(chǎn)線，或在此基礎(chǔ)上對同類產(chǎn)品進行仿造，有的企業(yè)的灌裝生產(chǎn)線的電氣設(shè)備控制系統(tǒng)還是傳統(tǒng)的繼電器一接觸器控制方式，生產(chǎn)效率低，響應(yīng)慢，故障率高，可靠性差，且生產(chǎn)過程中容易產(chǎn)生二次污染，造成合格率低，生產(chǎn)成本增加[13]。目前國內(nèi)玻璃瓶灌裝機和易拉罐灌裝機都已經(jīng)達到 20 世紀 90 年代初的國際水平，生產(chǎn)能力可分別達到 12000~40000 瓶/ 小時和 18000~36000 罐/小時[9]。
從灌裝機技術(shù)角度來看，主要表現(xiàn)在科技含量高、可靠性強，全自動化控制和生產(chǎn)效率高等特點。在加工過程中實時在線檢測裝置和計量裝置配備齊全，實現(xiàn)自動檢測各項參數(shù)指標、計量精確無誤。灌裝機械是集成了機、電、氣、光、磁為一體機械設(shè)備，其中德國占有該領(lǐng)域較好的主導(dǎo)地位[5]。
國外對液體灌裝系統(tǒng)進行了大量研究，自動化程度高，灌裝效果好。國內(nèi)液體灌裝系統(tǒng)起步較晚，在液體灌裝過程中大多存在滴漏和起泡現(xiàn)象。滴漏現(xiàn)象容易對灌裝容器和機器造成污染，影響產(chǎn)品的清潔度；起泡現(xiàn)象則會影響產(chǎn)品外觀[14]。
目前中國灌裝機械對國外高端技術(shù)的依賴程度還比較高，對于關(guān)鍵和核心的零部
件不能自主生產(chǎn)，這些同樣制約了中國灌裝機械工業(yè)持續(xù)、健康、穩(wěn)定的發(fā)展。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，我國每年要花費大量的資金作為機械裝備的購買。由于購買外國設(shè)備成本高，運行維護費用大，維修麻煩等問題。
經(jīng)過近幾十年的技術(shù)不斷提升，我國灌裝機行業(yè)取得了一定的成績，灌裝機械的發(fā)展來看，走的是一條典型的“引進技術(shù)、消化吸收、自主創(chuàng)新、逐步國產(chǎn)化”的道路。國內(nèi)灌裝機生產(chǎn)廠家大多在仿制的基礎(chǔ)上通過結(jié)合高新技術(shù)，發(fā)展出了自己的特色我國在食品灌裝機械業(yè)已經(jīng)獲得了可喜的業(yè)績。例如，國內(nèi)第一條 5 萬瓶/小時高速啤酒灌裝生產(chǎn)線由南京輕機集團自主研發(fā)生產(chǎn)在而成已經(jīng)在百威英博啤酒集團有限公司已經(jīng)在生產(chǎn)上使用，完成了我國在啤酒行業(yè)擁有了本國自主研發(fā)和制造的高速灌裝生產(chǎn)線，使得我國啤酒包裝裝備行業(yè)有一個新的高度。
灌裝的計量方式和灌裝機的控制方式的技術(shù)的發(fā)展水平很好的展示了我國灌裝機械制造的進步，其計量方式的發(fā)展經(jīng)歷了從固定的氣缸驅(qū)動計量到現(xiàn)代的脈沖控制伺服電機的轉(zhuǎn)動來計量，使得計量更加準確，計量大小的規(guī)格適合產(chǎn)品的靈活多變。灌裝機的控制方式從傳統(tǒng)的按鈕和繼電器控制到觸摸屏和可編程邏輯控制器（PLC） 程序控制，這些技術(shù)的發(fā)展都體現(xiàn)出了灌裝機技術(shù)的提高和進步[5]。
定量灌裝技術(shù)在灌裝行業(yè)中應(yīng)用廣泛，液體定量灌裝多用容積式定量法。常用的容積式定量法有控制液位定量法、定量杯定量法、定量泵定量法，其中定量杯定量法
是將液料先注入定量杯中，然后再進行灌裝的。要改變每次的灌裝量，只需改變調(diào)節(jié)管在定量杯中的高度或更換定量杯，這種方法避免了瓶子本身的制造誤差帶來的影響，故定量精度較高[10]。
目前我國的灌裝機械與西方發(fā)達國家之間仍然存在著不同程度的差距，其主要體現(xiàn)在一下幾個方面：在產(chǎn)品的加工制造方面，我國的主機速度集中在中等水平，主機的制造與國外先進的設(shè)備相比，穩(wěn)定性和可靠性較差；在設(shè)計方面，對機械設(shè)計和優(yōu)化的相關(guān)理論研究較少，應(yīng)用計算機仿真技術(shù)和虛擬樣機技術(shù)等計算機輔助設(shè)計來優(yōu)化設(shè)計灌裝機械零部件較為缺乏。主要以經(jīng)驗為主來指導(dǎo)生產(chǎn)；在產(chǎn)品外觀和零部件的質(zhì)量方面，我國的灌裝機外觀設(shè)計不夠大方美觀；在人體工學(xué)等方面設(shè)計還有欠缺。材料達不到規(guī)定的要求，導(dǎo)致零部件比發(fā)達國家灌裝機產(chǎn)品的質(zhì)量差。發(fā)達國家的灌裝機電氣元件選用較好，由于成本限制等因素使得國內(nèi)灌裝機選用的元器件使用時間不長，可靠性較低，導(dǎo)致產(chǎn)品整體的性能不高。國產(chǎn)灌裝機機械性能不穩(wěn)定，重復(fù)灌裝精度低，普遍運行低速度、結(jié)構(gòu)單一化、成套的灌裝線少、灌裝控制精度低[5]。
5、發(fā)展趨勢
慶波和羅金剛歸納出[3,5]灌裝機械未來的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)以下幾個方向：
（1）灌裝機械設(shè)備趨向大型化。
（2）灌裝機械結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單合理。
（3）灌裝設(shè)備向多功能化發(fā)展。
（4）灌裝機械向光、機、電、氣、磁一體化方向發(fā)展。
（5）運行速度高速化、高產(chǎn)量。
（6）設(shè)計綠色化。
（7）智能化。
綜上所述，本次的畢業(yè)設(shè)計主要是通過對已有的罐裝機構(gòu)進行研究，并分析常用的灌裝機構(gòu)的特點，確定自己的灌裝機構(gòu)，運用 CAD 軟件把罐裝機構(gòu)的轉(zhuǎn)配圖及其相關(guān)部件的零件圖繪制出。并對裝置的實施性進行分析判斷，最終完成本次的啤酒定量灌裝機構(gòu)的設(shè)計。